某車型擋泥板結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)制動(dòng)散熱影響的研究

葛飛，陳杰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某車型擋泥板結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)制動(dòng)散熱影響的研究

葛飛，陳杰

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章介紹了某車型制動(dòng)器擋泥板，以及擋泥板對(duì)制動(dòng)器散熱的影響，并實(shí)車測(cè)試、對(duì)比擋泥板結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后制動(dòng)器溫度，驗(yàn)證了擋泥板對(duì)制動(dòng)器散熱影響問(wèn)題的研究。

擋泥板；制動(dòng)器；整車

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)10-143-03

引言

汽車制動(dòng)器一般分為盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器兩種，而對(duì)于盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)，都會(huì)有制動(dòng)器擋泥板，用以防止石子等雜物飛濺到制動(dòng)盤上，導(dǎo)致制動(dòng)盤被劃，進(jìn)而影響制動(dòng)效果，甚者會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)失效。

表1

在制動(dòng)系統(tǒng)中，由于制動(dòng)器屬于底盤件，工作環(huán)境比較惡劣，經(jīng)常接觸到路面石子等雜物。故需要增加制動(dòng)器擋泥板保護(hù)制動(dòng)器不受雜物的影響。傳統(tǒng)的擋泥板一般是根據(jù)制動(dòng)盤的大小直接確定擋泥板的形狀及尺寸，擋泥板面積較大，不僅成本高，關(guān)鍵是阻礙了連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)器產(chǎn)生的熱量無(wú)法快速有效的散發(fā)，使制動(dòng)由于熱衰退而效果變差。

1、某車型制動(dòng)器擋泥板結(jié)構(gòu)

1.1 概述

某輕卡車型整車制動(dòng)器為前盤式后鼓式制動(dòng)器，該車型在進(jìn)行山路試驗(yàn)時(shí)，拆解制動(dòng)器時(shí)發(fā)現(xiàn)：前制動(dòng)盤溫度超過(guò)400℃，拆檢前制動(dòng)發(fā)現(xiàn)，前制動(dòng)軸承潤(rùn)滑脂呈液態(tài)，且已變質(zhì)；前制動(dòng)盤顏色呈磚紅色。同時(shí)摩擦片加速磨損，消音片脫落。制動(dòng)器溫度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。

如果此故障在客戶使用過(guò)程中出現(xiàn)，因?yàn)橹苿?dòng)效果變差或者失效，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故和人身財(cái)產(chǎn)損失。

產(chǎn)生原理：駕駛員在制動(dòng)時(shí)摩擦片和制動(dòng)盤之間摩擦，使運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱能讓運(yùn)動(dòng)減弱、停止，制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生熱量是散熱量與其本身吸收熱量之和（制動(dòng)器吸收熱量即制動(dòng)器溫度），即制動(dòng)時(shí)摩擦片與制動(dòng)盤之間摩擦產(chǎn)生制動(dòng)總熱量；通過(guò)風(fēng)冷等方式散去部分熱量，其余熱量被制動(dòng)器吸收，就是制動(dòng)器溫度。主要的三大因數(shù)為：1.制動(dòng)器產(chǎn)生總熱量；2.制動(dòng)器散熱量；3.制動(dòng)器吸收熱量。本文僅針對(duì)擋泥板對(duì)制動(dòng)器散熱的影響進(jìn)行研究分析。

為了制動(dòng)器溫度高問(wèn)題，擋泥板對(duì)制動(dòng)器溫度高產(chǎn)生的相關(guān)影響進(jìn)行測(cè)試、分析。并最終確認(rèn)對(duì)制動(dòng)器擋泥板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以降低在連續(xù)制動(dòng)或者山路制動(dòng)等情況下產(chǎn)生的高溫，從而避免制動(dòng)性能的下降帶來(lái)的危險(xiǎn)及交通事故。

1.2 原始方案

擋泥板安裝在轉(zhuǎn)向節(jié)總成上，覆蓋整個(gè)制動(dòng)盤表面，以保護(hù)車輛行駛過(guò)程中，石子、污泥甩到制動(dòng)盤上，從而影響制動(dòng)器的正常工作，導(dǎo)致制動(dòng)性能下降。

圖1

但是由于制動(dòng)盤整個(gè)斷面都被制動(dòng)盤覆蓋，行車制動(dòng)時(shí)制動(dòng)卡鉗與制動(dòng)盤相互摩擦產(chǎn)生的熱量會(huì)分布在制動(dòng)盤和制動(dòng)卡鉗上，而制動(dòng)盤承受了大部分的熱量，制動(dòng)盤外端面及周邊受車輛輪輞遮擋，熱量無(wú)法快速散出。

圖2

通過(guò)實(shí)車拆除擋泥板和帶擋泥板進(jìn)行山路溫度測(cè)試對(duì)比測(cè)試，最終確認(rèn)擋泥板對(duì)于制動(dòng)器溫度的影響如下圖表：

表2

實(shí)車測(cè)試結(jié)果表明，制動(dòng)盤內(nèi)端面的擋泥板對(duì)制動(dòng)盤的散熱影響至關(guān)重要。若要降低制動(dòng)器溫度，需要拆解制動(dòng)器擋泥板或者進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化減小擋泥板面積。

1.3 性能目標(biāo)設(shè)定

通過(guò)對(duì)擋泥板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化或者去除擋泥板，保證在連續(xù)制動(dòng)時(shí)或者山路試驗(yàn)時(shí)，整車連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)器的溫度小于設(shè)計(jì)之初確定的330℃的目標(biāo)，以熱衰退時(shí)的制動(dòng)性能滿足相關(guān)性能指標(biāo)及法規(guī)要求。（N1類汽車，性能試驗(yàn)溫度測(cè)試方法（GB 12676）是：車輛80km/h通過(guò)剎車降到40km/h，連續(xù)15次后測(cè)試制動(dòng)器。小卡制動(dòng)器溫度≤330℃）。

1.4 結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)擋泥板的安裝及在整車中的功能，分析拆除擋泥板、減小擋泥板面對(duì)散熱、整車的影響考慮：

圖3

根據(jù)以上分析，考慮到制動(dòng)器散熱效果、對(duì)制動(dòng)結(jié)構(gòu)以及成本的綜合考慮，對(duì)比表列出兩者對(duì)比。

表3

根據(jù)對(duì)比結(jié)果，拆除擋泥板和減小擋泥板面積都可以達(dá)到降低制動(dòng)器溫度的影響，且從成本及散熱效果上考慮，拆除擋泥板效果會(huì)更好。但是，考慮到整車布置，以及零部件間隙：1.下擺臂防塵罩與制動(dòng)器最小距離12mm，防塵罩需要隔熱；2.轉(zhuǎn)向橫拉桿球銷防塵罩與制動(dòng)器最小距離8.5mm，防塵罩需要隔熱；3.下擺臂與制動(dòng)器最小距離4.3mm，制動(dòng)盤需要防護(hù)；因此，1.為保證下擺臂及轉(zhuǎn)向橫拉桿上橡膠件防塵罩不會(huì)因?yàn)楦邷禺a(chǎn)生的熱害，同時(shí)保護(hù)制動(dòng)盤不被擦傷。2.擋泥板可以阻擋灰塵、石子等雜物進(jìn)入輪轂總成，影響軸承正常工作，甚至損壞。如下圖所示：

圖4

由上述分析可知，擋泥板不可以直接拆除。需要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

1.5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)制動(dòng)器、擋泥板以及周邊零部件情況，對(duì)擋泥板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；將擋泥板可以切除部分盡量切除，需要保留部分為下圖中紅色圈內(nèi)有熱害風(fēng)險(xiǎn)處，下擺臂與制動(dòng)盤間隙較小的地方，紅色圈內(nèi)為擋泥板保留處，其余部分切除。

圖5

制動(dòng)器擋泥板優(yōu)化結(jié)構(gòu)后對(duì)比：結(jié)構(gòu)整改優(yōu)化前擋泥板面積：0.0375m2，結(jié)構(gòu)整改優(yōu)化后擋泥板面積：0.0238m2，擋泥板面積減少36.6%。

1.6 實(shí)車驗(yàn)證

某輕卡車型在帶上整改優(yōu)化結(jié)構(gòu)后擋泥板，進(jìn)行實(shí)車測(cè)試。測(cè)試制動(dòng)器溫度均滿足≤330℃的要求。并對(duì)比帶原未整改擋泥板、拆解擋泥板后測(cè)試的制動(dòng)器溫度，繪制相關(guān)對(duì)比曲線圖。經(jīng)過(guò)實(shí)車測(cè)試證明此方案，即當(dāng)版本結(jié)構(gòu)優(yōu)化后在實(shí)車上驗(yàn)證可行。

圖6

表4

實(shí)車擋泥板結(jié)構(gòu)整改優(yōu)化后同時(shí)通過(guò)山路驗(yàn)證也都滿足設(shè)定目標(biāo)（制動(dòng)器溫度≤330℃），即擋泥板結(jié)構(gòu)優(yōu)化面積減小了36.6%，測(cè)試結(jié)果實(shí)現(xiàn)降低制動(dòng)器溫度的目標(biāo)（約降低37.5%），同時(shí)滿足整車布置要求和制動(dòng)盤防護(hù)要求，并節(jié)約材料、降低成本，達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳狀態(tài)。

2、總結(jié)

本文通過(guò)理論與實(shí)際相結(jié)合，以理論設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，通過(guò)理論分析對(duì)比，整車試驗(yàn)測(cè)試，最終確認(rèn)擋泥板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化狀態(tài)，以及擋泥板對(duì)制動(dòng)器散熱的影響。由此證明擋泥板的面積大小，以及覆蓋制動(dòng)盤的面積對(duì)制動(dòng)器溫度影響較大，在一定范圍內(nèi)，成正比例關(guān)系。

在設(shè)計(jì)制動(dòng)器擋泥板時(shí)，既要考慮到擋泥板結(jié)構(gòu)的可行性，同時(shí)又要考慮其自身功能和可靠性。當(dāng)理論分析與實(shí)際測(cè)試結(jié)果達(dá)成一致時(shí)，即表明此方案可行。此方法同樣適用于其它類型擋泥板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

在本次產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，理論設(shè)計(jì)借助了應(yīng)用軟件CATIA、OFFICE。

[1] 王望予. 汽車設(shè)計(jì)(第3版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2] 余志生．汽車?yán)碚?第5版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20l0.

[3] GB 12676-2014 商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法.

The study of the effect of braking effect on the structure of the fender structure of a certain car was optimized

Ge Fei, Chen Jie
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The article introduce a Brake dust cover of the Vehicle, and the influence of Brake dust cover for Brake heat dissipation, Also testing and contrasting the heat of Brake on the Vehicle before and after Brake dust cover structure optimization, so that proving the influence of Brake dust cover for Brake heat dissipation problem on Vehicle.

Brake dust cover; brake; Vehicle

U467.3

A

1671-7988 (2017)10-143-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.10.050

葛飛，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。