Тольяттинский государственный университет, Тольятти, Россия:

Д. А. Болдырев, профессор кафедры «Нанотехнологии, материаловедение и механика», докт. техн. наук

Новотроицкий филиал НИТУ «МИСиС», Новотроицк, Россия:
С. П. Нефедьев, доцент кафедры металлургических технологий и оборудования, канд. техн. наук

Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия:
М. В. Харченко, доцент кафедры механики, канд. техн. наук, эл. почта: kharchenko.mv@bk.ru

Новотроицкий филиал НИТУ «МИСиС», Новотроицк, Россия¹ ; Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия²:
Р. Р. Дема, доцент кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения², профессор кафедры металлургических технологий и оборудования¹, докт. техн. наук

Тормозная система является одним из основных органов управления, определяющим управляемость и безопасность наземного транспорта. Вибрации рулевого колеса и скрипы при торможении транспортного средства проявляются вследствие неравномерной толщины тормозного диска или его коробления. Причинами разнотолщинности тормозных дисков являются неточности при их изготовлении, а также неравномерный износ в процессе эксплуатации из-за неоднородности свойств. Коробление тормозных дисков обусловлено наличием остаточных напряжений в детали после изготовления или термическими напряжениями, возникающими в процессе эксплуатации. Представлены результаты исследования влияния технологии изготовления вентилируемых тормозных дисков на их эксплуатационные характеристики и остаточные упругие деформации. Наибольшая точность изготовления обеспечивается при использовании технологии с финишной лезвийной обработкой, а наименьшая — при применении технологии без правки шлифовального инструмента. Установлено, что шлифование, являющееся финишной операцией механической обработки, ведет к повышению уровня остаточных напряжений в материале детали. Подобран режим термообработки, обеспечивающий снятие остаточных напряжений и оптимизацию механических свойств рабочих поверхностей. Подтверждено, что предлагаемый режим отжига обеспечивает сохранение геометрических параметров тормозных дисков и снижает биение на большинстве испытанных изделий, подверженных при изготовлении различным видам механической обработки.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FZRU-2020-0011).

1. Li W., Yang X., Wang Sh., Xiao J., Hou Q. Review: Comprehensive analysis on the performance and material of automobile brake discs // Metals. 2020. Vol. 10. P. 377. DOI: 10.3390/met10030377.
2. Lazzari A., Tonazzi D., Massi F. Squeal propensity characterization of brake lining materials through friction noise measurements // Mechanical Systems and Signal Processing. 2019. Vol. 128. P. 216–288. DOI: 10.1016/j.wear.2013.01.029i.
3. Li J., Xu J., Luo F. Research on brake noise of air disc brake // 3^rd International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation. 2011. P. 1111–1113. DOI: 10.1109/ICMTMA.2011.560.
4. Бруннер Х., Аугсбург К., Грохович Я. Исследование вибраций дисковых тормозов с плавающей скобой легковых автомобилей // ATZ. 1999. № 1. С. 22–30.
5. Wang Zh., Han J., Domblesky J. P., Li Zh., Fan X., Liu X. Crack propagation and microstructural transformation on the friction surface of a highspeed railway brake disc // Wear. 2019. Vol. 428–429. P. 45–54.
6. Kang J., Choi S. Brake dynamometer model predicting brake torque variation due to disc thickness variation // Proc. IMechE. Part D: J. Automobile Engineering. 2007. Vol. 221. P. 49–55. DOI: 10.1243/09544070JAUTO91.
7. Jacobsson H. Disc brake judder considering instantaneous disc thickness and spatial friction variation // Proc. IMechE. Part D: J. Automobile Engineering. 2003. Vol. 217. P. 325–342. DOI: 10.1243/095440703321645043.
8. Rodriguez A. J. Experimental Analysis of Disc Thickness Variation Development in Motor Vehicle Brakes. PhD thesis. RMIT University. 2006. URL: https://researchrepository.rmit.edu.au/esploro/outputs/doctoral/Experimental-analysis-of-disc-thickness-ariation/9921861223501341.
9. Haigh M. J., Smales H., Abe M. Vehicle judder under dynamic braking caused by disc thickness variation // IMechE. 1993. C444/022. Р. 247–258.
10. Болдырев Д. А. Повышение работоспособности и ресурса пары трения «тормозной диск – колодка»: дис. … канд. техн. наук. — Тольятти, 2004. — 137 с.
11. ВАЗ-21103 после 125000 км // За рулем. 2002. № 8. С. 102.
12. Thevenet J., Siroux M., Desmet B. Measurements of brake disc surface temperature and emissivity by two-color pyrometry // Applied Thermal Engineering. 2010. Vol. 30. P. 753–759. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2009.12.005.
13. Nong X. D., Jiang Y. L., Fang M., Yu L., Liu C. Y. Numerical analysis of novel SiC3D/Al alloy co-continuous composites ventilated brake disc // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 108. P. 1374–1382.
14. Okamura T., Imasaki M. A Study on relationship between disc thickness variation and casting material properties // SAE International: 21^st Annual Brake Colloquium and Exhibition Hollywood. 2003. Vol. 01. P. 3347.
15. Harada N., Takuma M., Tsujikawa M., Higashi K. Effects of V addition on improvement of heat shock resistance and wear resistance of Ni–Cr–Mo cast steel brake disc // Wear. 2013. Vol. 302. Iss. 1–2. P. 1444–1452.
16. Ali B., Wan Z., Wan O. CFD analysis of the brake disc and the wheel house through air flow: Predictions of Surface heat transfer coefficients (STHC) during braking operation // Journal of Mechanical Science and Technology. 2018. Vol. 32, Iss. 1. P. 481–490. DOI: 10.1007/s12206-017-1249-z.
17. Belhocine A., Bouchetara M. Thermal analysis of a solid brake disc // Applied Thermal Engineering. 2012. Vol. 32. P. 59–67.
18. Zhang Sh., Wang W., Jin L., Jiang W. Numerical analysis and experimental study on temperature field of brake disc during the air-cooling process // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 189–193. P. 2009–2012.
19. Yan H. B., Zhang Q. C., Lu T. J. Heat transfer enhancement by X-type lattice in ventilated brake disc // International Journal of Thermal Sciences. 2016. Vol. 107. P. 39–55.

20. Abebe L., Nallamothu R. B., Subrahmanyam K. H. S., Nallamothu S. K., Nallamothu A. K. Thermal analysis of disc brake made of different materials // SSRG-IJME. 2016. Vol. 3, Iss. 6. P. 5–9.
21. Li J., Li H., Jiao B., Lv B., Chen D., Gu L. Development of cast steel for brake disc of high-speed train // Applied Mechanics and Materials. 2013. Vol. 419. P. 370–375.
22. Straffelini G., Verma P. Ch., Metinoz I., Ciudin R., Perricone G., Gialanella S. Wear behavior of a low metallic friction material dry sliding against a cast iron disc: Role of the heat-treatment of the disc // Wear. 2016. Vol. 348–349. P. 10–16.
23. Овсянников В. Е., Шпитко Г. Н., Некрасов Р. Ю., Васьков Д. Е. Повышение прочности чугунных гильз цилиндров двигателей строительно-дорожных машин // Известия МГТУ МАМИ. 2020. № 3(45). С. 36–40.
24. ГОСТ 1412–85. Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки. — Введ. 01.01.1987.
25. Boldyrev D. A., Dema R. R., Kalugina O. B. The microstructure and hardness of casting a solid brake disc after late graphitizing modification // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 966. P. 012021. DOI: 10.1088/1757-899X/966/1/012021.
26. Boldyrev D. A., Shapovalov A. N., Nefedev S. P., Dema R. R., Kononov V. N., Kharchenko M. V., Suvorova E. V., Markova I. Yu. The electron-microscopic and x-ray spectral analysis of phase composition of CGI inoculant structure // J. Chem. Technol. Metall. 2019. Vol. 54. P. 348–361.
27. Чайкин В. А., Болдырев Д. А., Чайкина Н. В. Особенности графитизирующего модифицирования высокопрочного чугуна смесевыми модификаторами в условиях ОАО «АВТОВАЗ» // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2007. No. 4. P. 53–58.
28. Boldyrev D. A., Platov S. I., Urtsev N. V., Terentyev D. V., Latypov O. R. Research and features of preliminary graphitizing processing of melt of iron with silicon carbide on the structure and properties of cast iron castings // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 1008. P. 012047. DOI: 10.1088/1757-899X/1008/1/012047.