【正文】 ................................................................. 29 第 節(jié) 課題展 望 .............................................................................. 29 第 節(jié) 課題 總結(jié) .............................................................................. 30 參考文獻(xiàn) ............................................... 31 致 謝 ............................................... 33 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前 言 鼓式制動器 是一種常見的制動器形式。而由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量。鼓式制 動是早期設(shè)計的制動系統(tǒng)，其剎車鼓的設(shè)計 1902 年就已經(jīng)使用在馬車上了，直到 1920 年左右才開始在汽車工業(yè)廣泛應(yīng)用。制動塊和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動效率下降。不過對于重型車來說，由于車速一般不是很高，剎車蹄的耐用程度也比盤式制動器高，因此許多重型車至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計。 在轎車制動鼓上，一般只有一個輪缸，在制動時輪缸受到來自總泵液力后，輪缸兩端活塞會同時頂向左右制動蹄的蹄端，作用力相等。隨著摩擦襯片磨損，制動蹄與制動鼓之間的間 隙增大，需要有一個調(diào)整間隙的機(jī)構(gòu)。 轎車鼓式制動器一般用于后輪（前輪用盤式制動器）。主缸 4 將產(chǎn)生高壓油液經(jīng)油管 5 流入輪缸 6 中，推動兩活塞 7 外移而使兩制動蹄饒各自的支承銷轉(zhuǎn)動。制動力越大時，汽車的減速度也越大。摩擦因數(shù)的穩(wěn)定性直接影響制動器工作的穩(wěn)定性和駕車的安全性，其中，熱穩(wěn)定性是一項重要的指標(biāo)，它是指制動襯片在制動過程中所表現(xiàn)出的摩擦因數(shù)隨溫度而變化的特性，主要反映在制動性能的熱衰退上。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于機(jī)械故障導(dǎo)致的制動失效所占比例極小，而制動性能熱衰退引起的事故占絕大 部分，且肇事車輛多為大中型裝配鼓式制動器的車輛。為了減少溫升，應(yīng)當(dāng)使制動轂有較大的熱容量，因 此制動轂應(yīng)具有足夠大的質(zhì)量，有些汽車的制動轂外表面還鑄出若干肋片，以增加散熱面積和剛度。 摩擦材料屬于復(fù)合材料，其性能直接受其組分的性能、含量、配比、幾何尺寸等因素影響，特別是增強纖維、黏結(jié)劑等主要成分與摩擦材料的性能關(guān)系最為密切。制動器襯片適宜的工作溫度為 100℃350℃，但一些劣質(zhì)的制動器襯片，在頻繁使用摩擦產(chǎn)生的溫度超過 270℃時，其摩擦系數(shù)就會急劇下降，導(dǎo)致制動失靈。近年來，我國針對石棉剎車片的研究力度不斷加大，引進(jìn)國外先進(jìn)技北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 術(shù)，開發(fā)無石棉低金屬剎車片，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，提高我國摩擦材料技術(shù)水平。 制動器冷卻系統(tǒng)的研究興于上世紀(jì) 80 年代。水冷方式 有開式和閉式。制動器以摩擦的方式將汽車的動能轉(zhuǎn)化為熱能，熱量則由制動器吸收并散失。摩擦材料的熱分解溫度是影響制動器使用壽命的重要因素。根據(jù)調(diào)壓閥設(shè)定的氣壓，壓縮空氣從淋水箱的頂部給水加壓，駕駛員通過踩下剎車踏板或者控制駕駛室內(nèi)的開關(guān)來控制淋水，噴淋制動鼓外沿，以降低制動器的溫度，保證汽車有足夠的制動效能。它是在現(xiàn)有的制動器基礎(chǔ)上，在制動鼓的外壁上均布徑向展開的翅片，制動器底板上裝有環(huán)形噴氣嘴，環(huán)形噴氣嘴正對著制動鼓上的外壁及翅片，環(huán)形噴氣嘴通過風(fēng)管連接壓風(fēng)裝置，壓風(fēng)裝置與汽車變速器上的取力器驅(qū)動連接。由于在剎車時制動鼓才會產(chǎn)生大量的熱，而此時，傳動軸的轉(zhuǎn)速會下降，導(dǎo)致驅(qū)風(fēng)時斷時續(xù)，冷卻效果受到影響，并且空氣的散熱能力有限。此裝置存在自動化程度低和淋水量不能調(diào)節(jié)的缺陷。針對與此，要有效防止制動性能熱衰退，降低交通事故率，一方面要從制動器的結(jié)構(gòu)和摩擦材料改進(jìn)上著手，改善其抗熱衰退的性能；另一方面，通 過降低摩擦片的工作溫度以改善其抗熱衰退的性能。在 186起事故中，因制動失效造成的事故 167起，占 89． 8％ (袁泉， 2021)。本冷卻系統(tǒng)通過 感應(yīng)制動踏板工況，控制半導(dǎo)體制冷片產(chǎn)生制冷效應(yīng)，并通過驅(qū)動鼓風(fēng)電動機(jī)產(chǎn)生制冷氣流，氣流流經(jīng)加裝在制動鼓外壁的風(fēng)冷翅片，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。 (1) 系統(tǒng)總體方案的確定； (2) 電路鋪設(shè) ； (3) 電動機(jī)的選型 ； (4) 自動控制設(shè)計 (5) 保養(yǎng)與維修檢測 對汽車鼓式制動器智能冷卻系統(tǒng)的要求有以下幾個要求： (1)工作穩(wěn)定可靠，可適時適量冷卻調(diào)節(jié)，使用壽命長： (2)保證冷卻系統(tǒng)冷卻效果的同時，不影響制動鼓材料的應(yīng)力分布； (3)系統(tǒng)的抗 干擾能力強； 第 系統(tǒng)具體技術(shù)路線及實現(xiàn)的功能 圖 冷卻系統(tǒng)原理圖 鼓風(fēng)電機(jī)帶動風(fēng)扇，產(chǎn)生氣流，氣流經(jīng)過通電后的半導(dǎo)體制冷片，溫度下降，北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 最后流經(jīng)鼓式制動器制動鼓 風(fēng)冷翅片 ，產(chǎn)生冷卻效果?？諝饫鋮s的優(yōu)點有以下幾條： 1. 不需要 水直接 用作冷卻介質(zhì)，因此用在水上的費用高，如生水、補充水及水處理用化學(xué)藥品的費用都沒有。 空氣冷卻也有其缺點，這些缺點應(yīng)該在設(shè)計中盡量減小或避免。另外，由于不同剎車片的制造工藝方法不同，其摩擦因數(shù)也不同；但對同一塊剎車 片來說，摩擦因數(shù)主要是隨溫度的變化而變化。這些熱量將通過表層分別向兩摩擦副的內(nèi)外層擴(kuò)散，在兩摩擦副中形成一個不穩(wěn)定的溫度場。 鼓式制動器工作時溫度變化依賴于制動鼓內(nèi)的熱平衡關(guān)系，熱量的產(chǎn)生來源于摩擦片同制動鼓內(nèi)表面的摩擦過程，主要的熱量散失方式是對流散熱和輻射散熱，其中對流散熱量約占總散熱量的 80％，輻射散熱量約占總散熱量的 5％～ 10％(David B． H， 2021)。制動器的熱量產(chǎn)生的過程和機(jī)理對制動器摩擦表面摩擦學(xué)性能有重要影響。二是在一定的壓應(yīng)力和局部高溫條件下 , 摩擦副微凸體接觸點瞬時冷焊成為一體 , 由于摩擦副的相對運動 , 使這些局部粘結(jié)點分離 ,克服結(jié)點粘結(jié)的阻力便形成了摩擦力的一部分 。研究表明 ,消耗在亞表層材料內(nèi)的 能量遠(yuǎn)大于接觸面上的能量 , 占摩擦熱的絕大部分 ,且大部分轉(zhuǎn)化為熱量而被摩擦偶件吸收。金屬摩擦片的硬度要比摩擦材料的大得多 , 因此 ,機(jī)械切削和塑性變形大都發(fā)生在摩擦材料的表層。 通過對制動器的失效分析得知，摩擦片的摩擦因數(shù)隨表面溫度的升高而下降，在 200℃之前摩擦因數(shù)從 O． 4降到 0． 3，變化緩慢；在 200℃以后摩擦因數(shù)急北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 劇下降，制動力矩明顯減小，在 300℃以后摩擦因數(shù)低于 0． 15，摩擦片開始熱分解，最終致使制動性能熱衰退。 目前汽車制動鼓的常用材料為鑄鐵 H1200、 HT250、 HT300，不同鑄鐵的化學(xué)成分和組分，大體上在一定范圍內(nèi)變化。 鼓 式制動器工作溫度對其摩擦副摩擦因數(shù)有很大影響，通常當(dāng)溫度超過200℃后摩擦因數(shù)會隨溫度的升高而不斷降低，如圖 5所示： 圖 溫度對股市制動器摩擦材料摩擦因數(shù)的影響 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 圖 制動鼓 鼓式制動器冷卻系統(tǒng)設(shè)計目的就是降低制動摩擦副的工作溫度，其主體結(jié)構(gòu)和工作原理與普通鼓式制動器相同，均通過制動蹄鼓之間的相互作用來降低車輪轉(zhuǎn)速；不同體現(xiàn)在制動鼓的結(jié)構(gòu)上 及冷卻系統(tǒng)上，風(fēng)冷式鼓式制動器在制動鼓周圍鼓 以冷卻風(fēng)。下表為鼓式制動器在熱衰退檢驗試驗過程中制動力矩、制動鼓溫度及制動蹄溫度的測試結(jié)果。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 實例計算 由《汽車?yán)碚摗?(余志生， 1990)制動性能的試驗方法，車輛從 0． 8Vmax降到0． 4Vmax，再加速再制動減速，間隔時間為 4560s，循環(huán)制動 1520次，最后轎車制動器溫度可升至 250270℃，重型貨車為 170200℃，前者是由于最高車速高，導(dǎo)致制動器溫升相對較快。 第 系統(tǒng)的整體設(shè)計方案 動生熱主 要是摩擦片與制動鼓摩擦引起的，然而直接冷卻摩擦片難以實現(xiàn)，所以在本課題的研究中，用采集摩擦片的表面溫度，并用冷卻制動鼓外風(fēng)冷片的方式來間接冷卻摩擦片。制動器溫度傳感器檢測 溫度變化，從而對電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入信號，電動機(jī)運轉(zhuǎn)。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 冷卻系統(tǒng)工作圖 熱電偶溫度傳感器把測得的制動 鼓 的溫度信號轉(zhuǎn)變成電壓信號。由于在汽車行使過程中，制動 鼓 是在轉(zhuǎn)動的。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 傳感器信號 由 3． 2冷卻系統(tǒng)散熱定量分析 中得到的結(jié)論， 鼓式制動器的溫度不宜超過250℃。 在溫度信號輸入 CPU， CPU通過的信號及設(shè)定值進(jìn)行比較，計算，從而發(fā)出指令到電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，控制轉(zhuǎn)速，改變鼓風(fēng)量。電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是通過 調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方法容易實現(xiàn)平滑、無級、寬范圍、低損耗的要求 。 第 制冷材料性質(zhì)分析 在冷卻系統(tǒng)中，制冷部件主要依靠半導(dǎo)體制冷片。它是一種產(chǎn)生負(fù)熱阻的制冷技術(shù)，其特點是無運動部件，可靠性也比較高。相反，當(dāng)電子從 N 型流至 P 型材料時，結(jié)點的溫度就會升高。在接頭處，電流方向是從 N 至 P，溫度下降并且吸熱，這就是冷端；而在 另 一個接頭處，電流方向是從 P 至 N，溫度上升并且放熱，因此是熱端。因此使用一個片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。 半導(dǎo)體制冷片的單個制冷元件對的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬瓦的范圍。 在強制風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計中，為增強風(fēng)冷效果，采取的措施是增加冷卻氣流與熱源的接觸面積及時間?？梢哉f，散熱片的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、制作工藝對風(fēng)冷散熱器的性能起著決定性的作用，也是判斷風(fēng)冷散熱器性能時需要注意的第一要素。 吸熱設(shè)計： 散熱片的吸熱效果主要取決于散熱片與發(fā)熱物體接觸部分的吸熱底設(shè)計。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 儲熱多，即在去熱不良的狀態(tài)下，可以吸收較多的熱量而自身溫度升高較少。 熱阻小，即傳導(dǎo)相同功率熱量時，吸熱底與發(fā)熱設(shè)備及鰭片兩個介面間的溫差小。 本系統(tǒng)風(fēng)冷翅片采用環(huán)形設(shè)計。 ,盡量采用濕熱帶型電動機(jī) 。實際上為變頻器設(shè)計的電機(jī)為變頻專用電機(jī)，電機(jī)可以在變頻器的驅(qū)動下實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速與扭矩，以適應(yīng)負(fù)載的需求變化。根據(jù)制動器升溫情況分析及冷卻需求，電動機(jī)轉(zhuǎn)速需要達(dá)到 1000r/min. 選擇電動機(jī)容量： 電機(jī)容量說明它的帶負(fù)載抗過載的能力。 接地 (1) 接地 (2) ? 如果有電流從蓄電池的正極向 負(fù)極流動，則連接點到車身或 其他 接地線的連接情況如下。 點火開關(guān) ? 轉(zhuǎn)動點火鑰匙能夠接通各電 路中的各組件。 路中的電氣部件。 裝備 ABS(TCS) 系統(tǒng)的車輛，使 用 AB 電路。 表 常用連接器 連接器代碼 連接線束 連接器代碼 連接線束 C02 IGNITION SWITCH (I) C05 前部（ F） 儀表板（ I） C04 儀表板（ I） 前部（ F） F01 主熔斷器盒 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 位置圖 1 圖 位置圖 2 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 位置圖 3 圖 位置圖 4 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 第五 章 結(jié)論與展望 第 課題成果 該制動 器 自動冷卻裝置采用價低、性能可靠的單片機(jī)系統(tǒng)實施控制，采用熱電偶溫度傳感器對溫度進(jìn)行變換，系統(tǒng)具 有較高的可靠性。 第 課題存在的不足 由于個人水平有限，及實驗條件因素束縛，本課題沒能達(dá)到更加精確的水準(zhǔn)。 (2)深入研究噴霧冷卻技術(shù)，使其能更好應(yīng)用于制動器冷卻。 無論是 水冷卻還是風(fēng)冷卻 ，由于它們都有各自的優(yōu)缺點，單獨利用一種驅(qū)動方式的冷卻系統(tǒng)顯然難以達(dá)到冷卻系統(tǒng)的要求，因此在以后制動器冷卻系統(tǒng)的研究及開發(fā)中，采用 風(fēng)冷 結(jié)合高壓空氣霧化冷卻水的控制系統(tǒng)將成為今后冷卻系統(tǒng)發(fā)展的方向。 第 課題 總結(jié) 本冷卻能力自控裝置的設(shè)計及試驗研究主要包括以下幾項工作： (1)對傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的冷卻效果及控制方法進(jìn)行分析和總結(jié)，找出系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題并找出對策。 (5) 設(shè)計相應(yīng)電路