Зачем нужно протачивать тормозные диски?
Тормозные диски на автомобилях являются сердцем сложных тормозных систем. Только с идеально ровными дисками тормозной путь минимален, а на рулевом колесе и педали тормоза отсутствуют вибрации.Отличие в тормозном пути автомобиля с ровными и кривыми дисками при скорости 120 км/час может достигать 10 — 20 метров. Это очень существенная разница, хотя в данном случае речь идет о достаточно большой скорости. Применительно же к типичным скоростям движения в городе разница, конечно, будет меньше. Хотя порой от аварии на дороге нас отделяет буквально чуть-чуть и чрезвычайную важность приобретает каждый сэкономленный метр, а то и сантиметр тормозного пути.
Есть еще одна немаловажная деталь: большинство автомобилей на сегодняшний день оборудованы антиблокировочной системой ABS, антипробуксовочной TSC и системой стабилизации курсовой устойчивости ESP. Эти системы используют пару «тормозной диск — колодки», притормаживая то или иное колесо при разгоне, торможении или заносе. Алгоритм работы этих систем предусматривает исправное — «заводское», состояние диска и колодок. Если тормозная система теряет эффективность, теряют эффективность и эти жизненно важные на сегодняшний день системы. Их работа становится грубой, менее точной или совсем нарушается.
Понятно, что в трущейся паре «диск-колодка» изнашиваются оба участника процесса. Но на изношенном диске колодки стираются интенсивнее, чем на новом. Вместо заявленного производителем колодок ресурса 30-40 тыс. км пробега колодки могут потребовать замены уже через 10 тысяч.
При замене колодок без проточки дисков первые 200-300 км автомобиль очень плохо тормозит. Почему? Потому что поверхность колодок ровная, а у дисков — вкривь и вкось. Пока колодки не притрутся, так и будет. И чем заметнее и дольше проявляется этот эффект, тем сильнее изношены диски.
Протачивать или менять тормозные диски необходимо в случае, если нарушена их геометрия.
Почему нарушается геометрия тормозных дисков?
Во-первых, искривление тормозного диска происходит, как правило, вследствие перегрева с дальнейшим быстрым охлаждением. Все дело в принципе работы тормозных механизмов. Движущийся автомобиль обладает кинетической энергией. Затормозил, остановился — и энергия движения преобразовалась в тепловую: произошел нагрев тормозов и в первую очередь тормозных дисков, температура которых может возрастать до 500oС при интенсивном торможении. При этом диск прогревается очень неравномерно. Самая высокая температура наблюдается в области контакта диска с колодками. На других участках температура ниже за счет охлаждения воздухом и отвода тепла к более холодным частям диска.
При таком неравномерном нагреве диск прогибается, а его средняя часть утолщается вместе с ростом температуры. В результате плоские рабочие поверхности диска деформируются, приобретая форму, весьма далекую от идеальной, а их износ становится неравномерным по радиусу (так называемый волнистый износ, вызывающий вибрацию при торможении).
Нередки и случаи коробления диска. Так, после быстрой езды с интенсивными разгонами и торможениями достаточно колесом угодить в глубокую лужу, чтобы диск принял хорошую охлаждающую ванну (все видели, клубы пара от разогретых дисков). Из-за быстрого охлаждения, диск «ведет», в результате чего возникает биение рабочих поверхностей относительно оси вращения ступицы колеса.
Множественные кольцевые неровности и задиры на дисках возникают из-за применения колодок низкого качества, эксплуатации автомобиля с изношенными до металла тормозными колодками или попадания песка и грязи между диском и тормозными колодками. В результате возникают не только вибрации на педали тормоза и рулевом колесе, но и неприятные звуки при торможении.
Все эти факторы уменьшают пятно контакта колодки с диском, что приводит к снижению эффективности торможения и более длинному тормозному пути.
Решить эти проблемы позволяет такой вид ремонта, как проточка тормозных дисков.
Как узнать, что тормозные диски требуют проточки?
Проточка тормозных дисков необходима, когда ощущается вибрация или биение руля и тормозной педали при торможении.
Заметное снижение эффективности торможения автомобиля — это также один из поводов для проточки дисков.
И повышенный шум при торможении тоже «говорит» о том, что дискам требуется ремонт.
Бывают такие случаи: при торможении появляется характерный скрежет металлической основы колодок, трущей по диску, а при снятии колодок оказывается, что остаточная толщина накладки — 4-5 мм. Но уже требуется их замена, поскольку на краях изношенных дисков образовались характерные «буртики», в которые при торможении упирается основа колодок.
Зимняя эксплуатация усугубляет коррозию тормозных дисков задних колес — на скользкой дороге тормозные усилия невелики, и задние тормоза почти не работают. В результате диски могут покрыться коркой ржавчины, которую колодки не в состоянии «сбить» по всей ширине рабочей поверхности диска. Такая корка не только скрежещет при движении (даже без торможения), но значительно снижает эффективность работы задних тормозов и срок службы колодок.
Вообще же состояние поверхности дисков легко оценить, проведя рукой по их поверхности. Вы сразу ощутите, гладкая ли поверхность или на ней есть волны и ступеньки.
Дефектный тормозной диск, естественно, требует кардинальных действий со стороны автомастера. Диск можно заменить, а можно отремонтировать. Проточка тормозных дисков является более дешевой и быстрой альтернативой их замене. После проточки достигается максимальная площадь прилегания основных элементов в тормозной системе и минимальное время для восстановления надежности торможения. По сути, тормозной диск «реанимируется», приобретая качество новой детали. На практике выходит так, что диск нужно заменять примерно на 4—5-ю замену тормозных колодок.
Для того, чтобы тормозная система постоянно была максимально эффективной и безопасной, желательно при каждой замене колодок протачивать тормозные диски.
Ремонт по имени «проточка».
Прежде чем начинать ремонт, нужно убедиться в том, что диски действительно подлежат ремонту. Есть ряд дефектов, при которых диск обязательно придется менять. К таким дефектам, в первую очередь, относятся глубокие трещины, уходящие в тело диска, — они грозят тем, что в один «прекрасный» день диск разрушится, и автомобиль останется без тормозов, либо колесо вообще заклинит. Трещины возникают обычно из-за сильного перегрева диска с последующим быстрым охлаждением. Если трещины неглубокие — поверхностные, их можно попробовать удалить проточкой, но при этом гарантировать полную пригодность диска к работе нельзя. Ведь всегда есть вероятность, что невидимые глазу трещинки все-таки сохранились.
Еще одно ограничение для ремонта — минимальная толщина диска, которая обычно регламентирована производителем автомобиля. И не без основания, поскольку чрезмерно тонкий диск способен слишком сильно и быстро разогреваться до таких температур, при которых фрикционный материал колодок не обеспечивает требуемую эффективность тормозов. Поэтому перед проточкой следует оценить толщину диска, которая получится после ремонта. Она никак не должна быть меньше 8-9 мм для невентилируемых дисков и 5-6 мм для вентилируемых (в последнем случае имеется в виду толщина стенок, ограничивающих каналы охлаждения в диске). Хотя для разных моделей автомобилей возможны варианты, поэтому лучше уточнить в соответствующем руководстве по ремонту и эксплуатации.
Далее ремонтопригодный диск демонтируют и протачивают на специализированном токарном станке.
Следует знать, что проточка тормозных дисков требует в последующем определенных правил эксплуатации. После проточки дисков необходима щадящая эксплуатация автомобиля: в течение первых 40 км не рекомендуется резкое торможение и тем более торможение в лужах или в дождливую погоду. Это приводит к деформации тормозного диска и, соответственно, сведет на нет выполнение услуги по проточке тормозных дисков.
А теперь внимание! Если сравнить продолжительность ремонта дисков и процедуры по замене тормозных колодок — затраты времени почти одинаковые. Совпадают и многие операции: демонтаж и монтаж колеса, снятие и установка колодок и т.д. Получается, что ремонт дисков легко совместить с заменой тормозных колодок. На первый взгляд, комплекс работ по проточке дисков оказывается дороже, чем просто замена колодок. Но если учесть такие факторы, как цена колодок, которые прослужат неизмеримо дольше, безопасность движения и время, затраченное на ремонт, то затраты на проточку дисков оказываются совершенно обоснованными.Что дает проточка дисков?
Для всего есть свой срок годности и в процессе эксплуатации автомобиля все его узлы и детали изнашиваются естественным образом.
Зачем и когда нужна проточка тормозных дисков? >>
Так торможение приводит к износу не только тормозных колодок, но и тормозных дисков, принимающих непосредственное участие в этом процессе. Чаще всего колодки изнашиваются не равномерно, а на рабочей поверхности диска появляются рельефные бороздки. Но для тормозного диска правильная геометрия крайне важна, так как любые отклонения от идеала снижают эффективность торможения.
Справиться с этой проблемой и продлить жизнь тормозного диска можно двумя способами: приобрести новые диски или проточить старые диски.
Проточка тормозного диска представляет собой снятие дефектов с поверхности диска. Но нужно помнить, что в результате этой манипуляции толщина диска должна быть не менее минимально предусмотренной производителем. Узнать необходимые параметры можно в руководстве по эксплуатации.
Для того чтобы проточить тормозные диски нужно обратиться в автосервис. Это оптимальное и самое разумное решение.
Существует два способа протоки тормозных дисков:
- Первый. Тормозной диск снимается с автомобиля, после чего устанавливается на специальный стационарный станок, соблюдая параметры балансировки. Диск обрабатывается с двух сторон одновременно, плоскость обработки при этом соответствует плоскости притирания колодок. Самое главное в процессе — соблюсти все балансировочные параметры.
- Второй. Тормозные диски протачиваются, оставаясь на ступице автомобиля. Этот вариант более распространен. Он же и оптимален.
Серьезные автосервисы имеют высокотехнологическое оборудование для проведения этой процедуры.
Процессом, как правило, руководит компьютер. С автомобиля снимается колесо и суппорт, а оборудование устанавливается на это место. Место крепления суппорта становится базовыми плоскостями. Автоматически протачиваются обе стороны диска. В результате такой обработки диска его рабочие поверхности делаются совершенно плоскими и параллельными. Полностью исключается биение диска. Также снимается и образовавшийся бортик на диске.
Результатом проточки тормозных дисков становятся такие положительные явления как:
- Значительное уменьшение длины тормозного пути;
- Исчезает нужда в замене диска;
- Замедление в ходе последующей эксплуатации дальнейшего износа тормозных колодок;
- Антипробуксовочная и антиблокировочная система начинают работать лучше.
Когда необходимо протачивать тормозные диски?
Автомобильные тормозные диски — это основа и одна из главных частей сложноустроенной тормозной системы. Только отлаженная работа дисков с правильной геометрией позволит сократить тормозной путь до минимума и исключить возникновение вибрации на руле, а также педали тормоза. Достичь безопасной, комфортной и практичной работы тормозной системы можно регулярно производя диагностику, вовремя заменяя тормоза при неисправностях, также в этом вопросе помогает проточка тормозных дисков, о которой и пойдет сегодня речь.
Что такое проточка тормозных дисков и когда она нужна?
Перед началом ремонтных работ следует удостовериться, что диски на самом деле требуют ремонта. Существуют такие неисправности, при которых ремонтом не обойтись, придется менять диск. Главным образом, это наличие глубоких сколов и трещин в теле диска, которые опасны тем, что диск, рано или поздно, разрушится, в таком случае, машина может остаться вовсе без тормозов в самый неподходящий момент, кроме того, колесо при такой поломке может заклинить прямо на дороге. Неглубокие трещины отлично подвергаются проточке, правда, по завершению работ следует провести диагностику.
С особой осторожностью следует относиться к ремонту на тормозных дисках с минимальной, регламентированной производителем толщиной. Поскольку диск с небольшим показателем толщины гораздо быстрее нагревается до максимально допустимой температурной нормы, превышение которой не позволяет функционировать тормозам эффективно. Потому перед началом ремонта по проточке диски следует оценить ту толщину, которая получится на выходе после произведения ремонтных работ. Допустимая толщина для дисков без вентиляции составляет до 8-9 мм, для вентилируемых — до 5-6 мм.
Если нужные требования соблюдены, диск снимается и протачивается на токарном станке. Кроме того, иногда при ремонте авто требуется аргонно-дуговая сварка.
Важно отметить, что после проточки тормозных дисков машина требует некоторое время щадящей эксплуатации. В частности, первые 50 километров не нужно производить маневры резкого торможения, аккуратнее водить авто в дождливую погоду по мокрому асфальту и лужам. Не следование данным рекомендациям может стать причиной деформации отремонтированного тормозного диска, а значит, все ремонтные работы были сделаны напрасно.
Что выгоднее замена диска или его проточка?
По временным затратам замена дисков или проведение процедуры их проточки примерно одинаковы. Кроме того, как при замене, так и при проточке придется производить демонтаж шины, снятие колодок, проведение нужных манипуляций по ремонту иди замене, после установка колодки обратно и монтаж шины на место. Выходит, что ремонт тормозных дисков соизмерим по многим факторам с полной заменой колодок. Потому, в конечном итоге, только мастер может определить обоснованность полной смены колодок или возможность ремонта существующих, тем более, в ценовом факторе эти две процедуры также не сильно отличаются.
31 октября, Рекламная статья
Проточка тормозных дисков
Причины обращения за проточкой тормозных дисков.
При нажатии на педаль тормоза:
— бьет руль;
— в кузов идет сильная вибрация;
— посторонние звуки в подвеске.
Тормозные диски «ходят» примерно на два – три раза смены тормозных «накладок», а дальше нужно менять.
При больших пробегах, колодки набивают на поверхности диска борозды, стороны становятся не параллельными, образуются ямки и выступы. На верхней части диска образовывается кромка. Также от перепада температур, при резком заезде в лужу его реально может повести, то есть как говорят у нас в простонародье у водителей «каробит». И теперь, когда вы надавливаете на педаль тормоза, то колодки под воздействием поршней суппорта прижимаются к диску, и все эти неровности передаются в руль или даже подвеску и кузов.
Поэтому, либо ставить полностью новые, либо протачивать эти старые тормозные диски.
Стоимость услуг по проточке тормозных дисков
| Класс а/м | Стоимость с НДС 20% | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Отечественные | 1800 | ||||||
| Малый | 2300 | ||||||
| Средний | 2500 | ||||||
| Бизнес | 2800 | ||||||
| Представительский | 3500 | ||||||
| Кроссоверы | 3000 | ||||||
| Внедорожники | 3500 | ||||||
| Микроавтобусы | 3500 | ||||||
*Стоимость указана за проточку дисков со стоимостью работ по замене тормозных колодок на одну ось (переднюю или заднюю)
Проточка тормозных дисков PRO-CUT — autostop
Современные скорости, плохое состояние дорожного полотна, суровые климатические условия и длительные поездки требуют высокой надежности узлов автомобиля. От сцепляемости тормозного диска и колодок зависит эффективность торможения и безопасность поездок на машине.
Что делать, если при торможении бьёт в педаль?
Это верный признак нарушения геометрии тормозных дисков. Обратитесь на сервис АВтоСтоп для проточки тормозных дисков PRO-CUT.
Акция!
При проточки дисков тормозных замена колодок осуществляется бесплатно.
Когда необходима проточка дисков?
Точить тормозной диск рекомендуется каждый раз при замене тормозных колодок. Это позволит добиться максимальной сцепляемости тормозного диска и колодок. Однако, если вы не профессиональный автогонщик, то следует прибегнуть к расточки в следующих случаях:
- появилось биение педали тормоза при торможении
- на дисках появились следы коррозии;
- появились скрипы при торможении.
Важно!
Следует избегать попадания воды на нагретый диск. Такая ситуация возможна, например, при экстренном торможении на большой скорости в дождливую погоду. При резком перепаде температур диск повдет. Проточка здесь не поможет — скорее всего диск придется заменить.
Максимальная точность
Для настройки точности точения на стенде PRO-CUT применяется гироскоп. Процесс автоматизирован, что позволяет обеспечить высокую точность расположения тормозного диска относительно оси станка, учитывая возможные микродеформации ступицы. Таким образом резцы устанавливаются точно в плоскость, перпендикулярную оси вращения тормозного диска.
Полезно знать
После расточки остаточное биение тормозного диска составляет около 0,00254 миллиметра. Разность в толщине по среднему диаметру — менее 0,005 миллиметра.
Минимум времени
За один проход проводится расточка диска сразу с 2 сторон. На выравнивание геометрии тормозного диска без его снятия механику требуется менее 10 минут. Диск приобретает вид заводского.
После расточки механик в обязательном порядке проводит контроль допусков и отклонений ступицы и тормозного диска, а также моделирует реальные условия эксплуатации для проверки эффективности торможения.
Правильная геометрия и теплоотвод
Если тормозные диски изношены неравномерно, то после замены тормозных колодок необходима их приработка в первые 200 км. соблюдая спокойный режим вождения, без резуих разгонов и торможений, так как нарушается теплоотвод — в таком случае колодки очень легко перегреть. Это может привести к более сложным последствиям в виде деформации тормозного диска и его последующей замене.
После проточки тормозных дисков PRO-CUT обеспечивается 100% контакт колодок по всей площади тормозного диска, обеспечивая тем самым хороший теплоотвод. Колодки не перегреваются, приработка в таком случае не требуется.
Точить выгодно
При нарушенной геометрии тормозного диска вибрация и ударные нагрузки могут вызвать разрушение рулевого механизма, суппортов, студийных подшипников и тормозных дисков. Намного быстрее изнашиваются тормозные колодки. А в случае экстренного торможения биение в педаль тормоза существенно возрастает и может оказаться настолько сильным, что не удасться справиться с управлением.
Проводить осмотр тормозного диска на наличие нарушения геометрии и появление износа необходимо при каждой замене тормозных колодок.
Примеры работ
Проточка тормозных дисков своими руками без снятия (видео)
Важнейшей для обеспечения безопасности при управлении автомобилем, без сомнения, является система торможения. А состояние рабочей поверхности тормозных дисков очень сильно влияет на работоспособность всей системы. Средний ресурс работы тормозного диска составляет около 70 тыс. км пробега. Автомобиль же имеет гораздо больший ресурс работы. Поэтому необходимость замены или ремонта этих деталей время от времени появляется в жизни каждого автовладельца. В случае, когда возникшие дефекты незначительны и не связаны с температурной деформацией, чрезмерным износом или растрескиванием, в качестве недорогого способа ремонта подойдет проточка тормозных дисков своими руками без снятия.
Когда необходима проточка
Проточка, так же как их замена, должна производиться только парами, стоящими на одной оси. Иначе разница тормозных усилий справа и слева будет стремиться развернуть автомобиль.
Признаки необходимости проточки:
- Волнообразная рабочая поверхность.
- Задиры на рабочей поверхности.
- Чрезмерно быстрый износ тормозных колодок при неизменном стиле езды. Комплекта тормозных колодок в среднем хватает на 30 тыс. км пробега.
- Биение тормозной педали в процессе торможения.
Несколько способов проточки без снятия
Какой бы способ проточки тормозных дисков вы ни выбрали, прежде чем начать работу, убедитесь в том, что их толщина больше предельно допустимой и в них нет трещин. Если же они слишком тонкие или имеют трещины, не рискуйте, ремонтируя их. Лучше купите новые. Проточкой называется выравнивание рабочих поверхностей с использованием резца, а предлагаемые ниже способы – это шлифовка тормозных дисков без снятия.
- Существуют специальные агрегаты для шлифования тормозных дисков без снятия. Но я думаю, вы согласитесь со мной в том, что не стоит покупать агрегат ради шлифовки пары дисков. Дешевле будет полностью обновить тормозную систему.
- Если диски стоят на ведущей оси. Понадобится ровный деревянный брусок размером 30×15×5 см и несколько листов наждачки с крупным абразивным зерном (например, №40) на тканевой основе. Использовать наждачку и брусок предпочтительней, чем абразивный круг для наждака. Потому что рабочая поверхность абразивного круга в скором времени после начала шлифовки перестанет быть плоскостью. А плоскость сторон бруска не изменится во время работы. Не забывайте менять наждачку – это ускорит процесс шлифовки и улучшит ее результат. Поднимете автомобиль домкратом и подставьте под него какую-нибудь страховку. Снимите колесо, тормозной суппорт и пыльник тормозного диска. Суппорт подвесьте повыше, чтоб не мешал. Запустите двигатель, включите передачу скорость, вращения отрегулируйте по своему усмотрению. Лист наждачки постелите абразивом вниз, на него широкой стороной положите брусок, а выступающие из-под бруска края листа загните вверх. Получившуюся конструкцию прижимайте поочередно широкой гранью к рабочим поверхностям тормозного диска. Не старайтесь нажимать на нее сильнее, лучше все время двигайте точку соприкосновения.
- Стоящие на не ведущей оси тормозные механизмы шлифуются без снятия тем же приспособлением из бруска и листа крупной наждачки. Только двигаться будет не диск, а брусок с наждачкой. Двигать его будет сила ваших рук. Но сказать по правде, делать это без снятия диска уж очень неудобно дело пойдет гораздо быстрее, если вы снимите их и положите на верстак.
- Шлифовка тормозных дисков на ходу. Этот способ подойдет для восстановления дисков, стоящих как на ведущей оси, так и на ведомой. Но он подойдет для устранения только незначительных дефектов. Результата сильной температурной деформации он устранить не сможет. Сначала из старых тормозных колодок следует изготовить специальные приспособления. Для этого нужна болгарка с алмазным отрезным диском. А также абразивный зачистной диск для нее. Из зачистного круга необходимо вырезать два клинообразных сегмента. В старых тормозных колодках сделайте две выемки в соответствии с формой клиновых фрагментов. Их глубина должна быть на несколько десятых миллиметра меньше толщины абразивных вставок, чтобы последние после установки возвышались над поверхностью колодок. Вставьте сектора в выемки, предварительно смазав их каким-нибудь клеем, чтобы не выпадали. Получившиеся «абразивные колодки» установите в суппорт вместо штатных. Для проточки рабочих поверхностей нужно проехать от 5 до 10 км, периодически притормаживая. Спланируйте маршрут так чтобы избегать резких торможений либо замедлений по ухабистым участкам. Во время поездки контролируйте результат шлифовки. Образовавшийся по периметру диска буртик можно убрать после окончания поездки обычным напильником с крупной насечкой.
После выравнивания рабочих поверхностей не помешает обработать их более мелкозернистой наждачкой для того, чтобы уменьшить глубину рисок. Использовать наждачку с мелким зерном сразу не следует, потому что она хуже выводит плоскость и поверхность будет гладкая, но волнистая.
Где искать неисправность
- Биение передних дисков часто отдается не только в педаль, но и в руль.
- Биение задних лучше ощущаются через вибрации на кузове.
- Передние механизмы чаще страдают от температурной деформации, так как на них приходится основная нагрузка при торможении, следовательно, они сильнее греются. Деформация возникает следующим образом. При торможении диск нагревается и равномерно расширяется. Попавшая на какой-то участок вода, быстро остужает его, а он, остывая, сжимается и коробит всю деталь.
- Задние более подвержены коррозии. Так как из-за их небольшой нагруженности, попавшая на них вода долго не высыхает.
Проточка тормозных дисков авто в Ясенево и Теплом стане (ЗАО, ЮЗАО Москвы) по низким ценам
Особенности проточки тормозных дисков в Москве
Долгосрочная эксплуатация автомобиля на неровном дорожном покрытии может закончиться неравномерным износом тормозных дисков. Исходя из результатов оперативной и грамотной диагностики, мы предлагаем Вам оптимальный способ ликвидации износа тормозных дисков.
Проточка тормозных дисков: цена и особенности
Специалисты автоцентра «Северная звезда» готовы приложить все усилия, чтобы Ваш автомобиль снова стал безопасным и комфортным способом передвижения. Именно поэтому мы выполняем квалифицированную заточку тормозных дисков с использованием своего многолетнего опыта и высококлассного оборудования.
Проточка тормозных дисков без снятия позволяет нашим специалистам оперативно избавить Ваш автомобиль от скрежета и биения во время торможения.
Без проточки тормозных дисков не обойтись при:
1.Перегревании тормозных дисков, которое может стать результатом слабого трения между дисками и тормозными колодками.
2.Вибрациях рулевого колеса в момент торможения.
3.Наличии неровностей, а также следов ржавчины и механических повреждений на поверхностях тормозных дисков.
4.Увеличении тормозного пути Вашего автомобиля.
Качественная процедура проточки позволяет нам быстро и доступно восстановить работоспособность тормозных дисков и эффективность тормозной системы Вашего автомобиля.
Проточка тормозных дисков в ЮЗАО способствует таким положительным изменениям:
1.уменьшению вибрации во время торможения;
2.снижению дисбаланса оси вращения;
3.избавлению от неприятного скрипа тормозов.
Сотрудники автоцентра «Северная звезда» напоминают, что качественную заточку дисков стоит проводить при исправных ступичных подшипниках и отсутствии биений или люфтов.
Мы поможем сделать тормозную систему Вашего автомобиля эффективной и надежной, как часы!
Плюсы и минусы различных конструкций тормозных дисков
Каждый задавался вопросом, что такого хорошего в вентилируемых дисках или в чем преимущество просверленных отверстий? Позвольте нам объяснить все …
Все мы знаем основные функции дисковых тормозов.Суппорт прижимает одну или несколько колодок к диску, вызывая трение и замедляя вращение оси, к которой он прикреплен. Но хотя все системы работают по этому общему принципу, детали, используемые для работы, сильно различаются.
Материал колодок может различаться, существует много различных типов суппортов, используемых как OEM-производителями, так и вторичным рынком, и конструкция дисков может отличаться.
Итак, следуя нашему взгляду на моноблочные суппорты, давайте рассмотрим различные типы тормозных дисков:
Твердый
Самый простой вид тормозного диска, который можно купить.Как следует из названия, это всего лишь цельный блочный материал. Конкретно железо. Недорого для производителя и дешево для покупки, в них нет ничего плохого, но они не так хорошо справляются с нагревом, как диски следующего типа, которые мы рассмотрим:
Вентилируемый
Пожалуй, самый распространенный тип дисков, устанавливаемый на современные автомобили.В этой конструкции две «грани» диска разнесены, оставляя место для охлаждающих каналов. Они позволяют отводить тепло, предотвращая перегрев и растрескивание диска, а также увеличивают срок службы колодок.
Изначально с прямыми каналами вентилируемые диски с годами эволюционировали, чтобы улучшить воздушный поток. На изображении выше, полученном от Brembo, вы видите прямые каналы, изогнутые каналы и три различных дизайна в стиле «колонны».
Просверлено
BMW M2 с перфорированными дисками противостоит спортивному M240i с вентилируемыми элементами.Когда тормозная колодка интенсивно используется, она выделяет газы и частицы, образуя слой, который не позволяет колодке так же эффективно соприкасаться с диском — это также известно как затухание тормоза.В диске можно просверлить отверстия, чтобы газ мог выходить, а также уменьшить вес детали, но в этом процессе ротор оказывается под угрозой.
Диск действует как большой теплоотвод, поэтому наличие в нем множества отверстий означает, что его меньше будет рассеивать тепло. Кроме того, эти отверстия могут стать точками напряжения, что может привести к растрескиванию при резком торможении. В любом случае, современные тормозные колодки не такие газовые , как их предшественники, поэтому потребность в сверлении уменьшилась.
Но все же в дороге вы, вероятно, не столкнетесь с такими проблемами, поэтому перфорированные диски по-прежнему являются обычным явлением на современных автомобилях с высокими характеристиками, где они, несомненно, довольно хорошо смотрятся за большими блестящими колесами. Кроме того, они могут быть изготовлены достаточно прочными, чтобы трещины были редкостью.
Прорези / канавки
Этот дизайн с прорезями пытается дать другой ответ на тот же вопрос.Прорези или канавки на поверхности диска позволяют выходить газам, что дает дополнительные преимущества. «Царапающее» действие, создаваемое прорезями, может очистить колодку, а края канавок увеличивают трение, хотя и за счет износа колодки. И, наконец, они, как перфорированные диски, выглядят довольно круто.
Конструкции канавок различаются, одна из самых характерных — это «j-образный крючок» (см. Выше), который предназначен для обеспечения тех же свойств выброса мусора и газа при уменьшении вибраций.И если уж на то пошло, они даже лучше выглядят.
С ямочками
Вот вариант номер три, чтобы выпустить эти надоедливые газы.Поверхности просверливаются только частично, сохраняя целостность конструкции дисков нетронутой, в то же время оставляя газам и мусору место для выхода.
На некоторых дисках ямки совмещены с канавками, и часто можно увидеть просверленные отверстия в сочетании с прорезями. Насчет того, есть ли в этом какой-то смысл, кроме внешнего вида, сказать сложно.
помахал
Вырез перфорированных и волнистых дисков, показывающий каналы охлаждения.Волнистые диски присутствуют в мире мотоциклов уже много лет, но, стремясь извлечь выгоду из приобретения Ducati, Audi начала внедрять эту концепцию в некоторые из своих более быстрых автомобилей несколько лет назад.Снижение веса (благодаря меньшему количеству материала) и лучшая теплоотдача являются основными преимуществами. Как и во многих дизайнах, о которых мы только что говорили, внешний вид почти наверняка является фактором, выбирающим их производителями и потребителями.
Углеродная керамика
Самый экстремальный подход к управлению теплом — это угольно-керамическая установка.Горячий диск означает горячие подушечки, в результате чего выделяется больше газа и мусора. Так почему бы не выбрать другой материал, а не чугун?
Углеродно-керамические диски намного более устойчивы к нагреву, а также с меньшей вероятностью деформируются или деформируются при интенсивном использовании, а это означает, что они обычно служат дольше. В качестве бонуса они обычно намного легче своих железных собратьев.
Но есть причина, по которой они все еще не так распространены: стоимость. Карбоновые тормоза намного дороже в производстве, а это значит, что вам обычно придется платить за возможность установить их на свой новый автомобиль.Например, на «нашей» старой Audi RS3, выпущенной на долгое время, карбоновые тормоза стоили 4600 фунтов стерлингов. К тому же, когда вы их замените, вы потратите тысячи долларов, чтобы выполнить свою работу. Вам понадобятся прокладки с определенным составом, и угадайте, что — они тоже недешевы.
Вы недавно обновляли тормоза? Какой диск вы выбрали и почему? Если ответ — «выглядело хорошо», мы не будем судить! Перейдите в раздел комментариев и дайте нам знать.
Что в канавке?
Нас все время спрашивают о рисунках канавок и о том, какое преимущество они имеют для тормозного диска для автоспорта. Brypar позволяет полностью настроить диск, включая тип канавки диска и количество. Таким образом, мы можем помочь адаптировать диск к конкретному автомобилю, стилю вождения или событию.
Brypar предлагает шесть различных рисунков канавок, каждый из которых может быть изменен в количестве, чтобы обеспечить определенные характеристики.
Диски гладкие
Brypar простой дискВ гладких дисках используются те же литые детали, и они обрабатываются так же, как и все диски Brypar для автоспорта. Обычный диск обычно выбирается для автомобиля, в котором канавки специально запрещены правилами (историческими), или в определенных случаях, например, в гонках на длинные дистанции, где стандартные системы ABS имеют тенденцию выделять много тепла на поверхности диска.Прорезание канавок на диске приводит к более локализованному нагреву поверхности диска.
Прямой паз
Прямой паз BryparПрямая канавка — это самый основной тип канавки, и ее часто выбирают для имитации существующего диска, например, используемых в исторических гонках, или там, где особый состав колодки требует простой функции протирания колодок. Прямые канавки могут влиять на NVH больше, чем фасонные канавки. Если для усиления прикуса требуется более 8 прямых канавок, мы рекомендуем выбрать изогнутую канавку или канавку Konic, которая может быть более экономичным вариантом.Мы предлагаем эту конфигурацию с 5 прямыми канавками, хотя ее можно адаптировать для достижения различных результатов.
Изогнутая канавка
Изогнутый паз BryparУвеличивая длину канавки в кольцевом пространстве диска, вы увеличиваете очищающую способность диска. Хотя это усилит прикус, температура поверхности также немного повысится. Изогнутая канавка также может помочь с отводом отложений на подушке и газов по длине канавки.Изогнутые канавки Brypar помогают отводить горячие газы и пыль за счет центробежной силы. Мы предлагаем эту конфигурацию с 9 изогнутыми канавками, хотя ее можно адаптировать для достижения различных результатов.
Коник паз
Brypar Konic GrooveИстоки канавки Konic лежат в математически управляемой конической кривой. Хотя это и не совсем коническая форма, модель Brypar Konic была смоделирована с использованием CFD и FEA, чтобы гарантировать, что ее форма оптимизирована для максимального удаления пыли, прикуса и долговечности.Один большой Konic подходит для гонок на длинные дистанции, где необходимыми условиями являются укус и срок службы диска, однако выбор состава колодок важен, так как более мягкие колодки часто оставляют отложения после интенсивного использования. Мы предлагаем эту конфигурацию с 9 канавками Konic в стандартной комплектации, хотя ее можно адаптировать для достижения различных результатов.
Канавка Konic²
Канавка Brypar Konic²В канавке Konic² используются 2 канавки Konic меньшего размера, смещенные по кольцевому пространству диска, чтобы обеспечить увеличенный прикус.Эта конфигурация канавок хорошо работает с широким спектром колодок для автоспорта и гоночных типов, от спринтов до гонок на выносливость. Срок службы колодок и дисков средний, хотя сильно зависит от состава колодок и общего использования. Это идеальная канавка для большинства автоспорта. Мы предлагаем эту конфигурацию с 7 x Konic² (всего 14 канавок), хотя ее можно адаптировать для достижения различных результатов.
Konic³ паз
Brypar Konic³ паз Используя комбинацию 3 различных канавок Konic, Konic³ является наиболее агрессивным вариантом канавок для диска.Мы бы рекомендовали эту канавку только для квалификации, тайм-атаки или там, где требуется максимальный прикус и тепловыделение. Количество канавок может быть изменено, однако мы предлагаем эту опцию в стандартной комплектации с 7 канавками Konic³ (всего 21 канавка)
Типы поверхностей дисков | AP Racing
Типы поверхностей дисков
Дисковые канавки, а иногда и поперечное сверление часто используются на гоночных тормозных дисках для очистки поверхности колодок и выхода выделяемых газов.
При этом изменяются характеристики трения, различные рисунки канавок и отверстий по-разному влияют на характеристики трения, одни влияют на общее трение, а другие — на характеристики прикуса или высвобождения, и поэтому лучшее решение не обязательно одинаково для каждого применения.
AP Racing постоянно развивает и совершенствует рисунки поверхностей дисков. Ниже представлены наиболее популярные типы лица: —
| P = Обычный, (без канавок и отверстий) В основном используется на дорогах , где низкий уровень шума жизненно важен | G4, 8 12 и 24 = с канавками, (прямая направленная вперед) Цифра определяет количество канавок на каждой поверхности. Канавки в традиционном стиле. |
| CG4, 8, 12 и 24 = изогнутые канавки, (обратная сторона) Цифра определяет количество канавок на каждой поверхности. Новый стандартный образец. | CR4, 8, 12 и 24 = изогнутые канавки, (обращенные назад, выходящие по внешнему диаметру для очистки от мусора. Используется только на толстостенных дисках). Цифра указывает количество канавок на грань. |
| D = Поперечное сверление, просверленных отверстия с фаской). По-прежнему предпочтительнее с некоторыми материалами колодок, но может снизить срок службы диска. | GD = проточенный и просверленный. Обычно используется на дорогах. |
| RD = Просверлено с закруглением, (просверлено поперечно, но с закругленным биением для снижения шума и увеличения срока службы по сравнению со стандартными схемами сверления). В основном используется по эстетическим соображениям на дорогах. | RA = J-образный крюк. |
| GA = J-образный крюк. Новейшая конструкция обеспечивает улучшенный зазор и зазор от мусора, а также снижает деформацию / вибрацию, внешние канавки не выходят за пределы внешнего диаметра. | RC = J-образный крюк. |
GC = J-образный крюк. |
|
Н.B. Не все типы граней доступны для каждого диска.
3 простых знака Пора менять компоненты тормозной системы
Эта запись была опубликована 14 декабря 2017 г. пользователем Admin.
Пора менять детали тормозной системы
Как долго служат тормоза? Не столь однозначный ответ: «это зависит от обстоятельств». Пробег и часы на самом деле ничего не значат. Все сводится к тому, насколько агрессивно ездит байк, техника торможения и насколько хорошо функционирует каждый из компонентов тормозной системы.Вот почему так важно следить за состоянием тормозных колодок и дисков. К счастью, есть три очень простых способа измерить износ и поддерживать максимальную эффективность торможения.
Вот три простых (но часто упускаемых из виду) способа узнать, когда пора менять компоненты тормозной системы:
Ты все еще в ритме?
Самый простой способ узнать, когда пора заменять тормозные колодки ? Взгляните на открытый конец этого тормозного суппорта, чтобы взглянуть на профили тормозных колодок.Подобно тому, как шина имеет индикаторы износа, которые показывают, когда протектор изношен до минимально приемлемой толщины, на тормозной колодке обычно есть индикатор износа, вырезанный в фрикционном материале до минимальной безопасной толщины (обычно толщиной около 1/8 дюйма). Видите паз? У тебя все еще есть смысл. Больше не видите четкой бороздки? Пришло время заменить колодки на новый. Обязательно проверьте обе накладки — они не всегда изнашиваются равномерно. Вы можете проверить толщину визуально или использовать микрометр для точного измерения.
Пока вы там пялились на колодки, посмотрите на тормозной диск. Глубокие канавки, трещины, точечная коррозия или неравномерный износ диска могут отрицательно повлиять на эффективность торможения и означать, что пора заменить тормозной диск.
Не сдавайся
Часто во время езды вы можете почувствовать, что тормоза вашего велосипеда изнашиваются и требуют внимания. По мере того как фрикционный материал тормозной колодки изнашивается, вы можете заметить, что вам нужно потянуть тормозной рычаг дальше, чтобы велосипед замедлился.Или вы можете почувствовать вибрацию или пульсацию органов управления при замедлении скорости, что может указывать на изношенный или деформированный тормозной диск. При остановке коснитесь самого тормозного диска, нащупывая гребни. Если выступы глубокие или имеется значительная разница в толщине диска между внешним краем и поверхностью диска, то пора проверить биение и износ диска с помощью подходящего калибра.
Помол кофейный.
Постоянный скрежет, скрежет или визг при торможении — это ненормально.Эти звуки могут быть связаны с тем, что ваш велосипед говорит вам, что тормозные колодки сильно изношены, возможно, даже через фрикционный материал до металлической опорной пластины. А это может означать повреждение тормозных дисков и, безусловно, снижение эффективности торможения. Не теряйте ни секунды — визуально проверьте тормозные колодки и диски велосипеда, как описано выше, и немедленно замените изношенные детали. Обратите внимание, что некоторые тормозные материалы могут периодически издавать легкий визг, что является нормальным явлением. О материале тормозных колодок мы поговорим в одном из следующих постов.
Если пришло время заменить колодки или диски, ознакомьтесь со всем верхним комплектом тормозов, доступным для вашего велосипеда от BRAKING®, ведущего производителя OEM и высокопроизводительных компонентов для вторичного рынка тормозов. Вы найдете все это на сайте sunstar-braking.com. У вас есть вопросы или вы не можете дождаться следующего выпуска, чтобы узнать больше о вариантах торможения? Не стесняйтесь обращаться по телефону к нам по телефону с вопросами.
Как работают тормозные диски?
дисковая тормозная система
Электрическая революция, возможно, все еще находится в зачаточном состоянии, но нельзя отрицать, что двигатели, работающие на ископаемом топливе, находятся в долгосрочном периоде.Тем не менее, будь то двигатели с батарейным питанием или на топливных элементах, будущие более экологичные автомобили по-прежнему должны будут уделять приоритетное внимание безопасности пассажиров для любых коммерческих или массовых автомобилей. Тогда мы можем с уверенностью предположить, что тормозная система не изменится в обозримом будущем, пока, конечно, не будет произведена более революционная система.
В большинстве выпускаемых сегодня автомобилей используется дисковая тормозная система; барабаны до сих пор используются некоторыми производителями, однако их эффективность меркнет по сравнению с дисковыми тормозами.
Дисковая тормозная система состоит из множества различных компонентов, но по своей основной функции система состоит из диска / ротора, тормозного суппорта и тормозных колодок. Когда педаль тормоза нажата, тормозная жидкость создает давление и прижимает тормозную колодку к ротору, создавая трение. Это трение замедляет вращение колес и самого автомобиля. Простой?
Очевидно, что здесь есть кое-что еще, поскольку каждый компонент спроектирован так, чтобы максимизировать тормозные характеристики.
Диск / ротор
Диск или ротор является самой большой частью дисковой тормозной системы и крепится к каждому колесу через отверстия в передней части ступицы (на рисунке). Диски обычно состоят из чугуна, но каждый из них будет иметь определенную смесь металлов в зависимости от типа автомобиля и требований к характеристикам. Диск является контактной поверхностью для создания трения в тормозной системе, поэтому он должен выдерживать огромное давление и высокую температуру.
Из-за сильного нагрева диска во время процесса, большая его часть вентилируется, оптимизируя поток холодного воздуха во время торможения.Это предотвращает перегрев диска, что может привести к повреждению диска или других частей системы. Конструкция вентиляционных отверстий зависит от требований производителей автомобилей и может принимать различные формы и типы. Другой метод, используемый для увеличения потока воздуха, — это обработка канавок на внешней стороне диска. Как и вентиляционные отверстия, они увеличивают площадь поверхности и оптимизируют поток воздуха непосредственно к диску и тормозной поверхности.
Здесь вы можете узнать больше о различных типах тормозных дисков, вентиляционных отверстиях и канавках.
Тормозной суппорт
Тормозные суппорты представляют собой зажимы, которые надеваются на диск. Их основная функция — прижимать тормозные колодки к диску, и они делают это с помощью поршней и гидравлической тормозной жидкости.
Внутри суппортов находятся поршни, к которым прикреплены тормозные колодки. Когда мы ставим ногу на тормоз, жидкость под давлением направляется к поршням, и они давят на колодки, которые контактируют с поверхностью диска.
Подробнее о тормозном суппорте можно прочитать здесь.
Колодки тормозные
Последним основным компонентом системы тормозных дисков является тормозная колодка — колодка представляет собой стальную опорную пластину с фрикционным материалом, прикрепленным к их поверхности. Обычно внутри суппорта тормоза размещаются два, прикрепленных к поршням так, чтобы поверхность трения была направлена на диск.
Обязательно наличие достаточного фрикционного материала на колодке, так как диск может быть поврежден и изношен без правильного контакта во время процесса торможения.Тормозные колодки могут быть из самых разных материалов, в зависимости от типа транспортного средства, которое необходимо остановить.
Чтобы остановить транспортное средство весом более 1000 кг, колодки должны выдерживать сильное нагревание и трение. Удивительно, но для изготовления тормозных колодок используется большое количество различных материалов, и все они обладают значительной прочностью. Самый популярный материал, который, вероятно, будет использоваться в вашей машине, — это металлические тормозные колодки. Они представляют собой смесь разных металлов; обычно из железа, меди, стали и графита.
Металлические тормозные колодки тяжелые, и если главное — скорость, то нужен более легкий материал, например керамика. Вы можете узнать больше о различных типах и материалах тормозных колодок здесь.
Цех литейного цеха
В MAT Foundry Group мы специализируемся на литье и механической обработке тормозных дисков и тормозных суппортов, двух основных компонентов дисковой тормозной системы. Наши высококвалифицированные инженеры-технологи и инженеры-разработчики поддерживают как производителей оригинального оборудования (OEM), так и заказчиков послепродажного обслуживания в области исследований и разработок по всему миру.
Наша дочерняя компания MAT Friction Group обслуживает рынки легковых, коммерческих и тяжелых транспортных средств с различными тормозными компонентами, включая колодки, прокладки и задние пластины, а также тормозные колодки и накладки.
MAT FOUNDRY GROUP ЯВЛЯЕТСЯ ВЕДУЩИМ ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ СЕРЫХ И ЧУГУННЫХ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ. ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О НАС ПРОСМОТРЕТЬ НАШИ ПРОДУКТЫ ИЛИ СВЯЗАТЬСЯ С НАМИ СЕГОДНЯ
Как узнать, когда необходимо заменить тормозные диски
Не каждый владелец транспортного средства знает, что искать, так как же определить, что тормозные диски изношены? Тормоза жизненно важны для автомобиля.Визг тормозов иногда может быть признаком того, что с вашей системой что-то не так. Иногда это может быть простой вопрос, который легко решить. Однако во многом это также может быть признаком надвигающейся опасности. Крайне важно поддерживать тормозные диски в оптимальном состоянии.
Используя глаза
Обычно тормозные колодки видны сквозь колеса. Поворачивая рулевое колесо, пока колеса не будут указывать очень далеко влево или вправо, вы откроете внутреннюю часть колес для облегчения обзора тормозов.Вы должны увидеть, какая толщина осталась на подушке. Должна быть видна хотя бы одна дюйма тормозной колодки. Если кажется, что их меньше, замените их.
Когда автомобиль тормозит во время движения, колодки оказывают давление на ротор, в результате чего автомобиль останавливается. Со временем ваши роторы также изнашиваются, и вы можете обнаружить, что колодки образовали небольшую канавку в роторе. Это очень вредно для ротора, и этого следует избегать. Здоровый тормозной ротор будет иметь гладкую и ровную поверхность, свободную от пыли, канавок и песка.
Использование ушей
Прислушайтесь к шуму тормозов. Когда вы едете, автомобиль сообщит вам, нужно ли заменить тормоза или тормозные диски. Визг или писк обычно являются отличным признаком. Если вы слышите скрежет, направляйтесь прямо к механику, потому что это верный признак износа тормозных колодок, и они изношены до металла. Это подвергает вас опасности повредить тормозные диски.
АБС
Если ваш автомобиль оснащен антиблокировочной тормозной системой (ABS), износ тормозных колодок или роторов до металла очень опасен.У ABS есть датчики, которые предупреждают, когда вы тормозите слишком низко. Игнорирование этого при продолжении движения приведет к повреждению датчика, который также придется заменить.
Тормоз
Если при нажатии на педаль тормоза вы чувствуете вибрацию или раскачивание, вполне возможно, что роторы перекручены или деформированы. Это будет более вероятно, если вы какое-то время слышали скрежет и проигнорировали его. При ударе тормоза сильно нагреваются, и металл легко деформируется.Если вы чувствуете колебание или вибрацию при торможении, это будет предупреждением о том, что тормозные колодки не обеспечивают хороший контакт с тормозными роторами.
Сервисное обслуживание
Обслуживание очень важно для всех движущихся частей вашего автомобиля, и вы должны поддерживать автомобиль в наилучшем состоянии, чтобы он прослужил вам долгое время и оставался надежным. Жизненно важные функции выполняют не только тормоза, но и все остальные движущиеся части.
Проектирование, разработка и термический анализ КЭ тормозного диска с радиальными канавками, полученного методом прямого лазерного спекания металла
Материалы (Базель).2018 июл; 11 (7): 1211.
Кафедра машиностроения, Инженерный колледж, Университет короля Халида, P.O. Box 394, Abha 61421, Саудовская Аравия; as.ude.ukk@inraglaasПоступило 6 мая 2018 г .; Принято 10 июля 2018 г.
Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Эта статья цитировалась другими статьями в PMC. .Abstract
В данной исследовательской работе проанализировано влияние модификации конструкции с радиальными канавками на характеристики дискового тормоза и его термические характеристики при использовании мартенситностареющей стали на основе 3D-печатного материала на основе аддитивного производства. Распределение температуры по поверхности диска оценивалось с различными граничными условиями, такими как скорость ротора, тормозное давление и время торможения. Модификация конструкции и количество радиальных канавок были определены исходя из существующих размеров. Радиальные канавки были нанесены на поверхность диска с помощью процесса прямого лазерного спекания металла (DMLS), чтобы увеличить площадь поверхности для максимального рассеивания тепла и уменьшить напряжения, возникающие во время процесса торможения.Радиальные канавки действуют как охлаждающие каналы, которые обеспечивают эффективное охлаждение поверхности диска, которая находится в тяжелых условиях внезапного падения и повышения температуры во время работы. Программное обеспечение ANSYS используется для нестационарного структурного и термического анализа, чтобы исследовать изменения профиля температуры на диске с индуцированным тепловым потоком. Термоструктурный анализ на основе КЭ был проведен для определения тепловых деформаций, возникающих в диске из-за резких колебаний температуры. Наблюдались максимальная температура и напряжение по Мизесу в дисковом тормозе без канавок на поверхности диска, что может серьезно повлиять на термическую усталость и разрушение поверхности тормозного диска.Путем включения радиальных канавок было замечено, что поверхность дискового тормоза является термически стабильной. Результаты экспериментов хорошо согласуются с результатами термического анализа КЭ. DMLS обеспечивает легкое изготовление дискового тормоза с радиальными канавками и улучшение характеристик дискового тормоза при более высоких скоростях и температурах. Таким образом, DMLS предоставляет эффективные средства внедрения технологии разработки продуктов.
Ключевые слова: конструкция , дисковый тормоз, 3D печать на металле, прямое лазерное спекание металла, анализ термического напряжения, радиальные канавки
1.Введение
Одним из замечательных процессов аддитивного производства (AM), который позволяет прямое производство путем добавления слоев материала, является прямое лазерное спекание металла, которое было разработано для преодоления недостатков традиционных процессов. Процесс DMLS позволяет напрямую производить компоненты с чистым качеством формы. Основным преимуществом процесса AM является меньшее количество постпроизводственных процессов, отсутствие геометрических ограничений и минимально возможный размер элемента около 100 мкм. DMLS использует методы обработки на основе лазера с различными материалами для 3D-печати, такими как полимеры, металлы, керамика и композиты.Основная цель этой исследовательской работы заключалась в том, чтобы заполнить наблюдаемый пробел в исследованиях по предотвращению нежелательных тепловых деформаций, термической усталости и теплового повреждения поверхности диска из-за внезапных изменений тепловых граничных условий. В рамках данной исследовательской работы был разработан дисковый тормоз с радиальными канавками на поверхности диска. Эти модификации достигаются за счет использования в производстве процессов DMLS на основе аддитивного производства. Murr et al. [1] использовали машину DMLS, оборудованную подачей порошка, станиной и источниками энергии лазера для спекания и плавления.CAD-модель энергии, передаваемой металлическому порошку во время DMLS, основана на полном плавлении порошкообразного состояния материала с помощью мощного лазерного луча (100–500 Вт). Исходный материал для 3D-печати в виде порошка наносится на подложку; наплавленный слой составляет несколько десятков микрон (25–50 мкм). С помощью DMLS можно обрабатывать различные типы металлов; наиболее распространенными металлами, используемыми в этом процессе, являются алюминиевые сплавы, никелевые сплавы, инструментальные стали и нержавеющие стали. В данной работе мартенситностареющая сталь рассматривалась для изучения термического поведения напечатанного на 3D-принтере металла при резком повышении и понижении температурных условий.Мартенситностареющая сталь представляет собой группу мартенситных сталей с меньшим содержанием углерода. Эти стали обозначаются как сочетание «мартенситного» и «старения», поскольку эти стали проходят различные термические обработки старением для повышения прочности и твердости. Мартенситностареющая сталь наиболее подходит для DMLS, так как она обладает хорошей свариваемостью на микроуровне благодаря микронной ванне расплава в процессе DMLS с высокой скоростью охлаждения. Доказано, что свойства этих сталей хорошо подходят для типичных тяжелых условий эксплуатации в аэрокосмической, автомобильной и инструментальной промышленности.Наиболее коммерчески доступными сортами для мартенситностарея являются 200, 250, 300 и 350, которые определяют предел текучести в килограммах на квадратный дюйм с номинальным пределом текучести для мартенситностареющей среды от 1500 до 2500 МПа. Значение твердости по Виккерсу в 10 кгс составляет HV123 (10 кг), плотность составляет 8,2082 г / куб.см, диапазон температур составляет от 450 до 650 ° C для обработки старением, и должен быть сделан правильный выбор рабочих температур для достижения желаемой прочности в течение разумного интервала времени. Мартенситностареющие стали применяются для применений с меньшим содержанием кобальта и никеля и производятся для снижения затрат.Прочность мартенсита контролируется содержанием углерода, в то время как Ni и Al оказывают меньшее влияние, чем другие легирующие элементы. Электронно-дисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX) выявляет характеристики мартенситностареющей стали (MS1), напечатанные на 3D-принтере, как показано на рис. Каждый элемент имеет уникальный спектр излучения. Измеряя интенсивность пиков спектра после соответствующей калибровки, можно получить количественную оценку химического состава для состава материала мартенситностареющей стали, указанного в. Ожидается, что потребность в металлической 3D-печати будет расти быстрее, чем в пластиковой.В данном контексте был обнаружен пробел в исследованиях, позволяющий избежать этих нежелательных тепловых деформаций, термической усталости и теплового повреждения поверхности диска из-за внезапных изменений тепловых граничных условий. Таким образом, в ходе этой исследовательской работы был разработан дисковый тормоз с модификациями поверхности диска с радиальными канавками, и эти модификации были достигнуты с использованием процессов DMLS для облегчения изготовления. Сегодня производители автомобилей используют технологию 3D-печати для изготовления прототипов и функциональных деталей.В 3D-CAD геометрии показаны без радиальных канавок и с радиальными канавками, имеющими оптимальные размеры канавок. 3D-печать также может улучшить качество за счет более легких деталей, лучшей эргономики и большей свободы дизайна. Автомобильные компании также обнаружили, что общее время производственного цикла сокращается за счет экспериментов с 3D-печатью сборочного приспособления, приспособлений и инструментов по индивидуальному заказу, что делает детали дешевле, легче и быстрее, что часто является ключевой целью автомобильной промышленности, что указывает на возможности для производства 3D-печати.
3D-печать из мартенситностареющей стали. Характеристики, блок-схема анализа конструкции дискового тормоза.
Геометрии в 3D-CAD: ( a ) без радиальных канавок; ( b ) с радиальными пазами; и ( c ) оптимальные размеры и площади канавок.
Таблица 1
Состав материала, мас.% Мартенситностареющей стали.
| Металл | Вес% |
|---|---|
| Ni | 17–19 |
| Co | 8.5–9,5 |
| P / S | Макс. 0,01 |
| Mo | 4,5–5,2 |
| Ti | 0,6–0,8 |
| Al | 0,052–0,15 |
| C | Макс. 0,03 |
| Cr / Cu% | Макс. 0,5 |
| Fe | Весы |
2. Разработка дискового тормоза с помощью DMLS
Процесс аддитивного производства на основе DMLS относится к цифровым данным 3D CAD, используемым для создания твердой модели слоями путем осаждения расплавленного металла, и помогает в разработке сложных продуктов, которые могут быть легкими и стабильными [2].Твердая модель во время лазерного спекания подготавливается путем позиционирования и разрезания с помощью программного обеспечения для 3D-печати, а именно Magics RP. Формат STL данных САПР преобразуется в данные слоев с помощью процессора построения, доступного в машине 3DP. Станок DMLS имеет строительный объем 250 мм × 250 мм × 325 мм, оснащен волоконным лазером мощностью 400 Вт со скоростью сканирования 7 м / с [3]. Во время DMLS металлический порошок под воздействием лазерного луча образуются капли расплава, а из-за движущегося луча образуются лужи расплава, которые можно рассматривать как небольшие отливки.Характеристики мартенситностареющей стали, напечатанной на 3D-принтере, приведены в. После получения окончательной 3D-печати дискового тормоза из мартенситностареющей стали его подвергли термообработке для повышения твердости и механических свойств, стабильности размеров, снижения остаточных напряжений, коррозионного растрескивания и усталости. Температура выдержки 490 ° С в течение 5–8 ч при охлаждении на воздухе. Машина для 3D-печати EOS M-290 — это гибкая, быстрая и экономичная система для производства металлических деталей. В этой работе 3D-печатная мартенситностареющая сталь (MS1) рассматривалась из-за ее замечательных свойств, таких как превосходная прочность, высокая вязкость, отличная обработка поверхности и хорошая теплопроводность.Herzog et al. [4] показали, что мартенситностареющая сталь находит применение в критических деталях в автомобилестроении, авиакосмической промышленности, в конструкционных элементах, инструментах, станках, крепежных изделиях и в производственных секторах.
Таблица 2
Свойства мартенситностареющей стали, напечатанные на 3D-принтере.
| Физические свойства | |
|---|---|
| 1. Типичная точность: | 0–20 мкм |
| 2. Усадка при старении: | 0,08% |
| 3.Наименьшая толщина стенки: | 0,3–0,4 мм |
| 4. Относительная плотность | 100% |
| 5. Удельная плотность | 8–8,1 г / см 3 |
| 6. Шероховатость поверхности Ra | 4–6,5 мкм |
| 7. Шероховатость поверхности Rz | 20 мкм |
| Механические свойства | |
| 1. Предел прочности на разрыв: | 2050 ± 100 МПа |
| 1100 ± 100 МПа | |
| 3. Твердость | 50–56 HRC |
| 4. Модуль упругости при растяжении | 180 000 ± 20 000 МПа |
| 1. Теплопроводность | 20 ± 1 Вт / м ° C |
| 2. Удельная теплоемкость | 450 ± 20 Дж / кг ° C |
| 3. Рабочая температура: | 400 ° C |
Тормозной диск, разработанный системой EOS M-290, и дисковый тормоз, разработанный в процессе DMLS, изображены на.Микрофотографии поверхности дискового тормоза, анализ морфологии порошка верхних поверхностей дискового тормоза в условиях теплового потока и температуры поверхности были выполнены на растровом электронном микроскопе (СЭМ) Zeiss EVO 50 (ZEISS, Йена, Вена, Германия). СЭМ-микрофотография поверхности тормозного диска, показанная на радиусах 50 мм и 100 мм, представляет высокотемпературную область мартенситностареющей стали с помощью высокоэнергетического коллимированного электронного луча микроскопа Leitz Aristomet (Leitz, Hicksville, NY, США) с высоким разрешением и высоким разрешением. глубина резкости.Анализ дифференциальной сканирующей калориметрии, показанный в, был выполнен с использованием HITACHI (Hitachi Systems, Chiyoda, Токио, Япония), дифференциального сканирующего калориметра серии DSC7000, оборудования TGDSC-DTA в KELVIN LABS (Kelvin Lab Inc, Хайдарабад, Теленгана, Индия) в азоте. газовая атмосфера при трех различных скоростях нагрева (30, 40 и 50 ° C / мин) от 30 до 1000 ° C, со скоростью сканирования от 0,01 ° C до 150 ° C / мин, диапазон измерения ТГ составляет ± 400 мг. Мартенситные образцы были приготовлены путем вырезания небольших образцов, имеющих вес около 5.120 мг. Тесты DSC проводились для оценки фазовых изменений и последовательности реакций. Прибор для тестирования DSC состоит из пустого тигля и другого тигля, содержащего маразирующий образец. Их одновременно нагревают и выдерживают при определенной температуре. Кривая ДСК показывает тепловой поток, то есть количество энергии, которой обменивается образец, в зависимости от температуры. ДСК позволяет изучать последовательность фазовых превращений при точных неизотермических температурах. На кривой ДСК наблюдали, что образец MS1 стабилен.При температуре испытания от 300 до 1000 ° C фазового перехода не наблюдалось. Типовые характеристики DSC приведены в.
( a ) Разработка тормозного диска в EOS M-290 и ( b ) Дисковый тормоз, разработанный DMLS.
СЭМ поверхности тормозного диска, подвергшейся воздействию высоких температур (HTR) при: ( a ) R = 50 мм; и ( b ) R = 100 мм.
Анализ методом дифференциального сканирования (ДСК) мартенситностареющей стали от температуры окружающей среды до 1000 ° C.
Таблица 3
Типичные характеристики DSC.
| 1. Методы испытаний DSC | ASTM E1269-05 |
| 2. Температурный диапазон | От окружающей среды до 1100 ° C. |
| 3. Точность температуры | ± 0,2 K |
| 4. Точность температуры | ± 0,02 K |
| 5. Разрешение по температуре печи | ± 0,00006 K |
| от 0,02 до 300 К / мин | |
| 7. Скорость охлаждения | 0.От 02 до 50 К / мин |
| 8. Калориметрическое разрешение | 0,01 мкВт |
| 9. Среда измерения | Азот. |
| 10. TG Диапазон измерения | ± 400 мг |
| 11. Скорость сканирования | от 0,01 ° C до 150 ° C / мин |
| 12. Чувствительность | 0,2 мкг. |
3. Предыдущие исследования термического анализа дискового тормоза
Belhocine et al. [5] представили смоделированное тепловое поведение тормозного диска и определили начальный поток, входящий в диск, чтобы оценить коэффициент конвекции и визуализировать температуру диска (3D).Мы пришли к выводу, что на температуру влияют конструкция, материалы и режим. Choi et al. [6] сообщили, что резкое повышение и понижение температуры в металлических частях скользящих систем вызывает неравномерные термические напряжения из-за теплового расширения. Это явление особенно заметно в дисковых тормозах при высоких тепловых нагрузках. В данной статье рассматривается конечно-элементное моделирование процесса нагрева при трении в дисковых тормозах с целью изучения распределения температуры и напряжения во время работы. Andinet et al.[7] представили факторы, влияющие на эффективность торможения поезда во время торможения, и обнаружили, что основными факторами являются температура и коэффициент трения между колодкой и тормозным диском. Анализ температурных переходных процессов дисковой тормозной системы был проведен для оценки узловой температуры при различных тепловых и рабочих условиях. Balaji et al. [8] сообщили, что термическое разложение является важным фактором для определения термической стабильности продукта с учетом применения тормоза. В данной статье рассматривается роль различных волокон, таких как арамидные, акриловые и целлюлозные волокна.Термогравиметрический анализ показал, что композит NA03 имеет минимальную потерю веса и более термостабилен. Grzes et al. [9] и Марко и др. [10] сообщили о влиянии угла наклона накладки колодки на температурные поля на дисковом тормозе. Была разработана трехмерная модель конечных элементов (КЭ) системы колодка – диск и проведены расчеты для единичного процесса торможения при постоянном замедлении с контактным давлением, соответствующим углу наклона колодки и оцененным распределениям температуры для обеих контактных поверхностей колодка и поверхность диска.Они разработали и оценили трехмерную (3D) модель термоструктурной связи и осуществили переходный термический анализ термоупругого контакта дисковых тормозов с изменением тепловыделения, генерируемого трением. Они обнаружили, что источником термической усталости является термоупругая задача с использованием метода конечных элементов. Результаты показывают, что максимальное эквивалентное поверхностное напряжение может превышать предел текучести материала во время экстренного торможения, что может вызвать накопление пластических повреждений в тормозном диске, в то время как остаточное растягивающее кольцевое напряжение возникает при охлаждении.Структурный и термический анализ FE был проведен с учетом размеров и спецификаций модели автомобиля Corolla. Спрос на этот автомобиль растет во всем мире из-за его низкой стоимости, высокой топливной экономичности и различной тягово-сцепной способности в соответствии с требованиями дорог. Максимальная скорость этого автомобиля — 200 км / ч. Эта высокая скорость является причиной того, что этот автомобиль был рассмотрен для структурно-термического анализа дискового тормоза, а максимальная скорость была использована для термического анализа. Приведенные в таблице размеры диска и колодок были использованы для создания трехмерной модели в твердотельных изделиях с радиальными канавками и без них.Средний тормозной путь с полностью загруженным дисковым тормозом при скорости движения 25 ° C варьируется от 100 до 200 м в условиях экспериментальных испытаний, требуя в среднем 81 м тормозного пути при скорости замедления 8 м / с 2 за 4,5 с. Для анализа скорость автомобиля снизилась с 33,34 до 0 м / с за 4,5 с. Цикл однократного торможения использовался для термического и структурного анализа, поскольку материал восстанавливает свое первоначальное упругое состояние после снятия тормозного усилия. Lopez et al.[11] сделал несколько предположений, чтобы упростить термический анализ, и температура поверхности на выходе измерялась экспериментально и сравнивалась с КЭ-анализом [12,13]. Рассматривалось тепло, рассеиваемое через поверхность тормозного диска при наложении тормоза, и тепловой поток, приложенный к поверхности, с радиальными канавками и без них. Huajiang et al. [14] рассматривали конвекцию теплопередачи только после того, как тормоз был завершен и автомобиль разогнался, чтобы восстановить свою первоначальную скорость. Эти области включают эффективную площадь поверхности для приложения тормозного давления с радиальными канавками на поверхности диска и без них.Оставшаяся площадь поверхности диска считалась изолированной с целью сравнения температур поверхности с канавками и без них при тормозном давлении 1 МПа.
Таблица 4
Свойства колодки и диска.
| Свойства | Диск | Тормозная колодка | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модуль Юнга (Н / мм 2 ) | 180,000 ± 20,000 МПа | 1500 | |||||||
| Плотность ) | 8–8.1 г / см 3 | 2595 | |||||||
| Коэффициент Пуассона | 0,3 | 0,25 | |||||||
| Теплопроводность, Вт / м ° C | 20 ± 1 Вт / м ° C | 1,212 | 1,212 | 1,212 | 1,212 | 1,212 | Предел прочности на разрыв, Н / мм 2 | 2050 ± 100 МПа | — |
| Коэффициент трения | 0,35 | 0,35 | |||||||
| Удельная теплоемкость (Дж / кг | 450 ± 3) 9011 20 Дж / кг ° C | 1465 |
4.Распределение температуры в дисковом тормозе
Чтобы исследовать температурное поведение тормозных дисков, необходимо получить распределения температуры как функцию времени торможения, скорости и тормозного давления. В этом исследовании была предпринята попытка включить радиальные канавки на поверхности диска с помощью DMLS и спрогнозировать температурный отклик из-за этих модификаций конструкции. Вращательное движение тормозного диска вызывает контакт поверхности скольжения между колодкой и диском с выделением тепла. Hudson et al.[15] показали, что следует учитывать температуру поверхности из-за трения, выделяемого теплом. Сила трения определяется по распределению давления на контактных поверхностях диска и колодки. Согласно Mahmoud et al. [16], кинетическая энергия автомобиля, когда тормоза прикладываются к колодкам, которые прижимают тормозной ротор, преобразуется в тепловую энергию [17]. В случае дисковых тормозов кинетическая энергия преобразуется в тепловую. M v — это общая масса транспортного средства, а V i — начальная скорость транспортного средства, а тепло, рассеиваемое каждым диском, равно K e = 1 / 2M v V i 2 , т.е.е. скорость тепла, выделяемого из-за трения, равна мощности трения, и эта теплота трения поглощается тормозным диском и колодками. Если предполагается, что вся сила трения передается в тепловую энергию, то необходимо учитывать коэффициент теплового распределения γ p . Тепловая энергия, генерируемая на поверхности трения тормоза, может передаваться как на ротор, так и на колодки. Это распределение энергии зависит от теплового сопротивления тормозных дисков и колодок, которое дополнительно зависит от плотности, теплопроводности материала и теплоемкости.Тепловое сопротивление тормозных колодок должно быть больше термического сопротивления ротора, чтобы тормозная жидкость не подвергалась воздействию высоких температур. Коэффициент распределения (γ) теплового воздействия на тормозной диск и колодку был определен по термической эффузии ξ, определяемой по формуле
ξed = kdρdcd, ξep = kpρpcp
(1)
Площадь фрикционного контакта колодки и диска определяется из уравнений, представленных как
Acp = ∅c∫r1r2r dr, Acd = 2 × π∫R1R2R dr
(2)
Суммарное тепло, выделяемое на границе раздела фрикционных контактов Q Всего равно тепловому потоку в диск Q диск и колодку Q Pad , а энергия торможения, которая называется коэффициентом распределения тепла γ p , определяется из следующего уравнения:
γp = ξedAcdξedAcd + ξepAcp
(3)
где ξ ed и ξ ep — термическая эффузия диска и колодки; это распределение тепловой энергии зависит от теплового сопротивления ротора колодки и тормозного диска, которое связано с их теплопроводностью, плотностью материалов и теплоемкостью.CAD модели диска и колодки с 6, 9 и 18 радиальными канавками на поверхности диска показаны на рис. Тепловой поток, создаваемый прижиманием колодки к трущейся поверхности ротора, является только источником тепла, подводимого к диску; Величина этого теплового потока была рассчитана по основному принципу энергии, а подвод энергии выражен в терминах скорости диска ротора, радиуса ротора, коэффициента трения и распределения давления [18]. Выделение тепла при трении из-за трения контактных поверхностей двух поверхностей тормозной системы, коэффициента трения, скорости транспортного средства, геометрии ротора диска и колодки, а также распределения давления на поверхностях скольжения.При равномерном распределении давления тепловой поток Q Total на площади контакта под распределением давления учитывается в термическом и структурном анализе [19].
CAD модель тормозного диска и колодки с ( a ) 6, ( b ) 9 и ( c ) 18 радиальными канавками на поверхности диска.
В данном термическом анализе температура окружающей среды принималась равной 25 ° C, а температура поверхности тормозного диска составляла 37,2 ° C при скорости 100 км / ч. Предполагалось, что отвод тепла от поверхности тормозного диска в атмосферу за счет процесса конвекции определяется соотношением Q f = h C A Cd (T s — T a ), где Q f находится в Вт; hc — коэффициент конвективной теплоотдачи; Входные параметры и размеры тормозных дисков приведены в таблице, Acd и Acp — площадь контактной поверхности диска и колодок, соответственно, в м 2 ; Ts — температура поверхности тормозного диска; Ta — температура окружающего воздуха в ° C.Коэффициент теплопередачи применяется к тормозным дискам в качестве граничного условия теплового потока. Таким образом, увеличение скорости теплоотдачи от поверхностных тормозных дисков снижает температуру поверхности диска по общей площади тормозных дисков [20].
Таблица 5
Входные параметры и размеры тормозных дисков.
| Внешний радиус тормозного диска, мм | 120 |
| Внутренний радиус тормозного диска, мм | 60 |
| Внутренний радиус колодки, мм | 60 |
| Внешний радиус колодки, мм | 120 |
| Толщина тормозной колодки, мм | 12 |
| Толщина тормозного диска, мм | 24 |
| Тормозной диск Высота, мм | 49 |
| Начальная скорость v, км | 30 |
| Масса автомобиля, м, кг. | 1385 |
| Угол наклона колодки (в градусах), 20% | 650 |
| Замедление ad, м / с 2 | 8 |
| Толщина канавки, мм 6 | |
| Эффективный радиус тормозного диска, R эффективный, мм | 100 |
| Коэффициент распределения диска по стреловидности, ε p | 0,5 |
| Поверхность диска, перемещаемая колодкой A cd, мм 2 | 33,912 |
| Контактное давление P, МПа | 1 |
| Коэффициент теплового разделения γ p | 0.95 |
| Термическая эффективность тормозных колодок. | 2645,7 |
| Тепловая эффективность тормозного диска. | 8971,3 |
Плотность воздуха ρ воздух (кг / мм 3 ) определяется как = 1,225 кг / м 3 , где m a — массовый расход воздуха (м 3 / с), а V avge — средняя скорость воздуха (м / с). Коэффициент конвективной теплоотдачи при различных скоростях воздуха находится по формуле [21].
h c = 0,70 K воздух / d o (R e ) 0,55
(4)
Vavge = 0,015ω [Aoutet + AinletAoutet] [do2 − di2] 0,5 сек
(5)
Площадь радиальных канавок на входе и выходе составляет 8,75 мм 2 Теплопроводность воздуха K воздух = 0,024 Вт / мК. Контактные площади колодки и диска составляют 0,0061236 м 2 , 0,033912 м 2 соответственно. Конвективную теплопередачу Q f на поверхность диска можно рассчитать с помощью уравнения (6) [22].
Qf = 1 − ∅2gmzV02Acdεp
(6)
где Ø — коэффициент покрытия тормозных сил между передней и задней осью, Z = a d / g — эффективность торможения, A cd — поверхность диска, охватываемая тормозной колодкой (m 2 ), ε p — факторная нагрузка, распределенная на поверхности тормозного диска, m — масса автомобиля (кг), g = 9,81 — ускорение свободного падения (м / с 2 ), V 0 — начальная скорость транспортного средства (м / с), и ad — замедление автомобиля (м / с 2 ).Проход канавки дискового тормоза и сектор, выбранный для численного анализа, показаны на. Размеры канавок на поверхности диска составляют 3,5 мм на 2,5 мм каждая, с внешним и внутренним диаметром 240 мм и 120 мм соответственно. Коэффициент теплопередачи h C , связанный с ламинарным потоком для радиальных и нерадиальных канавок на тормозных дисках, был рассчитан для Re <2,4 × 10 5 , где do — внешний диаметр дисков в мм, Re — число Рейнольдса, Ka — теплопроводность воздуха, Вт / м ° С.Экспериментальная проверка была проведена на модифицированном тормозном диске с тормозом с радиальными канавками и без него с использованием бесконтактного термометра Fluke-561, инфракрасного термометра, который может измерять контактную температуру и температуру окружающей среды. ИК-термометр используется для мгновенного измерения горячих движущихся, находящихся под напряжением, труднодоступных объектов. Приведены результаты экспериментов по выделению тепла на поверхности дисков. Температура поверхности диска увеличивается с увеличением времени торможения для дисков различной конструкции.
Таблица 6
Расчет теплового потока при различных влияющих параметрах.
| Время | a d | ∅ | м | г | V0 | z | A CD | ε p | (1 — ∅) | г м z V 0 | 2 A cd ε p | Тепловой поток |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 8 | 0.2 | 1385 | 9,8 | 33,34 | 0,8 | 0,033 | 0,5 | 0,8 | 369,407,2 | 0,03 | 4,925 | 9085 9011 9011 9011 9011
| 1 27,7 | 0,8 | 0,033 | 0,5 | 0,8 | 307,615,7 | 0,03 | 4,101 | |||||
| 2 | 8 | 0,2 | 1385 | 22,2 | 0,8 | 0,033 | 0,5 | 0,8 | 246,269,8 | 0,03 | 3,283 | |
| 3 | 16468 83 0,8 | 0,033 | 0,5 | 0,8 | 184 591,6 | 0,03 | 2,461 | |||||
| 4 | 8 | 0,2 | 1385 | 9,8 | 11.1 | 0,8 | 0,033 | 0,5 | 0,8 | 123,134,9 | 0,03 | 1,641 |
| 5 | 8 | 0,2 | 13854 | 13854 | 13854 | 0,50,8 | 60,903,0 | 0,03 | 0,812 |
5. Экспериментальные подтверждения
Экспериментальные испытания проводились на дисковых тормозах с различными радиальными канавками; Температуры регистрируются, как показано на инфракрасном цифровом термометре, на разных скоростях.Рассчитанные тепловые потоки сведены в таблицу с учетом влияния площадей радиальных канавок на дисковый тормоз.
Регистрация температуры модифицированной поверхности тормозного диска с помощью инфракрасного термометра FLUKE.
Таблица 7
Влияние площади радиальных канавок на тепловой поток дискового тормоза.
| Дисковый тормоз с 6 канавками A c d = 0,03637 м 2 | Ts, ° C | Дисковый тормоз с 9 канавками 22 A d = 0.037602 м 2 | Ts, ° C | Дисковый тормоз с 18 канавками A c d = 0,041292 м 2 | 2 | 9135 C | Qo, Вт / мм 2 | Qo, Вт / мм 2 | Qo, Вт / мм 2 | | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1. | 3,383 | 36,61 | 2,979 | 34.02 | |||||||
| 2. | 4.060 | 38.97 | 3.927 | 38.05 | 3.576 | 35.82 | |||||
| 3. | 4.736 | 4071 | |||||||||
| 4. | 5,413 | 43,60 | 5,235 | 42,40 | 4,768 | 39,43 | |||||
| 5. | 6,089 | 45,92 5.889 | 44,57 | 5,363 | 41,23 | ||||||
| 6. | 6,766 | 48,25 | 6,544 | 46,75 | 5,959 | 43,04113 | |||||
| 48,93 | 6,556 | 44,84 | |||||||||
| 8. | 8,119 | 52,90 | 7,853 | 51,10 | 7,151 | 46,64 | 8.797 | 55.23 | 8.509 | 53.28 | 7.749 | 48.45 |
| 10. | 9.472 | 57.55 | 4684 1162 | 4683 10,14 | 59,88 | 9,817 | 57,63 | 8,939 | 52,06 | ||
| 12. | 10,82 | 62,18 | 10,470 | 59.80 | 9,535 | 53,86 | |||||
| 13. | 11,50 | 64,53 | 11,125 | 61,98 | 10,131 | 55,67 | 10,726 | 57,47 | |||
| 15. | 12,85 | 69,16 | 12,433 | 66,33 | 11,322 | 59,27 | |||||
| 16. | 13,53 | 71,51 | 13,089 | 68,51 | 11,919 | 61,08 |
6. Результаты и обсуждение
Belhocine et al. [23,24,25] использовали программное обеспечение ANSYS для моделирования структурной деформации тормозного диска, и наблюдаемое индуцированное напряжение зависит от таких условий, как скорость, контактное давление и коэффициент трения. Модель CAD была создана, и КЭ-анализ был выполнен с помощью ANSYS 15. Тип элемента Tetrahedron был выбран для термического анализа, и это четырехузловой тепловой элемент более высокого порядка.Четырехузловые элементы имеют превосходную совместимую температурную форму и хорошо подходят для моделирования криволинейных границ, и эти элементы используются для зацепления участков дискового тормоза с канавками и без канавок, показанных на Рис. выбор первого режима моделирования путем определения моделей материалов и физических свойств материалов [26,27]. Переходное тепловое моделирование проводилось с использованием условий моделирования, приведенных в таблице.
FE моделирует модель и дисковый тормоз с радиальными канавками с граничными условиями.
Таблица 8
Переходные условия теплового моделирования.
| Материалы для 3D-печати | Maraging Steel |
|---|---|
| Общее время моделирования | 45 с |
| Начальная температура диска | 60 ° C |
| 0,25 с | |
| Минимальный шаг времени | 0.5 с |
| Максимальный прирост времени | 0,125 с |
6.1. Узлы температуры и контактное давление
In и показано распределение температуры дискового тормоза. Belhocine et al. [28,29] в своих тепловых исследованиях систем колодок тормозных дисков пытались снизить термические напряжения, изменив конструктивные факторы, связанные с распределением температуры в дисковом тормозе и явлением визга. По сравнению с экспериментальными результатами, узловые температуры, полученные при моделировании КЭ, хорошо согласуются, поскольку температура поверхности Ts снижена с 77 до 70.0 ° C с радиальными канавками и без них. Распределение давления на границе поверхности диска с тормозной колодкой, полученное в разное время при моделировании КЭ. Для анализа статической деформации шкала распределения давления варьируется от 0 до 3,0 МПа. Максимальное контактное давление находится на краях тормозного диска и уменьшается от передней кромки к задней кромке из-за трения. Максимальные значения термической деформации варьируются от 979,336 до 433,938 мкм с радиальными канавками и без них, как показано на рис.Это значение было получено для скорости автомобиля 100 км / ч. Сравнительные результаты статической деформации приведены в. Наблюдалась та же тенденция распределения напряжений, и области самых высоких напряжений расположены в одной и той же области с радиальными канавками и без них. Это распределение давления симметрично по сравнению с радиальными канавками и без них.
Узловые температуры при тормозном давлении 1 МПа, без канавок и с канавками на поверхностях дисков.
Термическая деформация при тормозном давлении 1 МПа, без канавок и с канавками на поверхностях дисков.
Фон Мизеса и напряжение для обычного тормозного диска и дискового тормоза с радиальными канавками.
Таблица 9
Сравнение результатов статической деформации.
| Параметры | Без канавки | С канавкой |
|---|---|---|
| Узловая температура | 77 ° C | 70 ° C |
| Термическая деформация 0,9793 | 9038 мм Вонмизес Стресс202.123 Н / мм 2 | 137,076 Н / мм 2 |
6.2. Фон Мизес и напряжение
Максимальное значение, зарегистрированное во время этого КЭ-моделирования для напряжений фон Мизеса при температуре поверхности диска 77 ° C в случае без канавок, составляет 202,123 Н / мм 2 , а с канавками — 137,076 Н / мм 2 . По результатам ANSYS наблюдалось значительное снижение. На более высоких скоростях фон Мизеса и напряжение, вероятно, увеличиваются из-за большего количества тепла от трения, выделяемого во время максимального времени торможения и приложенного давления.Моделирование переходных процессов методом конечных элементов дает изменение распределения температуры во времени, как показано на.
Анализ переходных процессов КЭ обычного ( a ) и ( b ) рифленого тормозного диска.
In показаны подогнанные линейные графики для теплового потока и графики основных эффектов для температур диска. Различные температурные профили наблюдались с 6, 9 и 18 радиальными канавками, но эти температуры ниже по сравнению с дисковым тормозом без канавок, как показано на рис.С помощью этих графиков поверхности возможна оценка теплового потока в зависимости от скорости транспортного средства. Анализ переходных КЭ обычного тормоза и дискового тормоза с канавками был проведен с моделированием условий, приведенных в. Было замечено уменьшение температурного градиента после прохождения определенного расстояния после отпускания тормоза и с увеличением скорости транспортного средства, как показано на. Было замечено, что изменение температуры поверхности диска увеличивается с входящим тепловым потоком, поскольку по мере увеличения скорости транспортного средства тепловой поток, входящий в диск, также увеличивается во время трения между двумя поверхностями скольжения и, таким образом, внезапного повышения температуры. и происходит падение во время торможения.Графики основных эффектов для температур поверхности дисков представляют информацию о количестве теплового потока, поступающего в диски при соответствующих скоростях транспортного средства. Контурная диаграмма представляет собой типичный графический калькулятор, который дает полезную информацию о конструкции дискового тормоза в различных условиях термической нагрузки. Это дополнительный инструмент для оценки температуры поверхности и сравнения узловых температур, полученных путем экспериментального анализа и анализа методом КЭ. Экспериментально определенная температура с канавками и без канавок составила 61.08 и 77,25 ° С соответственно. Это хорошо согласуется с 95% допустимым индексом достоверности. Максимальное тепловое напряжение локализовано на углах внутренней и внешней кромок твердых поверхностей диска. изменения температуры поверхности при разной скорости движения автомобиля представлены в.
Построенный линейный график для температуры и теплового потока и графики основных эффектов для температур диска.
Изменение теплового потока в зависимости от температуры поверхности с 6, 9 и 18 радиальными канавками.
Изменение теплового потока с разной скоростью, температуры поверхности и контурные графики для диапазона температуры поверхности при разном тепловом потоке.
Таблица 10
Изменение температуры в зависимости от скорости автомобиля.
| С канавкой | Без канавки | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Vo, м / с | Эксперимент, температура, (° C) | FEA, температура, (° C) | Эксперимент, температура, (° C) | FEA, Температура, (° C) | ||||||
| 27,78 | 34,02 | 33,5 | 38,37 | 41,15 | ||||||
| 33,34 | 35,82 | 41,05 | 36,59 | |||||||
| 38,89 | 37,62 | 34,6 | 43,72 | 38,24 | ||||||
| 44,45 | 39,43 36105 | 39,43 | 38,0 | 49,07 | 43,58 | |||||
| 55,56 | 43,04 | 39,3 | 51,74 | 47,21 | ||||||
| 61.12 | 44,84 | 41,5 | 54,42 | 48,96 | ||||||
| 66,67 | 46,64 | 50,1 | 57,09 | 52,24 | 77,78 | 50,25 | 45,4 | 62,44 | 58,51 | |
| 83,34 | 52,06 | 50,4 | 65,12 | 59.54 | ||||||
| 88,89 | 53,86 | 52,8 | 67,79 | 61,27 | ||||||
| 94,45 | 55,67 | 56,2 | 3 70,47 669 | 3 70,47 669 9011 | 69,45 | |||||
| 105,5 | 59,27 | 54,1 | 75,81 | 72,12 | ||||||
| 111,1 | 61,08 | 70.0 | 78,49 | 77,25 | ||||||
Максимальное напряжение приходится на внутреннюю поверхность отверстий. Для конфигураций дисков с радиальными канавками максимальные напряжения возникали вокруг отверстий, которые были усилены дополнительными опорами рядом с отверстиями по окружности диска. Следовательно, определенные области, где наблюдаются максимальные напряжения, были усилены, чтобы предотвратить потенциальные трещины и проблемы усталости. Модификации конструкции с радиальными канавками на поверхности диска могут быть одним из возможных решений конструкции тормозного диска для максимального рассеивания тепла, снижения тепловой нагрузки и меньшей термической усталости.Максимальное тепловое напряжение локализовано на углах внутренней и внешней кромок твердых поверхностей диска. Максимальное напряжение приходится на внутреннюю поверхность и боковые отверстия в диске.
7. Выводы
В данной исследовательской работе была предпринята попытка изучить влияние модификации конструкции на поверхность дискового тормоза, совмещенную с радиальными канавками. FE Thermal Analysis был выполнен для анализа тепловых аспектов с геометрическими параметрами, влияющими на структурный и термический анализ дисковых тормозов без и с радиальными канавками.Модификация поверхности дискового тормоза была достигнута аддитивным производством с использованием процесса DMLS. Тормозное давление, время торможения и скорость транспортного средства являются важными параметрами, влияющими на тепловые характеристики тормозной поверхности. На основании результатов экспериментов был сделан вывод, что металлы, напечатанные на 3D-принтере, такие как мартенситностареющая сталь, могут использоваться для увеличения срока службы дискового тормоза с желаемым качеством поверхности и подходят для применения в высокотемпературных дисковых тормозах. Было замечено, что напряжения по фон Мизесу уменьшились в случае дискового тормоза с канавками на 32%, а также изменение температуры узлов составило около 10%.Переходный термический анализ был проведен с использованием метода прямого интегрирования по времени для приложения тормозной силы из-за трения в течение 4 секунд. Результаты, полученные в результате этой исследовательской работы, показали, что для увеличения максимальной площади рассеивания тепла на поверхности дискового тормоза можно включить радиальные канавки, поскольку они увеличивают скорость теплопередачи и снижают температуру поверхности диска. Изменение теплового потока для 18 радиальных канавок меньше по сравнению с 6 и 9 канавками.Из распределения переходной температуры было замечено, что при увеличении времени торможения тепловой поток в диск увеличивается, а также увеличивается температура поверхности. Рекомендуется, чтобы использование дисковых тормозов из мартенситностареющей стали было безопасным, исходя из критериев прочности и жесткости. Все смоделированные значения, полученные в результате анализа методом конечных элементов, являются допустимыми значениями в пределах проектного допуска, и, следовательно, конструкция тормозного диска безопасна на основе сравнительного термического анализа. Эффективное использование процесса DMLS может быть дополнительно расширено при проектировании и анализе термической деформации колодок тормозных дисков, разработанных с помощью 3D-печатных материалов, и может рассматриваться как будущий объем настоящей работы.
Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить деканат научных исследований в Университете короля Халида за финансирование этой исследовательской работы в рамках программы исследовательских групп под номером гранта G.R.P.-324-38.
Номенклатура
| M v | — полная масса автомобиля |
| V i | Начальная скорость автомобиля |
| K e | Кинетическая энергия |
| γ p | Коэффициент теплового разделения |
| ξ ep , ξ ed | Тепловая эффективность колодки и диска. |
| A cp , A cd | Площадь фрикционного контакта колодки и диска. |
| Q Всего | Тепловой поток на контактной поверхности. |
| Q диск , Q колодка | Тепловой поток в диск и колодку. |
| Q f | Конвективная теплопередача |
| Ts | Температура поверхности тормозного диска. |
| Ta | Температура окружающего воздуха в ° C. |
| Ø | сектор охвата тормозных сил |
| Z | Эффективность торможения. |
| г | Ускорение свободного падения |
| м a | Массовый расход воздуха |
| V avge | Средняя скорость воздуха |
Вклад авторов
Концептуализация, G.M.S.A. и S.A .; Методология, G.M.S.A. и С.А.; Программное обеспечение, G.M.S.A .; Расследование, Написание-Подготовка оригинала проекта, G.M.S.A. и S.A .; Writing-Review & Editing S.A .; Supervision S.A .; Администрация проекта, S.A .; Приобретение финансирования, G.M.S.A.
Финансирование
Это исследование финансировалось Университетом Короля Халида, ABHA, Королевство Саудовская Аравия, грантом номер G.R.P.-324-38.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.