【正文】 內(nèi)積聚，使盤體溫度急劇增加。同時(shí)，從溫度變化曲線可以看出，由于熱流密度隨時(shí)間的增加而降低，溫度變化梯度呈下降趨勢(shì)。隨著制動(dòng)過程的繼續(xù)，溫度變化梯度進(jìn)一步降低，熱能逐漸向盤體內(nèi)、外徑向方向及散熱筋上傳遞，制動(dòng)盤的散熱能力增強(qiáng)，制動(dòng)盤的熱量輸入與熱量散失達(dá)到平衡，盤面溫度達(dá)到最高為183℃，此時(shí)散熱筋板根部溫度約為61℃。此后，隨著制動(dòng)時(shí)間的延續(xù)，熱能繼續(xù)向盤面內(nèi)、外徑向方向和散熱筋板傳遞，制動(dòng)盤散熱能力增強(qiáng)，盤面溫度開始下降，溫度變化梯度也隨熱流密度的降低進(jìn)一步減小，到制動(dòng)結(jié)束時(shí)，制動(dòng)盤摩擦面中部和散熱筋板根部的溫度相差不到70℃。制動(dòng)結(jié)束后，輻射成為熱量散失的主要形式。隨著制動(dòng)時(shí)間的進(jìn)一步推移，盤體與散熱筋板滯見得溫度差逐漸減小，到制動(dòng)結(jié)束后30s時(shí)，散熱筋板的溫度已接近61℃，與盤體的最高溫度91℃僅差30℃。由制動(dòng)盤的溫度場(chǎng)瞬態(tài)分布計(jì)算結(jié)果，再利用ANSYS 軟件可以求得制動(dòng)盤的應(yīng)力場(chǎng)。運(yùn)用中的制動(dòng)盤除受熱膨脹引起的應(yīng)力外，還存在閘片的壓力和摩擦力，及由于制動(dòng)盤旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)引起的離心力、振動(dòng)載荷以及壓裝載荷等作用產(chǎn)生的應(yīng)力，但這些因素對(duì)制動(dòng)盤總應(yīng)力的影響一般不高于20MPa（參考文獻(xiàn)[19]），遠(yuǎn)不及熱應(yīng)力的影響，因此，在結(jié)構(gòu)分析中忽略這些因素，僅考慮熱應(yīng)力的影響。經(jīng) ANSYS 求解，同樣可以得到任意時(shí)刻制動(dòng)盤任意位置的應(yīng)力值和制動(dòng)盤的變形情況。圖55為制動(dòng)過程中第10s（升溫過程10s），（整個(gè)制動(dòng)盤的最高應(yīng)力時(shí)刻），30s（制動(dòng)結(jié)束時(shí)刻），60s（制動(dòng)結(jié)束30s）時(shí)制動(dòng)盤上應(yīng)力分布云圖，圖56為制動(dòng)盤上的位移分布云圖。 a) 升溫過程中，t=10s b) 最大應(yīng)力時(shí)刻，t= c）制動(dòng)結(jié)束時(shí)刻，t=30s d）制動(dòng)結(jié)束后30s，t=60s圖55 制動(dòng)開始后幾個(gè)典型時(shí)刻制動(dòng)盤應(yīng)力分布云圖 a) 升溫過程中，t=10s b) 最大位移時(shí)刻，t= c) 制動(dòng)結(jié)束時(shí)刻，t=30s d）制動(dòng)結(jié)束后30s，t=60s圖56 制動(dòng)開始后幾個(gè)典型時(shí)刻制動(dòng)盤位移分布云圖從上面分析圖可以看出，不同時(shí)刻制動(dòng)盤的最高應(yīng)力值及出現(xiàn)的位置均有所不同。在制動(dòng)開始初期，由于制動(dòng)盤摩擦面的溫度始終是最高區(qū)域，制動(dòng)盤摩擦面的熱膨脹也最大，此處的應(yīng)力也就最大，且在制動(dòng)開始約10s 時(shí)，制動(dòng)盤面的應(yīng)力達(dá)到228MPa。而整個(gè)制動(dòng)過程中制動(dòng)盤的最大應(yīng)力值為271MPa，，出現(xiàn)在制動(dòng)盤長(zhǎng)散熱筋板。這是因?yàn)?，熱量傳?dǎo)至散熱筋板需要一定的時(shí)間，制動(dòng)開始時(shí)散熱筋板的溫度還比低，此時(shí)散熱筋板的形狀基本保持不變，而隨著盤體的熱膨脹增加，使得盤體熱變形呈鼓形，且由于長(zhǎng)散熱筋板的徑向跨度較大，及此處存在有應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以此處應(yīng)力水平也最高。隨著制動(dòng)過程進(jìn)一步延續(xù)，盤體和散熱筋板之間的溫度差逐漸減小，散熱筋板根部的應(yīng)力也逐漸降低，而由于制動(dòng)盤輻板與盤體距離較遠(yuǎn)，輻板上的溫度始終較低，使得輻板在整個(gè)制動(dòng)過程中的形狀基本保持不變，隨著盤體的膨脹，溫度較低的輻板約束著盤體的徑向及軸向變形，使得此處逐漸成為高應(yīng)力區(qū)，在制動(dòng)結(jié)束時(shí)，此處的應(yīng)力高達(dá)184MPa，在制動(dòng)結(jié)束30s后，此處應(yīng)力達(dá)139MPa。圖57為制動(dòng)盤表面最大應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線，與圖54相比可以發(fā)現(xiàn)，最大應(yīng)力發(fā)生的時(shí)刻較最高溫度發(fā)生的時(shí)刻提前了約5s，可見溫度最高值和應(yīng)力最大值并非發(fā)生于同一時(shí)刻，溫度達(dá)到最大值之前應(yīng)力已經(jīng)開始降低了。由此可見，熱應(yīng)力的大小不僅取決于溫度場(chǎng)的分布，與制動(dòng)盤空間結(jié)構(gòu)也有密切的關(guān)系。圖57 制動(dòng)盤最大應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線結(jié)束語(yǔ)現(xiàn)代乘用車制動(dòng)器有鼓式和盤式制動(dòng)器兩大類，他們各有千秋，但是隨著汽車車速的不斷提高，近年來(lái)盤式制動(dòng)器的使用日益增多，尤其是中高級(jí)轎車，一般都采用了盤式制動(dòng)器。汽車制動(dòng)簡(jiǎn)單來(lái)講使用摩擦將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能，使汽車失去動(dòng)能而停止下來(lái)。因此散熱對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)是十分重要的。如果制動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)常處于高溫狀態(tài)，就會(huì)阻礙能量的轉(zhuǎn)換過程，造成制動(dòng)性能下降。越是跑的越快的汽車，制動(dòng)器來(lái)所產(chǎn)生的熱量越大，對(duì)制動(dòng)性能的影響也就越大。解決好散熱問題，最提高汽車的制動(dòng)性能起了事倍功半的作用。所以，現(xiàn)代轎車的車輪除了使用鋁合金車圈來(lái)降低運(yùn)行溫度外，還傾向于采用散熱性能較好的盤式制動(dòng)器。本課題借助于 ANSYS 有限元分析軟件，通過對(duì)此乘用車制動(dòng)盤的熱固耦合分析，基本了解了制動(dòng)過程中溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布情況，有助于預(yù)測(cè)盤體熱損傷敏感區(qū)，對(duì)新型制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的選取具有很好的參考價(jià)值。盤式制動(dòng)器又稱碟式制動(dòng)器，顧名思義是取其形狀而得名。它由液壓控制，主要零部件有制動(dòng)盤、分泵、制動(dòng)鉗、油管等。本課題借助三維設(shè)計(jì)軟件CATIA對(duì)設(shè)計(jì)制動(dòng)器主要零件進(jìn)行了建立模型。制動(dòng)盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。分泵固定在制動(dòng)器的地板上固定不動(dòng)。制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦塊分別裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)。分泵的活塞受油管輸送來(lái)的液壓作用，推動(dòng)摩擦塊壓向制動(dòng)盤發(fā)生摩擦制動(dòng)，動(dòng)作起來(lái)就好像是用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來(lái)一樣。這種制動(dòng)器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，而求不怕泥水侵蝕，在冬季好惡劣路況下行車，盤式制動(dòng)器比鼓式制動(dòng)器更容易在較短時(shí)間內(nèi)令車停下。盤式制動(dòng)器的盤上可以開一些小孔，加速通風(fēng)散熱提高制動(dòng)效率。反觀鼓式制動(dòng)器，由于散熱性能差，在制動(dòng)過程中會(huì)聚集大量的熱。制動(dòng)蹄片和輪轂在高溫影響下較為發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。當(dāng)然，盤式制動(dòng)器也有自己的缺陷。例如對(duì)制動(dòng)器和制動(dòng)管路的制造要求高，摩擦片的耗能量大，成本貴，而且由于摩擦塊的面積小，相對(duì)摩擦的工作面積也較小，需要的制動(dòng)液壓高，必須要有助力裝置的車輛才能使用。而鼓式制動(dòng)器的成本相對(duì)低廉，比較經(jīng)濟(jì)。盤式制動(dòng)器在汽車的應(yīng)用上，一般是由于受車輪輪轂的外形尺寸限制,在小型車上大量使用的是液壓盤式制動(dòng)器,以配合整車的液壓制動(dòng)回路的匹配；隨著汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,特別是重型汽車轎車化的配置要求，重型車使用氣壓盤式制動(dòng)器已經(jīng)十分普遍，歐洲汽車公司制造的汽車上，均已開始大量使用氣壓盤式制動(dòng)器總成。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)個(gè)人認(rèn)為未來(lái)汽車盤式制動(dòng)器的研究應(yīng)注重以下幾個(gè)方面的問題：（1）提高制動(dòng)效能、防止塵污和銹蝕；（2）減輕重量、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本；（3）電子報(bào)警和智能化系統(tǒng)的發(fā)展；（4）實(shí)用性更強(qiáng)與壽命更長(zhǎng)。我在本次盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)中給予了分塊處理：制動(dòng)器概述、主要參數(shù)的確定、摩擦材料、摩擦盤、等的設(shè)計(jì)和校核、利用三維設(shè)計(jì)軟件CATIA對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行了建立模型、利用有限元仿真軟件ANSYS對(duì)制動(dòng)盤熱固耦合進(jìn)行了分析。在設(shè)計(jì)中以制動(dòng)器的作用和意義為主線，來(lái)確定較為合理的方案和參數(shù)，以使制動(dòng)器的合理性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性得到保證。在制動(dòng)盤熱固耦合分析時(shí)，由于汽車制動(dòng)過程是一個(gè)涉及摩擦學(xué)、傳熱學(xué)、流場(chǎng)動(dòng)力學(xué)等多門學(xué)科的問題，本課題只是采用有限元法對(duì)其溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，加之作者水平、精力有限，還有好多問題亟待解決。如本課題中采用相關(guān)參數(shù)都比較固定，實(shí)際上在制動(dòng)過程中制動(dòng)壓力、摩擦系數(shù)等重要參數(shù)并非固定不變且相互間還存在有某些復(fù)雜聯(lián)系。其次，本課題中對(duì)溫度場(chǎng)熱傳導(dǎo)的對(duì)流換熱系數(shù)作了簡(jiǎn)化的選取，其實(shí)，對(duì)流換熱系數(shù)的求解是一個(gè)復(fù)雜的空氣流場(chǎng)問題，且其對(duì)制動(dòng)盤散熱起決定性作用，而這個(gè)問題是可以通過有限元理論并借助ANSYS 軟件進(jìn)行求解的，本課題對(duì)此沒有研究，這些問題都需要在以后工作中探索和研究?？偟膩?lái)說，經(jīng)過畢業(yè)前設(shè)計(jì)作業(yè)，我無(wú)論是專業(yè)理論知識(shí)（特別是制動(dòng)器）、軟件操作應(yīng)用上，還是機(jī)械設(shè)計(jì)方面都取得長(zhǎng)足的進(jìn)步，同時(shí)它也鍛煉了我全面的思考協(xié)調(diào)能力。我相信這也將為我今后的投身汽車設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[2] [M].北京：人民交通出版社，2006[3] [M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2003[4] [M].北京：清華大學(xué)出版社，2004[5] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[6] [M].北京：清華大學(xué)出版社，2004年9月[7] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006[8] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[9] [M].北京：人民交通出版社,1981[10]《汽車工程手冊(cè)》編委會(huì). 汽車工程手冊(cè)基礎(chǔ)篇[M].北京：人民交通出版社，2001[11]《汽車工程手冊(cè)》編委會(huì). 汽車工程手冊(cè)設(shè)計(jì)篇[M].北京：人民交通出版社，2001[12]《汽車工程手冊(cè)》編委會(huì). 汽車工程手冊(cè)制造篇[M].北京：人民交通出版社，2001[13] [M].北京：清華大學(xué)出版社，1994[14] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1981[15] [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999[16] [M].北京：人民交通出版社,1995[17] 林 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999[18] [M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社,2002[19] 丁群，謝基龍．基于三維模型的制動(dòng)盤溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算[J]．(6)．[20] 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