Усовершенствование тормозных дисков колес

1.3.2 Усовершенствование тормозных дисков колес

В связи с разработкой новых типов военных, гражданских, воздушно – космических летательных аппаратов в последнее время во всем мире остро встал вопрос о необходимости снижения веса и увеличения ресурса тормозов.

В качестве новых материалов для тормозов были предложены композиционные материалы на основе углерода, которые могут одновременно выполнять функции фрикционного материала, теплопоглатителя и силового элемента.

По величине коэффициента трения эти материалы не уступают традиционным, но при этом отличаются существенно более высокой износостойкостью. По поглощению тепла на единицу веса композиционные материалы на основе углерода уступают только бериллию. Их высокая теплопроводность способствует быстрому отводу тепла от тормозов.

Дополнительным преимуществом этих материалов при использовании в качестве силовых элементов является тот факт, что их прочность не снижается при повышении температуры. Это качество, в сочетании с низким коэффициентом теплового расширения, приводит к тому, что диапазон условий работы тормозов ограничивается только теплостойкостью примыкающих элементов конструкции.

При повышенных температурах достигается лучшее использование теплопоглощающей способности этих материалов в расчете на единицу веса. В настоящее время считаются возможными рабочие температуры порядка 1770 – 1870°C. Ожидается экономия веса за счет замены тормозов из стали и металлокерамики углеродными: на самолете Боинг 747 – 635 кгс, на самолете Боинг 757 – 272 кгс, на самолете Боинг 767 – 408 кгс.

В таблице дано сравнение фактического ресурса одного военного самолета и расчетного ресурса нескольких пассажирских самолетов.

В дипломном проекте предлагается использовать фрикционные вкладыши из углерода с нанесением на боковые поверхности теплозащитного покрытия из окиси алюминия. Для облегчения веса каркаса диска конструкция выполнена следующим образом. Крепление вкладышей обеспечивается за счет того, что на боковых поверхностях спиц каркаса выполнены внутренние скосы, образующие треугольный профиль, взаимодействующий с соответствующим профилем боковой поверхности вкладышей. Причем каркас выполнен сборным, состоящим из спиц, скрепленных с кольцом, либо из двух симметричных одинаковых частей [4].

На рис.1.4. показан диск с прикрепленными спицами, общий вид; разрезы по А-А, Б-Б и В-В; диск выполненный из двух одинаковых частей с разрезом Г-Г.

Каркас тормозного диска представляет собой кольцо 1 с выступами 2, к которым крепят с помощью заклепок 3 спицы 4, имеющие в боковой поверхности треугольный профиль. Теплопоглощающие вкладыши 5 устанавливаются между спицами и упираются в них. В другом варианте выполнения диска вкладыши 5 установлены между двумя половинками каркаса. Боковые поверхности вкладышей имеют теплозащитное покрытие из окиси алюминия толщиной 0,3 мм. Оно позволяет предохранить силовые элементы диска от тепловых напряжений, возникающих от градиента температур при его остывании. Спицы имеют возможность некоторого перемещения в плоскости, перпендикулярной к плоскости трения, благодаря чему вкладыши могут самоустанавливаться.

В ходе эксплуатации воздушных судов подвижные и неподвижные диски изнашиваются до величины, которая зависит от того, как часто имела место нестабильная циклоидальная вибрация дисков. Еще одно предлагаемое конструктивное усовершенствование решает проблему нежелательных радиальных циклических вибраций с помощью образования на дисках периферических вытянутых кольцевых бороздок на радиальных поверхностях подвижных и неподвижных дисков, таким образом, радиальные борозды играют роль гасителей нежелательных колебаний и сводят к минимуму радиальное перемещение дисков. Это позволяет продлить ресурс тормозных дисков. Сечение дисков показано на рис.1.5.

Рис.1.5.

1.3.2.1 Расчет энергоемкости тормоза [5]

Энергоемкость тормозного узла:

 (1.17.)

где Q – количество тепла, выделяющегося при работе тормоза;

n – количество тормозных устройств в колесе;

 ^ккал/_кг·ч – механический эквивалент тепла.

Количество тепла, выделяющегося при работе и поглощенное тормозом:

 (1.18.)

где K_Р=0,85 – коэффициент рассеивания тепла;

G_i – вес отдельных элементов тормоза;

C_Pi – удельная теплоемкость элементов тормоза;

ΔQ_v – прирост среднемассовой температуры пакета дисков,

ΔQ_v =Q_v-Q₀. (1.19.)

Удельные теплоемкости стали и углерода:

C_{Р ст} =0,15^кал/_г·град ;

C_{Р уг} =0,35^кал/_г·град .

Плотность стали и углерода:

γ_ст =0,009^г/_мм³;

γ_уг =0,0025^г/_мм³.

Вес стальных и углеродных элементов определяется через плотность и объем:

 (1.20.)

Для получения объема со сборочных чертежей тормозных дисков снимаются соответствующие размеры элементов. Объем стальных и углеродных элементов:

W_ст =625472,4 мм³;

W_уг =5124286,15 мм³.

Пользуясь формулой (1.20.) получим:

G_ст =625472,4×0,009=5629,25 г;

G_уг =5124286,15×0,00225=11529,64 г.

Теплоемкость тормозного пакета:

4883,76(^кал/_град)=4,8838^ккал/_град

Среднемассовая температура пакета дисков:

 (1.21.)

где Q₀=15°C – начальная температура дисков;

 (1.22.)

где A_T находим по формуле:

где G_пос =74000 кг – посадочная масса самолета;

V_пос =64^м/_с – посадочная скорость самолета;

a_T =0,7 – поправочный коэффициент;

n_T =12 – количество тормозных колес;

тогда

9688758,33 (H·м)=987641,01кг·м;

2312,98 (ккал);

572,2(°C).

Для современных тормозных устройств максимально допустимая температура пакета дисков не должна превышать 500°С. В результате расчета мы получили температуру пакета дисков больше чем допустимая. Учитывая, что в тормозных колесах установлены вентиляторы для принудительного охлаждения тормозного пакета, а также стоит тепловой экран из композиционного материала на основе углерода для защиты корпуса колеса от нагрева. И учитывая, что фрикционная пара "углерод – углерод" работает лучше в условиях высоких температур, можно сделать вывод о том, что проектируемое тормозное устройство будет работать в допустимых температурных условиях.

Похожие работы

Конструктивное усовершенствование гидравлической системы самолета Ту-154 на основе анализа эксплуатации

Скачать

75787

6

2

... масла, л 10 103 45 3. Рабоий уровень масла в гидробаках, л 36 36 20 4. Производительность нагнетающих насосов, л/мин 110 55 55 1.2 Анализ работы гидросистемы самолета Ту-154 Гидравлическая система самолета Ту-154 является функциональной системой, надежность которой существенно влияет на безопасность полетов, поскольку за счет работы гидрооборудования осуществляются такие жизненно ...

Основные характеристики бронетанковой техники

Скачать

104551

7

1

... л.с. Использование двухтактного дизельного двигателя привело к конструктивным изменениям в трансмиссии и приводах управления движением. Имеются и другие конструктивные отличия, например, в установке зенитного пулемета. Основные характеристики остались без изменений. Т-80УД - это украинский вариант от ХКБМ. Технические характеристики Т-80 Длина, м 9,7 Высота, м 2,6 Ширина, м 2,2 ...

Буран

Скачать

107300

23

17

... техника одержали новую выдающуюся победу, Успешно выполнен испытательный запуск универсальной ракетно-космической транспортной системы "Энергия" и орбитального корабля "Буран". Подтверждены правильность принятых инженерных и конструкторских решений, эффективность методов экспериментальной отработки и высокая надежность всех систем этого сложнейшего ...

Автоматизированное проектирование деталей крыла

Скачать

130434

3

194

... ) при запуске в серийное производство контейнеров с оборудованием. Все это ведет к снижению сроков и затрат на подготовку производства. 5Автоматизированное проектирование деталей крыла В настоящем разделе проекта рассматривается автоматизированное проектирование деталей и узлов с целью увязки конструкции и подготовки информации для изготовления шаблонов, технологической оснастки и самих деталей. ...