Эссе. Федеральное агентство железножорожного транспорта
 Скачать 24.34 Kb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОЖОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО УрГУПС) Кафедра: ПиЭА ЭССЕ «ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ И МАТЕРИАЛЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОРМОЗНЫХ ДИСКОВ АВТОМОБИЛЕЙ»по дисциплине «Материаловедение»
Екатеринбург 2017 На сегодняшний день к качеству тормозных дисков автомобилей предъявляются высокие требования. Это связано с тем, что тормозная система должна эффективно останавливать транспортное средство при любых условиях эксплуатации. Принцип действия тормозной системы основан на трении между тормозной колодкой и тормозным диском. Так как современные автомобили обладают не малой массой и, как правило, достигают высоких скоростей, при торможении возникают значительные силы трения, что в свою очередь к нагреву тормозного диска. Поэтому материал изготовления рассматриваемой детали должен обладать как высокой устойчивостью к длительным термическим воздействиям, так и высокой теплопроводностью, для отвода тепловой энергии в окружающую среду во избежание коробления. В общем виде, требования к материалу изготовления тормозных дисков можно представить так:
Наиболее частым выбором материала производства является чугун. Преимущества использования чугуна заключаются в его хороших фрикционных свойствах и дешевизне производства. На этом преимущества чугуна заканчиваются, и начинается большой список недостатков, который ограничивает список транспортных средств, в которых может быть установлена данная деталь. А именно установка чугунных тормозных дисков невозможна в спортивные автомобили и мотоциклы. При регулярных и интенсивных торможениях транспортного средства температура тормозного диска достигает 400°C и выше, что вызывает риск коробления детали, либо ее полное/частичное разрушение вследствие попадания жидкости (прим. лужа) на горячую рабочую поверхность тормозного диска. Кроме того, чугунные диски имеют высокую массу и низкую коррозионную стойкость, вследствие чего покрываются слоем окислов при длительном простое. В 70 годы на спортивные болиды начали устанавливать тормозные диски из углерода, армированного углеродным волокном(название композита: C/C). Эти диски превосходят свои металлические аналоги в большинстве параметров. Масса тормозных дисков из углерода на порядок меньше чугунных. Это позволяет снизить неподрессоренные и вращающиеся массы, что в свою очередь положительно сказывается на динамических характеристиках автомобиля. Так же диски из данного материала не коробятся, имеют больший коэффициент трения, а так же диапазон рабочих температур превышает отметку 1000°C. Но есть и недостатки. В первую очередь это цена, комплект запчастей может обойтись суммой, равной стоимости бюджетного авто. Так же, дискам из данного материала требуется предварительный прогрев, прежде чем коэффициент трения достигнет нужного значения. Нельзя забывать и об удобстве использования тормозной системы. Если при работе с чугунными тормозами водитель может легко контролировать тормозное усилие, то с карбоновыми тормозами все иначе. Контролировать замедление крайне сложно. В нормальных условиях данные тормозные диски будут играть роль своеобразного переключателя «Ехать/Не ехать». На мой взгляд, самым лучшим и перспективным материалом изготовления тормозных дисков для серийных спортивных автомобилей является композит C/SiC – армированный углеродным волокном карбид кремния. Карбид кремния по своим свойствам схож с алмазом, то есть он имеет очень высокую твёрдость и благодаря этому очень высокую износостойкость, очень хорошую химическую и термическую прочность. Чтобы иметь возможность использовать этот прочный, но хрупкий материал специально для тормозных дисков, в матрицу карбида кремния для усиления добавляется углеродное волокно. Таким образом достигают намного более высокую вязкость разрушения и благодаря псевдопластичному поведению материала получают более устойчивые к повреждениям детали и узлы. В качестве материала для изготовления тормозных дисков керамика типа C/SiC имеет существенные преимущества по сравнению с используемыми обычно металлами, например серым чугуном:
В качестве примера можно взять технологию компании Porsche: Porsche Ceramic Composite Brake (PCCB). Основу тормозного диска составляют подвергнутые специальной обработке карбоновые волокна, которые силицируются в условиях глубокого вакуума при температуре примерно 1700°C. Результат: большая по сравнению с тормозными дисками из чугуна твердость и большая надежность при работе в условиях температурных перегрузок. Незначительное тепловое расширение керамических дисков предотвращает их деформацию при интенсивном пользовании тормозами. Кроме того, керамические тормозные диски не подвержены коррозии и обладают лучшим шумопоглощением. Благодаря использованию керамических дисков сокращается тормозной путь. Срабатывание тормозов происходит еще быстрее и точнее, при значительно меньшем усилии на педали тормоза. Высокая стабильность дисков без падения эффективности из-за перегрева при торможении на высокой скорости является одним из преимуществ системы PCCB. Решающим преимуществом керамических тормозов является их исключительно низкая масса: они примерно на 50 % легче, чем чугунные диски аналогичной конструкции и размера. Это не только положительно сказывается на ходовых качествах и расходе топлива, но и прежде всего снижает неподрессоренные и вращающиеся массы. То есть обеспечивается лучший контакт с дорогой, лучшая управляемость, более плавное качение и больший комфорт езды прежде всего при движении по неровностям. |