盘式制动器热特性分析_张智铁VIP免费

盘式涛9‘称沙嚣热乡奇性喊洛系斤中南矿冶学院张智铁随着轮胎式车辆使用量与日俱增,盘式制动器由于具有热特性好、衰减较小、稳定性高、易调整维修等优点,近十余年得到迅速地发展,广泛应用于各种轮胎式车辆上。制动器的首要任务是消散能量,通常是将车辆的动能之绝大部分在制动器的摩擦表面转换为热能并消散。由于摩擦衬片材料的导热性很差,故盘式制动器摩擦表面产生的热能绝大部分(有时达9%)流到制动盘上,使制动盘的温度升高。以普通汽车为例,当其以56~64公里/小时的速度在较平坦的路面行驶时,摩擦盘稳定温度约为10“一120。山在山区车辆行驶困难时,全程平均盘温在Zoooc左右,偶尔可达400OC。对于采用非通风制动盘的赛车盘体温度达600“o,采用通风盘时亦达350”一450“o。对于轮胎式工程机械,由于车速较高,行驶路面条件差,应注意制动盘的温升问题。由此可见,分析制动盘的热特性是很重要的。本文根据热传导和对流基本定律,推导制动盘的传热方程和温度分布方程,并分析了热特性对制动器主要设计参数的影响。p一盘体材料的密度C一盘体材料的比热单位时间内通过盘以对流和辐射的方式传给周围空气的热量q:q:=q二+q孟(3)按照牛顿冷却定律对流传给空气的热量q息q三一hA(T,一T一)(4)式中T_一周围空气温度。OTp一盘体温度’CA一盘体散热面积澎h一放热系数w/m,。O牛顿公式把复杂的放热过程和计算困难都转移到放热系数h这个量上。为此,可以从盘体边界处换热情况分析,建立放热系数h和换热情况的关系。事实上,在盘体和空气的边界层热量传递完全依靠热传导,因而服从富里哀方程aT性2=一K人下弓一口X(6)一、传热方程设制动前车辆的动能为Qd,在制动过程中一部分在制动器上转换成热能QQ=雪Qd*(1)式中占一动能转换百分率*.热量Q之一部分使制动盘温度升高,其余者则主要通过盘体传给周围的空气。单位时间内使制动盘温升的热量q,ql=epV△T咬2)式中△T一单位时间内盘的温升V一盘的体积式中k一盘体的导热系数w/m“O尽L一盘体沿等温面法向x的温度梯度乡x~‘”曰’“一~’一“卜‘一~。”~式中引人负号是为了满足热力学第二定律。显然,牛顿公式和富里哀方程的右边部分相等,于是可得盘体和空气边界换热过程的换热微分方程式*使用国际单位制〔sl〕时,热量与功、能的单位相同,故此式不用引人热功当量。林车辆不挂挡以0.49(g为重力加速度)的减速度从96公里/小时开始制动.与二85%,其余部分动能则消耗于风阻力、滚动阻力和轴承及差速器等的摩擦之中。kTp一T、乡T乡x(6)乡,T_1乡T乡xZa乡了(12)由此可见,为求放热系数h,就必须知道盘体的温度梯度和温度分布情况,一般在进行粗略估算时,在空气强制对流换热情况下,可近似取h二10一soow/m,。C。辐射传给空气的热量q孟q立=。A(T渗一T二)(7)式中T_一周围空气温度,。KT。一盘度温度”KA一盘辐射面积m,“一斯特芬一玻尔兹曼常数a=5.669x10一sw/mZ“K实际计算指出,当Tp=s00K,T一300OK,h二500时,有q夏一0.03q三(8)因此,一般可不单独计算辐射放热q盆,而适当加大h值将其计入暇中,于是q。=q主二hA(T,一T一)(9)所以,单位时间内被制动器转换的动能q二q,+qZ=。pv△T+hA(T,一T一)式中a一导热系数,m,/s,a二k/Pc。其边界条件和初始条件为T(o,r)二T。丫>。T(x,0)二T,应用拉普拉斯变换将偏微分方程变换成符合间题边界条件的常微分方程,求解并应用复数反积分求出其解为T(x,二)一T。T;一T。二erf2丫及牙-一严/2材万下Zf_,,,一丁夕一、e‘一ct冲F兀J这里,高斯误差函数式概率积分丈/2材了于erf一不7于-~=白r仪T决可y万J(13)e一”,d”(14)式中冲为名义变量,该积分是其上限的函数,其值可从函数表中查得。在任意X位置的热流量=。户△T汰Ase兰些axaTq二-一K八一不--口人(15)对式13进行偏微分得一次制动过程中被制动器转换的动能Q=(q,+q:)dt=epVdT+hA(T,一T一)d:式中d二一一次制动停车时间dT一一次制动盘体的温升(10)(11)臀一‘Tl一T。,六一责(云希)一;共军丛e一‘’“‘’(16)在物体边界(表面)上热流量为二、盘体的温度分布为求换热量,必须知道放热系数值和引起盘表面裂纹的热应力,我们必须知道盘体温度分布。我们从研究半无限物体着手,设物体的初始温度为Ti,表面温度突然下降并维持在T。,找出作为时间...