制动鼓传热分析.pdf

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汽车实用技术
012年第8期
工艺?设备?材料
AUTOMOBILE APPLIED TECHNOLOGY
2012NO.8
制动鼓传热分析
高刚刚,郑小艳,丁炜琦,何维聪,李金华
陕西汉德车桥有限公司,陕西西安710200)
摘要:对某重型卡车后轮制动鼓进行传热分析,模拟制动鼓的温升过程,并与三种不同改进
结构的制动鼓进行对比分析,提出最优改进设计方案。
关键词:制动鼓;传热分析
中图分类号:U463.55文献标识码:A文章编号:1671-7988(2012)08-55-03
Heat Transfer Analysis of Brake Drum
Gao Ganggang, Zheng Xiaoyan, Ding Weiqi, He Weicong, Li Jinhua
( Shaanxi Hande Axle Co LTD, Shaanxi Xi'an 710200)
Abstract: This paper is carrying on a heat transfer analysis about the brake drum of a heavy truck's rear, and
emulating the temperature rising process. The contrast analysis was carried on with three different improved
brake drums, and the optimum design was put forward
Keywords: Brake Drum; Heat Transfer Analysis
CLC No. U463 55 Document code: A Article ID: 1671-7988(2012)08-55-03
模拟制动鼓的温升过程,并与三种不同改进结构的
制动鼓进行对比分析。
装配鼓式制动器的重型卡车在长下坡路段时频
繁制动或高速行驶紧急制动,容易导致制动鼓温度1、制动鼓有限元模型的建立
急剧升高,出现制动效能热衰退现象。这种现象在1.1制动鼓材料
山区道路以及车辆超载时表现尤为明显。对制动鼓
以某重型卡车后轮制动鼓为研究对象,其材料
进行传热分析,能为制动鼓设计提供依据,减少或为HI250,材料参数如表1所示。
避免制动器热衰退现象的发生,降低道路交通事故
表1HT250的材料参数
率。郭应时等”对鼓式制动器瞬态温度场进行数值
弹性模量/Nm2)
1,2e5
模拟计算,并经试验验证,得出计算结果与实测值
泊松比
0.25
误差在20%以内的结论。顾永田对车辆长大下坡
密度/(N·s2/mm)
7.1e-9
热膨胀系数/(K')
12e-6
持续制动的制动鼓进行了温升特性分析和试验研
导热系数/(N(s?K
比热/(mm/(s2·K)
447e6
本文对某重型卡车后轮制动鼓进行传热分析,1.2鼓式制动器生热与散热过程
作者简介:高刚刚,助理工程师,就职于映西汉德车桥有限
鼓式制动器在制动时,因其摩擦副表面的滑转
公司,从事CAE分析工作。
将产生大量的摩擦热。摩擦片因其本身导热性能很
学兔wm, C IH.eom
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差故吸收热量较少,所以制动时产生的约95%的摩
擦热被制动鼓吸收,使其温度升高很快。与此同时,
制动鼓也通过各种途径向周围环境散发热量。从传
热学角度来说,有三种基本的热传递方式,即热传
导、热对流和热辐射,在制动鼓散热过程中同时存
2-加宽加强带50mm结构
在
理论分析和试验表明,制动鼓与制动蹄和摩擦
片之间的传导散热量所占比例很小(计算时可忽
略):辐射散热量约占制动鼓散热量的5%~109%:对
流散热是鼓式制动器最主要的散热方式,占总散热
量的80%以上,并且因为制动器为防止灰尘等外物
3-密集周向筋结构
侵入,一般密封,内部空气流动很小,所以制动鼓
(筋宽10、间隔10、共加筋宽度80)
内表面基本不存在对流散热过程,所以制动鼓的对
图2三种不同改进结构的制动鼓截面网格
流散热主要是制动鼓的外表面散热。
1.3制动鼓有限元模型
2、制动鼓传热分析
根据1.2中所述鼓式制动器生热与散热过程,
2.1制动鼓温度载荷
在传热分析中可将鼓式制动器模型简化为只考虑制
(1)摩擦产生的热流载荷;
动鼓。采用8节点六面体单元对制动鼓进行结构离
(2)制动鼓和外部环境的初始温度载荷;
散,制动鼓有限元网格模型如图1所示,共有单元
(3)在制动鼓的边界上,由于温升的关系,使得
57276个,节点76626个
制动鼓和外部空间存在温度差,所以存在热交换。
2.2边界条件的施加与求解
边界条件的处理分别利用热流密度,热对流和
初始温度三张卡片实现。制动鼓内表面的摩擦生热
热流密度约为-3e2N.mm/s,外表面与空气的对流
散热系数取62.3e-3N/s,mm.K。设制动鼓初始温
度和空气温度都为20℃
设置计算类型为只进行瞬态热分析,热问题类
型为线性问题,采用默认的热分析求解器,计算终
图1制动鼓有限元网格模型
止时间为50s,计算结果文件的输出间隔为0.1s。
1.4改进的制动鼓结构
13中模型为某重型卡车简化后的制动鼓模型,3、求解结果对比分析
在原始制动鼓模型的基础上提出三种不同的改进结
构,并进行对比分析。三种不同改进结构的制动鼓
截面网格如图2所示。
原始结构
1-加宽加强带20mm结构