【正文】 內(nèi)積聚，使盤體溫度急劇增加。同時，從溫度變化曲線可以看出，由于熱流密度隨時間的增加而降低，溫度變化梯度呈下降趨勢。隨著制動過程的繼續(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，制動盤的散熱能力增強(qiáng)，制動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℃，此時散熱筋板根部溫度約為61℃。此后，隨著制動時間的延續(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，到制動結(jié)束時，制動盤摩擦面中部和散熱筋板根部的溫度相差不到70℃。制動結(jié)束后，輻射成為熱量散失的主要形式。隨著制動時間的進(jìn)一步推移，盤體與散熱筋板滯見得溫度差逐漸減小，到制動結(jié)束后30s時，散熱筋板的溫度已接近61℃，與盤體的最高溫度91℃僅差30℃。由制動盤的溫度場瞬態(tài)分布計(jì)算結(jié)果，再利用ANSYS 軟件可以求得制動盤的應(yīng)力場。運(yùn)用中的制動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，及由于制動盤旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)引起的離心力、振動載荷以及壓裝載荷等作用產(chǎn)生的應(yīng)力，但這些因素對制動盤總應(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刻制動盤任意位置的應(yīng)力值和制動盤的變形情況。圖55為制動過程中第10s（升溫過程10s），（整個制動盤的最高應(yīng)力時刻），30s（制動結(jié)束時刻），60s（制動結(jié)束30s）時制動盤上應(yīng)力分布云圖，圖56為制動盤上的位移分布云圖。 a) 升溫過程中，t=10s b) 最大應(yīng)力時刻，t= c）制動結(jié)束時刻，t=30s d）制動結(jié)束后30s，t=60s圖55 制動開始后幾個典型時刻制動盤應(yīng)力分布云圖 a) 升溫過程中，t=10s b) 最大位移時刻，t= c) 制動結(jié)束時刻，t=30s d）制動結(jié)束后30s，t=60s圖56 制動開始后幾個典型時刻制動盤位移分布云圖從上面分析圖可以看出，不同時刻制動盤的最高應(yīng)力值及出現(xiàn)的位置均有所不同。在制動開始初期，由于制動盤摩擦面的溫度始終是最高區(qū)域，制動盤摩擦面的熱膨脹也最大，此處的應(yīng)力也就最大，且在制動開始約10s 時，制動盤面的應(yīng)力達(dá)到228MPa。而整個制動過程中制動盤的最大應(yīng)力值為271MPa，，出現(xiàn)在制動盤長散熱筋板。這是因?yàn)?，熱量傳?dǎo)至散熱筋板需要一定的時間，制動開始時散熱筋板的溫度還比低，此時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，使得輻板在整個制動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)，在制動結(jié)束時，此處的應(yīng)力高達(dá)184MPa，在制動結(jié)束30s后，此處應(yīng)力達(dá)139MPa。圖57為制動盤表面最大應(yīng)力隨時間變化曲線，與圖54相比可以發(fā)現(xiàn)，最大應(yīng)力發(fā)生的時刻較最高溫度發(fā)生的時刻提前了約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的分布，與制動盤空間結(jié)構(gòu)也有密切的關(guān)系。圖57 制動盤最大應(yīng)力隨時間變化曲線結(jié)束語現(xiàn)代乘用車制動器有鼓式和盤式制動器兩大類，他們各有千秋，但是隨著汽車車速的不斷提高，近年來盤式制動器的使用日益增多，尤其是中高級轎車，一般都采用了盤式制動器。汽車制動簡單來講使用摩擦將動能轉(zhuǎn)換成熱能，使汽車失去動能而停止下來。因此散熱對制動系統(tǒng)是十分重要的。如果制動系統(tǒng)經(jīng)常處于高溫狀態(tài)，就會阻礙能量的轉(zhuǎn)換過程，造成制動性能下降。越是跑的越快的汽車，制動器來所產(chǎn)生的熱量越大，對制動性能的影響也就越大。解決好散熱問題，最提高汽車的制動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器。本課題借助于 ANSYS 有限元分析軟件，通過對此乘用車制動盤的熱固耦合分析，基本了解了制動過程中溫度場和應(yīng)力場的分布情況，有助于預(yù)測盤體熱損傷敏感區(qū)，對新型制動盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的選取具有很好的參考價(jià)值。盤式制動器又稱碟式制動器，顧名思義是取其形狀而得名。它由液壓控制，主要零部件有制動盤、分泵、制動鉗、油管等。本課題借助三維設(shè)計(jì)軟件CATIA對設(shè)計(jì)制動器主要零件進(jìn)行了建立模型。制動盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動。分泵固定在制動器的地板上固定不動。制動鉗上的兩個摩擦塊分別裝在制動盤的兩側(cè)。分泵的活塞受油管輸送來的液壓作用，推動摩擦塊壓向制動盤發(fā)生摩擦制動，動作起來就好像是用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來一樣。這種制動器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡單，調(diào)整方便。特別是高負(fù)載時耐高溫性能好，制動效果穩(wěn)定，而求不怕泥水侵蝕，在冬季好惡劣路況下行車，盤式制動器比鼓式制動器更容易在較短時間內(nèi)令車停下。盤式制動器的盤上可以開一些小孔，加速通風(fēng)散熱提高制動效率。反觀鼓式制動器，由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱。制動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，引起制動效率下降。當(dāng)然，盤式制動器也有自己的缺陷。例如對制動器和制動管路的制造要求高，摩擦片的耗能量大，成本貴，而且由于摩擦塊的面積小，相對摩擦的工作面積也較小，需要的制動液壓高，必須要有助力裝置的車輛才能使用。而鼓式制動器的成本相對低廉，比較經(jīng)濟(jì)。盤式制動器在汽車的應(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器,以配合整車的液壓制動回路的匹配；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器總成。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)個人認(rèn)為未來汽車盤式制動器的研究應(yīng)注重以下幾個方面的問題：（1）提高制動效能、防止塵污和銹蝕；（2）減輕重量、簡化結(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。我在本次盤式制動器的設(shè)計(jì)中給予了分塊處理：制動器概述、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對制動器進(jìn)行了建立模型、利用有限元仿真軟件ANSYS對制動盤熱固耦合進(jìn)行了分析。在設(shè)計(jì)中以制動器的作用和意義為主線，來確定較為合理的方案和參數(shù)，以使制動器的合理性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性得到保證。在制動盤熱固耦合分析時，由于汽車制動過程是一個涉及摩擦學(xué)、傳熱學(xué)、流場動力學(xué)等多門學(xué)科的問題，本課題只是采用有限元法對其溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了簡單分析，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)際上在制動過程中制動壓力、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，本課題中對溫度場熱傳導(dǎo)的對流換熱系數(shù)作了簡化的選取，其實(shí)，對流換熱系數(shù)的求解是一個復(fù)雜的空氣流場問題，且其對制動盤散熱起決定性作用，而這個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?？偟膩碚f，經(jīng)過畢業(yè)前設(shè)計(jì)作業(yè)，我無論是專業(yè)理論知識（特別是制動器）、軟件操作應(yīng)用上，還是機(jī)械設(shè)計(jì)方面都取得長足的進(jìn)步，同時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》編委會. 汽車工程手冊基礎(chǔ)篇[M].北京：人民交通出版社，2001[11]《汽車工程手冊》編委會. 汽車工程手冊設(shè)計(jì)篇[M].北京：人民交通出版社，2001[12]《汽車工程手冊》編委會. 汽車工程手冊制造篇[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：東北大學(xué)出版社,2002[19] 丁群，謝基龍．基于三維模型的制動盤溫度場和應(yīng)力場計(jì)算[J]．(6)．[20] 丁群．制動盤溫度場及應(yīng)力場的有限元分析[D]．北方交通大學(xué)．2001．[21] 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