Дипломная работа: Разработка технологии изготовления тормозной колодки из композиционных полимерных материалов
Тормозная колодка представляет собой изделие состоящие из двух частей, это фрикционная накладка изготовленная из полимерного композиционного материала конструкционного назначения, которая запрессовывается в металлическую пластину. Толщина такой накладки порядка 6–7 мм, а ее геометрическая форма определяется условиями работы тормозной системы.
При работе тормозной системы, под действием давления жидкости в гидравлическом приводе поршни перемещают тормозную колодку и прижимают ее к тормозному диску. В результате в тормозной колодке возникают напряжения сжатия и сдвига при трении колодки о диск. Также, из–за неоднородности материала и неравномерного нагрева в условиях эксплуатации в материале возникают термические напряжения.
Со временем эксплуатации фрикционные накладки изнашиваются и в дальнейшем необходимо производить их замену. Минимально допустимая толщина фрикционной накладки – 1,5 мм./1/
Таблица 1. Физико-механические показатели фрикционной накладки армированной трикотажным наполнителем
| Плотность, г/см3 | 1,9 |
| Предел прочности при сдвиге в направлении трения, МПа | 30,0±6,9 |
| Предел прочности при сжатии в направлении перпердикулярном плоскости фрикционной накладки, МПа | 180,5±25,0 |
| Предел прочности при растяжении в направлении трения, МПа | 5,7±0,4 |
| Относительное разрывное удлинение при растяжении в направлении трения, % | 2,5±0,3 |
| Разрушающее напряжение при изгибе, МПа | 58,4±4,0 |
Фрикционные характеристики накладки
Фрикционные показатели качества накладки определяются «динамическим» коэффициентом трения накладки по стали или чугуну (материал контртела трения – тормозного диска или барабана автомобиля) при сухом контакте и после намокания в воде.
Динамический коэффициент трения (mc ) накладки при сухом контакте с контртелом трения по определению вычисляется по величине момента трения (Мт ) при заданной силе (F) нормального давления и скорости скольжения после установления постоянной температуры на контакте.
где R – расстояние средней линии площадки контакта от оси диска.
Этот показатель можно установить с помощью машины трения.
|
Условия эксплуатации изделия: 1. Скорость трения до 20 м/c. 2. Максимальная нагрузка на поверхности до 6 МПа. 3. Кратковременная температура при торможении (Ткр ) = 500°С. 4. Длительная температура при торможении (Тдл) = 350°С. |
Технические требования к качеству изделия: 1. Коэффициент трения 0.38–0.45. 2. Износ в пределах 0.12–0.28 см3 на кВт в час. 3. Фрикционная теплостойкость Ткр до 500 °С и Ткр до 350 °С. 4. Соответствие европейским требованиям по экологии. |
2. Разработка состава фрикционного термоустойчивого материала для изготовления тормозных накладок
Как было показано при анализе конструкции изделия, технических требований к изделию, условий эксплуатации, и требований к материалу изделия для его изготовления, необходим полимерный материал, который должен сочетать высокие фрикционные свойства, термические нагрузки, т.е. оставаться работоспособным вплоть до 300°С в течении длительного времени, воспринимать достаточно высокие механические нагрузки, быть технологичным, т.е. для изготовления изделия из него не должно предъявляться особых жестких условий по технологии формования. Кроме того при получении и переработке материала в изделие и при его эксплуатации не должно выделятся вредных для человека и окружающей среды веществ /2/.
2.1 Общие сведения о фрикционных полимерных материалах (ПМ)
Фрикционные полимерные материалы (ФПМ) – служат для передачи движения или изменения его относительной скорости за счет силы трения между ведущими и ведомыми звеньями во фрикционных муфтах и передачах, в дисковых, ленточных и колодочных тормозах, гасителях колебаний и др. Эти материалы должны характеризоваться максимальным коэффициентом трения /2/.
Применение данных материалов дает высокий технический и экономический эффект в результате значительного упрощения конструкций устройств, повышения надежности работы узлов трения и увеличения срока службы машин, снижает затраты на ремонт, увеличивает сроки между ремонтами, позволяет экономить значительное количество металлов. Кроме того, освобождаются производственные площади, большое количество металлорежущих станков, улучшаются условия труда.
Широкое применение ФПМ обусловлено их достаточно хорошими эксплуатационными свойствами (высокое и стабильное значение коэффициента трения в интервале эксплуатационных давлений, скоростей и температур, удовлетворительная износостойкость), доступной стоимостью и простотой изготовления. Недостатком изделий из ФПМ является их относительно невысокая теплостойкость, которая определяется термостойкостью полимерной матрицы. Это ограничивает применение фрикционных изделий в условиях трения, когда температура достигает 400°С, а давление 6 МПа. / 3 /
Основное требование к материалам такого рода – высокая износостойкость, которая зависит от сочетания в данном материале определенных физико-химических, физико-механических, теплофизических и трибометрических свойств, а также от особенностей нагружения и кинематики узлов трения.
Термопласты в качестве материалов для тормозных устройств применения не нашли, главным образом вследствие недостаточной фрикционной теплостойкости.
В отношении фрикционных термореактивных материалов дело обстоит иначе. Здесь в качестве одного из видов олигомерного связующего используются резольные фенолформальдегидные и реже – амидоальдегидные смолы.
Известно, что наилучшей теплостойкостью обладают материалы на основе гетероциклических полимеров – полиимидов /4/.
В настоящее время триботехническое материаловедение развивается ускоренными темпами. Проблема создания и применения новых полимерных материалов, предназначенных для узлов трения, приобретает весьма актуальное значение для повышения качества, надежности и долговечности машин и агрегатов и значительного снижения затрат, связанных с их ремонтом.