房冠霖 李光 李敏

摘要：本文已經(jīng)完成了盤式制動器熱機耦合的有限元模型的建立，接下來可以通過 ANSYS有限元分析軟件對有限元模型進行盤式制動器的云圖觀察并獲得仿真結(jié)果。本文將從溫度場對仿真結(jié)果進行分析。

關(guān)鍵詞：制動器;熱機;耦合

1、50千米每小時工況下制動盤溫度情況細節(jié)的描述

分析制動盤熱-機耦合特性的重要角度之一是分析模擬結(jié)果的溫度場。制動過程中的摩擦發(fā)熱會導(dǎo)致制動盤的溫度在短短的幾秒鐘內(nèi)上升幾百度。高溫對制動盤材料的制動性能影響極大。溫度分布不均勻還會引起制動盤內(nèi)應(yīng)力的變化，嚴(yán)重時會產(chǎn)生熱變形甚至熱裂紋。[1]

圖1顯示了當(dāng)制動壓力為3MPa時，在初始制動速度為50千米每小時時制動盤的溫度變化的云圖。

從圖1可以看出制動盤在3秒時產(chǎn)生溫度的最大值為23.11攝氏度，最小值為21.971攝氏度，平均溫度為22.229攝氏度;而制動盤在整個過程中的最高溫度達到了49.654攝氏度，最小制動溫度16.277攝氏度。

制動盤溫度變化曲線可以看出，制動時的最高溫度不是發(fā)生在制動結(jié)束時，也不是發(fā)生在制動開始時，是發(fā)生在制動過程中。這是因為在制動過程中伴隨著熱傳導(dǎo)和熱量損失。開始制動的一段時間內(nèi)（小于0.03秒），熱傳導(dǎo)的熱損失和熱損小于制動摩擦產(chǎn)生的熱量。因此，溫度迅速升高，但在制動中后期，由于速度降低，摩擦制動產(chǎn)生的熱量會小于熱傳導(dǎo)和熱損失所損失的熱量，所以溫度緩慢下降。因此，制動時的最高溫度不會出現(xiàn)在制動結(jié)束時，而是在制動時的某個時間。從云圖還可以獲得以下特點，非摩擦接觸區(qū)域的溫度小于摩擦接觸區(qū)域的溫度，制動盤內(nèi)部的溫度也小于制動盤表面的溫度。由于整個運作過程中的時間不長以及制動盤內(nèi)徑遠離摩擦區(qū)，熱量一般難以在較短的時間內(nèi)傳到內(nèi)徑處，所以在制動盤靠近內(nèi)徑的徑向處，溫度是比較低的并且變化范圍也比較小。[2]

3秒內(nèi)制動盤溫度變化曲線還可知，在由車速50km/h減速至完全停止的制動過程中，制動盤溫度迅速升高，制動中后期溫度會有一定程度上緩慢下降;溫度曲線為鋸齒狀的形式說明在制動過程中溫度受到摩擦生成的熱流密度和熱傳導(dǎo)及熱散失的交替作用，制動后期隨著速度降低，溫度下降，說明熱傳導(dǎo)和熱散失的作用己經(jīng)大于制動摩擦產(chǎn)生的摩擦熱流的作用。制動中最高溫度發(fā)生在0.035秒左右，之后溫度逐漸下降。

2、 80千米每小時工況下制動盤溫度情況細節(jié)的描述

汽車在80千米每小時時制動盤表面溫度變化顯示制動壓力依舊為3MPa，汽車以80km/h的初速度行駛，在3秒內(nèi)制動到停車，盤式制動器在制動過程中不同時刻的制動盤溫度是不同的，在整個熱機耦合的過程中，制動盤在3秒時產(chǎn)生溫度的最大值為23.597攝氏度，最小值為21.944攝氏度，平均溫度為22.367攝氏度;而制動盤在整個過程中的最高溫度達到了62.117攝氏度，最小制動溫度13.636攝氏度。與50km/h工況下相似，制動過程中的最高溫度并不發(fā)生在制動結(jié)束時刻，也不是發(fā)生在制動開始時刻，而是發(fā)生在制動的過程中;非摩擦接觸區(qū)的溫度小于摩擦接觸區(qū)的溫度，制動盤內(nèi)部的溫度小于制動盤表面的溫度;制動盤越接近內(nèi)徑，溫度相對較低，變化范圍相對較小;在制動過程中，制動初期的溫度曲線快速上升，制動中最高溫度發(fā)生在0.02秒左右，之后溫度曲線呈鋸齒狀下降逐漸下降。

3、110千米每小時工況下制動盤溫度場特性分析

當(dāng)制動壓力為3MPa，汽車以110km/h的初速度在3秒內(nèi)制動到停止，此時制動盤在3秒時產(chǎn)生溫度的最大值為24.09攝氏度，最小值為21.931攝氏度，平均溫度為22.229攝氏度;而制動盤在整個過程中的最高溫度達到了78.912攝氏度，此時對應(yīng)的最小制動溫度11.56攝氏度。50km/h和80km/h相似，制動中最高溫度發(fā)生在0.026秒左右，制動初期溫度曲線急劇上升，之后逐漸下降。

4、結(jié)論：

當(dāng)車輛分別以50km/h，80km/h和110km/h的初速度緊急制動至完全停止時，制動壓力為3兆帕，制動時間為3秒。在50km/h的工況下，最高溫度達到了49.654攝氏度，最小制動溫度22.776攝氏度;在80km/h的工況下，最高溫度達到了62.117攝氏度，最小制動溫度23.1攝氏度;在110km/h的工況下，最高溫度達到了78.912攝氏度，最低制動溫度23.794攝氏度;制動時的最高溫度不是發(fā)生在制動結(jié)束或制動開始時，而是發(fā)生在制動過程中;摩擦接觸區(qū)的溫度高于無摩擦接觸區(qū)的溫度，制動盤表面的溫度也高于制動盤內(nèi)部的溫度;制動盤接近內(nèi)徑直徑的溫度相對較低，變化范圍相對較小;在制動過程中，溫度以迅速升高，制動中的最高溫度發(fā)生在0.03秒之前，然后溫度逐漸降低。

參考文獻：

[1]譚雪龍.高壓大型車用盤式制動器熱摩擦磨損機理研究[D].江蘇科技大學(xué)，2016.

[2]杜嘉俊.盤式制動器摩擦副表面微造型摩擦磨損研究[D].江蘇科技大學(xué)，2018.