探讨汽车刹车盘的散热性能及摩擦性能

王永平 杭州明柯汽车零部件有限公司

探讨汽车刹车盘的散热性能及摩擦性能

王永平 杭州明柯汽车零部件有限公司

在汽车制造业之中要制造出人们满意的汽车产品，尤其要关注汽车刹车盘的制作要求，要全面探讨和分析汽车刹车盘结构对汽车制动系统的整体性影响，分析汽车刹车盘的散热性能及摩擦性能，使之具有足够高且稳定的摩擦系数、较高的抗热衰减性，从而满足人们对汽车使用的安全舒适性要求。

汽车 刹车盘 散热性能 摩擦性能

一、汽车刹车盘的散热性能分析

在汽车刹车的过程中，由于刹车盘与刹车片产生摩擦作用，必然生成大量的热能，由于刹车盘的导热系数较高，因而容易在热量积聚的状态下，导致刹车盘出现热疲劳损坏的现象，极大地威胁人们的行车安全。在对汽车刹车盘的散热性能研究和分析之中，主要从以下几个方面进行研究：1.热传导。这是在两个相互接触的物体之间，因温度的不同而引发的热传递现象，它是利用物质的分子、原子或电子的移动或振动而进行热量的传递。2.热对流。这是在运动流体和温度不同的固体表面之间，进行热量的传递。对于汽车刹车盘而言，盘帽结构上出现的热对流主要表现为：风道内结构的强制热对流；摩擦制动表面与气体的相对运动而产生的自然热对流。可以通过对汽车刹车盘的内部结构设计的改变措施，以提升汽车刹车盘的热对流量，可以通过在汽车刹车盘的表面划沟槽、打孔的方式，增加刹车盘的转动速度，增大湍流的强度。3.热阻。这是指传热面上的传热难易程度。对于汽车刹车盘而言，热传导和热对流都存在热阻，可以在设计汽车刹车盘的时候，综合比较两个热阻的大小，使之达到平衡状态。

二、汽车刹车盘的摩擦磨损分析

在汽车刹车盘的摩擦磨损研究中，存在磨粒磨损的情况，即硬颗粒对汽车刹车盘表面的硬突出物或粗糙物的摩擦而导致材料脱落的现象。同时，还有研究提出了第三体的概念，认为汽车刹车盘和刹车片在摩擦过程中脱离摩擦表面的碎屑，对于刹车盘和刹车片的摩擦性能至关重要，这些要素对于稳定汽车刹车盘的摩擦系数和磨损率有较大的作用，这些第三体在摩擦的过程中由颗粒状变为压实状，对于汽车刹车盘的摩擦磨损性能有极为重要的决定性作用。

同时，带沟槽刹车盘得到了普遍性的应用，目前对于带沟槽刹车盘的研究主要集中于对带沟槽离合器和微沟槽的分析，由于离合器的表面沟槽类似于带沟槽刹车盘表面结构，且在一个圆周之内均匀分布有多个沟槽，这对于研究刹车盘的摩擦性能有极为重要的指导意义。

三、汽车刹车盘的结构及性能分析

（一）初步结构设计。对于汽车刹车盘的初步结构设计，主要涉及以下相关参数：盘周总厚度、刹车盘外径、盘帽厚度、盘帽中心孔等，其初步结构设计如下所示：

（二）刹车盘应力分析。刹车盘制动时必然会受到摩擦力、夹紧力和固定力的作用，这就需要对刹车盘的应力加以分析，具体为：（1）安装孔应力。对于刹车盘的安装孔部位，由于其不同的安装位置承受的应力差别较大，如果应力的变化过于剧烈则会引发刹车盘的疲劳，为此，当铸铁壁厚为4～10mm时，应力应当为270Mpa，并选择厚度为6mm的盘帽，并在设计时要减少由盘周向盘帽传入的热量，避免出现机械应力与热应力叠加的现象。（2）盘周应力。盘周摩擦表面的机械应力并不明显，然而由于部分位置与刹车片的微凸体相接触，产生极大的局部剪切应力，引发局部的超高温现象，并使制动盘表面在热应力和拉应力的循环交替之下，出现表面裂纹。为此，要合理地分配刹车盘摩擦表面和风道的厚度，适当增加风道的厚度，更好地满足汽车刹车盘的散热性能要求。（3）连接位置应力。刹车盘帽盘周位置的连接处的应力并不大，要适当改变盘帽和盘周连接位置的设计重点，通过增大连接处的传热路径、减小连接处的厚度等方式，较好地隔绝由盘周传导而来的热量。

（三）刹车盘的摩擦磨损试验。可以通过模拟刹车片和刹车盘的摩擦生热实验，确定刹车盘和刹车片的摩擦系数，从而更好地明确不同结构刹车盘在摩擦磨损方面的性能和散热方面的优良性能。

通过固化、后热处理、整形等方式，实现刹车片的试样制作，其材料主要包括有：增强纤维、粘结剂、摩擦性能调节剂和填料。刹车片试样在未摩擦之前，表面呈现出凹凸不平的状态，试验中的设备主要采用销盘式GF150D型定速摩擦磨损试验机、转子流量计和电子天平，通过实验可知，无沟槽刹车盘相较于带沟槽刹车盘而言，其摩擦系数更高且稳定，并且当无沟槽刹车盘处于500r/min～1500r/min时，其摩擦系数明显提升。

（四）刹车盘内部风道结构。刹车盘的内部风道结构主要是用于通风散热，当风道内的热对流面积大、系数高时，其热对流的效果较好，由此可见，风道热对流的多少对于刹车盘的抗热衰减性有直接的决定性影响，尤其是汽车处于较长时间的制动且频繁的刹车状态下，要注重刹车盘的热稳定性，要对刹车盘进行优化设计，使之保证最佳的风道结构力学性能，避免在过大的夹紧力和摩擦力的作用下导致风道内筋出现损坏。

汽车刹车盘的风道厚度和摩擦表面的厚度对于刹车盘的散热性能有直接的影响，通常来说，风道较厚适宜于长距离的下坡行驶；摩擦表面较厚适宜于紧急刹车。

四、结束语

综上所述，随着汽车使用逐渐普及，我国的汽车制造业要注重汽车刹车盘的散热性能和摩擦性能的研究，要分析汽车刹车盘内部结构及应力状态，减少盘帽处因机械应力而遭受损坏的现象，并优化刹车盘风道内部厚度、数量及长度等，提升刹车盘风道的整体热对流系数，从而更好地提升汽车刹车盘的制造性能。

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