بخشی از مقاله
چکیده
هدف از این تحقیق، تعیین دما و آنالیز تنش حرارتی دیسک ترمز چدنی در طی عمل ترمز گیری به روش اجزاء محدود و روش تحلیلی و مقایسه نتایج آن با یکدیگر است.تمرکز این مقاله روی توزیع دما و تنش در راستای ضخامت دیسک است. تنها بخشی از دیسک که تحت تأثیر حرارت بالا قرار دارد در نظر گرفتهشده است. از توپی و پره های تهویه دار صرف نظر است. چون این قسمت ها در نقاط دورتری از تماس لنت و دیسک قرار دارند. و دمای کمتری را جذب میکنند.
دیسک ترمز خودروی سواری سمند LX برای این تحقیق انتخاب شده است. ابعاد دیسک ،خواص ماده چدن و حداکثر سرعت این خودرو به عنوان ورودیهای برای هردو روش تحلیلی و روش اجزاء محدود استفاده شده است. بهطور تحلیلی توزیع دما در راستای ضخامت دیسک محاسبه شده است. روش اجزاء محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس 14 برای توزیع دما و تنش انجام گرفته است به علت تقارن هندسی و بارگذاری متقارن در دیسک فقط نصف ضخامت دیسک و یک قطاع 15 درجه از آن برای تحلیل نرمافزار آباکوس در نظر گرفتهشده است.
نتایج نشان میدهد که حداکثر دما و مؤلفههای تنش فشاری در سطح دیسک اتفاق میافتد و اثرات آن سبب تخریب و شکست در سطح دیسک میشود. بعلاوه مشخص شد که بار حرارتی زیاد سبب بیاثر - یا کم اثر - شدن ترمز و کاهش عمر خستگی چدن به سبب تخریب لایه سطحی میشود. یک تخمین مناسبی بین روش اجزاء محدود و روش تحلیلی تا شکست دیسک به دست آمد.
مقدمه و هدف
یک روتور دیسک ترمز قسمت متحرک مجموعه یک دیسک ترمز است که معمولاً روی اکسل جلو نصب میشود و مهمترین عامل ایمنی و امنیت خودرو است. توانایی یک سیستم ترمز برای اصطکاک حاصل از تماس لنت ها که - در وسیلهای بنام کالیبر ترمز سوار شده است - توسط نیروی هیدرولیکی روی دیسک ترمز اعمال میشود. هدف ترمزهای اصطکاکی کاهش سرعت وسیله نقلیه بهوسیلهی تبدیل انرژی جنبشی خودرو به حرارت از طریق اصطکاک است و انتشار این حرارت به محیط اطراف است. سیستم ترمز عمل ترمز گیری را توسط اجزاء متفاوتش مانند کالیبر، پیستون، سیلندر، لنتها و روتور انجام میدهد
شکل -1 اجزای ترمز دیسکی
دیسک معمولاً از چدن ساخته می شود. از آنجا که لنت های دو طرف دیسک جمع میشوند و فشار وارد میکنند، هردو طرف روتور ماشینکاری شده و صیقلی میشود. معمولاً دو سطح با یک لایه مرکزی تهویه دار از یکدیگر جدا میشوند تا عمل خنک کاری بهتر صورت گیرد. اینگونه دیسکها روتورها را روتورهای تهویه دار مینامند. تغیر شکل زیاد روتورهای چدنی یکی از مشکلات بسیار جدی و مهمی است که طراحان ترمز خودرو با آن مواجه هستند. به همین دلیل آنها تلاش زیادی برای اثربخشی عملکرد ترمز در سرعتهای بالا و خودروهای سنگین دارند چون قطعات ترمز باید در محفظهای مقید و ثابت باشد، که تغییرشکل زیاد آن مناسب نیست.
همچنین بعضی مواقع ممکن است ترکهایی در روتور دیسک ایجاد شود که ناشی از ترمزهای پی درپی درسرعتهای بالا است، که باعث میشود که روتور ترمز در معرض سیستمهای حرارتی شدید و پی در پی قرار بگیرد.. در مرحله ترمز گیری، دما و گرادیان حرارتی زیادی بوجود میآید که سبب تولید تنشهای حرارتی بالایی میشوند، که بوسیله روش المان محدود و تحلیل تنش حرارتی انجام میگیرد. این تنشها باعث تغییر ضخامت دیسک و تغییر شکلهای می شوند که درنتیجه سبب بروز ترک در دیسک میشود.
تحت تاثیرنفوذ حرارت، عملکرد قطعات اصطکاکی کم می شود، سایش افزایش مییابد و ضریب اصطکاک کم میشود. استحکام قطعات به علت تنش حرارتی کاسته میشود. این مقاله سعی در ارائه مقایسه نتایج تحلیلی و نرمافزار آباکوس 14 و خلاصه ای از اطلاعات درمورد تنشهای کششی، فشاری، محوری در طی عمل ترمز گیری است. اثر ترمز دیسکی یک خودرو سواری - سمند - مدل LX برای این تحلیل استفاده شده است.
دما با درنظر گرفتن ملاحظاتی ثابت در نظر گرفته میشود. همچنین سرعت زاویهای، که میزان شار حرارتی روی دیسک ترمز را تعیین میکند، نیز ثابت درنظرگرفته میشود. تغیرات دمایی فقط در جهت ضخامت دیسک اتفاق میافتد، بنابراین آنالیز و تحلیل حرارتی فقط در جهت ضخامت دیسک متمرکز میشود. خصوصیات و ویژگیهای مواد - لنت و دیسک - وابسته به دما فرض میشوند. تنها ناحیههایی که درمعرض تنش حرارتی بالا قرار میگیرند جهت آنالیز انتخاب شدهاند پره ها وتوپی دیسک در نظر گرفته نمیشوند - . تنها تنشهای حرارتی در نظر گرفته میشوند، چون بارهای مکانیکی حاصل از فشار عمودی لنت، نیرو گریز از مرکز و نیروی اینرسی در مقایسه با تنشهای حرارتی ناچیزند.
هدف تحقیق: هدف اصلی از این تحقیق مطالعه آنالیز تحلیلی و آنالیز المان محدود توزیع تنش حرارتی در دیسک ترمز بهواسطه توزیع حرارت است و تأثیر آن بر عمر و کارایی ترمز است.
تئوری و پیشینه تحقیق
به هنگام ترمز گیری درخودروها، حرارت تولید شده به علت تماس اصطکاکی درروتور دیسک ترمزتولید میشودوشارحرارتی به دیسک ترمزمنتشر وهدایت میشود. بیشتر تحقیقات انجام گرفته درموردآنالیزحرارتی -مکانیکی - ترمودینامیکی - دیسک ترمز است.
چوی و لی [1] مقاله ای باعنوان آنالیز المان محدودرفتارهای ترموالاستیکی گذرا - ناپایدار - دردیسک ترمزارائه کردند. یک آنالیز حرارتی ناپایداربرای مسئله تماس ترموالاستیکی دیسک های ترمزباتولیدحرارت اصطکاکی که بااستفاده ازروش المان محدودانجام گرفت.
برای آنالیز پدیده ترموالاستیک دردیسک ترمز، انتقال حرارت رسانایی ومعادلات الاستیک حل شدند.شبیه سازی عددی برای رفتارترموالاستیک دیسک ترمز دروضعیت های مختلف ترمز گیری بدست آمد. نتایج بدست آمده توزیع فشارودماروی هرسطح اصطکاکی بین لنت ودیسک رانشان می داد. تلاتی وجلیل فر [2] آنالیز انتقال حرارت روی یک دیسک ترمز را بیان کردند.
دراین مقاله، معادلات گرمایی حاکم برای دیسک و لنت به فرم معادلات گرمایی گذرا همراه با تولید حرارت اسخراج شدند که به زمان ومکان بستگی داشتند. دراستخراج معادلات گرمایی، پارامترهایی مانند مدت زمان توقف، سرعت خودرو، هندسه و ابعاد مجموعه ترمز، موادسازنده دیسک ولنت ترمز و توزیع فشاردرسطح تماس تاثیرگذار بودند. مسئله به روش تحلیلی با استفاده از تقریب تابع گرین حل شد. نتیجه گرفته شدکه حرارت تولیدشده به علت اصطکاک بین لنت ودیسک بایدبه محیط انتقال یابد تا ازکاهش ضریب اصطکاک بین لنت ودیسک وهمچنین از بالارفتن دمای مجموعه ترمز جلوگیری شود.
ناجی و همکاران [3] مدلی برای بیان و شرح رفتار حرارتی یک سیستم ترمزکاسهای که شامل کفشک ودرام ترمز بود، ارائه کردند. مدل به صورت تحلیلی با استفاده ازروش تابع گرین برای هرنوع عمل ترمز گیری حل شد. رفتارحرارتی برای سه نوع عمل ترمز گیری بررسی شدکه شامل عمل ترمز گیری به صورت ضربه، پله واحد وتابع مثلثاتی است.
بوالحسین وبوچترارا [4] شبیه سازی آنالیزترمومکانیکی کامل روتورترمزدیسکی را مطالعه کردند. انها ناهمواری های سطح وسایشی درلنت را با استفاده ازروش المان محدود وساختن مدل سه بعدی دیسک ترمز تهویه دار باشرایط مرزی ترمودینامیکی انجام دادند. شبیه سازی عددی برای میدان تنش ودمای زودگذر - ناپایدار - بانرم افزارانسیس برای ارزیابی میدان تنش وتغییرشکل ایجاد شده دردیسک که تحت فشارلنت قراردارد انجام گرفت. بعلاوه اثرات مواد بر خواص مکانیکی بهوسیله سه نوع ازچدن مورد بررسی قرارگرفت.
مواد و روشها
جهت مقایسه آنالیز حرارتی بین روش تحلیلی و روش المان محدود، ابعاد و خصوصیات دیسک ترمز خودروی سمند مدل LX انتخاب شده است - شکل - 2 حداکثر سرعت این خودرو بیشتر از 50 متر بر ثانیه است. این سرعت بالا باعث انتخاب این خودرو برای آنالیز دیسک ترمز آن است.
شکل -2 نمای برش خورده دیسک
خواص مکانیکی و حرارتی دیسک ترمز و لنت که ماده تشکیلدهنده آن چدن خاکستری است مطابق جداول 2و 3 است.
