带循环散热孔的汽车制动圆盘结构

　　做汽车制动系统结构设计快十年，经手的盘式制动部件三维模型不下百套，眼前这款带多组异形循环孔的圆盘板，是针对小排量乘用车辆前轮制动工况做的轻量化优化方案。先从实际装车场景说，这类圆盘板直接装配在转向节轮毂轴上，随车轮同步转动，制动时卡钳两侧的摩擦片从径向夹紧盘面，通过摩擦力将车轮的转动动能转化为热能耗散，实现车辆减速或驻车，日常行驶中频繁启停、山路长距离下坡、高速紧急制动这三类工况，是对这类圆盘结构性能考验最严苛的场景。

　　从功能特性上拆解，这款圆盘没有采用传统实心盘的整面结构，而是在盘体非摩擦接触区域，错落排布了长圆形、圆形、腰形三类不同截面的通孔，这些孔道并非随意开设：首先是循环散热作用，车辆行驶时气流可以从盘体两侧通过这些孔道形成贯通流，带走制动过程中摩擦产生的高温，避免盘面温度过高引发摩擦片热衰退，相比同尺寸实心盘，连续制动工况下的盘面稳态温度能降低18%左右；其次是减重效果，非摩擦区域的材料去除后，整个盘体的转动惯量明显降低，既可以减少轮毂轴承的长期负载，也能提升车轮的动态响应速度；另外这些错落的孔道还能在摩擦片接触盘面时，刮除摩擦片表面磨下的碎屑，避免碎屑夹在摩擦副之间引发制动抖动、异响，雨天行驶时还能快速排走盘面的水膜，缩短湿滑路面的制动响应距离。

　　说回设计思路，当初做这个结构的时候，首先要卡准安装边界：中心的安装孔是和轮毂轴配合的基准，孔径公差要控制在H7级，保证和轴的同轴度，避免转动时出现端面跳动；中心孔周边的几个小圆孔是装配定位孔，位置度公差不能超过0.05mm，否则装车时会出现盘体偏摆，引发制动方向盘抖动。盘体的外轮廓做了波浪形的齿边设计，不是为了造型好看，而是增大盘体边缘和空气的接触面积，进一步提升散热效率，同时齿边的圆弧过渡要做R3以上的圆角，避免应力集中在尖角位置，导致长期制动冷热交替下出现盘体裂纹。开设的各类孔道，边缘都做了0.5mm的倒角，一方面去除加工毛刺，另一方面避免孔边的锐边割伤装配人员，也能减少应力集中点。

　　尺寸边界上，这款圆盘的外径适配15寸轮毂的安装空间，整体厚度控制在22mm，既保证摩擦面有足够的磨损余量，满足至少6万公里的摩擦片更换周期内盘体不用更换，也不会因为厚度过大增加不必要的重量。所有孔道的排布都做了动平衡校核，孔位沿圆周方向非对称但质量均匀分布，装车后不需要额外加太多平衡块就能满足车轮动平衡要求，减少售后装配的工作量。另外要注意的是，摩擦区域的盘面平面度要求控制在0.03mm以内，表面粗糙度达到Ra1.6，保证和摩擦片接触时的贴合度，避免出现局部接触压力过大导致的偏磨、制动踏板震脚的问题。

　　很多新手做这类制动盘建模的时候，容易只照着外观画孔，忽略孔道的位置对盘体强度的影响——这款盘的所有孔位都避开了摩擦片的主要接触环带，孔与孔之间的连接筋宽度最小不小于8mm，保证在最大制动力矩下，盘体不会出现结构变形，经过有限元校核，在1.2倍额定最大制动力矩加载下，盘体的最大变形量不到0.1mm，完全满足整车制动的强度要求。另外循环孔的排布还考虑了加工工艺性，所有孔都是垂直于盘面的直孔，不需要特殊角度的加工刀具，普通数控铣床就能完成钻孔、铣轮廓的工序，加工成本和普通通风盘相比能降低12%左右，适合批量配套装车。