麥鵬
(西安汽車科技職業(yè)學(xué)院 710600)
汽車作為高速運動的交通工具,必須具備良好的制動功能,根據(jù)路況能夠?qū)崿F(xiàn)快速有效的制動,產(chǎn)生良好的制動效果。當車輛需要長時間制動時,車輪制動器在摩擦力作用下會產(chǎn)生很多熱量,使制動盤或者制動鼓溫度逐漸升高,當溫度過高時就會影響制動效果,不利于車輛的制動安全?,F(xiàn)有的制動散熱是通過制動盤上散熱孔散熱及鼓式制動通過灑水散熱。本文介紹的是另外一種散熱方法:熱傳導(dǎo)散熱。
該散熱系統(tǒng)是由吸熱片、導(dǎo)熱片和散熱片構(gòu)成。吸熱片安裝于制動盤的內(nèi)表面,是由導(dǎo)熱效果較好的材料制成,通過鉚釘固定于制動盤上。車輛在緊急制動時,吸熱片可以迅速吸收制動片與制動盤摩擦產(chǎn)生的熱量。通過焊接或螺栓固定的方式將導(dǎo)熱片與吸熱片連為一體,利于導(dǎo)熱片及時將吸熱片吸收的熱量傳遞給散熱片。散熱片固定于車輛底部,可以做成片狀或柵狀結(jié)構(gòu)。當空氣流經(jīng)該散熱片時,利用空氣的流動將來自于吸熱片的熱量及時轉(zhuǎn)移至空氣中,進而降低制動盤的熱量。
該系統(tǒng)是利用溫度由高向低進行熱傳遞的原理,空氣流動將散熱片上的熱量轉(zhuǎn)移走,加快散熱速度,提高車輛制動效果。車輛在緊急制動和長時間制動時會產(chǎn)生大量的熱量,制動盤溫度會急劇提高。此時制動盤內(nèi)側(cè)的吸熱片吸收其熱量,提高導(dǎo)熱片將熱量迅速傳至散熱片,在空氣的快速流動下將熱量轉(zhuǎn)移至空氣中。
制動盤安裝在車輪中間位置,固定在輪轂上,夾在內(nèi)外摩擦片之間,與車輪一起轉(zhuǎn)動。制動盤的大部分區(qū)域需要留給制動摩擦片,因而吸熱片只能安裝于制動盤的內(nèi)圈位置。因該區(qū)域有效空間較小,因此需要將吸熱片做成圈片型結(jié)構(gòu)來增加吸熱面積,通過鉚釘或者螺栓固定的方式進行固定。當車輛制動時,吸熱片可以隨著制動盤一起轉(zhuǎn)動,且不影響摩擦片的正常工作,同時還可以吸熱,利于制動盤散熱。
由于吸熱片是隨著制動盤一起轉(zhuǎn)動,而車輪懸架結(jié)構(gòu)相對簡單且占據(jù)空間較大,無論驅(qū)動輪還是從動輪,懸架結(jié)構(gòu)都不能隨著車輛一起轉(zhuǎn)動,因此導(dǎo)熱片隨吸熱片轉(zhuǎn)動會受到空間限制。所以設(shè)計導(dǎo)熱片要根據(jù)不同車型來設(shè)計導(dǎo)熱片的型號,將導(dǎo)熱片一端與吸熱片進行固定,另一端設(shè)計成環(huán)形結(jié)構(gòu),通過軸承將導(dǎo)熱片的兩部分連為一體。一方面可以讓吸熱片有足夠的接觸面積吸取熱量,另一方面利用懸架結(jié)構(gòu)的狹小空間將熱量傳至散熱片或散熱柵。
軸承與導(dǎo)熱片連接處會因摩擦產(chǎn)生一定熱量,故需要對軸承進行潤滑處理。導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)選擇導(dǎo)熱性比較好的材料,而導(dǎo)熱好,耐磨性又差,需對導(dǎo)熱軸承選擇復(fù)合型材料進行設(shè)計與制作,導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)兩端通過軸承與吸熱片和散熱片相連。汽車高速運行時在大氣壓力作用下,汽車底部空氣流動速度比較快,因此散熱片位于車輛底部可以有效散熱[1]。由于車輛底部比較容易受到塵埃的覆蓋,所以每次車輛進行保養(yǎng)或洗車時,可以用抹布擦拭或水槍沖洗散熱片上的塵埃。
汽車在急制動時產(chǎn)生大量熱量,為提高制動系統(tǒng)實現(xiàn)快速散熱,該系統(tǒng)是利用導(dǎo)熱片進行散熱的,吸熱片固定在制動盤上吸熱,導(dǎo)熱片傳遞熱量,散熱片在車輛底部,利用空氣流動散熱[2]。但是車輛底部很容易沾染灰塵,不利于散熱,為提高部件的散熱效果,設(shè)計該制動系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)時,將吸熱片、導(dǎo)熱片及散熱片設(shè)計成中空回路連接結(jié)構(gòu)。
3.2.1 設(shè)計框架
吸熱片、導(dǎo)熱片及散熱片均選用熱傳導(dǎo)性比較好、耐壓強、抗振動,及耐機械壓力的材料構(gòu)成。因制動盤表面空間有限,為提高吸熱片的吸熱效果,可將吸熱片包裹在制動盤內(nèi)圈,充分利用制動盤可利用面積與吸熱片緊密結(jié)合。將吸熱片內(nèi)部設(shè)計成平行流層的中空模式,讓導(dǎo)熱液體能夠從吸熱片的一側(cè)進入吸熱片,充分吸熱后從吸熱片的另外一側(cè)流出。在驅(qū)動輪上導(dǎo)熱片固定于軸承外表面,從動輪利用懸架結(jié)構(gòu)間隙固定于汽車底盤。吸熱片與導(dǎo)熱片間外部采用軸承結(jié)構(gòu)連接,保證了吸熱片隨車輪的轉(zhuǎn)動需求。吸熱片隨著車輪一起轉(zhuǎn)動,導(dǎo)熱片處于固定狀態(tài),為保證充分散熱且導(dǎo)熱液體能夠正常流動,該軸承連接結(jié)構(gòu)需要精密設(shè)計。
3.2.2 軸承內(nèi)部導(dǎo)熱油管道的設(shè)計
軸承連接吸熱片與導(dǎo)熱片,且內(nèi)部為導(dǎo)熱液體提供通道,利于液體在吸熱片、導(dǎo)熱片、散熱片等部件間來回流動,提高散熱效率。該軸承由軸承密封外殼、軸承靜態(tài)部分、軸承動態(tài)部分、導(dǎo)熱液壓油管道及滾珠等5部分構(gòu)成。軸承的動態(tài)部分與吸熱片連接為一體,可隨制動盤一起轉(zhuǎn)動,且該軸承的動態(tài)部分分為內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu),內(nèi)、外雙層結(jié)構(gòu)均為中空結(jié)構(gòu),外層與吸熱片液壓管道出油口連接,內(nèi)層與吸熱片液壓油進油口連接。軸承的靜態(tài)部分也是內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)構(gòu)成,內(nèi)、外層結(jié)構(gòu)也是中空設(shè)計,且該中空結(jié)構(gòu)位置剛好與動態(tài)部分液體出入口對接。
該軸承內(nèi)有動、靜態(tài)兩部分液體流動端口進行密閉性的設(shè)計,有利于保證軸承的動態(tài)部分在高速旋轉(zhuǎn)時,液體也能夠在回路中流動,增強制動盤的散熱效果。軸承的內(nèi)部動、靜態(tài)兩部分機構(gòu)外有密封殼體,且該殼體外圍通過滾珠與外圍部件連接,有利于減少軸承內(nèi)部運動產(chǎn)生的摩擦力,該殼體所起到的作用是將流進吸熱片的導(dǎo)熱油密封在內(nèi)部,不與外界聯(lián)系。
為保障液體流動的密封性,靜態(tài)部件的出油口、動態(tài)部件的入油口設(shè)計成環(huán)形結(jié)構(gòu)。靜態(tài)出油口少細小,動態(tài)進油口稍粗。靜態(tài)出油口直接塞入動態(tài)進油口內(nèi)[3]。靜態(tài)與動態(tài)部件的液體流通的總管道設(shè)計有止回閥,防止液體回流,從而對液體流動的方向性。同樣,軸承外層結(jié)構(gòu)也是設(shè)計成與內(nèi)層類似的結(jié)構(gòu)。在外出結(jié)構(gòu)的動態(tài)部件出油口比靜態(tài)部件的進油口稍細,同樣設(shè)計有止回閥,防止液體回流。
3.2.3 導(dǎo)熱片與散熱片的設(shè)計
導(dǎo)熱片本身具有較好的散熱效果,為使液體流動性好,在導(dǎo)熱片內(nèi)部設(shè)計2個油路,該油路一端通過軸承與吸熱片相連,另一端通過連接閥與散熱片相連接。散熱片表面設(shè)計成凹凸不平的結(jié)構(gòu),有利于增大散熱面積,當空氣流經(jīng)車底時,利于空氣帶走熱量。散熱片內(nèi)部設(shè)計成回形管狀結(jié)構(gòu),當導(dǎo)熱液體在內(nèi)部流通時可以通過散熱片散熱。散熱片與導(dǎo)熱片的連接閥設(shè)計有密封圈,可以實現(xiàn)部件間的軟接觸,避免部件因車輛振動引起的機械摩擦。
3.2.4 導(dǎo)熱液體動力源的設(shè)計
為提高液體的流動性,吸熱片內(nèi)部管道結(jié)構(gòu)可以設(shè)計成斜槽結(jié)構(gòu)。當車輪在高速運行時,依靠車輪高速轉(zhuǎn)動給吸熱片內(nèi)部的導(dǎo)熱油提供甩力,將油從軸承的外部結(jié)構(gòu)的出口甩出,經(jīng)導(dǎo)熱片進入散熱片散熱。當吸熱片將油甩出時,內(nèi)部壓力減小,軸承內(nèi)部動態(tài)部件的進油口可將導(dǎo)熱片出油口的油吸入吸熱片。如此,在車輪高速轉(zhuǎn)動時提供的甩力作用下,導(dǎo)熱油可在吸熱片、導(dǎo)熱片及散熱片間循環(huán)流動。
驅(qū)動輪的導(dǎo)熱片可以順著驅(qū)動輪的軸承安裝,從動輪的導(dǎo)熱片經(jīng)過懸架間隙順著汽車底盤與散熱片相連。散熱片位于汽車底盤下,易受到來自地面的撞擊。為保證軸承、導(dǎo)熱片及散熱片不受撞擊,在其外圍設(shè)計有柵形結(jié)構(gòu),將散熱系統(tǒng)的主要構(gòu)成部件包裹起來,也不會影響空氣流通和散熱效果。因散熱部件很容易被灰塵沾染,所以在保養(yǎng)車量時,可以通過拆卸螺栓,取下柵形結(jié)構(gòu),用抹布擦拭散熱部件表面的灰塵,恢復(fù)散熱系統(tǒng)的散熱效果,進而有效避免制動盤過熱現(xiàn)象,提高車輛的制動力。
車輛安裝的熱傳導(dǎo)散熱系統(tǒng),可以通過熱傳遞原理迅速將來自制動盤與摩擦片之間摩擦所產(chǎn)生的熱量傳至散熱片,在依靠車輛底部空氣流動進行快速、有效散熱,進而保證車輛在緊急制動或長距離制動時的制動效果,確保車輛在制動時的行駛安全性。