【正文】 他們是我的精神支柱和前進的動力，感謝他們?yōu)槲腋冻龅囊磺校覍⒂郎y忘!36 / 37。感謝共同生活、學(xué)習(xí)的同學(xué)們，謝謝他們的幫助和支持。感謝負責(zé)我們答辯的幾位專業(yè)課老師，因為有了你們所教授的專業(yè)知識，我們才能夠?qū)W以致用。他不僅傳授知識，而且以高尚的情操、嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)精神和樂觀的人生態(tài)度感染和激勵我奮發(fā)向上，積極進取。重拾學(xué)業(yè)，接受教育，并能最終順利學(xué)業(yè)，這一路上給予我?guī)椭娜颂啵覍λ麄兊母屑ぶ殡y以言表。我相信這也將為我今后的投身汽車設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。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，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。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。我在本次盤式制動器的設(shè)計中給予了分塊處理：制動器概述、主要參數(shù)的確定、摩擦材料、摩擦盤、等的設(shè)計和校核、利用三維設(shè)計軟件CATIA對制動器進行了建立模型、利用有限元仿真軟件ANSYS對制動盤熱固耦合進行了分析。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。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。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。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。這種制動器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡單，調(diào)整方便。制動鉗上的兩個摩擦塊分別裝在制動盤的兩側(cè)。制動盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動。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)計和材料的選取具有很好的參考價值。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。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。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。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。隨著制動過程進一步延續(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，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184MPa，在制動結(jié)束30s后，此處應(yīng)力達139MPa。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。 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。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。由制動盤的溫度場瞬態(tài)分布計算結(jié)果，再利用ANSYS 軟件可以求得制動盤的應(yīng)力場。制動結(jié)束后，輻射成為熱量散失的主要形式。隨著制動過程的繼續(xù)，溫度變化梯度進一步降低，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，制動盤的熱量輸入與熱量散失達到平衡，盤面溫度達到最高為183℃，此時散熱筋板根部溫度約為61℃。這是因為，在這一時間段內(nèi)，由于熱量尚未傳到散熱筋上，制動盤的熱量輸入遠大于制動盤的散熱能力，熱量在盤內(nèi)積聚，使盤體溫度急劇增加。圖53分別給出了制動過程中10s、（最高溫度時刻）、30s（制動結(jié)束時刻）及60s（停車后30s）時制動盤溫度場的分布云圖，圖54為制動盤表面最高溫度隨時間變化曲線。制動前，制動盤溫度等于環(huán)境溫度，計算制動盤所在的工作環(huán)境溫度確定，這里取工作環(huán)境平均溫度為25℃。對其進行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后的有限元模型見圖52所示。模型材料特性參數(shù)見表51。制動盤和制動片單元類型選用實體單元SOLID5。其特點如下：1）能實現(xiàn)多場及多場耦合分析2）能實現(xiàn)統(tǒng)一前處理、求解、后處理及多場分析數(shù)據(jù)庫的大型FEA軟件3）具有多物理場優(yōu)化功能的FEA軟件4）較為強大的非線性分析功能5）多種求解器分別適用于不同的問題及不同的硬件配置6）支持異種、異構(gòu)平臺的網(wǎng)絡(luò)浮動，在異種、異構(gòu)平臺上用戶界面統(tǒng)一、數(shù)據(jù)文件全部兼容7）強大的并行計算功能支持分布式并行及共享內(nèi)存式并行8）多種自動網(wǎng)格劃分技術(shù)9）良好的用戶開發(fā)環(huán)境本課題設(shè)計的制動盤為雙摩擦面帶中間散熱筋板的通風(fēng)式制動盤。聲學(xué)于一體的大型通用有限元軟件。另外，制動器在工作過程中會因為摩擦襯片(襯塊)的磨損而加大，因此制動器必須設(shè)有間隙調(diào)整機構(gòu)。此間隙的存在會導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失，因而間隙量應(yīng)盡量小。制動鼓(制動盤)與摩擦襯片(摩擦襯塊)之間在未制動的狀態(tài)下應(yīng)有工作作間隙，以保證制動鼓(制動盤)能自由轉(zhuǎn)動?！Ｆ淇篃崴ネ撕涂顾ネ诵阅芎?，但造價高，適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動器負荷重的汽車。因此這種材料僅適用于中型以下汽車的鼓式制動器，尤其是帶式中央制動器。在100℃～120℃溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)(=)，沖擊強度比模壓材料高4～5倍。另一種是編織材料，它是先用長纖維石棉與銅絲或鋅絲的合絲編織成布，再浸以樹脂粘合劑經(jīng)干燥后輥壓制成。目前在制動器中廣泛采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑(由無機粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)與噪聲消除劑(主要成分為石墨)等混合后，在高溫下模壓成型的。V4進行裝配，得到制動器的三維圖（見圖44），然后生成二維工程圖（見圖45）。許多盤式制動器裝有襯塊磨損達極限時的警報裝置，以便及時更換摩擦襯片。活塞應(yīng)能壓住盡量多的制動塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。圖42 制動鉗制動塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接壓嵌在一起見圖（43）。當(dāng)制動鉗體由鋁合金制造時，減少傳給制動液的熱量成為必須解決的問題?；钊设T鋁合金或鋼制造。為了減少傳給制動液的熱量，多將杯形活塞的開口端頂靠制動塊的背板。制動鉗體應(yīng)有高的強度和剛度。圖41 制動盤制動鉗由可鍛鑄鐵KTH370—12或球墨鑄鐵QT400—18制造，也有用輕合金制造的，可做成整體的，也可做成兩半并由螺栓連接（見圖42）。為了改善冷卻，有的鉗盤式制動器的制動盤鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤，可大大增加散熱面積，但盤的整體厚度較大（見圖41）。制動盤一般由珠光體灰鑄鐵制成，其結(jié)構(gòu)形狀有平板形(用于全盤式制動器)和禮帽形(用于鉗盤式制動器)兩種。這種協(xié)調(diào)工作方式可使Scania現(xiàn)在，為了進一步提高產(chǎn)品的性能，Scania通過應(yīng)用這些新的設(shè)計工具，如發(fā)動機和車身底盤部門CATIA公司的主要CAD/CAMCATIA現(xiàn)在，Scania其卡車年產(chǎn)量超過50，000輛。Scania等，足以證明數(shù)字化車輛的發(fā)展動態(tài)。從近來一些著名汽車制造商所做的采購決定，如Renault、Toyota、KarmanCATIA一級方程式賽車、跑車、轎車、卡車、商用車、有軌電車、地鐵列車、高速列車，各種車輛在CATIACATIACATIAend在造型風(fēng)格、車身及引擎設(shè)計等方面具有獨特的長處，為各種車輛的設(shè)計和制造提供了端對端（endCATIA是汽車工業(yè)的事實標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統(tǒng)。哈爾濱、沈陽、西安、成都、景德鎮(zhèn)、上海、貴陽等都選用CATIA做為其核心設(shè)計軟件。CATIACATIA包括:從大型的波音747飛機、火箭發(fā)動機到化妝品的包裝盒，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)產(chǎn)品。CATIAmm，符合制動力矩要求。單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力：N=PS=10000000=18000N單個制動器制動力矩Tf =2fNRm=218000=但當(dāng)m小，即扇形的徑向?qū)挾冗^大，襯塊摩擦表面在不同半徑處的滑磨速度相差太大，磨損將不均勻，因而單位壓力分布將不均勻，則上述計算方法失效。在制動塊任一單元面積RdR上的摩擦力對制動盤中心的力矩為，式中q為襯塊與制動盤之間的單位面積上的壓力，則單側(cè)制動塊作用于制動盤上的制動力為 （327）單側(cè)襯塊給予制動盤的總摩擦力為 （ 328）得有效半徑為： 令，則有：=105mm因，故。由=48215=62236J可知，制動器的熱容量符合溫升核算的要求。K)；—與制動鼓(盤)相連的受熱金屬件的比熱容； —制動鼓(盤)的溫升(一次由=30km／h到完全停車的強烈制動，溫升不應(yīng)超過15℃)；Q1—滿載汽車制動時由動能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動過程迅速，可以認為制后制動器，即 （324） （325）式中，—滿載汽車總質(zhì)量；—汽車制動時的初速度，可??；—汽車制動器制動力分配系數(shù)。應(yīng)核算制動器的熱容量和溫升是否滿足如下條件： （323）