Розв’язання задачі зниження зношення фрикційної накладки гальмівної системи автомобіля

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2020.03.046
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Випуск Том 23, № 3, 2020 (вересень)
Сторінки 46–55

 

Автор

Е. С. Велізаде, Азербайджанський технічний університет (AZ1073, Азербайджан, м. Баку, пр. Г. Джавіда, 25), e-mail: evve2525@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6275-7090

 

Анотація

Зношування накладки і барабана гальмівного механізму автомобіля відбувається нерівномірно, тому доцільно зменшувати знос там, де він має найбільше значення. Знаючи оптимальну мікрогеометрію поверхні тертя фрикційної пари, цю задачу можна розв’язувати конструкторсько-технологічними методами на етапах проектування і виготовлення. В роботі теоретично розв’язується задача зі знаходження мікрогеометрії поверхні тертя, що забезпечує рівномірний знос фрикційної накладки. Прийнята модель шорсткої поверхні тертя. Для розв’язання поставленої задачі оптимізації спочатку розглядається зносоконтактна задача щодо вдавлювання накладки в поверхню гальмівного барабана. Температурні функції, контактний тиск, напруження і переміщення в накладці і барабані шукаються у вигляді розкладів по малому параметру. Для спрощення члени, що  мають ступінь малого параметра вище першого, відкидаються. Кожне наближення задовольняє систему диференціальних рівнянь плоскої термопружності. Розв’язок крайової задачі теорії теплопровідності в кожному наближенні знаходиться методом розділення змінних. У кожному наближенні для розв’язання задачі термопружності використовуються термопружний потенціал переміщень і метод степеневих рядів. За допомогою методу найменших квадратів побудована замкнута система алгебраїчних рівнянь, що дозволяє отримати розв’язок задачі оптимального проектування пари тертя «барабан-накладка» в залежності від геометричних і механічних характеристик гальмівного барабана і накладки. Знайдена геометрія поверхні тертя забезпечує підвищення зносостійкості фрикційної накладки.

 

Ключові слова: фрикційна пара, накладка, барабан, рівномірне зношування, шорсткість, оптимальна геометрія поверхні тертя.

 

Література

  1. Балакин В. А., Сергиенко В. П., Лысенок Ю. В. Оптимизация конструкций вентилируемых тормозов автомобилей. Трение и износ. 2004. Т. 25. № 5. С. 474–584.
  2. Балакин В. А., Сергиенко В. П., Чаус В. П., Иванов А. А. Влияние износа на тепловой режим работы тормоза. Трение и износ. 2005. Т. 26. № 6. С. 571–574.
  3. Gao C. H., Huang J. M., Lin X. Z., Tang X. S. Stress analysis of thermal fatigue fracture of brake disks based on thermomechanical coupling. J. Tribology. 2007. Vol. 129. Iss. 3. P. 536–543. https://doi.org/10.1115/1.2736437.
  4. Hwang P., Wu X., Jeon Y. B. Thermal–mechanical coupled simulation of a solid brake disc in repeated braking cycles. Proc. Institution Mech. Eng., Part J: J. Eng. Tribology. 2009. Vol. 223. Iss. 7. P. 1041–1048. https://doi.org/10.1243/13506501JET587.
  5. Валетов В. А., Иванов А. Ю. Микрогеометрия поверхностей деталей и их функциональные свойства. Изв. вузов. Приборостроение. 2010. Т. 53. № 8. C. 7–11.
  6. Барановський Д. М. Підвищення довговічності дизелів із застосуванням оптимальної мікрогеометрії трибосистеми «гільза-кільце». Автомоб. трансп.. 2010. Вип. 26. C. 81–84.
  7. Андреев Ю. С., Медунецкий В. В. Исследование изменения микрорельефа поверхностей в процессе их трения скольжения. Изв. вузов. Приборостроение. 2012. Т. 55. № 9. C. 30–34.
  8. Сергиенко В. П., Целуев М. Ю., Колесников В. И., Сычев А. П., Савочник В. А., Янучковский В. И. Исследование теплового режима пар трения многодискового тормоза. Трение и износ. 2013. Т. 34. № 6. С. 555–564.
  9. Rashid A., Strömberg N. Sequential simulation of thermal stresses in disc brakes for repeated braking. Proc. Institution Mech. Eng. Part J: J. Eng. Tribology. 2013. Vol 227. Iss. 8. P. 919–929. https://doi.org/10.1177/1350650113481701.
  10. Collignon M., Cristol A.-L., Dufrénoy P., Desplanques Y., Balloy D. Failure of truck brake discs: A coupled numerical–experimental approach to identifying critical thermomechanical loadings. Tribology Intern. 2013. Vol. 59. P. 114–120. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2012.01.001.
  11. Безъязычный В. Ф., Сутягин А. Н. К вопросу расчетного определения интенсивности изнашивания контактируемых поверхностей с учетом упрочнения поверхностного слоя деталей. Упрочняющие технологии и покрытия. 2014. № 1. C. 3–6.
  12. Вольченко А. И., Киндрачук М. В., Бекиш И. О., Малык В. Я., Снурников В. И. Термические напряжения в ободах тормозных барабанов автотранспортных средств. Пробл. трения и изнашивания. 2015. № 4 (69). С. 28–37. https://doi.org/10.18372/0370-2197.4(69).9992.
  13. Валетов В. А. Проблемы оптимизации микрогеометрии поверхностей деталей для обеспечения их конкретных функциональных свойств. Изв. вузов. Приборостроение. 2015. Т. 58. № 4. C. 250–267. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2015-58-4-250-267.
  14. Остапчук А. К., Михалищев А. Г., Кузнецова Е. М. Технологическое обеспечение параметров шероховатости поверхности катания колесной пары после механической обработки. Трансп. Трансп. сооружения. Экология. 2015. № 2. C. 73–86.
  15. Yevtushenko A. A., Grzes P., Adamowicz A. Numerical analysis of thermal stresses in disk brakes and clutches (a review). Numerical Heat Transfer, Part A: Applications. 2015. Vol. 67. Iss. 2. P. 170–188. https://doi.org/10.1080/10407782.2014.923221.
  16. Yevtushenko A., Kuciej M., Och E., Yevtushenko O. Effect of the thermal sensitivity in modeling of the frictional heating during braking. Advances in Mech. Eng. 2016. Vol. 8. Iss. 12. P. 10. https://doi.org/10.1177/1687814016681744.
  17. Belhocine A., Abu Bakar A., Bouchetara M. Thermal and structural analysis of disc brake assembly during single stop braking event. Australian J. Mech. Eng. 2016. Vol. 14. Iss. 1. P. 26–38. https://doi.org/10.1080/14484846.2015.1093213.
  18. Поляков П. А., Федотов Е. С., Полякова Е. А. Метод проектирования современных тормозных механизмов с сервоусилением. Вестн. Иркут. техн. ун-та. 2017. Т. 21. № 7. C. 39–50. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2017-7-39-50.
  19. Le Gigan G. Improvement in the brake disc design for heavy vehicles by parametric evaluation. Proc. Institution Mech. Eng. Part D: J. Automobile Eng. 2017. Vol. 231. Iss. 14. P. 1989–2004. https://doi.org/10.1177/0954407016688421.
  20. Djafri M., Bouchetara M., Busch C., Khatir S., Khatir T., Weber S., Shbaita K., Abdel Wahab M. Influence of thermal fatigue on the wear behavior of brake discs sliding against organic and semimetallic friction materials. Tribology Transactions. 2018. Vol. 61. Iss. 5. P. 861–868. https://doi.org/10.1080/10402004.2018.1437491.
  21. Yevtushenko A., Kuciej M., Och E. Modeling of the temperature regime and stress state in the thermal sensitive pad-disk brake system. Advances in Mech. Eng. 2018. Vol. 10. Iss. 6. P. 12. https://doi.org/10.1177/1687814018781285.
  22. Yevtushenko A., Kuciej M., Topczewska K. Analytical model to investigate distributions of the thermal stresses in the pad and disk for different temporal profiles of friction power. Advances in Mech. Eng. 2018. Vol. 10. Iss. 10. P. 10. https://doi.org/10.1177/1687814018806670.
  23. Bilgic Istoc S., Winner H. Heat cracks in brake discs for heavy-duty vehicles: influences, interactions and prediction potential. XXXVIII Intern. μ-Symposium 2019 Brake Conf.: рroc. XXXVIII Intern. μ-Symposium 2019 Bremsen-Fachtagung. October 25th 2019. Berlin – Heidelberg: Springer Vieweg, 2019. P. 55–69. https://doi.org/10.1007/978-3-662-59825-2_7.
  24. Afzal A., Abdul Mujeebu M. Thermo-mechanical and structural performances of automobile disc brakes: A review of numerical and experimental studies. Archives Computational Methods in Eng. 2019. Vol. 26. P. 1489–1513. https://doi.org/10.1007/s11831-018-9279-y.
  25. Modanloo A., Talaee M. R. Analytical thermal analysis of advanced disk brake in high speed vehicles. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2020. Vol. 27. Iss. 3. P. 209–217. https://doi.org/10.1080/15376494.2018.1472340.
  26. Subel J., Kienhöfer F. W. Thermal comparison of heavy vehicle wheel assemblies under alpine braking. Proc. Institution Mech. Eng. Part D. J. Automobile Eng. 2020. Vol. 234. Iss. 1. P. 28–38. https://doi.org/10.1177/0954407019844359.
  27. Мирсалимов В. М. Оптимальное проектирование узла трения. Изв. Тул. гос. ун-та. Сер. Математика, Механика, Информатика. 2005. Вып. 2. C. 161–172.
  28. Мирсалимов В. М. Обратная износоконтактная задача для фрикционной пары. Пробл. машиностроения и надежности машин. 2008. Т. 37. № 1. C. 62–69.
  29. Мирсалимов В. М., Ахундова П. Э. Минимизация контактного давления для фрикционной пары «втулка-вал». Трение и износ. 2015. Т. 36. № 5. C. 529–535.
  30. Мирсалимов В. М., Ахундова П. Э. Минимизация абразивного износа внутренней поверхности втулки фрикционной пары. Трение и износ. 2016. Т. 37. № 5. C. 551–557.
  31. Мирсалимов В. М., Ахундова П. Э. Оптимальное проектирование фрикционной пары втулка-плунжер. Трение и износ. 2017. Т. 38. № 5. C. 454–460.
  32. Mirsalimov V. M., Aknundova P. E. Inverse problems of damage mechanics for a hub of a friction pair. Intern. J. Damage Mechanics. 2018. Vol. 27. Iss. 1. P. 82–96. https://doi.org/10.1177/1056789516662698.
  33. Мирсалимов В. М., Ахундова П. Э. Минимизация теплового состояния втулки фрикционной пары с помощью критерия равномерного распределения температуры на поверхности трения. Трение и износ. 2018. Т. 39. № 5. C. 514–522.
  34. Mirsalimov V. M., Aknundova P. E. Minimization of the thermal state of the hub of a friction pair. Eng. Optimization. 2018. Vol. 50, Iss. 4. P. 651–670. https://doi.org/10.1080/0305215X.2017.1328062.
  35. Mirsalimov V. M., Aknundova P. E. Minimization of stress state of a hub of friction pair. Advances in Math. Physics. 2018. Vol. 2018. Article ID 8242614. https://doi.org/10.1155/2018/8242614.
  36. Mirsalimov V. M., Aknundova P. E. Inverse wear contact problem of the friction unit. Proc. Institution Mech. Eng. Part C: J. Mech. Eng. Sci. 2018. Vol. 232. Iss. 22. P. 4216–4226. https://doi.org/10.1177/0954406217749267.
  37. Мирсалимов В. М., Ахундова П. Э. Оптимальное проектирование узла трения с равномерным контактным давлением. Трение и износ. 2019. Т. 40. № 6. C. 740–749.
  38. Mirsalimov V. M., Aknundova P. E. Inverse problem of contact fracture mechanics for a hub of friction pair taking into account thermal stresses. Mathematics and Mechanics of Solids. 2019. Vol. 24. Iss. 6. P. 1763–1781. https://doi.org/10.1177/1081286518805525.
  39. Mirsalimov V. M., Aknundova P. E. Optimum problem on wear decrease for a hub of friction pair. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2020. Vol. 27. Iss. 5. P. 353–363. https://doi.org/10.1080/15376494.2018.1472827.
  40. Мирсалимов В. М., Гасанов Ш. Г., Гейдаров Ш. Г. Износоконтактная задача о вдавливании колодки с фрикционной накладкой в поверхность барабана. Трибология – машиностроению: тр. XII междунар. науч.-техн. конф., посвященной 80-летию ИМАШ РАН (М., 19-21 нояб. 2018 г.). М. – Ижевск: Ин-т компьютер. исслед., 2018. С. 341–344.
  41. Горячева И. Г., Добычин М. Н. Контактные задачи в трибологии. М.: Машиностроение, 1988. 256 c.
  42. Горячева И. Г. Механика фрикционного взаимодействия. М.: Наука, 2001. 478 c.
  43. Мусхелишвили Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Наука, 1966. 707 с.

 

Надійшла до редакції 26 травня 2020 р.

Прийнята до друку