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大于制动盘的散热能力，热量在盘内积聚，使盘体温度急剧增加。
同时，从温度变化曲线可以看出，由于热流密度随时间的增加而降低，温度变化梯度呈下降趋势。随着制动过程的继续，温度变化梯度进一步降低，热能逐渐向盘体内、外径向方向及散热筋上传递，制动盘的散热能力增强，到制动开始16.4s时，制动盘的热量输入与热量散失达到平衡，盘面温度达到最高为183℃，此时散热筋板根部温度约为61℃。此后，随着制动时间的延续，热能继续向盘面内、外径向方向和散热筋板传递，制动盘散热能力增强，盘面温度开始下降，温度变化梯度也随热流密度的降低进一步减小，到制动结束时，制动盘摩擦面中部和散热筋板根部的温度相差不到70℃。
制动结束后，辐射成为热量散失的主要形式。随着制动时间的进一步推移，盘体与散热筋板滞见得温度差逐渐减小，到制动结束后30s时，散热筋板的温度已接近61℃，与盘体的最高温度91℃仅差30℃。
5.4制动盘热应力场的计算与分析
由制动盘的温度场瞬态分布计算结果，再利用ANSYS 软件可以求得制动盘的应力场。运用中的制动盘除受热膨胀引起的应力外，还存在闸片的压力和摩擦力，及由于制动盘旋转旋转引起的离心力、振动载荷以及压装载荷等作用产生的应力，但这些因素对制动盘总应力的影响一般不高于20MPa（参考文献[19]），远不及热应力的影响，因此，在结构分析中忽略这些因素，仅考虑热应力的影响。经 ANSYS 求解，同样可以得到任意时刻制动盘任意位置的应力值和制动盘的变形情况。图5-5为制动过程中第10s（升温过程10s），11.5s（整个制动盘的最高应力时刻），30s（制动结束时刻），60s（制动结束30s）时制动盘上应力分布云图，图5-6为制动盘上的位移分布云图。
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a) 升温过程中，t=10s b) 最大应力时刻，t=11.5s
c）制动结束时刻，t=30s d）制动结束后30s，t=60s
图5-5 制动开始后几个典型时刻制动盘应力分布云图
a) 升温过程中，t=10s b) 最大位移时刻，t=11.5s
c) 制动结束时刻，t=30s d）制动结束后30s，t=60s
图5-6 制动开始后几个典型时刻制动盘位移分布云图
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从上面分析图可以看出，不同时刻制动盘的最高应力值及出现的位置均有所不同。在制动开始初期，由于制动盘摩擦面的温度始终是最高区域，制动盘摩擦面的热膨胀也最大，此处的应力也就最大，且在制动开始约10s 时，制动盘面的应力达到228MPa，位移值为0.11mm。而整个制动过程中制动盘的最大应力值为271MPa，最大位移值为0.15mm，发生于制动开始后11.5s，出现在制动盘长散热筋板。这是因为，热量传导至散热筋板需要一定的时间，制动开始时散热筋板的温度还比低，此时散热筋板的形状基本保持不变，而随着盘体的热膨胀增加，使得盘体热变形呈鼓形，且由于长散热筋板的径向跨度较大，及此处存在有应力集中现象，所以此处应力水平也最高。随着制动过程进一步延续，盘体和散热筋板之间的温度差逐渐减小，散热筋板根部的应力也逐渐降低，而由于制动盘辐板与盘体距离较远，辐板上的温度始终较低，使得辐板在整个制动过程中的形状基本保持不变，随着盘体的膨胀，温度较低的辐板约束着盘体的径向及轴向变形，使得此处逐渐成为高应力区，在制动结束时，此处的应力高达184MPa，位移值为0.08mm，在制动结束30s后，此处应力达139MPa，位移值为0.05mm。
图5-7为制动盘表面最大应力随时间变化曲线，与图5-4相比可以发现，最大应力发生的时刻较最高温度发生的时刻提前了约5s，可见温度最高值和应力最大值并非发生于同一时刻，温度达到最大值之前应力已经开始降低了。由此可见，热应力的大小不仅取决于温度场的分布，与制动盘空间结构也有密切的关系。
图5-7 制动盘最大应力随时间变化曲线
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结束语
现代乘用车制动器有鼓式和盘式制动器两大类，他们各有千秋，但是随着汽车车速的不断提高，近年来盘式制动器的使用日益增多，尤其是中高级轿车，一般都采用了盘式制动器。
汽车制动简单来讲使用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。因此散热对制动系统是十分重要的。如果制动系统经常处于高温状态，就会阻碍能量的转换过程，造成制动性能下降。越是跑的越快的汽车，制动器来所产生的热量越大，对制动性能的影响也就越大。解决好散热问题，最提高汽车的制动性能起了事倍功半的作用。所以，现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外，还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。本课题借助于 ANSYS 有限元分析软件，通过对此乘用车制动盘的热固耦合分析，基本了解了制动过程中温度场和应力场的分布情况，有助于预测盘体热损伤敏感区，对新型制动盘的结构设计和材料的选取具有很好的参考价值。
盘式制动器又称碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。本课题借助三维设计软件CATIA对设计制动器主要零件进行了建立模型。
制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的地板上固定不动。制动钳上的两个摩擦块分别装在制动盘的两侧。
分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦块压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好像是用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。
这种制动器散热快，重量轻，构造简单，调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而求不怕泥水侵蚀，在冬季好恶劣路况下行车，盘式制动器比鼓式制动器更容易在较短时间内令车停下。盘式制动器的盘上可以开一些小孔，加速通风散热提高制动效率。
反观鼓式制动器，由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热。制动蹄片和轮毂在高温影响下较为发生极为复杂的变形，容易产生衰退和振抖现象，引起制动效率下降。
当然，盘式制动器也有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求高，摩擦片的耗能量大，成本贵，而且由于摩擦块的面积小，相对摩擦的工作面积也较小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用。而鼓式制动器的成本相对低廉，比较经济。
盘式制动器在汽车的应用上，一般是由于受车轮轮毂的外形尺寸限制,在小型车上大量使用的是液压盘式制动器,以配合整车的液压制动回路的匹配；随着汽车工业技术的发展,特别是重型汽车轿车化的配置要求，重型车使用气压盘式制动器已经十分普遍，
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欧洲汽车公司制造的汽车上，均已开始大量使用气压盘式制动器总成。通过本次毕业设计个人认为未来汽车盘式制动器的研究应注重以下几个方面的问题：
（1）提高制动效能、防止尘污和锈蚀； （2）减轻重量、简化结构、降低成本； （3）电子报警和智能化系统的发展； （4）实用性更强与寿命更长。
我在本次盘式制动器的设计中给予了分块处理：制动器概述、主要参数的确定、摩擦材料、摩擦盘、等的设计和校核、利用三维设计软件CATIA对制动器进行了建立模型、利用有限元仿真软件ANSYS对制动盘热固耦合进行了分析。在设计中以制动器的作用和意义为主线，来确定较为合理的方案和参数，以使制动器的合理性、经济性、可靠性和安全性得到保证。
在制动盘热固耦合分析时，由于汽车制动过程是一个涉及摩擦学、传热学、流场动力学等多门学科的问题，本课题只是采用有限元法对其温度场和应力场进行了简单分析，加之作者水平、精力有限，还有好多问题亟待解决。如本课题中采用相关参数都比较固定，实际上在制动过程中制动压力、摩擦系数等重要参数并非固定不变且相互间还存在有某些复杂联系。其次，本课题中对温度场热传导的对流换热系数作了简化的选取，其实，对流换热系数的求解是一个复杂的空气流场问题，且其对制动盘散热起决定性作用，而这个问题是可以通过有限元理论并借助ANSYS 软件进行求解的，本课题对此没有研究，这些问题都需要在以后工作中探索和研究。
总的来说，经过毕业前设计作业，我无论是专业理论知识（特别是制动器）、软件操作应用上，还是机械设计方面都取得长足的进步，同时它也锻炼了我全面的思考协调能力。我相信这也将为我今后的投身汽车设计奠定了坚实的基础。
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