汽車散熱器畢業(yè)設計論文

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1、 汽車散熱器 目錄 1、 前言、 2、 散熱器的結構及對材料的要求、 3、 鋁散熱器片材料的特點、 4、 散熱器的結構和種類樣圖、 5、 用鋁散熱器取代銅散熱器能夠滿足整車及發(fā)動機的性能要求、 6、 鋁散熱器使用壽命高于銅散熱器、 7、 鋁散熱器必須使用廠家規(guī)定的防凍防銹液、 8、 鋁散熱器必須在生產廠家進行專業(yè)維修、 9、 層疊式汽車散熱器、 10、 散熱器的計算和選用原則散熱 11、 使用與保養(yǎng)、 12、 汽車散熱器的發(fā)展趨勢、 13、 結語、 1.前言 散熱器是汽車水冷發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中不可缺少的重要部件，其作用是將發(fā)

2、動機的水套內冷卻液所攜帶的多余熱量經過二次熱交換，在外界強制氣流的作用下從高溫零件所吸收的熱量散發(fā)到空氣中的熱交換裝置。因此，冷卻系統(tǒng)中散熱器性能的好壞直接影響汽車發(fā)動機的散熱效果及其動力性、經濟性和可靠性,乃至正常工作和安全行駛的問題。 隨著汽車發(fā)動機轉速和功率的不斷提高，熱負荷也愈來愈大，對冷卻系統(tǒng)的要求也越來越高，人們對包括散熱器在內的冷卻系統(tǒng)的研究愈加重視，新技術、新材料不斷涌現(xiàn)。汽車鋁散熱器產品的優(yōu)勢體現(xiàn)在輕量化、可靠性高、價格低以及生產環(huán)保，整車廠采用鋁水箱替代原有銅水箱是汽車散熱器技術發(fā)展的必然趨勢。目前，汽車散熱器正朝著輕型、高效、經濟的方向發(fā)展，國內乘用車產品90%

3、以上采用的是鋁散熱器，在商用車上的使用近年也陸續(xù)采用并有擴大的趨勢。 2. 散熱器的結構及對材料的要求 汽車水冷發(fā)動機散熱器由冷卻用的散熱器芯部、進水室和出水室三部分組成。冷卻液在散熱器芯內流動，空氣從散熱器芯外高速流過，冷卻液和空氣通過散熱器芯部進行熱量交換。 目前，汽車散熱器的結構形式可分為直流型和橫流型兩大類。 散熱器芯部應具有足夠的通流面積，讓冷卻液通過，同時也應具備足夠的空氣通流面積，讓足量的空氣通過以帶走冷卻液傳給散熱器的熱量。還必須具有足夠的散熱面積，來完成冷卻液、空氣和散熱片之間的熱量交換。 散熱器芯部的結構形式主要有管片式和管帶式兩大類。管片式散熱器芯部是由許多

4、細的冷卻管和散熱片構成，冷卻管大多采用扁圓形截面，以減小空氣阻力，增加傳熱面積。 管帶式散熱器是由波紋狀散熱帶和冷卻管相間排列經焊接而成。與管片式散熱器相比，管帶式散熱器在同樣的條件下，散熱面積可以增加12%左右，另外散熱帶上開有擾動氣流的類似百葉窗的孔，以破壞流動空氣在散熱帶表面上的附著層，提高散熱能力。開百葉窗波狀帶的散熱器傳熱效率同普通平片散熱片相比可提高160%。 傳熱系數是評價散熱器散熱性能的重要參數。影響因素眾多，其中散熱器材料的導熱性能和焊接質量對其影響很大。散熱器的工作條件惡劣,一般位于汽車前端迎風處,不僅要經受風吹雨淋和汽車排出的廢氣以及砂土、泥漿的污染,而且還要承受反復

5、的熱循環(huán)和周期性的振動。另外,散熱器內長期流動著冷卻液,對散熱器有銹蝕及腐蝕作用。因此,為保證散熱器可靠地發(fā)揮散熱作用,對散熱器材料性能有如下要求:具有良好的導熱性能、具有一定的強度和較強的耐腐蝕性、良好的加工性能及釬焊性能、良好的經濟性。 3. 鋁散熱器片材料的特點 散熱片選用導熱系數較高的材料對提高熱傳導效率很有幫助，在金屬的導熱性方面，銀的導熱系數最高，其次是銅，銀的價格昂貴，不適宜做散熱材料，目前比較常用是銅、鋁及鋁合金。鋁的導熱系數低，但通過增加鰭片增大散熱面積，也能起到較好的散熱效果。 散熱片的主要材料和成型技術可分為：全鋁散熱器是傳統(tǒng)散熱器，具有生產工藝簡單、易于加工、

6、材料成本低廉，價格便宜等優(yōu)點。缺點是，整體散熱效果欠佳。 鋁是汽車工業(yè)使用較多的金屬材料，也是汽車輕量化的首選材料。雖然鋁的熱傳導率較銅低，僅為銅的60%，但由于銅散熱器存在熱傳導率更低的錫保護層，使得鋁散熱器的熱效率反而要高于銅散熱器。另外，鋁還有良好的鑄造加工性能。 雖然鋁散熱器具有質量輕、原料成本低、散熱性能好等優(yōu)點，但其焊接工藝性差、生產設備投入大是長期難以解決的問題，限制了鋁散熱器的廣泛應用。直到20世紀80年代中期，美國采用釬焊工藝制造鋁散熱器取得成功后，才使鋁散熱器的規(guī)?；a和應用成為可能。 4. 散熱器的結構和種類樣圖 圖一： 圖二： 圖三： 5

7、. 用鋁散熱器取代銅散熱器能夠滿足整車及發(fā)動機的性能要求 從銅、鋁散熱器結構上來說，其產品功能沒有什么不同，也不影響產品之間的互換。銅、鋁散熱器都是曾遍采用管帶式結構，散熱帶采用波浪帶式結構，銅散熱器散熱管采用咬口式，鋁散熱器采用高頻焊管和比較先進的B型管，只是由于原材料制造工藝和裝備以及銅鋁材料的性能不同，其材料和規(guī)格的選擇不同。 從材料選用上看，鋁散熱器要比銅散熱器選材厚一些，抗內部壓力變形能力會比銅散熱器強一些。從物理傳熱特性方面看，銅的導熱比鋁材要優(yōu)越，但是，焊接銅散熱器所用的錫鉛焊料導熱系數比鋁材焊料導熱系數要小得多。因此，從產品的整體散熱效果來說，匹配同一車型，同樣正面面積，采

8、用鋁散熱器的散熱效率要高于銅散熱器。一般情況下設計銅散熱器時，經常采用芯子加厚的方案來滿足整車的散熱性能，同時也帶來散熱器的風阻增大等一系列問題。 銅散熱器的常用材料： 國 名 牌號 名稱 成分（%） 厚度 （毫米） 用途 有關標準 中 國 T3 紫銅 99.7銅 0.13—0.20 水管 冶金部標準YB562-65 H90 黃銅 88.0---91.0銅；余量鋅 0.13-0.20 水管 冶金部標準YB562-65 H68 黃銅 67.0----70

9、.0銅；余量鋅 0.70-1.2 0.08-0.10 水室和主片 散熱片 冶金部標準YB460-64 冶金部標準YB561-65 H62 黃銅 60.5---63.5銅；余量鋅 0.08-0.10 散熱片 冶金部標準YB561-65 美 國 CDA102 紫銅 99.95銅 0.05-0.06 散熱片 CDA129 銅合金 每噸含銀0.57公斤；余量銅 0.05-0.06 散熱片 薄翼 銅合金 99.90銅；0.1鎘 0.05-0.06 散熱片 CDA194 銅合金 97.5銅；2.3鐵；0.02磷

10、 0.10 水管 CDA260 黃銅 70銅；30鋅 0.11 水管 黃銅 63銅；37鋅 0.55 水室和主片 英 國 銅合金 0.04---0.08銀；0.03---0.05氧；余量銅 散熱片 C106 銅合金 0.013---0.035磷；余量銅 散熱片 英國標準 C101 銅合金 0.03---0.05氧；余量銅 散熱片 英國標準BS2870 C102 銅合金 0.03---0.05氧；余量銅 散熱片 英國標準BS2870 CZ105 海軍黃銅

11、 70銅；0.02---0.06砷；余量鋅 水管 英國標準BS2871 CZ110 海軍黃銅 76---78銅；1.8---2.3鋁；0.02---0.06砷；余量鋅 水管 英國標準BS2871 CZ111 海軍黃銅 70---73銅；1---1.5錫；0.02---0.06砷；余量鋅 水管 英國標準BS2871 CZ112 海軍黃銅 主片 英國標準BS2871 日 本 CuR 紫銅 0.05-0.13 散熱片 日本標準JIS H3301 BsR2 黃銅 0.08-0.13 0.11-0.15 散熱

12、片 水管 日本標準JIS H3321 日本標準JIS H3321 BsP 黃銅 0.5-1.2 水室 日本標準JIS H3201 BsR 黃銅 0.5-1.2 主片 日本標準 JIS H3321 6. 鋁散熱器使用壽命高于銅散熱器 由于銅、鋁散熱器采用的焊接設備和工藝方法上的不同，其產品的結構強度差別較大。鋁散熱器焊接為硬釬焊，焊接溫度為577～612℃，而銅散熱器采用的是軟釬焊，焊接溫度低于450℃。鋁散熱器焊接接頭的剪切強度為50～58MPa，抗拉強度為86～96MPa，而銅散熱器錫焊抗扭強度為34～37MPa;所以鋁散熱器的結構強度要高于銅散

13、熱器很多?？紤]到鋁散熱器的不易維修性，生產廠家在材料選型時必須考慮到產品的可靠性和使用壽命，因此，鋁散熱器的可靠性要遠高于銅散熱器，目的是盡量減少整車用戶的后期使用維修成本。另一方面，鋁散熱器在抗腐蝕性能方面存在不如銅散熱器的事實，要求客戶對汽車鋁散熱器的使用條件要比銅散熱器嚴格些。主要是客戶必須使用整車廠家規(guī)定的防凍防銹液。不能采用其它介質如水。鋁散熱器和銅散熱器相比在同等條件下，鋁散熱器無故障里程要遠遠高于銅散熱器。 7. 鋁散熱器必須使用廠家規(guī)定的防凍防銹液 鋁散熱器的主要失效形式是腐蝕導致的產品滲漏，腐蝕主要來源于大氣腐蝕和水腐蝕，散熱管的穴蝕是常見的現(xiàn)象之一。銅散熱器的材料是

14、銅，銅化學活性差，在大氣中難于氧化。由于大氣中還有少量的CO2、H2S、H2O等氣體，它們都會加速銅的腐蝕。但銅在大氣中腐蝕后形成銅綠，該薄膜組織致密，與銅基緊密結合，從而起到保護作用，防止基體的進一步腐蝕。 鋁是化學活性較大的一種金屬。在大氣中會迅速氧化形成一層極薄的氧化膜，疏松多孔，容易滲透。但在破壞后又迅速氧化形成新的氧化層。為了提高鋁在使用中的耐腐蝕性能，一般要經過陽極氧化處理，使表面形成致密、較厚的氧化層。鋁在水溶液中極易被H+置換，當水溶液中含有氯離子時，很快被腐蝕。水溫升高，特別在80℃以上時鋁在水溶液中極易被腐蝕，因此鋁散熱器是不能使用普通水的。所以只有鋁散熱器正確地選擇材料

15、和使用防凍、防銹液，才能有效地減少自身的腐蝕確保產品正常使用壽命。一般情況下，選擇防凍防銹液PH值在7.5至9.0的冷卻液較為適宜。由于生產防凍防銹液的社會廠家和規(guī)格牌號五花八門難于統(tǒng)一，用戶可以根據整車的產品使用說明書查找到防凍防銹液規(guī)格型號。 鋁散熱器在使用防凍防銹液中，一般汽車在行駛2萬km內不產生腐蝕，3萬～5萬km時逐步出現(xiàn)輕微的腐蝕，5萬km以后時腐蝕的百分比會增加，這時應該及時更換防凍防銹液。 8. 鋁散熱器必須在生產廠家進行專業(yè)維修 鋁散熱器的維修較銅散熱器要困難一些。因為銅散熱器材料的基體材料熔點分別為1052～1080℃，而所采用的銅焊料(錫合金)的熔點為320℃

16、以下，比較容易采用火焰焊接實現(xiàn)修補。而鋁散熱器采用的復合材料其焊料硅鋁合金的熔點為577～627℃，而基體材料的熔點為643～654℃。兩者僅相差46℃，因此在釬焊時溫度控制要求極嚴格，否則焊接時易造成基體材料熔化，因此必須要用在專業(yè)設備上進行焊接，一定程度上限制了鋁散熱器的維修便利性。 目前，一般整車廠家的服務維修站不具備維修鋁散熱器的能力和手段，必須要將產品返回生產廠家進行侈理。如果客戶在使用過程中發(fā)現(xiàn)鋁散熱器出現(xiàn)滲漏等問題，在應急的情況下，可以采用目前市面上常見的AB膠進行臨時性地粘補以應急需，但事后必須要盡快更換一臺同類型產品。對于故障件的維修，必須交給生產廠家進行專業(yè)修理。

17、9．層疊式汽車散熱器 技術實施方案: 層疊式汽車散熱器的技術實施方案：將一種用于連通加水口、進、出水管及放水閥等外接件的層疊式組件放置于層疊式散熱器中要求的位置上，與其它疊片、散熱帶等連接。該組件由二種連通疊片和一種連通管組成，一種連通疊片是小孔疊片，它的一端比同一散熱器上的普通疊片短，由此留出了一段空間，可以安裝連通管。另一種連通疊片是過渡疊片，該疊片的一端有二孔，上孔與連通管相連，下孔與小孔疊片上的小孔相連，這兩種連通疊片的其余部分和結構則與普通疊片相同。連通管其二端管孔與過渡疊片連接，中間孔上可以分別安裝加水口、進、出水管和放水閥等外接件。 采用鋼制框架封裝的方法來保證層疊式散熱器

18、的結構強度符合使用要求，具體是：框架由鋼制左、右側板和上、下底板用螺栓連接組成，將層疊式散熱器緊固于框架內。上、下底板的內側與層疊式散熱器之間有減震膠片襯墊，框架上可以分別安裝護風圈、中冷器、膨脹水箱等其它部件，框架的左、右側板上還可以裝配支架以適應層疊式散熱器在汽車上的懸掛式安裝要求。 層疊式汽車散熱器可用鋁制造業(yè)可以用銅制造，它的優(yōu)點： 1、較高的散熱性能，匹配同等功率的汽車發(fā)動機，體積可比現(xiàn)在使用的相同型號的汽車散熱器縮小20%以上，由此可以節(jié)省大量的貴重有色金屬材料。 2、可以將電子風扇安裝在散熱器的鋼制框架上，在容許的空間內選擇有利的放置位置，這樣可以優(yōu)化冷風通道，減少風道阻力

19、，增加通風流量，而不必像現(xiàn)在的散熱器必須固定在發(fā)動機上裝有風扇的一側那樣。例如：后置發(fā)動機的大型客車和氣流通道限制嚴格的裝甲車輛等的發(fā)動機散熱狀況就會由此得到改善。 3、可以使用發(fā)動機的風扇，在框架上安裝導風罩，在框架的另一側安裝匹配的中冷器。 4、采用銅質材料制造時，采用硬釬焊工藝完成總成焊接，對出現(xiàn)的泄漏點可以用軟釬焊補焊。 層疊式汽車散熱器 其中， 5.加水口，6.散熱器蓋， 8.進水管，9.邊板,10.出水管，12.橡膠薄板，13.框架，14.螺栓組件。 實驗數據與成本估算: 經過對三臺層疊式散熱器的試件的測試，結論表明：層疊式散熱器比管帶式散熱器的散熱性能可以提高3

20、0%以上，工藝制造成本可以降低40%左右； 相同工況下，層疊式散熱器比管帶式散熱器的體積可以減小20%左右； 相同工況下，層疊式散熱器比管帶式散熱器的冷風使用效率高30%以上，這意味著風扇的功率消耗可以降低25%左右。 10. 散熱器的計算和選用原則散熱 散熱器的設計計算： 汽車散熱器的目的是使汽車在所有變化的行駛條件下，都能使發(fā)動機有著最相適宜的溫度，也就是控制發(fā)動機的溫度。因此，作為設計發(fā)動機的必要條件是要求能夠適應行駛條件的變化。必須把散熱器作為整個系統(tǒng)來考慮，（大體分為通風系和水循環(huán)系）。具體來說散熱器設計計算包括如下方面： （1）估算空氣通道的阻力，并按所需的空氣流量

21、以及空氣道和散熱器的總阻力，選擇風扇。 （2）設計計算散熱器，確定散熱器的散熱面積、正面面積及容積，并在任何工作情況下和驅動風扇、水泵所需的最小功率的情況下，散熱器應能將發(fā)動機的熱量散出。 （3）估算冷卻系統(tǒng)中的水阻力，并按所需的水流量及水流道阻力，選擇阻力。 所以散熱器設計計算。不僅只在于確定散熱器的構造參數，而且還在于消耗發(fā)動機最小有效功率的情況下獲得高效能的冷卻裝置。但其中關鍵性的一項是散熱器芯子的設計。下面僅就其中一種方法概述如下： 1.散熱器芯子設計所限定的條件： 作為汽車散熱器芯子的設計條件之一，是必須考慮汽車車身和發(fā)動機艙容積所受限制的情況。在這個容積的空間中，滿足發(fā)動

22、機的散熱量是非常必要的。散熱器的空間容積是按車身型式、發(fā)動機要求的散熱量參數以及提出的帶有各種各樣方向性問題而定。為了達到這些條件，考慮所有情況來設計芯子型式是不要的?？墒怯捎谄嚬I(yè)的特殊性（大量生產方式），其形勢不宜太多。 散熱器芯子型式、管距（散熱帶高度）、使用水管尺寸一旦大量投產就很難變動，除此以外，可以自由選擇的舉出下列三項： （1）. 散熱片材質、片厚； （2）. 片距； （3）. 芯子厚度。 但也不是完全自由的，必須在表2的范圍內。 象這樣所限定的散熱器空間和芯子型式，必須滿足發(fā)動機散熱量要求，更要注意在成本最低情況下進行設計。 管帶式芯子的Hf及fl(表2)

23、 Hf(毫米) Fl(毫米) 7 10 12 7.7—8 11----11.5 13----13.5 散熱器的選擇原則 散熱器是水冷式發(fā)動機冷卻系統(tǒng)中的主要散熱部件，水不斷地在水套和散熱器中循環(huán)，將發(fā)動機的一部分熱量經由散熱器而散到大氣中去，來保證發(fā)動機正常工作。 若散熱器尺寸不足夠大，在滿載時將會發(fā)生局部過熱現(xiàn)象。因為在這種情況下，散熱器不能把水冷卻到需要的程度，而造成冷卻水沸騰。 又若發(fā)動機散熱器散熱能力過大，

24、特別是在無冷卻強度調節(jié)裝置（現(xiàn)在通常用的硅油離合器）時，發(fā)動機在過冷的情況下工作，使冷卻損失加大，發(fā)動機的經濟性和有效功率將會降低。這因為濃的潤滑油在使摩擦損失增加，燃料的汽化作用變壞。很明顯，當發(fā)動機在冷起動或開始工作時要較熱發(fā)動機為差。同時，散熱器若是散熱能力過大時，勢必造成有色金屬的過量消耗。就目前我國的實際情況來講，若是設計有錯，將會浪費數以千噸的有色金屬和大量財力。 所以，正確選擇汽車散熱器是非常重要的，應當盡量滿足下列原則： (1) 必須滿足發(fā)動機的散熱量要求，以適應不同行駛條件的變化。 (2) 考慮整車所限制的散熱量容積空間，保證安裝尺寸，并使之符合尺寸系列標準。 (3)

25、 芯部結構先進，具有最適當的空氣阻力和小的液體阻力。 (4) 具有足夠的耐震強度，特別對于礦用傾瀉汽車這點尤為重要。 (5) 具有耐腐蝕的材質及表面處理，使用壽命要長。 (6) 重量要輕，對于小客車特別要考慮重量指標要求并且盡量減少尺寸，以擴大視野。 (7) 便于維修和保養(yǎng)，滿足用戶的使用要求。 (8) 保證成本在最低限度。 11. 使用與保養(yǎng) 1、散熱器不應與任何酸、堿或其它腐蝕性性質接觸。 2、建議使用軟硬水需軟化處理后使用，避免造成散熱器內部堵塞及水垢的產生。 3、在使用防凍液，為了避免散熱器的腐蝕，請務必使用正規(guī)廠家生產且符合國家標準的長效防銹防凍液。

26、 4、在安裝散熱器過程中，請不要損壞散熱帶（片）和碰傷散熱器，以保證散熱能力和密封。 5、散熱器內完全放水再注水時，要先將發(fā)動機缸體的放水開關扭開，有水流出時，再關上，從而避免產生水泡。 6、在日常使用中應隨時檢查水位，要停機降溫后加水。加水時，將水箱蓋慢慢打開，作業(yè)人員身體應盡量遠離加水口，以防高壓蒸汽油加水口噴出造成燙傷。 7、在冬季為防止結冰造成芯子破裂現(xiàn)象，如長期停車或間接停車時，應將水箱蓋和放水開關，將水全部放出。 8、備用的散熱器有效環(huán)境應保持通風、干燥。 9、視實際情況用戶應在１～３個月間對散熱器進行完全清洗一次芯體。清洗時，用清水沿反進風向側沖洗。 10

27、、水位計應每３個月清洗一次或視實際情況，各部件拆下用溫水加無腐蝕性洗滌劑清洗。 12. 汽車散熱器的發(fā)展趨勢 散熱器在限定的空間內應具有足夠的散熱性能和較高的使用壽命,所以整個散熱器總成必須降低原材料消耗,改善生產工藝和結構,降低生產成本,實現(xiàn)薄壁、輕型、高效。在焊接部位，應采取擴大焊接面積的方法來降低應力，如主片和水室采用雙面焊接的窄溝槽形式，盡可能減小壁厚,不容許采用增加壁厚的方法來提高總成強度。如散熱器的主片和水室的壁厚應控制在0.6～0.8mm 范圍內,冷卻管的料厚應在0.11～0.13mm范圍內,散熱帶的厚度為0.043～0.06mm。銅散熱器的料厚如超過上述值會使成本

28、增加，但強度提升有限。 采用低錫焊料、有機焊劑和高效率的氮氣保護硬釬焊工藝，生產鋁散熱器是今后發(fā)展的趨勢。以鋁代銅可以進一步減小散熱器質量，特別是硬釬焊生產的鋁散熱器可以實現(xiàn)整個總成等強度，極大地提高了散熱器的可靠性。 13.結語 汽車散熱器材料與制造技術發(fā)展很快。鋁散熱器以其在材料輕量化上的明顯優(yōu)勢。國外轎車配套的散熱器多為鋁散熱器，普遍采用裝配式，主要是從保護環(huán)境的角度來考慮(尤其是歐美國家)。在歐洲新型的轎車中，鋁散熱器占有的比例平均為64％。從我國汽車散熱器生產的發(fā)展前景看，硬釬焊生產的鋁散熱器逐漸增多，其發(fā)展前景將超過裝配式的鋁散熱器并取而代之。 在整個設計過程中，有很多人給了我很多的指導和幫助，在此謝謝他們。 第 0頁 ， 共 19 頁。