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基于热力耦合的湿式制动器温度场的温升机理及关键技术研究

作　者: 李彬
导　师: 殷时蓉
学　校: 重庆交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 湿式制动器温度场热分析热点模拟仿真
分类号: U463.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在整车设计中，汽车的安全性越来越被重视，制动系统是影响汽车安全性的核心部件，制动系统性能的好坏直接影响到车辆制动安全性。湿式多盘制动器作为一种新型的制动器，具有制动力矩大、摩擦接触面积大、制动性能稳定、免受外界影响等优点，逐渐应用到工程车辆上，越来越多的国内外研究人员从不同角度对其展开研究。本课题来源于企业，以全封闭湿式多盘制动器为研究对象，综合运用有限元分析、数值模拟等方法对其制动过程中的温度场变化规律进行分析研究，并对由温度场衍生出来的热点问题进行深入研究。主要研究内容如下：（1）湿式多盘制动器温升机理理论研究通过热传导方程和热弹性方程的建立，对热传导方程和热弹性耦合理论的进行分析研究，基于傅立叶导热定律和能量守恒定律以及对流换热理论，建立湿式多片制动器的数学模型以及车辆特定运行状态时的汽车动力学模型。根据所采用车辆结构参数和制动原理，计算出相应的制动力和制动力矩参数。构建湿式多片制动器的温度模拟分析模型提供所需的输入热流密度边界条件。结合湿式多片离合器的工作条件和实际情况，在理论分析的基础上构建湿式多片制动器的有限元温度场和热性能分析计算模型。解决湿式多盘制动器在温升机理及领域的建模及仿真等主要关键技术问题。（2）湿式多盘制动器特定制动条件下温度场分布模式研究根据实际尺寸建立湿式制动器摩擦副三维模型，采用设定的制动工况进行分析研究，运用有限元软件MSC.Patran对湿式制动器摩擦片和钢盘进行热分析，得出制动过程中摩擦片和钢片温度分布图。对摩擦盘和钢盘温升特点进行分析，对同一时刻摩擦盘和钢盘不同部位温度梯度进行分析，对比分析了同一时刻摩擦盘和钢盘的温度差别，分析不同时刻的热流流动模式。总结摩擦制动过程中摩擦盘和钢盘温度场变化规律。对湿式制动器整体进行分析，分析不同位置摩擦副温度升特点和基本规律。对比分析仿真结果与理论计算结果。（3）湿式多盘制动器温度场衍生热点关键技术问题研究。针对湿式制动器中摩擦热点的迁移现象，对摩擦热点迁移机理进行了探究，分析了摩擦热点的迁移模式，建立了热点迁移的数学模型，根据所建立的热点迁移数学模型研究热点迁移规律。通过所建立的数学模型进行数值分析和仿真测试，从两方面分析了摩擦副滑动速度V、波长L、接触压力增长率b与迁移速度、热点数之间的对应关系。提出了缓解热点问题的相应的措施，并进行了相应的数值仿真与仿真分析。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-16
  1.1 湿式制动器的发展史及其分类  8-10
  1.2 湿式制动器制动器研究现状与动态  10-13
  1.3 湿式制动器一般存在的问题  13-14
  1.4 本课题的主要研究内容以及研究意义  14-15
    1.4.1 研究内容  14
    1.4.2 研究意义  14-15
  1.5 本章小结  15-16
第二章热—机耦合分析的理论基础  16-29
  2.1 接触分析理论  16-17
  2.2 摩擦制动的生热理论  17-19
  2.3 热量传导理论分析  19
  2.4 热机耦合的求解方法  19-25
    2.4.1 制动器热机耦合的有限元分析方法  21-25
    2.4.2 瞬态热分析-有限元法  25
  2.5 摩擦制动系统瞬态温度场三维热传导方程的建立  25-28
    2.5.1 热传导方程  26-27
    2.5.2 应力计算  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章湿式多片制动器有限元模型的建立  29-43
  3.1 全封闭湿式制动器简介  29-30
  3.2 制动系统有限元模型的建立  30-35
    3.2.1 温度场热分析  30-31
    3.2.2 基本假设  31
    3.2.3 单元选择及网格划分  31-34
    3.2.4 三维模型的网格划分  34-35
  3.3 有关计算数据及边界条件的确定  35-42
    3.3.1 制动运动及动力参数的确定  35-36
    3.3.2 制动系统的结构尺寸和材料参数  36-37
    3.3.3 制动工况的确定  37-40
    3.3.4 制动系统对流散热系数的确定  40-42
    3.3.5 热流分配系数的确定  42
    3.3.6 位移及温度边界条件  42
  3.4 本章小结  42-43
第四章特定工况下湿式多片制动器温度场温升机理研究  43-61
  4.1 湿式制动器摩擦制动原理  43-44
  4.2 制动器极限工况分类  44
  4.3 湿式制动器极限工况的分析  44-47
    4.3.1 制动过程的构成  44-45
    4.3.2 单个制动器制动参数确定  45-46
    4.3.3 高强度持续制动工况理论分析  46-47
  4.4 有限元数值理论分析  47-48
  4.5 有限元模型的建立及边界条件简化  48-49
  4.6 湿式制动器热源处理  49-50
  4.7 热传导方程和热弹性方程的建立  50-51
  4.8 高强度持续制动工况下的温度场分析  51-58
    4.8.1 摩擦盘温度场分析  51-54
    4.8.2 钢盘温度场分析  54-57
    4.8.3 摩擦副温度场分析  57-58
  4.9 仿真与理论对比  58-59
  4.11 温升控制技术初步探究  59-60
  4.10 本章小结  60-61
第五章 .湿式制动器温度场衍生热点问题研究  61-75
  5.1 热点的基本理论  61-62
  5.2 热点几何模型和数值模拟  62-67
    5.2.1 几何结构  62-63
    5.2.2 摩擦热点迁移机理数学模型分析  63-65
    5.2.3 摩擦热点数值模拟分析  65-67
  5.3 热点迁移模式的影响因素探究  67-74
    5.3.1 摩擦副的几何形状和材料性能确定  67-69
    5.3.2 摩擦材料弹性模量对于热点迁移模式的影响  69-71
    5.3.4 摩擦副几何尺寸对于热点迁移模式的影响  71-74
  5.4 本章小结  74-75
第六章结论与展望  75-78
  6.1 结论  75-76
  6.2 展望  76-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
在学期间发表的论著及取得的科研成果  83

基于热力耦合的湿式制动器温度场的温升机理及关键技术研究

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