CN115059709A - 一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，包括直沟槽、制动盘基体、制动盘固定螺栓孔等部分，其中直沟槽由进风道、第一连接圆弧、直沟槽前端、第二连接圆弧、直沟槽底部、第三连接圆弧、直沟槽后端、第四连接圆弧等部分构成。设置进风道的直沟槽显著的结构特征是，高速车辆的车轮向前旋转即前进挡行车时，进风道位于制动盘摩擦面上直沟槽迎着气流进入的一侧，且进风道朝向直沟槽内部。设置进风道可明显增强直沟槽内部空气流速，在直沟槽内部形成较大气流量，有利于通过对流换热使直沟槽内部的摩擦热量迅速散失，有效抑制摩擦热量向制动盘内部的传导与聚集，进而增强制动盘摩擦热量的散失效果，显著抑制高速车辆制动盘热塑性的产生。

Description

一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽
技术领域
本发明属于汽车制动系统技术领域，尤其涉及一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，直沟槽的设计显著增大了制动盘的散热面积，同时进风道的存在可明显增强直沟槽内部空气流速，在直沟槽内部形成较大气流量，有利于通过对流换热使直沟槽内部的制动盘摩擦热量迅速散失，有效抑制摩擦热量向制动盘内部的传导与聚集，具有增强制动盘散热能力、抑制制动盘热塑性产生的特点。
背景技术
盘式制动器因具有热稳定性好、散热能力强、制动效率高等优点而被广泛应用于各类汽车制动系统中，因此对于时速超200 km/h的F1赛车、跑车等高速车辆更是全部配备盘式制动器，来获取安全可靠的制动性能。制动盘作为盘式制动器的核心零部件，在制动过程中承受巨大的制动压力和摩擦力，紧急制动工况下因摩擦生热可使其温度骤然升高至500 ℃以上。尤其对于行驶动能超过1500 KJ以上的高速车辆而言，需要制动盘能够承受350 ℃~1000 ℃的高温，在连续、高强度的制动过程中温度甚至超过1200 ℃。长时间的高温不可避免的使得制动盘产生不均匀的热变形，从而导致制动压力分布不均，进而导致制动盘制动性能的不稳定，诱发汽车制动方面的安全隐患。据统计，制动系统故障引起的交通事故约占机动车辆本身问题导致交通事故的45%，其中因制动盘热塑性造成制动性能下降或丧失是致使制动系统产生故障的重要因素，不仅造成巨大的经济损失，还给驾驶者和乘客的人身安全造成严重威胁。因此如何提高制动盘的散热能力，缓解制动过程中出现的热塑性成为当今制动盘研究领域的重要问题。
为了抑制制动盘在制动过程中出现的热塑性现象，保证制动盘的稳定制动效能，需要对制动盘进行结构方面的改进。发明专利CN105114496A公开了一种摩擦表面设有通风孔的通风盘，该通风盘包括同轴平行设置第一制动盘和第二制动盘的双层制动盘结构，两个制动盘均具有与制动盘轴线夹角为20~45°的通风孔，并且通风孔的轴线与第一制动盘的轴线不一致，可以在汽车行驶过程中由通风孔向双层制动盘之间的间隙提供一定气态紊流，进而提高散热效率。发明专利CN110062854A公开了一种具有摩擦环的通风式制动盘，其配置为一个或多个固定点固定到轮毂，盘面上设置通孔以接受用于将摩擦环固定到轮毂或轴的紧固件，突出部从摩擦环的内表面延伸形成通道，该通道的流入部分的横截面积小于该通道的流出部分的横截面积，还提供了一种包括轮毂和固定环的制动组件。上述发明专利涉及的制动盘企图通过在摩擦面上设置孔、槽等表面结构来提高制动盘的散热能力，进而抑制其热塑性的产生，虽不同程度地降低了制动盘制动过程中的高温及热变形，但表面非光滑结构的内部空气流速不高，没有特定结构引导气流进入孔、槽等非光滑结构内部以增大气流对其的冲击，从而导致摩擦面散热不彻底、摩擦热量降低不明显、抑制高速车辆制动盘热塑性效果不明显等问题。因此有必要从制动盘表面非光滑结构入手，设置可明显增强直沟槽内部空气流速在直沟槽内部形成较大气流量的结构，有利于通过对流换热使直沟槽内部的热量迅速散失，有效抑制摩擦热量向制动盘内部的传导与聚集，进而增强制动盘摩擦热量的散失效果，显著抑制高速车辆制动盘热塑性的产生。
发明内容
现阶段，车辆制动盘多以在摩擦面上设置孔、槽等非光滑结构的方式来提高制动盘的散热能力，进而抑制其热塑性的产生。非光滑结构常以不同形态的孔、沟槽为主，用以增大与空气对流接触面积或流速，对制动盘摩擦面的散热具有促进作用；但均未设置引导气流进入非光滑结构内部的特定结构，导致制动盘摩擦热量的散失效果不明显、不彻底，未能显著抑制高速车辆制动盘热塑性的产生。因此为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是设计并提供了一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，在车辆制动盘摩擦面上轴对称设置直沟槽的基础上添加进风道结构。进风道显著的结构特征是，高速车辆的车轮向前旋转即前进挡行车时，进风道位于制动盘摩擦面上直沟槽迎着气流进入的一侧，且进风道朝向直沟槽内部。设置进风道可明显增强直沟槽内部空气流速，在直沟槽内部形成较大气流量，有利于通过对流换热使直沟槽内部的摩擦热量迅速散失，有效抑制摩擦热量向制动盘内部的传导与聚集，进而增强制动盘摩擦热量的散失效果，显著抑制高速车辆制动盘热塑性的产生。为实现以上功能，本发明所采取的技术方案是：
一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，主要包括进风道、第一连接圆弧、直沟槽前端、第二连接圆弧、直沟槽底部、第三连接圆弧、直沟槽后端、第四连接圆弧等部分。直沟槽沿周向均匀间隔设置在制动盘基体的摩擦面上，其延伸方向与制动盘基体的半径方向一致，且直沟槽的两端并未与制动盘基体的摩擦面的内边缘、外边缘连通。
所述直沟槽的进风道与所述制动盘基体的摩擦面之间呈沿同一周向倾斜角度θ布置，θ范围介于25°至70°之间。
所述进风道与所述直沟槽前端的连接区域设置所述第一连接圆弧，半径为1 mm；所述直沟槽前端与所述直沟槽底部的连接区域设置所述第二连接圆弧，半径为0.5 mm；所述直沟槽底部与所述直沟槽后端的连接区域设置所述第三连接圆弧，半径为2 mm；所述直沟槽后端与所述制动盘基体的摩擦面的连接区域设置所述第四连接圆弧，半径为2 mm。
更进一步，所述第一连接圆弧的半径R1比所述第二连接圆弧的半径R2大0.2~1 mm；所述第二连接圆弧的半径R2比所述第三连接圆弧的半径R3小0.5~2 mm；所述第三连接圆弧的半径R3比所述第四连接圆弧的半径R4小0.5~1 mm。
相邻两组所述直沟槽之间的夹角α为定值，且所述制动盘基体2的摩擦面上设置的所述直沟槽的总数为偶数。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明提供了一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，在车辆制动盘摩擦面上轴对称设置直沟槽的基础上添加进风道结构。进风道显著的结构特征是，高速车辆的车轮向前旋转即前进挡行车时，进风道位于制动盘摩擦面上直沟槽迎着气流进入的一侧，且进风道朝向直沟槽内部。设置进风道可明显增强直沟槽内部空气流速，在直沟槽内部形成较大气流量，有利于通过对流换热使直沟槽内部的摩擦热量迅速散失，有效抑制摩擦热量向制动盘内部的传导与聚集，进而增强制动盘摩擦热量的散失效果，显著抑制高速车辆制动盘热塑性的产生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体结构轴测图；
图2是本发明的直沟槽结构向右倾斜的示意图；
图3是本发明的直沟槽结构向左倾斜的示意图；
图4是本发明的直沟槽结构的剖视图；
图5是本发明的整体结构的俯视图；
图中：1、直沟槽；1-1、进风道；1-2、第一连接圆弧；1-3、直沟槽前端；1-4、第二连接圆弧；1-5、直沟槽底部；1-6、第三连接圆弧；1-7、直沟槽后端；1-8、第四连接圆弧；2、制动盘基体；3、制动盘固定螺栓孔。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，主要包括进风道1-1、第一连接圆弧1-2、直沟槽前端1-3、第二连接圆弧1-4、直沟槽底部1-5、第三连接圆弧1-6、直沟槽后端1-7、第四连接圆弧1-8等部分。直沟槽1沿周向均匀间隔设置在制动盘基体2的摩擦面上，其延伸方向与制动盘基体2的半径方向一致，且直沟槽1的两端并未与制动盘基体2的摩擦面的内边缘、外边缘连通。
如图2、图3和图4所示，直沟槽1的进风道1-1与制动盘基体2的摩擦面之间呈沿同一周向倾斜角度θ布置，θ范围介于25°至70°之间。这种设计可使空气更易进入直沟槽1的内部，明显增强直沟槽1内部空气流速，在直沟槽1内部形成较大气流量，有利于通过对流换热使直沟槽1内部的制动盘摩擦热量迅速散失，有效抑制摩擦热量向制动盘内部的传导与聚集，进风道1-1的倾斜方向应与前进挡行车时车轮旋转方向一致。
如图4所示，为避免直沟槽1内部结构出现应力集中现象，进风道1-1与直沟槽前端1-3的连接区域设置第一连接圆弧1-2，半径为1 mm；直沟槽前端1-3与直沟槽底部1-5的连接区域设置第二连接圆弧1-4，半径为0.5 mm；直沟槽底部1-5与直沟槽后端1-7的连接区域设置第三连接圆弧1-6，半径为2 mm；直沟槽后端1-7与制动盘基体2的摩擦面的连接区域设置第四连接圆弧1-8，半径为2 mm。所设置的连接圆弧可显著降低了直沟槽1内部连接区域的应力集中现象，能抑制高速车辆制动盘在制动过程中出现疲劳裂纹，从而延长制动盘的服役寿命。
更进一步，第一连接圆弧1-2的半径R1比第二连接圆弧1-4的半径R2大0.2~1 mm；第二连接圆弧1-4的半径R2比第三连接圆弧1-6的半径R3小0.5~2 mm；第三连接圆弧1-6的半径R3比第四连接圆弧1-8的半径R4小0.5~1 mm。这种设计最大限度地增大了直沟槽1与空气的接触面积，增强了制动盘的散热能力，同时避免了因摩擦片与制动盘基体2间的刮擦作用而导致的异常磨损。
如图5所示，相邻两组直沟槽1之间的夹角α为定值，且制动盘基体2的摩擦面上设置的直沟槽1的总数为偶数，这有利于维持制动盘高速旋转过程中的动平衡。
此外，制动盘基体2的摩擦盘外半径为174 mm，内半径为86 mm；在制动盘基体2的摩擦面上加工出12个直沟槽1，其长度为63 mm、宽度为2 mm、深度为3 mm，距离制动盘的摩擦面的外侧为10 mm，距离制动盘的摩擦面的内侧为12 mm；相邻直沟槽1间的夹角α为30°，进风道1-1与制动盘基体2的摩擦面之间的倾斜角度θ为25°。对该制动盘进行建模及热机耦合仿真分析，结果表明，在80~200 km/h的行驶速度下，摩擦面设置进风道1-1的直沟槽1的制动盘在制动过程中最高温度相较于光滑表面制动盘的最高温度降幅达20%，且周向应力并未出现明显增大，因此具有较好的抗热塑性。
制动盘在制动过程中，制动盘基体2与摩擦片接触产生摩擦力（制动力），导致车辆速度降低，车辆的动能迅速转化为摩擦热量并传导至制动盘内部，引起制动盘温度的急剧升高。通过在制动盘基体2的摩擦面上设置的直沟槽1，增大了制动盘与空气的接触面积，同时进风道1-1可明显增强直沟槽内部空气流速，在直沟槽1内部形成较大气流量，有利于通过对流换热使直沟槽1内部的热量迅速散失，有效抑制摩擦热量向制动盘内部的传导与聚集，提高制动盘的散热能力，从而缓解高速车辆制动盘出现的热塑性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，主要包括直沟槽（1）、进风道（1-1）、第一连接圆弧（1-2）、直沟槽前端（1-3）、第二连接圆弧（1-4）、直沟槽底部（1-5）、第三连接圆弧（1-6）、直沟槽后端（1-7）、第四连接圆弧（1-8）、制动盘基体（2）、制动盘固定螺栓孔（3）等部分。所述直沟槽（1）沿周向均匀间隔设置在所述制动盘基体（2）的摩擦面上，其延伸方向与所述制动盘基体（2）的半径方向一致，且所述直沟槽（1）的两端并未与所述制动盘基体（2）的摩擦面的内边缘、外边缘连通。
2.根据权利要求1所述的一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，其特征在于：所述直沟槽（1）的进风道（1-1）与所述制动盘基体（2）的摩擦面之间呈沿同一周向倾斜角度θ布置，θ介于25°至70°之间。
3. 根据权利要求1所述的一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，其特征在于：所述进风道（1-1）与所述直沟槽前端（1-3）的连接区域设置所述第一连接圆弧（1-2），半径为1 mm；所述直沟槽前端（1-3）与所述直沟槽底部（1-5）的连接区域设置所述第二连接圆弧（1-4），半径为0.5 mm；所述直沟槽底部（1-5）与所述直沟槽后端（1-7）的连接区域设置所述第三连接圆弧（1-6），半径为2 mm；所述直沟槽后端（1-7）与所述制动盘基体（2）的摩擦面的连接区域设置所述第四连接圆弧（1-8），半径为2 mm。
4. 根据权利要求3所述的一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，其特征在于：所述第一连接圆弧（1-2）的半径R1比所述第二连接圆弧（1-4）的半径R2大0.2~1mm；所述第二连接圆弧（1-4）的半径R2比所述第三连接圆弧（1-6）的半径R3小0.5~2 mm；所述第三连接圆弧（1-6）的半径R3比所述第四连接圆弧（1-8）的半径R4小0.5~1 mm。
5. 根据权利要求1所述的一种能抑制高速车辆制动盘热塑性的设置进风道的直沟槽，其特征在于：所述制动盘基体（2）的摩擦盘外半径为174 mm，内半径为86 mm；在所述制动盘基体（2）的摩擦面上加工出12个所述直沟槽（1），其长度为63 mm、宽度为2 mm、深度为3 mm，距离制动盘的摩擦面的外侧为10 mm，距离制动盘的摩擦面的内侧为12 mm。
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