高压大型车用盘式制动器制动盘仿生设计及流场分析(附件)
制动盘的仿生设计是运用仿生知识，通过对自然界的分析研究，吸取优异成分对制动盘进行的优化设计。运用fluent软件对所设计的制动盘进行流场分析，进行对比选取优异者，证明所采用的结构确实能够改善制动盘的性能。本次设计主要设计了三种通风制动盘。一种表面有弧形槽和内嵌六角蜂窝型的半通孔，弧形槽和半通孔用来改善制动盘表面，使其形成非光滑表面，来增强制动盘的耐磨性，减少制动盘表面的摩擦磨损，内嵌蜂窝结构主要用以散热。通风道采用星型和T型柱的结构来改善风道，降低制动盘温度。第二种，根据鲨鱼皮原理采用三角槽的结构改善制动盘表面结构，通风道用环形通风道来改善风道降低温度。第三种根据蚯蚓体表凹凸不平结构，采用波浪形凹槽来改善制动盘表面，采用梯形通风道来降低制动盘温度。对三种不同结构进行流场分析与比较，选取最优者。关键词：制动盘；仿生；流场分析AbstractKeywords: Brake disc; Bionics; Flow field analysis 目录
第一章 制动盘研究背景 1
1.1 制动盘的介绍 1
1.2 制动盘研究现状 1
1.3 盘式制动盘与制动鼓 3
1.4 小结 5
第二章 仿生学科的应用 6
2.1 仿生学的简介 6
2.2 仿生学的研究现状 6
2.3 仿生学的应用 7
2.4 仿生学的前景与优势 10
2.5 小结 11
第三章 制动盘材料的对比与选择 12
3.1 铸铁 12
3.2 粉末冶金摩擦材料 13
3.3 C/C复合材料 14
3.4 新型陶瓷基摩擦材料 14
3.5 铝基复合材料 15
3.6 小结 16
第四章 仿生制动盘的设计 18
4.1 制动盘参数的确定 18
4.3 制动盘的静强度评定 20
4.4 制动盘的疲劳强度的影响因素分析 21
4.5 制动盘设计方向 22
4.6 设计思路 23
4.7 小结 29
第五章 仿生制动盘的流场分析 31
5.1 软件简
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
16
第四章 仿生制动盘的设计 18
4.1 制动盘参数的确定 18
4.3 制动盘的静强度评定 20
4.4 制动盘的疲劳强度的影响因素分析 21
4.5 制动盘设计方向 22
4.6 设计思路 23
4.7 小结 29
第五章 仿生制动盘的流场分析 31
5.1 软件简介 31
5.2 流场分析 32
5.3 小结 38
总结与展望 40
致谢 42
参考文献 43
第一章 制动盘研究背景
1.1 制动盘的介绍
盘式制动器形状像一个碟子一样所以又叫它为蝶式制动器。制动盘，大多数的制造材料是合金，它被安装在车轮上和车轮一起转。分泵固定在制动器底板上，分泵的活塞受油管输送油液来提供液压，制动钳上的两个摩擦片装在制动盘的两侧，受液压的压力压向制动盘。盘式制动器沿制动盘向施力，制动轴不受弯矩，径向尺寸小，制动性能稳定[1]。盘式制动器本身质量不大，散热也比较快，自身结构也不复杂。在负载比较大时，盘式制动器能耐得住高温，制动的效果比较好，不怕泥水的污染，所以在路况不好的情况下或在冬季开车时，盘式制动效果都很好。目前，轿车使用的盘式制动器有这几种：打孔式、平面式以及划线式，其中划线式的性能是最好的。全盘式:构造紧凑，摩擦区域大。点盘式：摩擦区域较小。对于双盘面的通风型制动盘，要在两盘之间的连接处开通风槽，来降低摩擦所产生的温度。
盘式制动器的摩擦系数基本不会影响制动效果；浸水了，盘式制动器的性能也不会受到太大影响，只要一到两次的制动就可恢复正常；制动盘在受热时厚度的膨胀很小，不会像制动鼓那样增大制动的行程；制动盘中有橡胶圈能够实现小范围内的间隙的调整，这样一来减少了制动盘的保养和修理的工作。钳盘式制动器的制动盘是裸露在空气中的，这样更有利于热交换进行散热。如果没有伺服装置，来保障液压油管路的压力需求那么盘式制动的制动效能就会比较低下。现在，大部分汽车都装上了盘式制动器，但并不是前后轮都使用盘式制动器，只有高档的一些车才会这样，其他大部分的车只是前轮是盘式的而后轮还是用的鼓式的。因为汽车在行驶过程中制动时会产生惯性力，会使得汽车的前轮所受的压力较大，所以前轮的制动器应该要比后轮的制动器承担更多的制动力。虽然盘式制动器要比鼓式的要好但是盘式的成本要比鼓式的高，所以为了节约成本就选了这种方式。在货车上，盘式制动器也有采用，但离普及还有相当距离[2]。
1.2 制动盘研究现状
1）国内制动器的研究现状
随着我国汽车工业技术的不断发展，汽车上采应用盘式制动器配置逐步在我国形成规模[3]。这种趋向给人们带来了很多好处：汽车的性能得到了提高，公民的生命财产安全得到了保障，同时驾车时汽车的舒适性也得到了提高。
在小型汽车方面：一般采用前轮盘式后轮鼓式的混合制动方式，因为这样节约成本而且对于小型汽车而言这样更有实际意义，它并不需要前后轮都是盘式的这种高配置。轿车在制动时，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，所以前轮制动力要比后轮大[4]。从经济和实用的角度出发，采用前轮盘式后轮鼓式的方式是比较优异的选择。目前大部分小型汽车采用前盘后鼓式混合制动器[3]。2005年我国共生产了110万辆左右的小型汽车。但随着高速公路等级的提高，乘车档次的上升，前后轮都用盘式制动器是趋势[1]。
在大型客车方面：大型客车一般选用气压盘式制动器，气压盘式制动器的性能更加优秀。自1995年，欧美就已经开始将气压盘式制动器装在大型公交车上了。至2000年，气压盘式制动器已经是欧美公交车的基本配置了。但是我国技术不发达，基本依靠进口，而进口的成本又很高所以这种推广并不普遍。直到2005年7月1日，我国交通部规定712米高Ⅱ型客车必须配备期亚盘是制动器，我国的气压盘式制动器才得以发展。宇通公司以二汽在EQ153前后桥为基础上，对其进行优化设计和改造已生产出自制的底盘，每年有11000多套。如一汽客车，11吨豪华客车上，7吨豪华客车等，都是宇通公司市场前景较好，利润附加值很高的车型[11]。金龙客车、黄海客车、凯斯鲍尔等等生产大型客车的厂家都在生产高档的配有气压盘式制动器的大型客车。
2）国外制动器的研究现状
国外经过研究和试验，气压盘式制动器在所有的主要性能都很好，并将其广泛使用在新型的载重汽车上[11]。欧美已经将气压盘式制动器装在大型公交车上。拿气压盘式制动器与鼓式制动器进行比较，会发现气压盘式制动器由许多的优点，主要表现在以下几个方面。
制动力和安全性：这主要分为两种情况，一种是间断制动，这种情况下两者的制动能力没有太大区别。但气压盘式还是要比鼓式好，它在响应和控制上要更好。另一种是连续制动，这种情况下两者的制动差别就一目了然了。比如现在两辆理论上除了制动器不同外其他都相同的汽车在下山，制动力相同，盘式制动器完全保持了初始的性能，汽车可以平稳行驶。相反，配有鼓式制动器的汽车为了做到同样的效果即保持一定的车速，就要一直增加制动力不能像气压盘式制动器一样在固定的制动力下平稳行驶。另外在持续制动后，盘式制动器的制动力几乎没有变化，但鼓式的制动力却下降了很多，这两者的区别就体现了两者的安全性能上的差异。结构和成本：盘式制动器的零件数要比鼓式制动器的零件少，比
第一章 制动盘研究背景 1
1.1 制动盘的介绍 1
1.2 制动盘研究现状 1
1.3 盘式制动盘与制动鼓 3
1.4 小结 5
第二章 仿生学科的应用 6
2.1 仿生学的简介 6
2.2 仿生学的研究现状 6
2.3 仿生学的应用 7
2.4 仿生学的前景与优势 10
2.5 小结 11
第三章 制动盘材料的对比与选择 12
3.1 铸铁 12
3.2 粉末冶金摩擦材料 13
3.3 C/C复合材料 14
3.4 新型陶瓷基摩擦材料 14
3.5 铝基复合材料 15
3.6 小结 16
第四章 仿生制动盘的设计 18
4.1 制动盘参数的确定 18
4.3 制动盘的静强度评定 20
4.4 制动盘的疲劳强度的影响因素分析 21
4.5 制动盘设计方向 22
4.6 设计思路 23
4.7 小结 29
第五章 仿生制动盘的流场分析 31
5.1 软件简
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
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第四章 仿生制动盘的设计 18
4.1 制动盘参数的确定 18
4.3 制动盘的静强度评定 20
4.4 制动盘的疲劳强度的影响因素分析 21
4.5 制动盘设计方向 22
4.6 设计思路 23
4.7 小结 29
第五章 仿生制动盘的流场分析 31
5.1 软件简介 31
5.2 流场分析 32
5.3 小结 38
总结与展望 40
致谢 42
参考文献 43
第一章 制动盘研究背景
1.1 制动盘的介绍
盘式制动器形状像一个碟子一样所以又叫它为蝶式制动器。制动盘，大多数的制造材料是合金，它被安装在车轮上和车轮一起转。分泵固定在制动器底板上，分泵的活塞受油管输送油液来提供液压，制动钳上的两个摩擦片装在制动盘的两侧，受液压的压力压向制动盘。盘式制动器沿制动盘向施力，制动轴不受弯矩，径向尺寸小，制动性能稳定[1]。盘式制动器本身质量不大，散热也比较快，自身结构也不复杂。在负载比较大时，盘式制动器能耐得住高温，制动的效果比较好，不怕泥水的污染，所以在路况不好的情况下或在冬季开车时，盘式制动效果都很好。目前，轿车使用的盘式制动器有这几种：打孔式、平面式以及划线式，其中划线式的性能是最好的。全盘式:构造紧凑，摩擦区域大。点盘式：摩擦区域较小。对于双盘面的通风型制动盘，要在两盘之间的连接处开通风槽，来降低摩擦所产生的温度。
盘式制动器的摩擦系数基本不会影响制动效果；浸水了，盘式制动器的性能也不会受到太大影响，只要一到两次的制动就可恢复正常；制动盘在受热时厚度的膨胀很小，不会像制动鼓那样增大制动的行程；制动盘中有橡胶圈能够实现小范围内的间隙的调整，这样一来减少了制动盘的保养和修理的工作。钳盘式制动器的制动盘是裸露在空气中的，这样更有利于热交换进行散热。如果没有伺服装置，来保障液压油管路的压力需求那么盘式制动的制动效能就会比较低下。现在，大部分汽车都装上了盘式制动器，但并不是前后轮都使用盘式制动器，只有高档的一些车才会这样，其他大部分的车只是前轮是盘式的而后轮还是用的鼓式的。因为汽车在行驶过程中制动时会产生惯性力，会使得汽车的前轮所受的压力较大，所以前轮的制动器应该要比后轮的制动器承担更多的制动力。虽然盘式制动器要比鼓式的要好但是盘式的成本要比鼓式的高，所以为了节约成本就选了这种方式。在货车上，盘式制动器也有采用，但离普及还有相当距离[2]。
1.2 制动盘研究现状
1）国内制动器的研究现状
随着我国汽车工业技术的不断发展，汽车上采应用盘式制动器配置逐步在我国形成规模[3]。这种趋向给人们带来了很多好处：汽车的性能得到了提高，公民的生命财产安全得到了保障，同时驾车时汽车的舒适性也得到了提高。
在小型汽车方面：一般采用前轮盘式后轮鼓式的混合制动方式，因为这样节约成本而且对于小型汽车而言这样更有实际意义，它并不需要前后轮都是盘式的这种高配置。轿车在制动时，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，所以前轮制动力要比后轮大[4]。从经济和实用的角度出发，采用前轮盘式后轮鼓式的方式是比较优异的选择。目前大部分小型汽车采用前盘后鼓式混合制动器[3]。2005年我国共生产了110万辆左右的小型汽车。但随着高速公路等级的提高，乘车档次的上升，前后轮都用盘式制动器是趋势[1]。
在大型客车方面：大型客车一般选用气压盘式制动器，气压盘式制动器的性能更加优秀。自1995年，欧美就已经开始将气压盘式制动器装在大型公交车上了。至2000年，气压盘式制动器已经是欧美公交车的基本配置了。但是我国技术不发达，基本依靠进口，而进口的成本又很高所以这种推广并不普遍。直到2005年7月1日，我国交通部规定712米高Ⅱ型客车必须配备期亚盘是制动器，我国的气压盘式制动器才得以发展。宇通公司以二汽在EQ153前后桥为基础上，对其进行优化设计和改造已生产出自制的底盘，每年有11000多套。如一汽客车，11吨豪华客车上，7吨豪华客车等，都是宇通公司市场前景较好，利润附加值很高的车型[11]。金龙客车、黄海客车、凯斯鲍尔等等生产大型客车的厂家都在生产高档的配有气压盘式制动器的大型客车。
2）国外制动器的研究现状
国外经过研究和试验，气压盘式制动器在所有的主要性能都很好，并将其广泛使用在新型的载重汽车上[11]。欧美已经将气压盘式制动器装在大型公交车上。拿气压盘式制动器与鼓式制动器进行比较，会发现气压盘式制动器由许多的优点，主要表现在以下几个方面。
制动力和安全性：这主要分为两种情况，一种是间断制动，这种情况下两者的制动能力没有太大区别。但气压盘式还是要比鼓式好，它在响应和控制上要更好。另一种是连续制动，这种情况下两者的制动差别就一目了然了。比如现在两辆理论上除了制动器不同外其他都相同的汽车在下山，制动力相同，盘式制动器完全保持了初始的性能，汽车可以平稳行驶。相反，配有鼓式制动器的汽车为了做到同样的效果即保持一定的车速，就要一直增加制动力不能像气压盘式制动器一样在固定的制动力下平稳行驶。另外在持续制动后，盘式制动器的制动力几乎没有变化，但鼓式的制动力却下降了很多，这两者的区别就体现了两者的安全性能上的差异。结构和成本：盘式制动器的零件数要比鼓式制动器的零件少，比
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