王永平 杭州明柯汽車零部件有限公司

探討汽車剎車盤的散熱性能及摩擦性能

王永平 杭州明柯汽車零部件有限公司

在汽車制造業(yè)之中要制造出人們滿意的汽車產(chǎn)品，尤其要關(guān)注汽車剎車盤的制作要求，要全面探討和分析汽車剎車盤結(jié)構(gòu)對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)的整體性影響，分析汽車剎車盤的散熱性能及摩擦性能，使之具有足夠高且穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、較高的抗熱衰減性，從而滿足人們對(duì)汽車使用的安全舒適性要求。

汽車 剎車盤 散熱性能 摩擦性能

一、汽車剎車盤的散熱性能分析

在汽車剎車的過(guò)程中，由于剎車盤與剎車片產(chǎn)生摩擦作用，必然生成大量的熱能，由于剎車盤的導(dǎo)熱系數(shù)較高，因而容易在熱量積聚的狀態(tài)下，導(dǎo)致剎車盤出現(xiàn)熱疲勞損壞的現(xiàn)象，極大地威脅人們的行車安全。在對(duì)汽車剎車盤的散熱性能研究和分析之中，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：1.熱傳導(dǎo)。這是在兩個(gè)相互接觸的物體之間，因溫度的不同而引發(fā)的熱傳遞現(xiàn)象，它是利用物質(zhì)的分子、原子或電子的移動(dòng)或振動(dòng)而進(jìn)行熱量的傳遞。2.熱對(duì)流。這是在運(yùn)動(dòng)流體和溫度不同的固體表面之間，進(jìn)行熱量的傳遞。對(duì)于汽車剎車盤而言，盤帽結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)的熱對(duì)流主要表現(xiàn)為：風(fēng)道內(nèi)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)制熱對(duì)流；摩擦制動(dòng)表面與氣體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的自然熱對(duì)流。可以通過(guò)對(duì)汽車剎車盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改變措施，以提升汽車剎車盤的熱對(duì)流量，可以通過(guò)在汽車剎車盤的表面劃溝槽、打孔的方式，增加剎車盤的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，增大湍流的強(qiáng)度。3.熱阻。這是指?jìng)鳠崦嫔系膫鳠犭y易程度。對(duì)于汽車剎車盤而言，熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流都存在熱阻，可以在設(shè)計(jì)汽車剎車盤的時(shí)候，綜合比較兩個(gè)熱阻的大小，使之達(dá)到平衡狀態(tài)。

二、汽車剎車盤的摩擦磨損分析

在汽車剎車盤的摩擦磨損研究中，存在磨粒磨損的情況，即硬顆粒對(duì)汽車剎車盤表面的硬突出物或粗糙物的摩擦而導(dǎo)致材料脫落的現(xiàn)象。同時(shí)，還有研究提出了第三體的概念，認(rèn)為汽車剎車盤和剎車片在摩擦過(guò)程中脫離摩擦表面的碎屑，對(duì)于剎車盤和剎車片的摩擦性能至關(guān)重要，這些要素對(duì)于穩(wěn)定汽車剎車盤的摩擦系數(shù)和磨損率有較大的作用，這些第三體在摩擦的過(guò)程中由顆粒狀變?yōu)閴簩?shí)狀，對(duì)于汽車剎車盤的摩擦磨損性能有極為重要的決定性作用。

同時(shí)，帶溝槽剎車盤得到了普遍性的應(yīng)用，目前對(duì)于帶溝槽剎車盤的研究主要集中于對(duì)帶溝槽離合器和微溝槽的分析，由于離合器的表面溝槽類似于帶溝槽剎車盤表面結(jié)構(gòu)，且在一個(gè)圓周之內(nèi)均勻分布有多個(gè)溝槽，這對(duì)于研究剎車盤的摩擦性能有極為重要的指導(dǎo)意義。

三、汽車剎車盤的結(jié)構(gòu)及性能分析

（一）初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于汽車剎車盤的初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要涉及以下相關(guān)參數(shù)：盤周總厚度、剎車盤外徑、盤帽厚度、盤帽中心孔等，其初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下所示：

（二）剎車盤應(yīng)力分析。剎車盤制動(dòng)時(shí)必然會(huì)受到摩擦力、夾緊力和固定力的作用，這就需要對(duì)剎車盤的應(yīng)力加以分析，具體為：（1）安裝孔應(yīng)力。對(duì)于剎車盤的安裝孔部位，由于其不同的安裝位置承受的應(yīng)力差別較大，如果應(yīng)力的變化過(guò)于劇烈則會(huì)引發(fā)剎車盤的疲勞，為此，當(dāng)鑄鐵壁厚為4～10mm時(shí)，應(yīng)力應(yīng)當(dāng)為270Mpa，并選擇厚度為6mm的盤帽，并在設(shè)計(jì)時(shí)要減少由盤周向盤帽傳入的熱量，避免出現(xiàn)機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力疊加的現(xiàn)象。（2）盤周應(yīng)力。盤周摩擦表面的機(jī)械應(yīng)力并不明顯，然而由于部分位置與剎車片的微凸體相接觸，產(chǎn)生極大的局部剪切應(yīng)力，引發(fā)局部的超高溫現(xiàn)象，并使制動(dòng)盤表面在熱應(yīng)力和拉應(yīng)力的循環(huán)交替之下，出現(xiàn)表面裂紋。為此，要合理地分配剎車盤摩擦表面和風(fēng)道的厚度，適當(dāng)增加風(fēng)道的厚度，更好地滿足汽車剎車盤的散熱性能要求。（3）連接位置應(yīng)力。剎車盤帽盤周位置的連接處的應(yīng)力并不大，要適當(dāng)改變盤帽和盤周連接位置的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，通過(guò)增大連接處的傳熱路徑、減小連接處的厚度等方式，較好地隔絕由盤周傳導(dǎo)而來(lái)的熱量。

（三）剎車盤的摩擦磨損試驗(yàn)。可以通過(guò)模擬剎車片和剎車盤的摩擦生熱實(shí)驗(yàn)，確定剎車盤和剎車片的摩擦系數(shù)，從而更好地明確不同結(jié)構(gòu)剎車盤在摩擦磨損方面的性能和散熱方面的優(yōu)良性能。

通過(guò)固化、后熱處理、整形等方式，實(shí)現(xiàn)剎車片的試樣制作，其材料主要包括有：增強(qiáng)纖維、粘結(jié)劑、摩擦性能調(diào)節(jié)劑和填料。剎車片試樣在未摩擦之前，表面呈現(xiàn)出凹凸不平的狀態(tài)，試驗(yàn)中的設(shè)備主要采用銷盤式GF150D型定速摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、轉(zhuǎn)子流量計(jì)和電子天平，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，無(wú)溝槽剎車盤相較于帶溝槽剎車盤而言，其摩擦系數(shù)更高且穩(wěn)定，并且當(dāng)無(wú)溝槽剎車盤處于500r/min～1500r/min時(shí)，其摩擦系數(shù)明顯提升。

（四）剎車盤內(nèi)部風(fēng)道結(jié)構(gòu)。剎車盤的內(nèi)部風(fēng)道結(jié)構(gòu)主要是用于通風(fēng)散熱，當(dāng)風(fēng)道內(nèi)的熱對(duì)流面積大、系數(shù)高時(shí)，其熱對(duì)流的效果較好，由此可見(jiàn)，風(fēng)道熱對(duì)流的多少對(duì)于剎車盤的抗熱衰減性有直接的決定性影響，尤其是汽車處于較長(zhǎng)時(shí)間的制動(dòng)且頻繁的剎車狀態(tài)下，要注重剎車盤的熱穩(wěn)定性，要對(duì)剎車盤進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之保證最佳的風(fēng)道結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，避免在過(guò)大的夾緊力和摩擦力的作用下導(dǎo)致風(fēng)道內(nèi)筋出現(xiàn)損壞。

汽車剎車盤的風(fēng)道厚度和摩擦表面的厚度對(duì)于剎車盤的散熱性能有直接的影響，通常來(lái)說(shuō)，風(fēng)道較厚適宜于長(zhǎng)距離的下坡行駛；摩擦表面較厚適宜于緊急剎車。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著汽車使用逐漸普及，我國(guó)的汽車制造業(yè)要注重汽車剎車盤的散熱性能和摩擦性能的研究，要分析汽車剎車盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)力狀態(tài)，減少盤帽處因機(jī)械應(yīng)力而遭受損壞的現(xiàn)象，并優(yōu)化剎車盤風(fēng)道內(nèi)部厚度、數(shù)量及長(zhǎng)度等，提升剎車盤風(fēng)道的整體熱對(duì)流系數(shù)，從而更好地提升汽車剎車盤的制造性能。

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