盘式制动器发热计算

钱家营矿副井3×1.49提升绞车制动盘的温升计算徐德魁（开滦钱家营矿业公司河北唐山063301）摘要钱家营矿副井3×1.49提升绞车采用8SM7622盘形闸，德国制作，为保证闸衬及制动盘的可靠使用，不出现问题，对其温升进行计算。

关键词制动盘温升温度引言：制动装置是提升系统重要组成部分，而制动装置是由制动器和传动系统组成。

制动器按照结构形式分为盘闸和块闸，本文简要的讲述盘闸制动器在提升绞车中的温升计算，盘闸制动器的制动力矩是闸瓦沿轴向压制动盘时产生的摩擦力矩。

制动盘的温升对制动器的工作制动、安全制动和速度制动都有很大的影响，本文主要通过介绍钱家营矿副井提升绞车制动盘的温升计算，使大家进一步了解影响制动盘温升的相关因素。

一、带有两个制动盘的绞车每个制动装置的制动力：F＇=21000KP(kg)制动装置的件数: i=3制动闸瓦宽度: e=200mm驱动轮直径: d T=3034mm制动盘平均直径: d B=3460mm提升速度: V=10m/s减速度: a=1.5m/s21、制动力：F=i×F＇×μ=3×21000×0.4=25200(kg)2、制动距离：L=(V2×d B)/(2×a×d T)=(102×3.46)/(2×1.5×3.034)=38m3、制动表面积：A B=2×d B×π×e=2×3.46×π×0.2=4.35m24、制动能量：W=F×L/427=25200×38/427=2243(千卡)5、制动时间：t B=V/（a×3600）=10/（1.5×3600）=1.85×10-3(h)6、制动表面的比热负载：qε=W/A B×t B=2243/8.7×1.85×10-3=278720kcal/m2h7、制动盘的温升：（根据西门子详细资料）1）γümax=4/3×qε/[1+(λB×γB×c B/λS×γS×c S)1/2]×(2 t B/π×λS×γS×c S)1/2=4/3×278720/[(1+22.87/185.85)×185.85]×[(2×1.85×10-3)/π]1/2=62℃在室内温度20℃：γ=82℃在一半的制动时间达到了最大温升。

制动计算制动系统方面的书籍很多，但如果您由于某事需要找到一个特定的公式，你可能很难找到。

本文面将他们聚在一起并作一些的解释。

他们适用于为任何两轴的车辆，但你的责任就是验证它们。

并带着风险使用.....车辆动力学静态车桥负载分配相对重心高度动态车桥负载（两轴车辆）车辆停止制动力车轮抱死制动力矩制动基本原理制动盘的有效半径夹紧力制动系数制动产生系统压力伺服助力踏板力实际的减速度和停止距离制动热制动耗能动能转动能量势能制动功率干式制动盘温升单一停止式温升逐渐停止式温升斜面驻车车桥负荷牵引力电缆操纵制动的损失液压制动器制动液量要求制动基本要求制动片压缩性胶管膨胀钢管膨胀主缸损失制动液压缩性测功机惯性车辆动力学静态车桥负载分配这里： Mf=静态后车桥负载（kg）；M=车辆总质量（kg）；Ψ=静态车桥负载分配系数注：对于满载和空载的车辆的变化往往是不同的。

相对重心高度这里： h=重心到地面的垂直距离（m）；wb=轴距；X=相对重心高度;动态车桥负载（仅适用于两轴车辆）制动过程中车桥负载的变化与哪个车桥制动无关。

它们只依赖于静态负载条件和减速度大小。

这里：a=减速度（g）；M=车辆总质量（kg）；Mfdyn=前桥动态负载（kg）；注：前桥负荷不能大于车辆总质量。

后桥负荷是车辆质量和前桥负荷之间的差值，并不能为负数。

它可能脱离地面。

（摩托车要注意）！车辆停止制动力总制动力可以简单地用牛顿第二定律计算。

这里：BF=总制动力（N）；M=车辆总质量（kg）；a=减速度（g）；g=重力加速度（s/m2）；车轮抱死如果车轮不抱死只能产生制动力，因为轮子滑动摩擦力比滚动摩擦力低得多。

在车轮抱死前特定车轴可能的最大制动力计算公式如下：这里：FA=车桥可能的总制动力（N）；Mwdyn=动态车桥质量（kg）；g=重力加速度（s/m2）；μf=轮胎与地面间摩擦系数；制动力矩决定了哪个车轮需要制动来产生足够的制动力，每个车轮扭矩的要求需要确定。

盘式制动器制动计算
1.制动力矩计算
制动力矩是盘式制动器产生制动力的重要指标，是制动器设计的基础
参数。

制动力矩的计算可以通过以下公式进行：
T=Fr*r
其中，T为制动力矩，Fr为制动力，r为制动器半径。

制动力的计算
涉及到车辆的质量、速度和制动时间等因素，常用的计算公式为：Fr=m*a/n
其中，m为车辆的质量，a为减速度，n为制动数（通常取2）。

2.摩擦力计算
Ff=μ*N
其中，Ff为摩擦力，μ为摩擦系数，N为垂直于制动盘方向的力。

摩擦系数是制动材料的重要参数，需要通过试验或参考相关文献进行确定。

3.温升计算
ΔT=Q/(m*Cp)
其中，ΔT为温升，Q为制动器吸收的热量，m为制动器的质量，Cp
为制动器的比热容。

制动器吸收的热量可以通过以下公式计算：Q=Ff*v*t
其中，v为车辆的速度，t为制动时间。

4.设计参数计算
A=T/(μ*p)
其中，A为制动器的有效面积，p为盘式制动器的接触压力。

以上为盘式制动器制动计算的主要内容，通过这些计算，可以得到盘
式制动器的设计参数和性能参数，实现对盘式制动器进行合理设计和选型。

同时，根据实际情况和需求，还需要考虑制动器的热稳定性、耐磨性、抗
褪色性等因素，在设计和选用制动器时综合考虑，以确保制动器的安全可
靠性和使用寿命。

盘式制动器的设计计算4.1相关主要技术参数整备质量 1570 kg载客人数 5 人最大总质量 2470 kg轴距 2737 mm载荷分配：空载：前 800 Kg 后 770 Kg满载：前 990 Kg 后 1310 Kg重心位置： Hg（满）=725Hg（空）=776轮胎型号 245/45 R184.2盘式制动器主要参数的确定4.2.1制动前盘直径D制动盘直径D应尽可能取大些，这使制动盘的有效半径得到增加，可以降低制动钳的夹紧力，减少衬块的单位压力和工作温度。

受轮辋直径的限制，制动盘的直径通常选择为轮辋直径的70%～79%。

根据在给出的汽车轮胎半径为18in，即轮辋直径为18×25.4=457.2≈457mm，同时参照一些车型的制动盘直径后选定该轻型较车盘式制动器的制动盘直径为356mm（制动盘的直径取轮辋直径的77.9%）。

4.2.2制动前盘厚度h制动盘在工作时不仅承受着制动块作用的法向力和切向力，而且承受着热负荷。

为了改善冷却效果，钳盘式制动器的制动盘有的铸成中间有径向通风槽的双层盘这样可大大地增加散热面积，降低温升约20％一30％，但盘的整体厚度较厚。

而一般不带通风槽的客车制动盘，其厚度约在l0mm—13mm之间。

为了使质量小些，制动盘厚度不宜取得很大。

这里取厚度为12mm。

4.2.3前盘摩擦衬块外半径2R与内半径1R摩擦衬块的外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5。

若此比值偏大，工作时摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相差较大，则其磨损就会不均匀，接触面积将减小，最终会导致制动力矩变化大。

根据前面制动盘直径的确定：R初取168mm。

由于制动盘的半径为178mm，而摩擦衬块的外半径要比制动盘的半径小，2R为124mm。

则1R，对于常见的具有扇行摩擦表面的衬块，若其径向宽度不很大，取R等于平均半径m同时也等于有效半径e R ，而平均半径mm R R R m 146221=+= 而式中1R 、2R 也就是摩擦衬块的内外半径，即mm R R 29221=+ 擦衬块的有效半径文献[3]R e =()()mm R R R R 14712848*32835008*2*3*221223132==-- (4—1)与平均半径R m =146mm 的值相差不大，且满足m=738.016812421==R R <1,()()4124.0738.1738.0122<==+m m 的要求， 所以取R=146mm 。

驱动轮盘式制动器的热仿真分析驱动轮盘式制动器是车辆制动系统中不可或缺的部分，它承担着制动任务，将动能转化为热能，并将车辆停下来。

在制动过程中，摩擦磨损、摩擦热和热膨胀是制动器系统中的重要问题。

为了更好地了解驱动轮盘式制动器的工作原理和性能，进行热仿真分析是非常必要的。

首先，热仿真分析需要建立合适的模型。

模型的建立是保证分析结果准确性的基础。

在驱动轮盘式制动器的热仿真中，需要考虑制动盘、刹车衬片、制动鼓和制动器外壳等各个部件的热传导、热辐射和热对流。

同时，还需要考虑制动盘和刹车衬片的磨损与摩擦等相关因素。

其次，在模型建立完成后，需要选择合适的仿真软件进行热仿真分析。

目前市场上有许多专业的仿真软件可供选择，例如ANSYS、ABAQUS等。

根据实际需求和预算情况来选择合适的软件。

软件的选择与制动器模型之间的匹配是保证热仿真分析精度的关键。

热仿真分析的一个重要指标是温度分布。

通过热仿真分析，可以直观地观察到各个部件的温度分布情况，找出温度高的热点位置。

通过对热点位置的分析，可以进一步优化制动器的设计，提高制动器的散热性能。

同时，通过热仿真分析还可以预测制动盘和刹车衬片等部件的寿命，为制动器的维护和更换提供依据。

除了温度分布，热仿真分析还可以得出其他相关参数，例如热应力和热膨胀等。

这些参数对制动器的设计和优化也起到了重要作用。

通过分析这些参数，可以评估制动器在持续制动过程中的工作稳定性和可靠性，并根据仿真结果进行结构改进和优化。

另外，热仿真分析还可以用于比较不同制动材料的性能。

制动系统中的刹车衬片材料种类繁多，每种材料的热传导性能和摩擦特性都不同。

通过热仿真分析，可以评估不同材料的制动性能，并选择最合适的刹车衬片材料。

综上所述，驱动轮盘式制动器的热仿真分析在提高制动器性能和性价比方面具有重要意义。

通过建立合适的模型、选择合适的仿真软件，进行温度分布、热应力、热膨胀等仿真分析，可以提前发现潜在问题并进行设计优化。

基于HyperWorks的某通风盘式制动器热-结构分析朱楚才史建鹏郭军朝东风汽车公司汽车工程研究院武汉 430058摘要：通过对通风盘式制动器进行热-结构顺序耦合分析，了解制动盘在制动过程中的温度场分布及热应力场分布等情况，为制动盘的优化设计提供了参考。

关键词：通风盘式制动器，顺序耦合热-结构分析，温度场，热应力1 概述制动性能是汽车的一项极其重要的性能，而制动器则是其执行部件。

乘用车的盘式制动器是一种摩擦制动器，它利用两个运动表面相互接触时所产生的摩擦阻力，短时内将汽车运动所产生的动能和势能转化为热能，从而达到使汽车减速或停止运动的目的。

了解制动盘制动时的温度场分布，有助于制动盘结构的优化设计与改进。

同时，受制动盘的散热能力的影响，制动时产生的热能并不能在瞬间全部散出，制动盘内会有热能聚集并产生温升，从而在盘体内产生热应力，热应力是影响制动盘的使用寿命的重要因素。

详细了解制动过程中制动盘内的温度场分布状态，及热应力的分布情况，对制动盘结构的合理设计具有重要的意义。

2 传热模型的建立2.1 传热分析有限元法基本原理热传导分析可以在热载荷下求解未知的温度和热流通量，温度是体现物体热能的量，而热流通量表示热能的流量。

物体分子间的热能交换称为热传导，物体和周围流体间的热能交换称为热对流，热载荷一般由流进或流出物体的能量流来定义。

在线性静态分析中，材料热物性如热传导率、对流换热系数，都是线性的，关注的重点是最后平衡状态的温度和热流分布。

基本的有限元方程式如下：([Kc] + [H]){T} = {p} (1)其中，[Kc]为热传导率矩阵，[H]为边界自然对流矩阵，{T}为未知的节点温度，{p}为热载荷矢量。

通过这个系统的线性方程来求解节点的温度{T}。

热载荷矢量可以表示为：{p} = {P B} + {P H} + {P Q} (2)其中，{P B}为通过边界定义卡片QBDY1设置的热流通量所定义的能量，{P H}为通过对流换热系数定义卡片CONV设置的边界热对流矢量，{P Q}为通过内部热能生成定义卡片QVOL设置的能量矢量。

钱家营矿副井3×1.49提升绞车制动盘的温升计算徐德魁（开滦钱家营矿业公司河北唐山063301）摘要钱家营矿副井3×1.49提升绞车采用8SM7622盘形闸，德国制作，为保证闸衬及制动盘的可靠使用，不出现问题，对其温升进行计算。

关键词制动盘温升温度引言：制动装置是提升系统重要组成部分，而制动装置是由制动器和传动系统组成。

制动器按照结构形式分为盘闸和块闸，本文简要的讲述盘闸制动器在提升绞车中的温升计算，盘闸制动器的制动力矩是闸瓦沿轴向压制动盘时产生的摩擦力矩。

制动盘的温升对制动器的工作制动、安全制动和速度制动都有很大的影响，本文主要通过介绍钱家营矿副井提升绞车制动盘的温升计算，使大家进一步了解影响制动盘温升的相关因素。

一、带有两个制动盘的绞车每个制动装置的制动力：F＇=21000KP(kg)制动装置的件数: i=3制动闸瓦宽度: e=200mm驱动轮直径: d T=3034mm制动盘平均直径: d B=3460mm提升速度: V=10m/s减速度: a=1.5m/s21、制动力：F=i×F＇×μ=3×21000×0.4=25200(kg)2、制动距离：L=(V2×d B)/(2×a×d T)=(102×3.46)/(2×1.5×3.034)=38m3、制动表面积：A B=2×d B×π×e=2×3.46×π×0.2=4.35m24、制动能量：W=F×L/427=25200×38/427=2243(千卡)5、制动时间：t B=V/（a×3600）=10/（1.5×3600）=1.85×10-3(h)6、制动表面的比热负载：qε=W/A B×t B=2243/8.7×1.85×10-3=278720kcal/m2h7、制动盘的温升：（根据西门子详细资料）1）γümax=4/3×qε/[1+(λB×γB×c B/λS×γS×c S)1/2]×(2 t B/π×λS×γS×c S)1/2=4/3×278720/[(1+22.87/185.85)×185.85]×[(2×1.85×10-3)/π]1/2=62℃在室内温度20℃：γ=82℃在一半的制动时间达到了最大温升。

制动鼓的热容量和温升的核算
核算制动鼓的热容量和温升应满足如下条件：
L t c m c m h h d d ≥∆+)( 式中： d m ——各制动鼓(盘)的总质量；
h m ——与各制动鼓(盘)相连的受热金属件(如轮毂、轮辐、轮辋、制动钳
体等)的总质量；
d c ——制动鼓(盘)材料的比热容，对铸铁c=482J ／(kg ·K)，对铝合金c=880J ／(kg ·K)； h c ——与制动鼓(盘)相连的受热金属件的比热容；
t ∆ ——制动鼓(盘)的温升(一次由a v =30km ／h 到完全停车的强烈制动， 温升不应超过15℃)；
L ——满载汽车制动时由动能转变的热能，因制动过程迅速，可以认为制
动产生的热能全部为前、后制动器所吸收，并按前、后轴制动力的 分配比率分配给前、后制动器，即
β2
21a a v m L = )1(2
22β-=a a v m L 式中 a m ——满载汽车总质量；
a v ——汽车制动时的初速度，可取max a a v v =；
β——汽车制动器制动力分配系数。

制动计算制动系统方面的书籍很多，但如果您由于某事需要找到一个特定的公式，你可能很难找到。

本文面将他们聚在一起并作一些的解释。

他们适用于为任何两轴的车辆，但你的责任就是验证它们。

并带着风险使用.....车辆动力学静态车桥负载分配相对重心高度动态车桥负载（两轴车辆）车辆停止制动力车轮抱死制动力矩制动基本原理制动盘的有效半径夹紧力制动系数制动产生系统压力伺服助力踏板力实际的减速度和停止距离制动热制动耗能动能转动能量势能制动功率干式制动盘温升单一停止式温升逐渐停止式温升斜面驻车车桥负荷牵引力电缆操纵制动的损失液压制动器制动液量要求制动基本要求制动片压缩性胶管膨胀钢管膨胀主缸损失制动液压缩性测功机惯性车辆动力学静态车桥负载分配这里： Mf=静态后车桥负载（kg）；M=车辆总质量（kg）；Ψ=静态车桥负载分配系数注：对于满载和空载的车辆的变化往往是不同的。

相对重心高度这里： h=重心到地面的垂直距离（m）；wb=轴距；X=相对重心高度;动态车桥负载（仅适用于两轴车辆）制动过程中车桥负载的变化与哪个车桥制动无关。

它们只依赖于静态负载条件和减速度大小。

这里：a=减速度（g）；M=车辆总质量（kg）；Mfdyn=前桥动态负载（kg）；注：前桥负荷不能大于车辆总质量。

后桥负荷是车辆质量和前桥负荷之间的差值，并不能为负数。

它可能脱离地面。

（摩托车要注意）！车辆停止制动力总制动力可以简单地用牛顿第二定律计算。

这里：BF=总制动力（N）；M=车辆总质量（kg）；a=减速度（g）；g=重力加速度（s/m2）；车轮抱死如果车轮不抱死只能产生制动力，因为轮子滑动摩擦力比滚动摩擦力低得多。

在车轮抱死前特定车轴可能的最大制动力计算公式如下：这里：FA=车桥可能的总制动力（N）；Mwdyn=动态车桥质量（kg）；g=重力加速度（s/m2）；μf=轮胎与地面间摩擦系数；制动力矩决定了哪个车轮需要制动来产生足够的制动力，每个车轮扭矩的要求需要确定。

万方数据汽车丁＝程２Ｄ叭年（第２３卷）第６期热系数；Ｐ。

为制动衬块的密度；Ｐ，为制动盘的密度。

按经验数据，ｑ，向。

大致在７．３３左右。

２．３制动盘与外界的对流换热系数Ⅸ，２．３．１实心盘式制动器与外界对流热换系数Ⅸ。

的确定在车速为“。

时的雷诺数Ｒ。

＝％见面／（３．６芦Ｊ（４）式中Ｒ。

为雷诺数；只为空气密度；ｐ。

为空气的粘度；“。

为车速，以为制动盘的外径。

当Ｒ。

≤２４×１０５时为层流，则与层流相关的对流换热系数可近似地由Ｆ式表示：Ⅸ。

＝ｏ．７０（“如ＲＰ（５）式中＾。

为空气的导热系数。

当Ｒ。

≥２．４×１０５时为紊流，则与紊流相关的对流换热系数可由下式表示：口，＝０．０４（“∞Ｒ掣（６）２．３．２宅心盘式制动盘与外界对流换热系数Ⅸ．的确定空心制动盘的外径为屯、内径为ｄ，通风槽的宽度为Ｂ、制动盘的厚度为＾，摩擦衬片面积４，、摩擦衬片包角日，由此可得制动盘的长度ｆ和流体力学直径以分别为：ｉ－（ｄ。

一ｄ．）／２（７）妒嚣黼㈤“‘ｄａ（Ｂ＋８ｄ√３６０—Ａ０、”’冷却片中气流的平均速度虬和车轮转速为ｎ时的雷诺数Ｒ。

和Ｒ：分别为：口口＝ｏ．０２６ｎ√ｄ？一ｄ？（１＋ｄ∥Ｊ（９）Ｒ。

＝＂。

ｐ一＾似。

（１０）Ｒ：＝口ｐ。

ｄ√ｐ。

（１１）当Ｒ。

＜Ｉｏ‘时：《吐７２（鲁）｛（争严丢（１２）当Ｒ。

＞１∥时：吖＿ｏ肼６１１＋（争）”上？Ｆ弋鲁）（１３）当Ｒ：＜２．４×１０５时：Ⅸ？＝Ｏ．７０（＾√∞彤“（１４）当Ｒｊ＞２．４ｘ１旷时：Ⅸ？＝０．０４（ＵｏＲ，ｎＲ（１５）则空心制动盘的对流换热系数Ⅸ、为：Ⅸｌ＝Ⅸ：＋Ⅸ？（１６）２．４制动盘与外界的辐射换热“：物体与流体之间存在温差时，高温物体就会向周围环境辐射能量。

对于制动盘辐射换热系数口，Ｉｌ可表示为：。

型亟±丝旦：二！生望幽ｆ１７）“￡。

一ｆｒ式中口为斯蒂芬波尔兹曼常数，口＝５６６９７×１０。

ｗ／（ｍＸ４）；￡，＝０．５５；￡、为制动盘表面温度；￡，为环境温度。