CN117869496A - 一种基于优化散热通风筋结构的制动盘 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，包括盘帽、外侧制动盘盘体、内侧制动盘盘体和多个通风筋，所述外侧制动盘盘体与所述盘帽相连，所述外侧制动盘盘体和所述内侧制动盘盘体通过所述通风筋相连，各通风筋为在远离所述盘帽方向上逐渐增宽、在末端收窄的弧形，呈放射状周向均布。与现有技术相比，本发明具有较好的通风性，同时不会增加生产制造的成本和难度。
Description
技术领域
本发明属于制动设备技术领域，尤其是涉及一种基于优化散热通风筋结构的制动盘。
背景技术
制动盘一般指车用盘式制动器中圆盘状的旋转部件，是汽车刹车系统的重要部件，对汽车的安全性具有至关重要的作用。制动盘以其两端面为工作面，通过与制动钳摩擦片的摩擦作用，产生制动力矩迫使车辆停下。随着车速的提高和车辆质量的增加，普遍采取设置通风筋的形式来增强风冷散热效果，即在两圆盘之间布置若干筋型结构，支撑起气体自轴部流向外部的气体流道。制动时，车辆势能转化为内能，大部分聚集在通风制动盘的两圆盘内；制动后，车辆重新启动，内能在数秒内传递至流道内表面，通过气体与流道内表面的热对流，带走更多热量。
现有制动盘有的通风筋布置简单，缺乏系统设计，无法充分利用通风筋的散热潜力，例如中国实用新型专利CN219221107U公开了一种内外通风的制动盘结构，通风筋沿制动盘轴线方向的截面面积从远离盘帽侧至靠近盘帽侧逐渐减小，该方案对流散热效果有限；还有的制动盘通过增加额外结构促进散热，工艺难度较高，实用化困难，例如中国发明专利CN108547889B公开了一种自冷却制动盘及自冷却制动装置，采用风冷和油冷双重散热结构，实现摩擦副的自冷却散热，提高制动装置的使用寿命，该方案设计较为复杂，不易制造。因此，需要设计一种制动盘，具有较好的通风性利于散热，同时不会增加生产制造的成本和难度。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，具有较好的通风性利于散热，同时不会增加生产制造的成本和难度。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，包括盘帽、外侧制动盘盘体、内侧制动盘盘体和多个通风筋，所述外侧制动盘盘体与所述盘帽相连，所述外侧制动盘盘体和所述内侧制动盘盘体通过所述通风筋相连，各通风筋为在远离所述盘帽方向上逐渐增宽、在末端收窄的弧形，呈放射状周向均布。
进一步地，所述内侧制动盘盘体端面与周面的连接处进行倒角设计。
进一步地，所述通风筋的弧度与其所在车轮行进时转动的方向一致。
进一步地，所述通风筋的形状使用流体拓扑优化技术进行设计。
进一步地，所述盘帽上设置多个用于与轮毂连接的螺栓孔。
进一步地，所述盘帽上设置定位孔，辅助各螺栓孔对齐。
进一步地，所述通风筋上设置至少一个第一通孔，所述外侧制动盘盘体和所述内侧制动盘盘体在相应位置设置第二通孔，通过紧固件贯穿所述第一通孔和所述第二通孔，固定所述外侧制动盘盘体和所述内侧制动盘盘体。
进一步地，所述通风筋之间的间隙为通风道，所述通风道延伸至所述盘帽边缘，在所述通风道和所述盘帽相连处设置通风孔。
进一步地，所述通风孔倾斜设置，其倾斜方向与所述通风筋的弧度一致。
进一步地，所述通风筋的表面设置热障涂层或陶瓷涂层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中，通风筋为在远离盘帽方向上逐渐增宽、在末端收窄的弧形，该设计可以增加通风筋的散热表面积和流经面积，在热风流动时产生湍流效应，产生最佳的对流散热效果；同时，通风筋呈放射状周向均布，该布置方式具有相对成熟的铸造工艺，不增加额外的生产成本，对于车辆制动盘部件级的升级更新具有较好的应用价值。
2、本发明在通风道和盘帽相连处倾斜设置通风孔，其倾斜方向与通风筋的弧度一致，通风筋的弧度与其所在车轮行进时转动的方向一致，该设计可以辅助引导气流的流动，生成更强的气流对制动盘产生冲刷效应，提高散热效果。
3、本发明中，通风筋的表面设置热障涂层或陶瓷涂层，热障涂层具有高辐射反射性能，能够有效减少热量的吸收；陶瓷涂层可以增加表面的热障特性，降低热量传导，提高制动盘的散热效果。
附图说明
图1为本发明制动盘(右前轮)结构示意图；
图2为本发明制动盘(右前轮)结构爆炸图；
图3为本发明中通风筋结构的结构示意图；
图4为通风筋局部放大示意图；
附图标记说明：1、盘帽；2、螺栓孔；3、定位孔；4、外侧制动盘盘体；5、内侧制动盘盘体；6、通风筋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例提供一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，无需设置额外结构促进散热，不会增加制动盘的质量。如图1所示，包括盘帽1、螺栓孔2、定位孔3、外侧制动盘盘体4、内侧制动盘盘体5和多个通风筋6。如图2所示，外侧制动盘盘体4与盘帽1相连，盘帽1突出方向指向车辆外侧，螺栓孔2和定位孔3设置在盘帽1上，盘帽1通过穿过螺栓孔2的螺栓与轮辋以及车架连接，定位孔3用于辅助各螺栓孔2对齐。外侧制动盘盘体4和内侧制动盘盘体5通过通风筋6相连，具体地，在通风筋6上设置至少一个第一通孔，外侧制动盘盘体4和内侧制动盘盘体5在相应位置设置第二通孔，通过紧固件贯穿第一通孔和第二通孔，固定外侧制动盘盘体4和内侧制动盘盘体5。内侧制动盘盘体5端面与周面的连接处进行倒角设计，保障装配安全，同时可以去除尖部应力，减少磕碰和疲劳等原因造成的损坏、失效。
如图3所示，各通风筋6为不规则弧形，呈放射状周向均布，该种布置方式具有成熟的铸造工艺。通风筋数量根据制动盘整体尺寸设计，推荐值为35-60个。如图4所示，通风筋6靠近盘帽1方向的一端呈尖窄形，至中部逐渐变宽，在尾部有明显扩大，然后在末端收窄。通风筋6之间的间隙为通风道，通风道延伸至盘帽1边缘，该种结构经验证，具有最佳的对流散热效果，主要基于以下几个方面的考虑：(1)增加表面积和流经面积：内侧端部尖窄引导更多气流进入通风道，尾部扩大的区域可以适当提高通风道内的压力，提高中部的对流换热系数；(2)促进湍流效应：不规则弧形可以有效避免气流进入通风道内气流与通风筋壁面产生分离；(3)降低热阻：通过内侧端部尖窄和自然扩散的过程，热风在流经散热器时可以更加顺畅地流动，并且在尾部的不规则弧形区域会遇到流道的阻碍，导致流速变慢，有助于降低散热器内的热阻，提高散热效率；(4)通风筋至中部逐渐变宽，在尾部有明显扩大，在末端收窄，使通风道呈现类似于文丘里管的结构特征，气体流经收缩口，收缩口前的气体压力升高，压力升高，换热系数会变大，增强散热性能；收缩口后气体扩散段，拉动气体流速增大，保证气体流量不会因为收缩口显著下降，如此，充足的气体流量和高换热系数构成了本发明制动盘散热性能的关键。通风筋6的具体形状可以使用流体拓扑优化技术进行设计，具体地，使用软件Star CCM+，通过引入密度模型，求解制动盘换热量与密度分布的伴随方程，获得梯度信息，得到材料在空间中的最优分布，这是流体拓扑优化技术在制动盘散热领域的首次尝试。
制动盘为左右不对称设计，从盘帽1方向看，通风筋6的弧度与其所在车轮行进时转动的方向一致。该设计可以辅助引导气流的流动，生成更强的气流对制动盘产生冲刷效应，提高散热效果。
在一优选实施方式中，通风筋6的材质可以为铝合金、碳陶瓷复合材料或钛合金等强度高、导热性能好的材料，表面可以设置热障涂层或陶瓷涂层等表面涂层，热障涂层具有高辐射反射性能，能够有效减少热量的吸收；陶瓷涂层可以增加表面的热障特性，降低热量传导，提高制动盘的散热效果。
实施例2：
本实施例与实施例1的不同之处在于，在通风道和盘帽1相连处设置通风孔。通风孔倾斜设置，其倾斜方向与通风筋6的弧度一致，可以进一步提高散热效果。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，包括盘帽(1)、外侧制动盘盘体(4)、内侧制动盘盘体(5)和多个通风筋(6)，所述外侧制动盘盘体(4)与所述盘帽(1)相连，所述外侧制动盘盘体(4)和所述内侧制动盘盘体(5)通过所述通风筋(6)相连，各通风筋(6)为在远离所述盘帽(1)方向上逐渐增宽、在末端收窄的弧形，呈放射状周向均布。
2.根据权利要求1所述的一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，所述内侧制动盘盘体(5)端面与周面的连接处进行倒角设计。
3.根据权利要求1所述的一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，所述通风筋(6)的弧度与其所在车轮行进时转动的方向一致。
4.根据权利要求1所述的一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，所述通风筋(6)的形状使用流体拓扑优化技术进行设计。
5.根据权利要求1所述的一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，所述盘帽(1)上设置多个用于与轮毂连接的螺栓孔(2)。
6.根据权利要求5所述的一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，所述盘帽(1)上设置定位孔(3)，辅助各螺栓孔(2)对齐。
7.根据权利要求1所述的一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，所述通风筋(6)上设置至少一个第一通孔，所述外侧制动盘盘体(4)和所述内侧制动盘盘体(5)在相应位置设置第二通孔，通过紧固件贯穿所述第一通孔和所述第二通孔，固定所述外侧制动盘盘体(4)和所述内侧制动盘盘体(5)。
8.根据权利要求1所述的一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，所述通风筋(6)之间的间隙为通风道，所述通风道延伸至所述盘帽(1)边缘，在所述通风道和所述盘帽(1)相连处设置通风孔。
9.根据权利要求8所述的一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，所述通风孔倾斜设置，其倾斜方向与所述通风筋(6)的弧度一致。
10.根据权利要求1所述的一种基于优化散热通风筋结构的制动盘，其特征在于，所述通风筋(6)的表面设置热障涂层或陶瓷涂层。
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