دیسک ترمز اتومبیل روش انتخاب ماده

دیسک ترمز اتومبیل روش انتخاب ماده  – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  مکانیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

روش انتخاب ماده در طراحی دیسک ترمز اتومبیل

چکیده

دیسک ترمز اتومبیل یا روتور دستگاهی است برای کاهش سرعت و متوقف کردن حرکت چرخ در موقعی که با سرعت مشخصی در حال حرکت است. عمدتاً برای روتور ترمز از چدن استفاده می شود که به خاطر چگالی نسبی بالایش سوخت زیادی مصرف می کند. هدف این مقاله توسعه روشی برای انتخاب مواد و انتخاب ماده بهینه برای کاربرد در سیستم دیسک ترمز با تأکید بر جایگزینی چدن با هر ماده دیگری با وزن کمتر می باشد. برای انتخاب ماده دو روش معرفی شده است، از جمله هزینه تمام شده به ازای هر واحد دارایی و روشهای منطقی دیجیتال. شرایط لازم برای اجرای روشها مورد تحلیل قرار گرفت و راه حل ها در مورد چدن، آلیاژآلومینیوم، آلیاژ تیتانیوم، سرامیک و کامپوزیت ها ارزیابی شدند. خواص مکانیکی از جمله استحکام فشاری ، ضریب اصطکاک ، مقاومت به سایش، رسانندگی حرارتی و چگالی نسبی و نیز هزینه به عنوان پارامترهای کلیدی در مراحل انتخاب ماده مورد بررسی قرار گرفتند. طبق تحلیل های صورت گرفته کامپوزیت فلزآلومینیوم به عنوان مناسب ترین ماده برای سیستم دیسک ترمز معرفی شد.

واژگان کلیدی: دیسک ترمز- انتخاب ماده – روش مقاومت هزینه تمام شده به ازای هر واحد – روش منطقی دیجیتال

دیسک ترمز اتومبیل روش انتخاب ماده

۱– مقدمه

در صنعت اتومبیل سازی رسیدن به مصرف سوخت کمتر و نیز کاهش نشر گازهای گلخانه ای موضوع مهمی می باشد. در سالهای اخیر در صنعت اتومبیل سازی جهت کاهش وزن خودرو و افزایش راندمان سوخت تدریجاً استفاده از آلومینیوم در وسایل نقلیه سبک افزایش یافته است.  آلیاژ آلومینیوم بر اساس کامپوزیت های فلزی (MMC) و سرامیک تقویت شده برای چنین کاربردهایی آینده خوبی خواهند داشت {۱و۲}. این مواد در مقایسه با چدن خاکستری که قبلاً مورد استفاده قرار می گرفت چگالی کمتر و رسانندگی حرارتی بیشتری دارند و انتظار می رود در صورت استفاده از این مواد وزن سیستم ترمز ۵۰-۶۰%  کاهش پیدا کند {۳}. بعلاوه، این مواد پیشرفته قابلیت این را دارند که تحت شرایط سخت نظیر سرعت بالا، بار زیاد و غیره بهتر عمل کنند و این موضوع کاربرد آنها در اتومبیل های مدرن را جذاب تر می کند.

از آنجا که دیسک ترمز یا روتور از نظر ایمنی یک جزء مهم است، موادی که برای این سیستم به کار می روند باید تحت شرایط متغیر بار، سرعت، دما و محیط خواص سایشی و اصطکاکی پایدار و مستحکمی داشته باشند و نیز دوام زیادی داشته باشند. در انتخاب ماده دیسک ترمز عوامل متعددی باید بررسی گردند. مهم ترین این عوامل توانایی ماده دیسک ترمز در تحمل اصطکاک بالا و حداقل سایش می باشد. یکی دیگر از عوامل تحمل دمای بالای ناشی از اصطکاک است. وزن، توانایی پروسه تولید و هزینه نیز از جمله عوامل مهمی هستند که باید در حین فاز طراحی مورد بررسی قرار گیرند. در مرحله انتخاب ماده قابلیت بازیاب چدن یک مزیت محسوب می شود اما تشکیل CO2 حین فرایند ذوب مجدد نیز باید مورد بررسی قرار گیرند. دیسک ترمز باید ظرفیت ذخیره حرارتی کافی داشته باشد تا از شکستگی و ترک خوردگی ناشی از تنش حرارتی جلوگیری کند. این موضوع در مورد یک توقف کوتاه اهمیت ندارد اما در مورد توقف های مکرر در سرعت بالا مهم خواهد بود.

هدف اصلی این مقاله توسعه یک روش انتخاب ماده مناسب و کاربرد آن برای انتخاب بهترین ماده برای کاربرد در دیسک ترمز با استفاده از جدول آشبی[۱] و در نهایت دسته بندی مواد بر اساس شاخص های کارایی با استفاده از روش منطقی دیجیتال می باشد.

[۱] Ashby

دیسک ترمز اتومبیل روش انتخاب ماده

۲– مراحل انتخاب ماده

برای انتخاب ماده تعداد کمی روش وجود دارد که به جایگاه مناسبی ارتقاء یافته باشند {۹}. پروسه انتخاب ماده یک پروسه بی نهایت بوده و معمولاً برای یک مسئله خاص به چندین جواب ممکن می رسد. این موضوع را می توان از این واقعیت دریافت که اجزای یکسانی که کار مشابهی انجام می دهند اما توسط تولیدکنندگان مختلفی تولید شده اند اغلب از مواد مختلف و حتی طی پروسه های تولید مختلف ساخته شده اند{۱۰}. با این وجود انتخاب ترکیب بهینه مواد و کل پروسه کار ساده ای نیست و طی مراحل مختلف انتخاب ماده تدریجاً تکمیل می شود. در این تحقیقات مراحل روش انتخاب ماده با استفاده از یک فلوچارت در شکل ۱ نشان داده شده است.

دیسک ترمز اتومبیل روش انتخاب ماده

۳– شرایط لازم برای کارایی کلی مواد

سیستم های ترمز دیسکی توسط پد های ترمزی جفت شده روی یک روتور که روی یک رینگ چرخی نصب شده است نیروی ترمزی تولید می کنند. طرح شماتیکی از سیستم ترمز در شکل ۲ نشان داده شده است. مزیت مکانیکی بالای ترمزهای دیسکی هیدرولیکی و مکانیکی نیروی اهرمی کوچک در فرمان را به نیروی فشاری بزرگی در چرخ ها تبدیل می کند. این نیروی فشاری زیاد روتور را به پدهای اصطکاکی فشار داده و توان ترمزی تولید می کند. هرچه ضریب اصطکاک پد ها بیشتر باشد توان ترمزی بیشتری تولید خواهد شد. صریب اصطکاک می تواند بر اساس نوع ماده به کار رفته برای روتور ترمز متغیر باشد. عمدتاً تعمیر ترمزها بر اساس ضریب اصطکاک دینامیک یا ضریب اصطکاکی که حین حرکت وسیله نقلیه اندازه گیری شده است انجام می شود.

دیسک ترمز اتومبیل روش انتخاب ماده

۴– گزینش اولیه مواد کاندید

ماده سنتی برای روتور ترمز خودرو چدن است. چگالی یا وزن نسبی چدن بالاتر است که به خاطر اینرسی بالا سوخت زیادی مصرف می کند. در بخش بعدی در مورد موادی که قابلیت این را دارند که برای کاربرد در روتور ترمز مورد استفاده قرار گیرند بحث خواهد شد.

چدن- آهن فلزی که حاوی بیش از ۲% کربن نامحلول است ( در مقابل فولاد که کمتر از ۲% کربن دارد) اما کمتراز ۴٫۵% کربن به خاطر رنگش به عنوان چدن خاکستری شناخته می شود. با بررسی هزینه، سهولت نسبی تولید و پایداری حرارتی چدن، این ماده (مخصوصآً چدن خاکستری) بهترین ماده برای کاربرد در ترمز می باشد و مخصوصاً انتخاب خوبی برای تقریباً تمام دیسک ترمز های خودرو می باشد.

آلیاژ تیتانیوم – آلیاژهای تیتانیوم و کامپوزیت های آنها قابلیت این را دارند که وزن دیسک روتور ترمز را کاهش دهند که حدود ۳۷% کمتر از چدن معمولی با ابعاد مشابه خواهد بود، همچنین استحکام حرارتی بالا و مقاومت به خوردگی بیشتری دارند.

کامپوزیت فلز آلومینیوم (AMC) – آلیاژ آلومینیوم با پایه فلزی(MMC) که با سرامیک تقویت شده به نظر آینده خوبی برای کاربرد در روتور ترمز دارند. این مواد با داشتن چگالی کمتر و رسانندگی حرارتی بیشتر در مقایسه با چدن خاکستری که قبلاً به کار می رفته است کاهش وزنی بیش از ۵۰-۶۰% در سیستم ترمز ایجاد خواهند کرد. ترمز مکرر روتور ترمز AMC ضریب اصطکاک µ را کاهش داده و منجر به سایش قابل توجه پد ترمز می گردد.

بر اساس خواص مواد منتخب برای دیسک ترمزخودرو بدین صورت انتخاب شدند:

• چدن خاکستری(GCI)

• آلیاژ تیتانیوم (Ti-6Al-4V)

• ۵ wt% WC و ۷٫۵ wt% TiC (TMC)

• ۲۰% SiCتقویت شده با کامپوزیت آلومینیوم (AMC1)

• ۲۰% SiCتقویت شده با آلیاژ Al-Cu (AMC2)

دیسک ترمز اتومبیل روش انتخاب ماده

۵- انتخاب ماده با استفاده از روش منطقی دیجیتال(DL)

روش منطقی دیجیتال می تواند برای انتخاب ماده بهینه با استفاده از دسته بندی به  کار رود. در مرحله اول خواص لازم برای یک روتور ترمز بر اساس توضیحات قبل تعیین شدند. خواص و تعداد کل تصمیم ها یعنی N(N-1)/2=10 در جدول ۱ ارائه شده اند. عامل وزنی برای هرخاصیت که شاخص اهمیت یک خاصیت در مقایسه با سایر خواص است از تقسیم تعداد تصمیم های مثبت برای هر خاصیت به تعداد کل تصمیم ها به دست آمده است. تصمیمات مثبت کل برای هر خاصیت و عامل وزنی مربوط به آن محاسبه شده و در جدول ۲ ارائه شده است.

دیسک ترمز اتومبیل روش انتخاب ماده

۶- انتخاب ماده بهینه

 در این بخش شاخص کارایی ɣ و هزینه کل، C_t ، AMC2 به طور جداگانه با چدن خاکستری (GCI) که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرد مقایسه می شود. از آنجا که هدف افزایش کارایی است، کاندیداهای قابل قبول باید در سطح بالاتر از ماده مورد استفاده کنونی عمل کنند. اگر هزینه معقول نباشد، ماده کاندیدا با بیشترین شاخص کارایی می تواند انتخاب شود. درصد افزایش کارایی (%ɣΔ) و درصد افزایش هزینه مربوط به آن (%ΔC_t  ) برای هر دو ماده منتخب و نیز ماده مورد استفاده کنونی با استفاده از معادلات (۶) و (۷) محاسبه شدند و مقادیر مربوط به آنها در جدول ۶ ارائه شده است.

دیسک ترمز اتومبیل روش انتخاب ماده

۷– نتیجه گیری

روشهای انتخاب ماده برای طراحی و کاربرد در دیسک ترمز اتومبیل توسعه یافت. خواص کارکردی دیسک ترمز یا روتور برای گزینش اولیه مواد کاندید با استفاده از جدول انتخاب مواد آشبی مورد بررسی قرار گرفت. با روش منطقی دیجیتال AMC2 بیشترین شاخص کارایی را داشت و به عنوان ماده بهینه از بین تمام مواد کاندیدا برای دیسک ترمز مشخص شد. در روش منطقی دیجیتال ضریب اصطکاک و چگالی برای تعیین شاخص کارایی و نیز هزینه مورد بررسی قرار گرفتند. این روند می تواند تأثیر آنها بر انتخاب نهایی را نمایان کند. این مسئله در این مورد می تواند قابل توجیه باشد؛ زیرا ضریب اصطکاک بیشتر و چگالی کمتر از لحاظ اقتصادی و تکنیکی برای این نوع دیسک ترمزی سودمند است.