智数汽车大数据麦克恒通汽车轻量化在线
查看: 1936|回复: 0
收起左侧

[其他] 高效散热的翅片式制动鼓

[复制链接]
发表于 2015-8-2 20:10:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
<

亲,赶快注册吧,有更多精彩内容分享!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
       

高效散热的翅片式制动鼓

高效散热的翅片式制动鼓

        新型的翅片式制动鼓相比普通盘式制动器而言,具有更好的散热性能,同时实现了更加稳定和安全的制动,且造价低廉。
        鼓式制动器由于热衰退问题而在高档轿车中很少使用,取而代之的是结构简单、更易于检查和更换的盘式制动器。盘式制动器摩擦面积小、散热快、热衰退小,制动力稳定,因而受到厂家青睐。
        可是,从技术层面上讲,盘式制动器并非完美。大多数盘式制动器的制动钳是一个的单边分布,因此在制动时,除制动转矩外,在轮轴上还将产生一个分力。分力方向随制动钳处的位置不同,对轮轴上的作用分力方向则不同。通常采用盘式制动器的汽车在制动过程中出现的振动,就是由于这个分力的存在造成的。而鼓式制动器因为其摩擦片对称分布,尽管有领蹄从蹄之分,但通过调整摩擦片的布置,可以实现纯转矩制动,制动效果更佳均匀。
        当前汽车行业逐渐走向低成本时代,一套盘式制动器的价格是鼓式制动器价格的2~3倍。因此,克服鼓式制动器的热衰退问题,增强鼓式制动器热稳定性,将是鼓式制动器在汽车上重新占有主导地位的关键。
        翅片式制动鼓
        我们知道空调的盘管就是一个高效散热的原件。它就是管子与翅片组成的一个部件,盘管散热主要依靠翅片散热。翅片具有薄而轻,散热面积大的特点,从工艺上具有冲压制造的方便性。翅片式制动鼓就是从空调的盘管构成的概念得来。
        这种翅片式制动鼓散热性能大大高于单个制动钳的盘式制动器,由于该制动鼓的结构与原来的基本一致,鼓的材料不变(一般是可锻铸铁),制动鼓的内径不变,用普通制动鼓与翅片组成,其原理是基本维持制动鼓的厚度,保证其机械强度和热容量。同时在制动鼓的外围,以过盈装配的方式套上翅片,这样用以提高制动鼓的散热面积,同时也加强了制动鼓壁厚强度。此翅片结构及其工艺很容易保证制动鼓所要求的动平衡要求。而其价格却只有相当功能的盘式制动器的1/2,甚至更低。
        散热性改善论证
        1.制动鼓的散热过程包括三个过程(见图)
        (1)热量Qt(单位:W或kW)是摩擦片与制动鼓内壁摩擦产生的热量,直接传递给摩擦片Qf,并经过对流换热传给制动鼓的内表面Q,对流换热系数为hi(W/(m2℃))。这一对流换热过程对应的温差为(Ti-Twi),其中:Ti为管内流体温度,Twi为管内壁温度。
        (2)热量Q从鼓内表面传到鼓外表面,这一热传导过程对应的温差为(Twi-Two)。
        (3)热量Q从鼓外表面传给鼓外冷流体的过程,这一过程属“对流换热”,对应的温差为(Two-To),其对流换热系数为ho。应当指出的是,此处Two是基管(制动鼓外圆柱表面)的外表面温度。因此,ho是以基鼓外表面积为基准的换热系数,它与以翅片管外表面为基准的换热系数h之间的换算关系是:
        ho=h×β×η
        其中,β是翅化比,即加翅片后面积扩大的倍数;η是翅片效率,是小于1的数。
        因此,加翅片后的总效果是ho远远大于h。
        2.现将翅片式制动鼓与盘式制动器散热性能比较
        (1)对制动鼓而言,设定A1为翅片式制动鼓的表面积。从图中Q2和Q3计算公式可以得知:
       

高效散热的翅片式制动鼓

高效散热的翅片式制动鼓

        (2)对制动盘而言,其散热面积可以分为两个约4/5外表面与一个近似的内表面,其散热面积为:
        A2=2×4/5×π(D12-D22)/4+πD12/4
        取D1=300 mm,D2=200 mm,计算得出结果为0.0425π。(D1、D2是一个盘式制动器型号的尺寸,已经放大了散热面积。)
        根据公式:

高效散热的翅片式制动鼓

高效散热的翅片式制动鼓

        Q=A2×ho(Two-To)
        得出,
       

高效散热的翅片式制动鼓

高效散热的翅片式制动鼓

        于是,我们可以比较鼓式制动器内表面的Twi温度与盘式制动器外表面Two温度的高低:
       

高效散热的翅片式制动鼓

高效散热的翅片式制动鼓

        根据《翅片管的传热系数和传热热阻》可以得知:钢铁导热系数λ取40W/(m℃);外表面换热系数ho取200W/(m2℃);制动鼓厚度δ=8 mm,制动鼓宽度是40 mm。
        取6层翅片,
        A1=12×π(D12-D22)/4+πD12
        取D1=250 mm,D2=200mm,计算得出结果为0.0755π。(D1、D2是一个鼓式制动器型号的尺寸,与上面盘式制动器的应用条件相同。)
        综合以上各计算公式,得出:
       

高效散热的翅片式制动鼓

高效散热的翅片式制动鼓

        而To环境温度一般在-20~60℃之间,相对制动时的温度Twi一般在100~200℃左右。因此,计算出:
        Twi≈0.50~0.83Two
        即:翅片式制动鼓的内表面温度在环境温度不高于60℃的情况下,其散热性能大大高于盘式制动器。而且温差越大,其散热效果越明显。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则