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基于DOE的通风式制动盘散热性结构优化
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文档介绍：
对不同的通风热结构行为在制动盘上的应用的研究梅苏特 Duzgun 汽车工程系,工学部, Gazi 大学, 06500 ,安卡拉,土耳其摘要一个制动盘有关的最常见的问题是经济过热,影响制动性能,尤其是在持续制动工况下的车辆。在制动盘通风应用可显著提高制动系统通过减少磁盘的加热性能。在这项研究中,使用三种不同结构的通风制动盘的热行为在热应力和热应力的有限元分析连续制动条件研究。结果进行了比较与固体盘。在坚实的制动盘减少到最大的通风应用 24% 热发电。实研研究表明,有限元温度分析结果在 1.13% 和10.87% 之间的范围。不过,热应力的形成是较高的通风刹车盘与固体片的比较。关键词:制动盘;发热;热结构的行为;通风中的应用 1.引言通风式制动盘或转子被称为高性能制动器,并通过凹陷或产生的槽(或两者) 对不同形状的盘表面和侧边缘。通风制动盘的最初测试赛车在上世纪 60年代的汽车,他们已经被广泛应用在汽车和火车使用不同的设计[1,2] 。在制动过程中的动能转换成热。周围的 90% 的能量是由制动盘吸收,然后转移到周围的空气。固体的制动盘热消散较慢。因此,通风式制动盘,用于改善通过促进空气循环冷却[3,4] 。他们一般具有对流换热系数约两倍那些实心圆盘[5] 相关的大。有许多研究通风应用相关的在制动盘。尤伯和 Heidenreich [6]制造三种不同的通风式制动盘的结构从碳纤维增强陶瓷基复合材料(CMC )和比较他们的优势。 antanaitis 和rifici [7]证明 90 洞交叉钻孔模式改进的散热能力该盘之间的 8.8% 和20.1% 取决于车辆速度。 aleksendric 等人。[8]表现出的能力通风式制动盘转子散热的流动的有限有限元分析(FEA), 文基塔汉姆和 maharudrappa[ 9] 进行了六种不同的流动和传热分析采用计算流体动力学的盘配置类型( CFD )和推荐的通风制动盘高速车辆。公园等。[10]设计了一个螺旋面内用于通风制动盘叶片。他们优化的雷诺兹(Re),普朗特(Pr),和努塞尔数(Nu)他们设计并取得的 44% 个最大的改进传热。改进的制动褪***和更高的在潮湿的条件下的制动性能是其他一些有用的通风制动盘方面。然而,他们也有一些缺点。开裂,就是其中之一,这一现象这已与相关的应力在制动[11] 。基姆等人。[12] 显示的最大Von 米塞斯应力的实际疲劳裂纹位于通风制动发电由热应力分析铁路车辆盘。同样的,巴尼奥利等人。[13]进行有限元分析,以确定温度分布和估计的 von 米塞斯应力分布在消防车制动产生的。黄吴[14]研究的温度和热应力在一个基于热机械耦合通风制动盘模型。降低制动温度和/ 或重新设计轮毂单元转子有相当的结论麦金等人。[15]消除制动转子裂纹。热一代也会影响制动热机械不稳定性盘[16]。以前的文献主要集中在热应力的形成在这项研究中,有限元法研究了三种不同的热行为的通风刹车设计:交叉钻孔(CD),十字槽(CS),和横槽侧槽(CS-SG ) 盘。然后对结果进行比较固体(SL)盘。也进行的实验研究为了验证有限元分析结果。表1制动盘和焊盘的机械和热性能。图1有限元网格模型。 2.热结构的有限元分析有限元三维(3D)的制动结构盘,刹车片,和装配设计建模在软件程序的 1/1 规模, 然后导入到对于互动的热结构的另一个软件程序分析。制动盘和制动片为蓝本, 采用二次六面体网格类型。二次六面体网格代被称为他们的精度和计算效率[17]。摩擦具有二次四边形单元式接触对接触盘垫之间的口定义。图 1显示盘垫系统的网格模型。灰铸铁,一种常用的椎间盘材料,用于制动盘。的机械和热性能制动盘和垫在表 1中给出。通风式制动盘是根据螺旋桨设计—形孔和槽的位置的方法。为 CD 盘,设置为五和 5.2 mm 直径的孔在相等的时间间隔上的长度为 60.54 mm 的弧。这些孔被复制在 20 组在磁盘表面的。因此,共 100 孔盘表面上钻孔 CD 盘。对于 CS盘, 20通道( 6.9 毫米宽和长 67.3 毫米)被放置在一个坚实的盘表面。最后,本 CS-SG 盘的凹槽设计( 4mm宽15mm 深)在另一个 CS 圆盘的边缘。因此,路径开放外盘侧边得到提供更好的空气流通。 2.1 热分析环境温度为在 22C o 盘的表面温度为 100C o 前制动的热分析,并与冷制动性能相关的[8] 。目前的研究认为,热耗散从制动盘的气氛是通过对流,也被称为牛顿冷却定律。对流管由式( 1),其中 Q是传热速率( W),H对流换热系数,一个是表面面积的转子( 2m ),TS是制动表面温度转子(C o),和T∞是环境空气温度(C o)。的对流换热系数应用到人体制动盘的边界条件。因此,增加从传热的制动盘和减少光盘表面在制动盘的总表面面积的温度,的传热系数采用逐渐增加通风中的应用。)( ???TThA Q s(1) 层流的传热系数固体或非通风由被制动盘(2)( 510 4.2 Re x?)[5] ,其中 d的外径光盘( mm),再是雷诺兹数,和 aK 是热空气的导电率( W /Cm o)。 55 .0 Re )/(70 .0Dkh aR?(2) 同时,与传热系数通风制动盘层流近似方程( 3)(层流状态, ? Re 410 )[5], Pr 在哪里普朗特数, hd 的液压直径(mm),l 是的冷却叶片的长度(mm)。水力直径( hd )被定义为四倍的横截面的比率流动区域(润湿面积)的孔和槽通风制动盘的润湿周长除以所示图 2。)/()/( Pr) (Re 86 .1 33 .03/1hahRdkldh?(3) 在这种情况下,雷诺数与速度有关的在孔和槽形叶片,目前的空气流由式( 4), 其中一个是 a?空气的密度( 3/ mm kg ),马是空气质量流量(sm/ 3),和vaverag e 是平均速度( sm/ )。 average ahaVmd)/( Re ??(4) 平均速度可以计算由式( 5),NT 在哪里每分钟转数( min /1 , rpm ),D 是外径该盘(mm),d盘的内直径(mm), outA 是孔或槽状的叶片面积( 2 mm )的出口区域,和 inA 是孔或槽状的叶片面积( 2 mm )的入口区域。)]/] ([out inout nT average AAAdDV???(5) 此外,空气流量马是由方程( 6): sec) /()(0mAdDnm in Ta??(6) 图2 。湿润地区(水力直径, DH) ,长孔和槽形冷却叶片,和入口和出口地区的空气流通风在这项研究中使用的制动盘。图3。制动卡钳和制动盘。 2.1.1 实验研究实验研究进行了检查,温度在光盘表面的变化。为了这个目的,通风制动盘是从艾尔弗雷德特维斯制造( ATE )固态盘获得他们的设计特点。的 CD和CS 的光盘上的三轴数控加工立式加工中心。为CS-SG 侧槽盘是在数控车削中心。盘温度在制动测试系统测量了输出。本系统由一个钳机制如图 3 中看到的,压电晶体的力测量1
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划线制动盘的散热研究
发布时间： 09:02
摘　要：本文运用试验台对划线制动盘与普通制动盘散热进行了试验分析，得到了两款制动盘温度变化曲线
关键词：制动盘；散热；试验台 1、 引言　　汽车制动过程是把汽车行驶的动能通过制动器的摩擦转变为热能，并向大气耗散的过程。汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度称为抗热衰退性。制动盘的抗热衰退性与制动速度、制动频繁程度、汽车总质量、制动盘的结构、制动盘的热容量等方面有关。现代汽车的前制动盘通常为径向通风制动盘，制动时通过制动盘摩擦面的对流及辐射和风道的强制对流进行散热。由于划线制动盘是在制动盘摩擦面上增加了开槽。传热学指出增强散热的方法有：1、扩展传热面；2、通过增加扰动物等方法改变对流状况；3、改变表面状况；4、改变换热面形状态和大小等方法。在制动盘工作面增加开槽，相当于在平滑表面增加了扰动物并增大了散热面积。车辆下长坡连续制动时前轮制动温度实测可达500℃以上，本文通过在制动盘摩擦面上增加开槽进行试验对比开槽前后制动盘同一点温度的变化，得到了划线制动盘（以下简称划线盘）和非划线制动盘（以下简称普通盘）的温度变化曲线。2、试验条件建立&&&& &采用NT11-10E惯性试验台（见图1），以车辆前轴实际惯量模拟某车型实际制动情况，在相同试验条件下测量划线盘与普通盘的摩擦面温度。将制动盘分别安装在NT11-10E惯性试验台上（见图2），试验台能够方便的控制制动压力、制动起始速度等参数，能够自动测量、显示试验过程中制动盘摩擦面温度、制动减速度以及制动距离等结果。设置试验条件为：&&&&& （1） 试验冷却空气条件——鼓风机与引风机全开，风速调整为10km/h ；&&&&&&（2） 制动开始转速687转/分 ；&&&&& （3） 制动末转速0转/分 ；&&&&& （4） 制动惯量61Kg* m2 ；&&&&& （5） 制动间隔60S ； &&&&& （6） 试验室温度：25℃ 。&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图1& 惯性试验台1&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& 图2& 试验台安装示意图&&&&&&&& 3、台架试验结果对比&&&&& 通过NT11-10E惯性试验台对划线盘和普通盘进行了制动试验，并自动记录两制动盘相同位置的制动温度，图3、图4分别为制动盘内外侧温度差对比和两制动盘相同位置外侧制动温度对比。在连续制动过程中，普通制动盘的内外侧温度差及外侧温度要明显大于划线制动盘。在连续23次制动时，普通盘的内外温度差达到213℃，而划线制动盘只有157℃，二者温度差相差46℃。在连续7次制动时，普通盘的外侧温度已经过到了350℃，划线盘连续制动7次时的外侧温度只有308度。如果此时立即停车，普通盘很可能会因为温度高造成制动盘变形，进而影响整车性能。&4、结论&&& & 通过利用惯性试验台进行试验对比，验证了划线盘的散热以力比普通盘有明显改善。开槽结构更有利于制动盘的冷却，有利于提高制动盘的抗热衰退性能。此种制动盘值得广泛推广应用。&
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