【正文】 摩擦面區(qū)域?yàn)楦邷囟戎捣植紖^(qū)，其附近區(qū)域溫度梯度較大；離摩擦面較遠(yuǎn)的制動(dòng)鼓底面的溫度場沒有變化，這是因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)間較短；持續(xù)制動(dòng)生熱時(shí)，由傳熱學(xué)知識(shí)知道，熱量向四周傳遞，離熱源較遠(yuǎn)部位的溫度場也會(huì)發(fā)生變化，但是制動(dòng)鼓的高溫部位仍然集中在制動(dòng)鼓摩擦表面的中間部分，且左右兩個(gè)方向上的溫度在逐漸降低。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。樹脂基有機(jī)復(fù)合摩擦材料在一定溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而降解 ,降解產(chǎn)物包括固體、液體、和氣體。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。其中摩擦界面粘結(jié)的形成和斷裂對(duì)摩擦力有較大的影響 , 所以 ,也直接影響到摩擦熱量。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(diǎn)瞬時(shí)冷焊成為一體 , 由于摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng) , 使這些局部粘結(jié)點(diǎn)分離 ,克服結(jié)點(diǎn)粘結(jié)的阻力便形成了摩擦力的一部分 。因此 , 摩擦力的產(chǎn)生機(jī)理直接決定了摩擦熱的產(chǎn)生。制動(dòng)器的熱量產(chǎn)生的過程和機(jī)理對(duì)制動(dòng)器摩擦表面摩擦學(xué)性能有重要影響。根據(jù)熱力學(xué)傳遞機(jī)理，制動(dòng) 器的換熱包括傳導(dǎo)換熱、輻射換熱和對(duì)流換熱 3種方式。 鼓式制動(dòng)器工作時(shí)溫度變化依賴于制動(dòng)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(dòng)鼓內(nèi)表面的摩擦過程，主要的熱量散失方式是對(duì)流散熱和輻射散熱，其中對(duì)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)。金 屬摩擦副，熱擴(kuò)散率大，熱量在介質(zhì)中傳播快，受熱影響的區(qū)域大。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(gè)不穩(wěn)定的溫度場。 制動(dòng)器工作時(shí)，摩擦片與制動(dòng)鼓劇烈摩擦，汽車的行駛動(dòng)能主要通過摩擦轉(zhuǎn)化成熱能，被制動(dòng)器摩擦副吸收，其表征為摩擦片和制動(dòng)鼓的溫度升高。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(duì)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。這可以通過使用大直徑高速旋轉(zhuǎn)的葉片來完成，但會(huì)產(chǎn)生很大的躁聲。 空氣冷卻也有其缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)應(yīng)該在設(shè)計(jì)中盡量減小或避免。維護(hù)費(fèi)用也減少，因?yàn)椴辉谛枰l繁清洗冷卻器水側(cè)的水垢、微生物結(jié) 垢及沉積物等所花費(fèi)的費(fèi)用?？諝饫鋮s的優(yōu)點(diǎn)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(fèi)用高，如生水、補(bǔ)充水及水處理用化學(xué)藥品的費(fèi)用都沒有。風(fēng)冷卻是指利用流動(dòng)冷空氣對(duì)熱源進(jìn)行冷卻。 (1) 系統(tǒng)總體方案的確定； (2) 電路鋪設(shè) ； (3) 電動(dòng)機(jī)的選型 ； (4) 自動(dòng)控制設(shè)計(jì) (5) 保養(yǎng)與維修檢測 對(duì)汽車鼓式制動(dòng)器智能冷卻系統(tǒng)的要求有以下幾個(gè)要求： (1)工作穩(wěn)定可靠，可適時(shí)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(shí)，不影響制動(dòng)鼓材料的應(yīng)力分布； (3)系統(tǒng)的抗 干擾能力強(qiáng)； 第 系統(tǒng)具體技術(shù)路線及實(shí)現(xiàn)的功能 圖 冷卻系統(tǒng)原理圖 鼓風(fēng)電機(jī)帶動(dòng)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(jì)（論文） 11 最后流經(jīng)鼓式制動(dòng)器制動(dòng)鼓 風(fēng)冷翅片 ，產(chǎn)生冷卻效果。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 研究的內(nèi)容及技術(shù)要求 本課題用小型空調(diào)為系統(tǒng)提供冷卻氣體，冷卻量的調(diào)節(jié)是 通過 半導(dǎo)體制冷片電流量及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 來實(shí)現(xiàn)。本冷卻系統(tǒng)通過 感應(yīng)制動(dòng)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(dòng)鼓風(fēng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生制冷氣流，氣流流經(jīng)加裝在制動(dòng)鼓外壁的風(fēng)冷翅片，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。以上調(diào)查顯示，事故主要是由制動(dòng)性能熱衰退引起的，因此有效防止制動(dòng)性能熱衰退，對(duì)社會(huì)來說是有一定價(jià)值和意義的。在 186起事故中，因制動(dòng)失效造成的事故 167起，占 89． 8％ (袁泉， 2021)。 裝備鼓式制動(dòng)器的汽車，一旦出現(xiàn)制動(dòng)性能熱衰退，將給駕駛員、乘客以及國家?guī)砣松碡?cái)產(chǎn)的巨大損失。針對(duì)與此，要有效防止制動(dòng)性能熱衰退，降低交通事故率，一方面要從制動(dòng)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。大中型客貨車需要較大制動(dòng)力，目前必須使用鼓式制動(dòng)器才能滿足要求。此裝置存在自動(dòng)化程度低和淋水量不能調(diào)節(jié)的缺陷。由球閥組控制壓力水的流向，分別按駕駛員的意愿輸送到需冷卻部位，降低它們的溫度。由于在剎車時(shí)制動(dòng)鼓才會(huì)產(chǎn)生大量的熱，而此時(shí)，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速會(huì)下降，導(dǎo)致驅(qū)風(fēng)時(shí)斷時(shí)續(xù)，冷卻效果受到影響，并且空氣的散熱能力有限。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易安裝及制造，可避免噴淋冷卻所致的管道阻塞的問題，在小型車方面得到很大應(yīng)用。它是在現(xiàn)有的制動(dòng)器基礎(chǔ)上，在制動(dòng)鼓的外壁上均布徑向展開的翅片，制動(dòng)器底板上裝有環(huán)形噴氣嘴，環(huán)形噴氣嘴正對(duì)著制動(dòng)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(dòng)連接。但是，該裝置也存在一定的問題：水箱內(nèi)無水時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，無水后貯氣筒內(nèi)的壓縮空氣通過水箱由淋水管直接泄漏到大氣中，而貯氣筒內(nèi)的氣壓不能正常上升，致使貯氣筒內(nèi)氣壓不足，造成制動(dòng)系統(tǒng)供給氣壓不足，導(dǎo)致車輛制動(dòng)效能下降甚至失效，出現(xiàn)嚴(yán)重的交通事故。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(dòng)鼓外沿，以降低制動(dòng)器的溫度，保證汽車有足夠的制動(dòng)效能。熱分解溫度愈高，摩擦副的熱穩(wěn)定性愈好志剛。摩擦材料的熱分解溫度是影響制動(dòng)器使用壽命的重要因素。提高制動(dòng)器的熱容量和散熱性，可改善其制動(dòng)性能。制動(dòng)器以摩擦的方式將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱量則由制動(dòng)器吸收并散失。閉式冷卻：冷卻水在系統(tǒng)中強(qiáng)制循環(huán)，如機(jī)動(dòng)車制動(dòng)鼓冷卻器，制造復(fù)雜，要求精度高，成本高，適用于小型車。水冷方式 有開式和閉式。傳統(tǒng)冷卻方式主要有兩種：風(fēng)冷和水冷。 制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)的研究興于上世紀(jì) 80 年代。 鼓式制動(dòng)器連續(xù)工作會(huì)造成制動(dòng)性能熱衰退和制動(dòng)鼓燒蝕，表現(xiàn)為： 制動(dòng)鼓升溫快，熱應(yīng)力高，制動(dòng)鼓強(qiáng)度下降，剎車時(shí)容易破裂；接觸表面溫度分布不均勻，應(yīng)力增加，易磨損； 制動(dòng)鼓不能及時(shí)被冷卻，聯(lián)接部件溫度升高，聯(lián)接螺栓易失效； 制動(dòng)期間摩擦材料表層的溫度變化對(duì)摩擦因數(shù)有很大的影響，摩擦片溫度過高，石棉材料 (粘合劑 )熱分解，摩擦因數(shù)降低，并且剎車時(shí)摩擦片易碎裂，致使制動(dòng)性能熱衰退； 第 制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)的現(xiàn)狀 針對(duì)制動(dòng)負(fù)荷大的問題，人們?cè)O(shè)計(jì)了排氣制動(dòng)輔助裝置，在一定程度上緩解了制動(dòng)熱 負(fù)荷的問題，但該系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，價(jià)格較高，使用范圍受一定的限制，對(duì)一些低價(jià)位的貨車加裝該系統(tǒng)顯然是不經(jīng)濟(jì)的。近年來，我國針對(duì)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(jì)（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。無石棉低金屬襯片，通過采用多種 纖維混合體系，使用多孔性顆粒性填料及無機(jī)黏結(jié)劑等原料，減少樹脂和金屬含量，熱穩(wěn)定性好，耐磨性優(yōu)越，導(dǎo)熱性好，克服了石棉摩擦材料表現(xiàn)的“熱衰退’， 克服 摩擦表面易開裂等缺點(diǎn)，達(dá)到減輕“熱衰退”，穩(wěn)定摩擦系數(shù)的目的。制動(dòng)器襯片適宜的工作溫度為 100℃350℃，但一些劣質(zhì)的制動(dòng)器襯片，在頻繁使用摩擦產(chǎn)生的溫度超過 270℃時(shí)，其摩擦系數(shù)就會(huì)急劇下降，導(dǎo)致制動(dòng)失靈。它是以增強(qiáng)材料 (石棉、玻璃纖維和復(fù)合纖維等 )、黏結(jié)材料 (樹脂等 )、填料 (石墨、硫酸鋇、泡石、銅粉、鐵粉、鋁粉和橡膠粉等 )，經(jīng)混合粉碎、模壓成型、后處理等一系列生產(chǎn)工藝加工而成。 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(qiáng)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。因此，摩擦片工作表面的溫升也會(huì)很嚴(yán)重。為了減少溫升，應(yīng)當(dāng)使制動(dòng)轂有較大的熱容量，因 此制動(dòng)轂應(yīng)具有足夠大的質(zhì)量，有些汽車的制動(dòng)轂外表面還鑄出若干肋片，以增加散熱面積和剛度。為了保持行車安全，提高汽車運(yùn)輸效率，需要對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行降溫處理，減少熱負(fù)荷。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于機(jī)械故障導(dǎo)致的制動(dòng)失效所占比例極小，而制動(dòng)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(dòng)器的車輛。我國又是個(gè)多山的國家，約 75％的國土面積為山區(qū)或丘陵地形，據(jù) 2021年統(tǒng)計(jì)資料，全國公路總里程為 169． 8萬公里，其中高速公路只有 19437公里，二級(jí)以上公路僅占總里程的 13． 4％，低等級(jí)公路和等外公路占絕大部分 (交通部主頁， 2021)。摩擦因數(shù)的穩(wěn)定性直接影響制動(dòng)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(xiàng)重要的指標(biāo)，它是指制動(dòng)襯片在制動(dòng)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(dòng)性能的熱衰退上。在制動(dòng)系不工作時(shí)，回位彈簧 13 使制動(dòng)轂 8 的圓柱面與制動(dòng)蹄之間留有一定大小的間隙，車輪及制動(dòng)轂可以自由轉(zhuǎn)動(dòng) (圖 3)。制動(dòng)力越大時(shí)，汽車的減速度也越大。這時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)蹄對(duì)旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)轂作用 一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的摩擦力矩（也叫制動(dòng)力矩） Mu 由于制動(dòng)力矩 Mu 的作用，使車輪對(duì)地面作用著一個(gè)向后的圓周推力 Fu，同時(shí)地面也對(duì)車輪作用著一個(gè)向后的反作用推力 Fb，這個(gè)反作用推力 Fb是使汽車制動(dòng)的外力，稱為制動(dòng)力。主缸 4 將產(chǎn)生高壓油液經(jīng)油管 5 流入輪缸 6 中，推動(dòng)兩活塞 7 外移而使兩制動(dòng)蹄饒各自的支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)。這是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，它完全與車上制動(dòng)液壓系統(tǒng)是分離的：利用手操縱桿或駐車踏板（美式車）拉緊鋼拉索，操縱鼓式制動(dòng)器的杠件擴(kuò)展制動(dòng)蹄，起到停車制動(dòng)作用，使得汽車不會(huì)溜動(dòng)；松開鋼拉索，回位彈簧使制動(dòng)蹄恢復(fù)原位，制動(dòng)力消失。 轎車鼓式制動(dòng)器一般用于后輪（前輪用盤式制動(dòng)器）?，F(xiàn)在轎車鼓式制動(dòng)器都是采用自動(dòng)調(diào)整方式，摩擦襯片磨損后會(huì)自動(dòng)調(diào)整與制動(dòng)鼓間隙。隨著摩擦襯片磨損，制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間的間 隙增大，需要有一個(gè)調(diào)整間隙的機(jī)構(gòu)。因此，業(yè)內(nèi)將自行增力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱為領(lǐng)蹄，自行鼓式制動(dòng)器減力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱為從蹄，領(lǐng)蹄的摩擦力矩是從蹄的 2～ 倍，兩制動(dòng)蹄摩擦襯片的磨損程度也就不一樣。 在轎車制動(dòng)鼓上，一般只有一個(gè)輪缸，在制動(dòng)時(shí)輪缸受到來自總泵液力后，輪缸兩端活塞會(huì)同時(shí)頂向左右制動(dòng)蹄的蹄端，作用力相等。 凡對(duì)蹄端加力使蹄轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置統(tǒng)稱為制動(dòng)蹄促動(dòng)裝置，制動(dòng)蹄促動(dòng)裝置有輪缸、凸輪和楔。不過對(duì)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(dòng)器高，因此許多重型車至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，鼓式制動(dòng)器也并非一無是處，它造價(jià)便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。制動(dòng)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(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。 相對(duì)于盤式制動(dòng)器來說，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)效能和散熱性都要差許多，鼓式制動(dòng)器的制 動(dòng)力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動(dòng)力變化很大，不易于掌控。鼓式制 動(dòng)是早期設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)，其剎車鼓的設(shè)計(jì) 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。 在本課題中，通過針對(duì)鼓式制動(dòng)器熱衰退而設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)，有助制 動(dòng)器擺脫熱衰退造成的不良影響。而由于散熱性能差，在制動(dòng)過程中會(huì)聚集大量的熱量。其制動(dòng) 是靠制動(dòng)塊在制動(dòng)輪上壓緊來實(shí)現(xiàn)剎車的 。 關(guān)鍵詞 ： 鼓式制動(dòng)器 冷卻系統(tǒng) Drum brake cooling system design 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III Abstract To address equipment, drum brakes, brake thermal performance brake failure caused the recession, the paper design of the braking system controlled cooling heat design is received by the brake pedal movement sensor signal, thereby enabling automatic control air conditioning system work, placed in the brake cooling gas into the position of the radiator, the heat absorption of the brake, and thus play a brake cooling. This article first recession mechanism of heat from the braking performance, analyzes the brake heat and cooling process, heat balance, heat fade braking performance result obtained factors, heat and cooling is calculated, the test has played a guiding major influencing factors for experimental design, based