Решение задачи снижения износа фрикционной накладки тормозной системы автомобиля

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2020.03.046
Журнал Проблемы машиностроения
Издатель Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины
ISSN 0131-2928 (print), 2411-0779 (online)
Выпуск Том 23, № 3, 2020 (сентябрь)
Страницы 46–55

 

Автор

Э. С. Велизаде, Азербайджанский технический университет (AZ1073, Азербайджан, г. Баку, пр. Г. Джавида, 25), e-mail: evve2525@gmail.com, ORCID: 0000-0001-6275-7090

 

Аннотация

Изнашивание накладки и барабана тормозного механизма автомобиля происходит неравномерно, поэтому целесообразно уменьшать износ там, где он имеет наибольшее значение. Зная оптимальную микрогеометрию поверхности трения фрикционной пары, эту задачу возможно решить конструкторско-технологическими методами на этапах проектирования и изготовления. В работе теоретически решается задача по нахождению микрогеометрии поверхности трения, обеспечивающей равномерный износ фрикционной накладки. Принята модель шероховатой поверхности трения. Для решения поставленной задачи оптимизации сначала рассматривается износоконтактная задача о вдавливании накладки в поверхность тормозного барабана. Температурные функции, контактное давление, напряжения и перемещения в накладке и барабане ищутся в виде разложений по малому параметру. Для упрощения члены, содержащие степени малого параметра выше первой, отбрасываются. Каждое приближение удовлетворяет системе дифференциальных уравнений плоской термоупругости. Решение краевой задачи теории теплопроводности в каждом приближении находится методом разделения переменных. В каждом приближении для решения задачи термоупругости используются термоупругий потенциал перемещений и метод степенных рядов. С помощью метода наименьших квадратов построена замкнутая система алгебраических уравнений, позволяющая получить решение задачи оптимального проектирования пары трения «барабан-накладка» в зависимости от геометрических и механических характеристик тормозного барабана и накладки. Найденная микрогеометрия поверхности трения обеспечивает повышение износостойкости фрикционной накладки.

 

Ключевые слова: фрикционная пара, накладка, барабан, равномерный износ, шероховатость, оптимальная микрогеометрия поверхности трения.

 

Полный текст: загрузить PDF

 

Литература

  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.

 

Поступила в редакцию 26 мая 2020 г.

Принята в печать