CN110848293B - 一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,包括热管腔体和风道腔体,热管腔体由对称且固定连接在一起的两个盘体以及内外侧壁封闭形成。本发明可在汽车刹车减速时,通过内部工质相变的方式将刹车盘与刹车片紧密咬合后产生的热量从外环段输送至内环段,同时通过车轮转动时产生的离心力将在内环段液化后的工质快速送回外环段,进行再吸热蒸发,进而实现刹车盘的自循环恒温冷却。本发明的有益效果是:刹车盘自带的热管腔体散热,并与外侧风道腔体相结合,将刹车瞬间产生的热量迅速释放于环境中,避免刹车盘温度骤升造成过大的热应力,从而可大大延长刹车盘的使用寿命和维护周期。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域,具体涉及一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘。
背景技术
刹车系统是汽车整体的重要组成部分,负责确保汽车的行驶安全,一定程度上说车子行驶速度的快慢取决于刹车的好坏。目前主流刹车系统一般分为碟式刹车和鼓式刹车,而在碟式刹车中的制动部件由刹车盘,刹车片,卡钳和活塞组成。在汽车刹车时,卡钳内侧的刹车片将会与刹车盘剧烈摩擦,从而产生制动力。但是,由于剧烈的摩擦,短时间内会产生大量的热量聚集在刹车盘上,造成刹车盘温度急剧升高,进而造成刹车的热量的积累,对行车安全造成威胁。因此,现需设计一种可以快速散热冷却,等同工况下降低刹车盘峰值温度且温度场均匀的刹车盘。
现有的刹车盘中,通风盘的使用最多,通风盘虽说具有较好的通风散热功能,但无法适用于高频率的刹车过程中;通过在通风盘上划线、打孔的方式在一定程度上可以强化散热的效果,但是会导致盘体结构性强度不够,易出现裂纹,使用寿命较短且有潜在的危险。
发明内容
发明目的:本发明目的是提供一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,解决了现有的刹车盘在快速刹车过程中的散热难题,造成行车不安全以及常用的打孔通风刹车盘结构性强度不够、寿命较短的问题。
技术方案:本发明一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,包括热管腔体和风道腔体,所述热管腔体由对称且固定连接在一起的两个盘体以及内外侧壁封闭形成,所述盘体由环形主盘体和位于主盘体外侧的侧盘体一体成型,所述热管腔体内装有工质,所述主盘体的外环段内侧之间铸有多根环形阵列设置的支撑柱体,主盘体的外环段外侧预留有多条环形阵列设置的导风槽,主盘体内的热管腔体中设有多根导流条;所述风道腔体包括弧形翅片,所述弧形翅片位于主盘体和侧盘体之间且以主盘体中心为中心呈放射状分布,所述内外侧壁中的外侧壁上设有均匀密排的短翅片。
进一步的,所述弧形翅片与侧盘体一体成型,所述支撑柱体与主盘体一体成型。
进一步的,所述支撑柱体的表面以及主盘体的外环段内侧面均设有多孔毛细层。多孔毛细层一方面可以储存工质,另一方面增加了气液界面面积,促进工质的蒸发。
进一步的,所述多孔毛细层由金属粉末附着于支撑柱体的表面以及主盘体的外环段内侧面电镀形成,多孔毛细层的表面孔隙率可达50%~70%。
进一步的,所述金属粉末为铜。
进一步的,所述导流条呈离心抛射状,辅助液体回流。导流条与多孔毛细层接触,通过导流条的设置,辅助冷凝后的液体回流,使其均匀回流至周围多孔毛细层结构中同时增大了冷凝面积,大大减小了过程中的有效热阻。
进一步的,所述工质为去离子水。将热管腔体抽完真空后,通过充注装置充入一定量工质。
进一步的,所述短翅片倾斜于盘体的轴线。倾斜的短翅片在增大换热面积的同时,可以搅动轮毂内侧的空气,增强气体对流,强化换热,并且向外吹拂空气同时,在反作用力的作用下会被紧紧压在车轴上,减小车轮脱落的风险。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下有益效果:
本发明通过热管腔体的设置,在汽车行驶时,刹车盘热管腔体跟随车轮一起同步转动,在车轮中低速转动时,内部液体工质聚集中在热管腔体内下部,热管腔体内的毛细芯结构会抽吸液态工质,此时刹车减速后热量进入液体,导致液体升温或相变,而盘体温度不会变化太大,大大减少了刹车热量积累会带来的负面效果;在车轮高速转动时,在离心力的作用下热管腔体内部的液态工集聚在外环段区域,即蒸发段,此时刹车减速后大量热量传入主盘体内的热管腔体蒸发段,液体快速汽化变成蒸汽并带走热量,避免主盘体温度的持续升高,蒸汽工质在热管腔体的内环段区域冷凝转变成液态工质。由于主盘体在热管腔体内环段区域外布置了风道腔体,相当于离心风机的作用,可对冷凝区域进行非常有效的冷却。液态工质在离心力的作用下又快速回流至主盘体的外环蒸发段区域,避免刹车热量的持续积累;
通过导风槽的设置,首先可以增强主盘体自身的换热能力,其次导风槽跟随刹车盘和刹车片转动时相当于一个风道,可以在刹车时使得流动的空气吹拂刹车片表面,实现刹车盘与刹车片的同时降温,同时具有除污能力;
通过支撑柱体的设置,可增强主盘体之间连接的强度;
通过刹车盘自带的热管腔体散热,并与外侧风道腔体相结合,将刹车瞬间产生的热量迅速释放于环境中,避免刹车盘温度骤升造成过大的热应力,从而可大大延长刹车盘的使用寿命和维护周期。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为主盘体外环段与内环段示意图;
图3为本发明半剖图;
图4为弧形翅片结构示意图;
图5为支撑柱体和导流条结构示意图;
图6为本发明四分之一剖视图;
图7为主盘体的外环段内侧的多孔毛细层结构示意图。
具体实施例
下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述:
如图1和图2所示,本发明一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,包括热管腔体1和风道腔体,热管腔体1由对称且固定连接在一起的两个盘体2以及内外侧壁3封闭形成,盘体2由环形主盘体21和位于主盘体21外侧的侧盘体22一体成型,本实施例的主盘体21的外环段A内侧属于蒸发段,主盘体21的内环段B内侧属于冷凝段,热管腔体1内装有工质,工质为去离子水,将热管腔体1抽完真空后,通过充注装置充入一定量工质,主盘体21的外环段A内侧之间铸有多根环形阵列设置的支撑柱体4,支撑柱体4与主盘体21一体成型,支撑柱体4设置可大大增强带热管空腔1的主盘体21的强度,主盘体21的外环段A外侧预留有多条环形阵列设置的导风槽5,通过导风槽5的设置,首先可以增强主盘体21自身的换热能力,其次导风槽5跟随刹车盘和刹车片转动时相当于一个风道,可以在刹车时使得流动的空气吹拂刹车片表面,实现刹车盘与刹车片的同时降温,同时具有除污能力;
如图7所示,支撑柱体4的表面以及主盘体21的外环段A内侧面均设有多孔毛细层6,多孔毛细层6一方面可以储存工质,另一方面增加了气液界面面积,促进工质的蒸发,多孔毛细层6由金属粉末附着于支撑柱体4的表面以及主盘体21的外环段A内侧面电镀形成,多孔毛细层6的表面孔隙率可达50%~70%,其中金属粉末为铜;
如图3和图5所示,主盘体21内的热管腔体1中设有多根导流条7,多根导流条7位于主盘体21的内环段B内侧之间,导流条7呈离心抛射状,辅助液体工质回流,导流条7与多孔毛细层6接触,通过导流条7的设置,辅助冷凝后的液体工质回流,使其均匀回流至周围多孔毛细层6结构中同时增大了冷凝面积,大大减小了过程中的有效热阻;
如图4和图6所示,风道腔体包括弧形翅片8,弧形翅片8位于主盘体21和侧盘体22之间且以主盘体21中心为中心呈放射状分布,弧形翅片8与侧盘体22一体成型,侧盘体22的大小与主盘体21的内环段B面积大小相同,位于主盘体21的内环段B的外侧,刹车盘在转动的时候,风道腔体中的弧形翅片8与侧盘体22之间形成风道,相当于一个叶轮,在增加换热面积的基础上,起到了等同于风机的作用,驱动主盘体21中心周围的空气经过弧形翅片8快速吹出至主盘体21的外环段A外侧面,其在给弧形翅片8和主盘体21的内环段B降温的同时,吹拂主盘体21的外环段A外侧面,强化主盘体21的升温处与空气接触直接降温,内外侧壁3中的外侧壁31上设有均匀密排的短翅片9,短翅片9倾斜于盘体2的轴线,倾斜的短翅片9在增大换热面积的同时,可以搅动轮毂内侧的空气,增强气体对流,强化换热,并且向外吹拂空气同时,在反作用力的作用下会被紧紧压在车轴上,减小车轮脱落的风险。
本发明的主盘体21的外环段A内侧属于蒸发段,具体为:刹车减速后,主盘体21的外环段A外侧与刹车片紧密咬合后产生的热量,导致位于主盘体21的外环段A内侧面的多孔毛细层6中的液态工质蒸发吸热;
本发明的主盘体21的内环段B内侧属于冷凝段,具体为:刹车盘在转动的时候,弧形翅片8驱动主盘体21中心周围的空气经过弧形翅片8快速吹出至主盘体21的外环段A外侧面,给弧形翅片8和主盘体21的内环段B降温,主盘体21的内环段B温度低导致热管腔体1内的汽态工质在主盘体21的内环段B内侧表面液化冷凝;
工作原理为:
车辆禁止时,刹车盘随车轮一起静止,内部液态水工质集中于刹车盘热管腔体1内的下部,盘体2无发热端,内部液体无蒸发现象,盘体2不工作;
车辆行驶后,热管腔体1内部支撑柱体4表面和主盘体21的外环段A内侧面的多孔毛细层6均匀转入热管腔体1内的液体工质集中区域,类似于成水车的工作原理,当多孔毛细层6在毛细力的作用下吸足工质后,表面完全湿润,接着转出热管腔体1下部的液体集中区域,如此循环转动,所有毛细结构表面均饱含液体工质,盘体2表面无发热源,内部液体不蒸发,热管腔体1不工作;
车辆行进时,进行低频率间断式点刹时,刹车片和刹车盘的主盘体21的外环段A外侧表面低频率间断式摩擦,短时间内产生的热量(不是很多)一部分通过壁面传导至内部多孔毛细层6,将多孔毛细层6内部的液体工质加热,热量存储在热管腔体1内部,一部分在主盘体21的外环段A外侧表面与空气接触直接散热,而由于液态水工质的比热很大,因此主盘体21温度并不会剧烈升高;而在主盘体21的内环段B外侧加设弧形翅片8,风道腔体中的弧形翅片8与侧盘体22之间形成风道,相当于一个叶轮,在增加换热面积的基础上,起到了等同于风机的作用,驱动主盘体21中心周围的空气经过弧形翅片8快速吹出至主盘体21的外环段A外侧面,其在给弧形翅片8和主盘体21的内环段B降温的同时,吹拂主盘体21的外环段A外侧面,强化主盘体21的升温处与空气接触直接降温;
长时间下坡路段,车辆行进时,进行高频率长时间的刹车时,刹车片和刹车盘的主盘体21的外环段A外侧表面高频率长时间摩擦,期间内会产生大量的热量,热量一部分通过壁面传导至内部多孔毛细层6,将多孔毛细层6内部的液体工质加热蒸发甚至沸腾,液体工质相变为气态工质,气态工质在热管腔体1内部压差作用下集中至主盘体21的内环段B处,而由于弧形翅片8的作用,主盘体21的内环段B的温度低,气态工质与主盘体21的内环段B内侧及设置于主盘体21的内环段B内侧的导流条7表面接触,气态工质冷凝为液态工质,在盘体2旋转时产生的离心力及导流条7的辅助作用下均匀散回主盘体21的外环段A内侧的多孔毛细层6热源处,形成蒸发冷凝的换热循环。
刹车热量一部分在主盘体21的外环段A外侧表面与空气接触直接散热,而由于液态水比热很大,且液态工质相变时存在恒温相变的特点,因此盘体2温度并不会剧烈升高,会维持一个较低的盘体2温度。而在主盘体21的内环段B外侧加设弧形翅片8,风道腔体中的弧形翅片8与侧盘体22之间形成风道,在增加换热面积的基础上,起到了等同于风机的作用,驱动主盘体21中心周围的空气经过弧形翅片8快速吹出至主盘体21的外环段A外侧面,其在给弧形翅片8和主盘体21的内环段B降温,使得主盘体21的内环段B整体维持一个相对主盘体21的外环段A来说较低的温度,成为刹车盘的冷凝段,同时弧形翅片8将气体吹拂主盘体21的内环段B外侧表面,强化主盘体21的升温处与空气接触直接降温,同时更会持续吹拂刹车片,给刹车片进行持续降温,避免刹车片产生明显的热量积累,增加使用寿命;侧盘体22一方面配合弧形翅片8形成风道腔体,相当于完整的叶轮,另一方面增大主盘体21的内环段B冷凝的换热面积,提升降温的效果;
主盘体21表面导风槽5的设置,首先可以强化主盘体21自身的散热条件,同时在刹车片与刹车盘咬合刹车时,与刹车片组合形成类似于离心风机的气道,持续给刹车片和刹车盘补充外界环境的冷空气进行降温,抑制峰值温度的提高,减小刹车热量的积累带来制动力削弱的风险;
内外侧壁3中的外侧壁31处设置的倾斜短翅片9,一方面加强刹车盘主盘体21自身的散热,一方面加强刹车片附近旋转气流向车轮转轴方向外侧吹拂强度,强化刹车片散热,最后,由于其向车轮传动轴向吹风,因此受到相反的力作用,将刹车盘压向车体,减小车轮脱落的风险。
Claims (8)
1.一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,其特征在于:包括热管腔体和风道腔体,所述热管腔体由对称且固定连接在一起的两个盘体以及内外侧壁封闭形成,所述盘体由环形主盘体和位于主盘体外侧的侧盘体一体成型,所述热管腔体内装有工质,所述主盘体的外环段内侧之间铸有多根环形阵列设置的支撑柱体,主盘体的外环段外侧预留有多条环形阵列设置的导风槽,主盘体内的热管腔体中设有多根导流条;所述风道腔体包括弧形翅片,所述弧形翅片位于主盘体和侧盘体之间且以主盘体中心为中心呈放射状分布,所述内外侧壁中的外侧壁上设有均匀密排的短翅片。
2.根据权利要求1所述的一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,其特征在于:所述弧形翅片与侧盘体一体成型,所述支撑柱体与主盘体一体成型。
3.根据权利要求1所述的一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,其特征在于:所述支撑柱体的表面以及主盘体的外环段内侧面均设有多孔毛细层。
4.根据权利要求3所述的一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,其特征在于:所述多孔毛细层由金属粉末附着于支撑柱体的表面以及主盘体的外环段内侧面电镀形成,多孔毛细层的表面孔隙率可达50%~70%。
5.根据权利要求4所述的一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,其特征在于:所述金属粉末为铜。
6.根据权利要求1所述的一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,其特征在于:所述导流条呈离心抛射状,辅助液体回流。
7.根据权利要求1所述的一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,其特征在于:所述工质为去离子水。
8.根据权利要求1所述的一种适用于跑车的快速冷却均温刹车盘,其特征在于:所述短翅片倾斜于盘体的轴线。
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