汽车制动盘的冷却因素预测和其影响结果的热值模拟.doc

汽车制动盘的冷却因素预测和其影响结果的热值模拟 M. PEVEC *1), I. POTRC ) 2, G. BOMBEK ) 2 and D. VRANESEVIC ) 1 1) 产品开发—制动和悬架, Cimos ., Marezganskega upora 2 ,科佩尔 6000 、斯洛文尼亚 2)机械工程学院,马里博尔大学,马里博尔 2000, 斯洛文尼亚摘要: 在制动盘的开发过程中,有必要对适应性设计进行预测,可以肯定用预测的方式,即使用不考虑冷却因素的模型也能满足所有客户的请求, 通常制动盘适用性测试的不同顺序制动测试中, 将达到最高温度作为制动盘是否合适的标准。如何预测制动盘的行为,在预试期之前对开发成本和时间有很大影响。预测制动盘制动温度常见的方法是数值模拟分析法,借助于计算流体动力学,流经汽车的空气流量由制动盘的尺寸参数决定,对所有汽车速度和制动盘的温度进行传热系数计算,然后把结果导入到热值模拟顺序制动测试中进行分析,结果表明,冷却因素对温度的影响很大。要想从数值模拟和汽车测试模拟中获得准确的结果,必须要考虑传热系数的准确性、适当性,数值模拟法得到更精确的数值并为开发工程师在制动盘早期预试阶段提供合适的开发方案。关键词: 通风制动盘;传热系数; CFD 和有限元法;温度负荷 ,运动的汽车的动能和势能都转化为热能。大多数的热能被制动盘吸收,然后散失到周围的空气。实心制动盘散热缓慢。因此,目前通风盘通过增强气流通来改善汽车制动系统冷却。通风制动盘作为一个离心机,使冷空气进入内侧,冷空气通过叶片然后被排出。有人指出,通风盘式制动器的对流传热系数大约是那些实心盘式制动器的两倍(Limpert ,197 5 年)。由于制动效率取决于汽车重量、最大速度等,所以每种具体汽车制动盘的开发是不一样的。迄今为止,制动盘程序开发通常是复制类似的车型或只是做细微的修改和之前已有的设计重复。如果设计能在汽车测试时令人满意,这个设计将被批准。直到进行试验之前没有人确切知道设计的制外文翻译动盘是否会通过汽车行驶过程测试。开发工程师正在试图在进行物理测试之前预测制动盘的行为。目前,数值分析在开发制动盘过程中已成为一个强大的工具。利用各种各样的计算机程序进行有限元计算,可提供制动盘的运行状况。在过去的几年里,制动盘热分析已经变得非常流行,有许多关于制动盘热分析话题的论文。列车制动盘的热力学分析使用传热系数(Reibenschuh 和 Oder , 2009 年)进行了估计,他们还强调由于温度负载确定,对汽车制动盘进行了类似的分析(Gotowicki et al,2005 年),其次,平均对流系数被认为是由制动器行业考虑温度和速度的平均值的实验而确定的,实验结果在 90 与 100KmW 2之间。最新的研究是专注于使用计算流体动力学(CFD) 改善冷却。直到现在,虽然,这方面的研究已经受到大部分商业和列车制动盘的限制(Galindo-Lopez 和 Tirovic ,2008 年),尽管大多数的盘式制动器安装在客车上,但也已经对客车制动盘进行了一些研究。对冷却通道的形状进行了优化以促进制动冷却(Palmer et al,2009 年),继续在这个领域工作是合理的,不仅对通道进行最优化,使其达到最大的冷却效率,也对制动盘的尺寸形状包括 CFD 计算的热值分析。这是一个试图使数值分析尽可能精确的新方法。本文所提出的方法将会把已知尺寸图形的冷却因素考虑进去并且为热过程在标准的顺序制动试验提供更准确的结果。考虑冷却的数值分析的温度分布结果将与没有考虑冷却的试验结果进行同样的分析。在论文的第一部分,将会计算出制动盘两种不同区域的冷却因素。这个因素将在热分析中作为边界条件使用。在第二部分,将会对 10个实验结果作出热分析。首先,在不考虑冷却的情况下进行分析,第二个分析将前面计算的冷却因素考虑进去,考虑冷却的准确性并对这两个分析的结果做比较。 2. 制动盘散热传热系数的评估,要求考虑个别的的贡献机制,对于制动盘而言包括传导、对流和辐射,就对流传热而言,这个机制可以被视为两个部分:第一, 包括所有外表面的对流,第二,包括通过径向通道的对流(Galindo-Lopez and 燕山大学本科本科生毕业设计(论文) Tirovic , 2008 年),在这个分析中,这两个区将域被命名为支架外表面和通风孔径向通道。 ANSYS CFX(ANSYS , 2009 年)软件程序分析通过制动盘和其周围的气流,随后,也可以用作热分析计算的边界条件并考虑对流和辐射的传热系数,计算出两个分隔区域在所有的转速和温度下的平均热传递系数。表一所示,对车速为 5、 25、 50、 75、 100 、 125 、 150 、 175 和 200