濕式多盤制動(dòng)器說明書

VII.CONCLUSIONThematerialselectionmethodsforthedesignandapplicationofautomotivebrakediscaredeveloped.FunctionspropertiesofthebrakediscsorrotorswereconsideredfortheinitialscreeningofthecandidatematerialsusingAshby’smaterialsselectionchart.ThedigitallogicmethodshowedthehighestperformanceindexforAMC2materialandidentifiedasanoptimummaterialamongthecandidatematerialsforbrakedisc.Inthedigitallogicmethod,thefrictioncoefficientanddensitywereconsideredtwicefordeterminingtheperformanceindexandthecostofunitproperty.Thisprocedurecouldhaveoveremphasizedtheireffectsonthefinalselection.Thiscouldbejustifiableinthiscaseashigherfrictioncoefficientandlowerdensityareadvantageousfromthetechnicalandeconomicalpointofviewforthistypeofapplication.中文翻譯汽車制動(dòng)盤設(shè)計(jì)的材料選擇方法

摘要：汽車制動(dòng)盤或轉(zhuǎn)子是一種用來讓輪子的運(yùn)動(dòng)在以一定的速度運(yùn)行時(shí)減慢或停止的裝置。被廣泛使用的制動(dòng)轉(zhuǎn)子的材料是一種由于其比重高而消耗許多燃料的鑄鐵。本文的目的是為了研究材料的選擇方法，并且為制動(dòng)盤系統(tǒng)的應(yīng)用程序選擇一種最佳材料，研發(fā)的目的是用輕質(zhì)材料替代鑄鐵。本文介紹了材料的兩種選擇方法，如每種材質(zhì)和數(shù)字邏輯方法的花費(fèi)。分析了材料的性能要求，在鑄鐵，鋁合金，鈦合金，陶瓷和復(fù)合材料之間評估可選擇的方法。機(jī)械性能，包括抗壓強(qiáng)度，摩擦系數(shù)，耐磨損性，熱導(dǎo)率和比重，以及成本，作為材料選擇階段的關(guān)鍵參數(shù)。鋁金屬基質(zhì)復(fù)合成分在分析過程中成為了制動(dòng)盤系統(tǒng)最合適的材料。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)盤材料的選擇;每種材質(zhì)的成本;數(shù)字邏輯方法。

一、引言

在汽車行業(yè)中，為了達(dá)到減少燃料消耗和溫室氣體排放量的要求，材料的選擇也是一個(gè)極為重要的問題。為了降低汽車重量，提高燃油效率，近年來汽車行業(yè)已經(jīng)大幅增加了鋁在輕型車輛中的使用?；趲в刑沾深w粒增強(qiáng)復(fù)合材料（MMC）的鋁合金也已經(jīng)顯示出了很大的希望在這種應(yīng)用中[1，2]。與常規(guī)使用的灰口鑄鐵比起來，這些材料具有較低的密度和較高的熱導(dǎo)率，預(yù)計(jì)將導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)[3]處重量減少高達(dá)50-60％。此外，這些先進(jìn)的材料有更好的表現(xiàn)，在惡劣的條件，如更高的速度，更高的負(fù)載等中正越來越多地在現(xiàn)代汽車中發(fā)揮其潛力。從安全的角度來看，由于制動(dòng)盤或轉(zhuǎn)子是一個(gè)重要組成部分，因此用于制動(dòng)系統(tǒng)的材料應(yīng)該具有穩(wěn)定、可靠的摩擦，在負(fù)載、速度、溫度和環(huán)境不同的條件下具有良好的磨損性能和高的耐久性。有幾種選擇制動(dòng)盤材料時(shí)需要考慮的因素。最重要應(yīng)考慮的是，使制動(dòng)盤的材料能夠承受高的摩擦和較少磨損的能力。另一個(gè)要求是能夠承受由于摩擦引起的高溫進(jìn)化。重量，制造工藝能力和成本也是在設(shè)計(jì)階段需要考慮的重要因素。在材料的選擇階段，鑄鐵的可回收也是有用的，但需要考慮重新熔化過程中有二氧化碳的演變。制動(dòng)盤必須有足夠的儲熱能力，以防止熱應(yīng)力變形或開裂，直到可以將熱量散失。在單個(gè)停止過程中這不是特別重要的，但關(guān)鍵是在從高速反復(fù)停止的情況中。

材料的選擇圖是一種非常有用的工具，可以反映出特定材料性能之間的基本關(guān)系，能夠用來找出可合適的許多材料[4]用于特定用處。在一般情況下，材料的選擇過程中的形成基于圖表[5]中的性能指標(biāo)。作為一個(gè)替代方法，數(shù)字邏輯方法已經(jīng)偶爾被應(yīng)用在一定的工程應(yīng)用[6]的材料選擇中。然而，用于選擇的基于知識的系統(tǒng)和為特定應(yīng)用排序材料在一些文獻(xiàn)[7，8]中也是可利用的。對于汽車制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)來說材料選擇方法的開發(fā)和應(yīng)用上的信息在文學(xué)上也是很稀少的。本工作的主要目的是開發(fā)一種合適的材料選擇方法，應(yīng)用在為制動(dòng)盤應(yīng)用程序使用Ashby的圖表選擇最佳候選材料，采用數(shù)字邏輯方法按性能指數(shù)最后對材料進(jìn)行排名。

二、選材階段

對于材料的選擇也有許多方法已經(jīng)達(dá)到一個(gè)突出[9]的地位。材料的選擇過程是一個(gè)開放式的過程，通常會(huì)有幾種可能來解決同樣的問題。類似的組件執(zhí)行類似的功能的事實(shí)能被解釋，但不同的制造商生產(chǎn)的，往往是由不同的材料，甚至由不同的制造工藝[10]。在調(diào)查中顯示材料選擇方法階段使用了流程圖，如圖1所示。一般材料性能要求

初步篩選的候選材料材料選擇使用的數(shù)字邏輯方法最佳材料選擇圖1材料選擇流程圖三、一般材料的性能要求

盤式制動(dòng)系統(tǒng)通過鉗位到轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)力，該轉(zhuǎn)子被安裝到輪轂上的剎車片。制動(dòng)系統(tǒng)的示意圖如圖2。這種大的夾緊力使帶有摩擦材料墊片的轉(zhuǎn)子夾緊并產(chǎn)生制動(dòng)力。墊的摩擦系數(shù)越高，產(chǎn)生更大的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)隨著用于轉(zhuǎn)子的材料類型的不同而變化。通常情況下，所關(guān)心的是行車制動(dòng)器的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)，或車輛行駛過程中測得的摩擦系數(shù)。

圖2制動(dòng)器四、初步篩選的候選材料

傳統(tǒng)汽車制動(dòng)轉(zhuǎn)子材料是鑄鐵。鑄鐵的比重或密度較高，由于慣性高消耗許多燃料。下面的章節(jié)將描述那些可用于制動(dòng)轉(zhuǎn)子的潛在的候選材料。鑄鐵：在其矩陣的范圍內(nèi)含有超過2％的金屬鐵溶解碳（相對于鋼，包含的相對少2％），但小于4.5％的被稱為灰口鑄鐵因?yàn)樗奶卣魃？紤]它的成本，相對易于制造和良好的熱穩(wěn)定性。這種鑄鐵（特別是灰鑄鐵），實(shí)際上是一個(gè)更專業(yè)化的材料，特別是材料的選擇，幾乎所有的汽車制動(dòng)盤都選擇。

鈦合金：乙酸合金和它們的復(fù)合材料有可能減少制動(dòng)轉(zhuǎn)子盤的組分，它是比傳統(tǒng)的鑄鐵具有相同的尺寸，并提供良好的高溫強(qiáng)度和更好的抗腐蝕性，減少約37％重量的[11]。

鋁金屬基復(fù)合材料（AMC）：基于帶有陶瓷顆粒的金屬基復(fù)合材料（MMC）的鋁合金對于制動(dòng)轉(zhuǎn)子來說已漸露頭角。這些材料比常規(guī)使用的灰口鑄鐵具有較低的密度和較高的熱導(dǎo)率，預(yù)計(jì)會(huì)使重量減少最多達(dá)50-60％的剎車系統(tǒng)。AMC制動(dòng)盤的摩擦性能降低了摩擦系數(shù)，并且產(chǎn)生了重要的制動(dòng)墊片承載力。硬顆粒含量增加后的結(jié)果表明，反復(fù)的制動(dòng)操作沒有降低摩擦系數(shù)。增加20％碳化硅顆粒大大提高了耐磨損性，增加了室溫下的強(qiáng)度和剛度，提高了高溫強(qiáng)度[12]。這種鋁復(fù)合材料旋翼存在三大問題。首先，由于鋁和S碳化硅之間的密度不同，偏析或碳化硅顆粒的不均勻分布在凝固過程中是無法避免的。此外，在鋁基質(zhì)中添加碳化硅顆粒明顯地降低材料的延展性，從而導(dǎo)致低的產(chǎn)品性能。第三個(gè)問題是缺乏一種固體潤滑劑，如石墨。鋁，碳化硅，石墨復(fù)合制動(dòng)轉(zhuǎn)子被研發(fā)，并且比鑄鐵轉(zhuǎn)子[3]具有更好的耐磨性。在鋁-硅合金基體中此材料含有10％（體積）碳化硅顆粒和5%體積的鎳涂層石墨顆粒強(qiáng)化。這些類型的轉(zhuǎn)子由鑄鐵制成。雖然石墨顆粒改善了耐磨性，但它也造成了嚴(yán)重的生產(chǎn)困難。帶有碳化硅顆粒的Al-Cu合金的耐磨損性和摩擦性能優(yōu)于鑄鐵剎車盤[13]。此外，較低的鋁金屬基復(fù)合材料的密度，使他們與鑄鐵比起來能更有效地利用燃料和降低制造費(fèi)用。在特性的基礎(chǔ)上，用于汽車的制動(dòng)盤的潛在候選材料被選定為：

灰口鑄鐵（GCI）

鈦（鈦一6Al-4V合金）

7.5%重量WC和7.5％（重量）的TiC強(qiáng)化

鈦復(fù)合材料（TMC）

20％SiC顆粒增強(qiáng)鋁復(fù)合材料（AMC1）

20％SiC纖維強(qiáng)化的Al-Cu合金（AMC2）

五、材料選擇使用的數(shù)字邏輯方法（DL）

使用排名來進(jìn)行最佳材料的選擇可以應(yīng)用數(shù)字邏輯方法。第一步，根據(jù)前面的討論來確定制動(dòng)轉(zhuǎn)子的性能要求。在表1中給出了屬性和總決定數(shù)字，即N（N-1）/2=10。每個(gè)屬性的總積極性決定和相應(yīng)的權(quán)重因子被計(jì)算出來并列于表2中。從表2中可以看出，摩擦系數(shù)和耐磨損性具有最高的權(quán)重因子，其次是熱容量，而次的重要屬性是抗壓強(qiáng)度和比重，獲得了較低的權(quán)重因子。表3顯示了被用于計(jì)算排列的候選材料的性質(zhì)。為了完成DL方法，下一步是基于各自的權(quán)重系數(shù)擴(kuò)展其屬性，縮放值被示于表3。使用下面的公式（2）計(jì)算它們的縮放值。

縮放屬性=特性數(shù)值100/列表中的最大值（2）

由于較低的磨損率和比重對于汽車的制動(dòng)盤是可取的，因此，它們的最低值被認(rèn)為是100，縮放值用公式（3）計(jì)算。

縮放特性=列表中最小值100/屬性的數(shù)字值值（3）

其它值在表4中列出，在這項(xiàng)研究中價(jià)值M的值被計(jì)算出。表1決定性數(shù)字決定性數(shù)字12345678910壓縮強(qiáng)度0001摩擦系數(shù)1101耐磨性1011熱能力1100特定重力0001表2制動(dòng)器的重量因素屬性積極決定性重量因子壓縮強(qiáng)度10.1摩擦系數(shù)30.3耐磨性30.3熱能力20.2特定重力10.1總值101.0表3制動(dòng)器候補(bǔ)材料性能材料 屬性12345壓縮強(qiáng)度（MPa）摩擦系數(shù)（）耐磨性（）熱容量（KJ/KgK）特定重力（Mg/）灰口鑄鐵12930.412.360.467.2鈦-6鋁-4釩10700.34246.30.584.42鈦復(fù)合材料13000.318.190.514.68AMC14060.353.250.982.7AMC27610.442.910.922.8表4每種材料的壓縮屬性和性能因子壓縮屬性12345性能因子灰口鑄鐵9993100473881.0鈦-6鋁-4釩82770.96596149.5鈦復(fù)合材料1007029525856.0AMC131807310010079.0AMC25910081949688.6表5材料的性能因子，價(jià)值數(shù)據(jù)及花費(fèi)材料花費(fèi)性能因子價(jià)值數(shù)據(jù)排名灰口鑄鐵181.011.252鈦-6鋁-4釩2049.50.565鈦復(fù)合材料20.556.00.584AMC12.779.010.843AMC22.688.612.171所有候選材料的體現(xiàn)指數(shù)列于圖3.從圖3中我們可以看到AMC2（含有20%碳化硅的鋁-銅合金強(qiáng)化劑）表現(xiàn)出了更高的指數(shù)（）。六、最佳材料選擇

在本節(jié)中，候選材料AMC2的性能指標(biāo)γ和總成本，Ct，分別比當(dāng)前使用的灰口鑄鐵（GCI）有優(yōu)勢。由于目的是為了提高性能，可運(yùn)用的候選材料必須相比目前使用的材料有較高的優(yōu)勢。如果成本不是目標(biāo)，有較高性能指數(shù)的候選材料可以被選擇。對于候選材料和目前使用的材料來說，性能方面增加的百分比（Δγ％）和相應(yīng)的成本增加百分比（ΔCt％）都應(yīng)使用計(jì)算公式（6）及（7）計(jì)算出來，數(shù)值列于表6。（4）（5）在這里，和為新材料和原始材料的性能指數(shù)，和為新材料和原始材料的花費(fèi)。表