Определение влияния геометрии вентиляционного аппарата на инерцию тормозного диска

Артем Евгеньевич Литвинов; Иван Анатольевич Яицков; Павел Александрович Поляков; Евгений Сергеевич Федотов; Алексей Александрович Голиков

doi:10.22213/2413-1172-2021-3-4-16

Авторы

А. Е. Литвинов Кубанский государственный технический университет
И. А. Яицков Ростовский государственный университет путей сообщения
П. А. Поляков Кубанский государственный технический университет
Е. С. Федотов Кубанский государственный технический университет
А. А. Голиков Кубанский государственный технический университет

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2021-3-4-16

Ключевые слова:

вентиляционный аппарат, момент инерции, тормозной диск, мощность преодоления сил инерции, маховые массы

Аннотация

Разнообразие тормозных дисков определяется наличием различной геометрии вентиляционного аппарата. Современные тормозные диски по геометрии вентиляционного аппарата подразделяются по наличию ребер, которые образуют каналы и шипы для теплоотдачи охлаждающему воздуху. В свою очередь, вентиляционные каналы могут быть радиальными и криволинейными. Шипы подразделяются по геометрии на цилиндрические, призматические и со сложной конфигурацией. В статье предложен расчет мощности, необходимой для преодоления сил инерции тормозного диска, для различных вариантов вентиляционного аппарата. Мощность, затрачиваемая для преодоления сил инерции тормозного диска с радиальными каналами, меньше на 44 %, чем у тормозного диска с криволинейными каналами. Тормозные диски с вентиляционным аппаратом с призматическими шипами имеют мощность, затрачиваемую для преодоления сил инерции, в 1,22 раза меньше, чем диски с цилиндрическими шипами, и с шипами фирмы DBA - в 1,31 раза. При сопоставлении результатов методики определения моментов инерции тормозных дисков с различными вентиляционными аппаратами и CFD-моделей аналогичных тормозных дисков, созданных в программе ANSYS Workbench Mechanical, расхождение составило 5,52 %. В исследовании приведена зависимость мощности преодоления сил инерции от количества ребер. С увеличением количества ребер на 60 мощность для преодоления сил инерции радиальных каналов диска увеличивалась в 1,16 раза, тогда как мощность криволинейных каналов диска возросла в 1,07 раза. При увеличении количества шипов на 50 для диска с цилиндрическими шипами мощность, затрачиваемая на преодоление сил инерции, возрастает в 1,15 раза, тогда как для диска с призматическими шипами имеет место увеличение в 1,05 раза. При увеличении количества шипов на 50 мощность для преодоления сил инерции вентилируемого тормозного диска фирмы DBA увеличивается в 1,17 раза. При проектировании вентиляционных тормозных дисков помимо параметров теплоотвода необходимо учитывать параметры мощностей преодоления сил инерции тормозных дисков, которые влияют на эксплуатационные параметры тормозной системы в целом.

Биографии авторов

А. Е. Литвинов, Кубанский государственный технический университет

доктор технических наук, доцент, и.о. заведующего кафедрой наземного транспорта и механики

И. А. Яицков, Ростовский государственный университет путей сообщения

доктор технических наук, доцент, декан электромеханического факультета

П. А. Поляков, Кубанский государственный технический университет

кандидат технических наук, доцент кафедры автосервиса и материаловедения

Е. С. Федотов, Кубанский государственный технический университет

старший преподаватель кафедры автосервиса и материаловедения

А. А. Голиков, Кубанский государственный технический университет

ассистент кафедры систем управления и технологических комплексов

Библиографические ссылки

Wang Q., Zuo J.Y. Dynamic Thermal Analysis on High-Speed Railway Ventilated Brake Disc under the Effect of Air Flow. Conference: The Second International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance, 2014. DOI: 10.4203/ ccp.104.308.

Dygalo V., Zhukov I. The thermal loading estimation of the friction pairs of a vehicle automated brake system. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, 6. DOI:10.1088/1757-899X/386/1/ 012012.

Uradníchek J., Musil M., Bachraty M., Havelka F. Destabilization of disc brake mechanical system due to non-proportional damping: 26th International Conference ENGINEERING MECHANICS - 2020 (Brno, Czech Republic, November 24 - 25, 2020), pp. 496-499. DOI: 10.21495/5896-3-496.

Vidiya1 M., Singh B. Experimental and Numerical Thermal Analysis of Formula Student Racing Car DiscBrake Design. Journal of Engineering Science and Technology Review, 2017, no. 10, рр. 138-148. DOI: 10.25103/jestr.101.19.

Pasqual G., Malcher L. Thermal Analysis of Brake Discs for Baja SAE Vehicle: 18th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering (16 - 20 November, 2020), 8. DOI: 10.1115/1.4004931. DOI: 10.26678/ABCM.ENCIT2020.CIT20-0644.

Rishi A., Shwetang D., Siddharth S., Shailendra P.V. Pneumatic Braking Mechanism.Engr. XIV, November 2. DOI:10.31224/osf.io/5dtz2.

Victoria R., Petrescu R. Mechatronic Systems to the Braking Mechanisms. Journal of Mechatronics and Robotics, 2020, no. 4, pp. 156-190. DOI: 10.3844/ jmrsp.2020.156.190.

Lan Q., Zhao Y., Liu H. Pressure inverse problem of three-dimensional supersonic flow. Acta Aerodynamica Sinica, 2017, no. 35, pp. 429-435. DOI: 10.7638/ kqdlxxb-2016.0156.

Volchenko N., Volchenko A., Volchenko D., Polyakov P., Malyk V., Zhuravlev D., Vitwickiy V., Krasin P. Features of the estimation of the intensity of heat exchange in selfventilated disk-shoe brakes of vehicle. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2019, vol. 1, no. 5. DOI: 10.15587/1729-4061.2019.154712.

Vdovin A., Gustafsson M., Sebben S. A coupled approach for vehicle brake cooling performance simulations. International Journal of Thermal Sciences, 2018, vol. 123, pp. 257-266. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.05.016.

Hongbin Y., Wei-Tao W., Shangsheng F., Gongnan X. Role of vane configuration on the heat dissipation performance of ventilated brake discs. Applied Thermal Engineering, 2018, vol. 136, pp. 118-130. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2018.03.002.

Li G. The Design of the Automobile Brake Cooling System. Open Access Library Journal, 2018, vol. 05(04), pp. 1-10. DOI:10.4236/oalib.1104567.

Pan L., Han J., Li Z., Yang Z., Li W. Numerical simulation for train brake disc ventilation. Journal of Beijing Jiaotong University, 2015, no. 39, pp. 118-124. DOI: 10.11860/j.issn.1673-0291-2015.01.020.

Momani W. Brake disc static simulation. International Journal of Applied Engineering Research and Development, 2018, vol. 8, no. 2, pp. 23-30. DOI: 10.24247/ijaerddec20183.

Ciolfi M.J. BёMello P.E. Heat Transfer Analysis in a Usual Ventilated Brake Disc. Conference: 12th SAE Brasil International Brake Colloquium & Engineering Display (May 2015). DOI: 10.4271/2015-36-0019.

Subramanian Pm., Devendra O. Strength Analysis of a Ventilated Brake Disc-Hub Assembly for a Multiutility Vehicle. International Research Journal of Engineering and Technology, 2015. DOI: 10.13140/ RG.2.2.31281.89446.

Makhkamov K. Kh. Energy analysis of wear of sliding friction units. Journal of Frictionand Wear, 2017, vol. 38, pp. 168-172. DOI: 10.3103/S1068366617020143.

Расчетная прочность переднего тормозного диска / Р. И. Альмеев, В. В. Савельев, И. Данилов, Г. М. Полищук, А. Р. Асоян // Моделирование систем и процессов. 2020. Т. 13, №. 3. С. 4-9. https://doi.org/10.12737/2219-0767-2020-13-3-4-9.

Kamiya K. Vibration Suppression by a Damping Device with Mass Switch Mechanism (Verification of Validation by Experiment): Conference the Proceedings of the Dynamics & Design (January 2017). DOI: 10.1299/jsmedmc.2017.319.

Gerocs A., Korka Z.I., Biró I. and Cojocaru V. Analytical investigation of an inertial propulsion system using rotating masses. Journal of Physics: Conference Series, 2019. DOI: 10.1088/1742-6596/1426/1/012031.