소형 전기자동차용 브레이크 디스크의 열전달 분석 = Heat Transfer Analysis of Brake Disc for Compact Electric Vehicles

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

During braking, kinetic energy is converted into thermal energy, and the generated thermal energy generates thermal behavior in the brake disc and affects the braking system. Because of this, research on reducing the temperature of the brake disc surface is an important task and related research has been preceded. Therefore, in this study, the heat transfer characteristics of four types of brake discs with perforated shapes on the surface of the discs were analyzed. Experiments and transient heat transfer analysis were performed to analyze the heat transfer characteristics on the surface of the brake disc. As a result of the experiment, Model B showed the highest temperature, and there was a temperature difference from 7.4% to 11% with other models. Through the experimental results and analysis, the convective heat transfer coefficient for each model was applied as the analysis condition. As a result of comparative analysis of experiments and analyses, the disc surface area and convective heat transfer coefficient are judged to be the main performance factors affecting the disc surface temperature, and the effect of the convective heat transfer coefficient is judged to be dominant. Additional analysis was performed by changing the RPM, and the temperature difference on the surface of the disc for each model increased, and the time to reach a random moment when the heat transfer analysis was stabilized tended to decrease. As the RPM increased, the temperature and heat transfer amount of the disc surface increased, while the heat transfer rate decreased. Through the above test and analysis results, it was judged that the heat transfer performance of Model SH was the best compared to other models.

국문 초록 (Abstract)

제동 시, 운동에너지는 열에너지로 변환되며 발생된 열에너지는 브레이크 디스크에 열적 거동현상을 발생시키고 제동장치에 영향을 미친다. 이로 인해, 브레이크 디스크 표면의 온도를 감소시키는 연구는 중요한 과제이며 관련 연구가 선행되었다. 따라서, 본 연구에서는 디스크 표면에 타공형상을 설계한 브레이크 디스크 4종의 열전달 특성을 분석하고자 한다. 브레이크 디스크의 표면에서 열전달 특성을 분석하기 위해 실험과 비정상상태 열전달 해석을 수행하였다. 실험결과, Model B가 가장 높은 온도를 나타냈으며, 타 모델과 7.4 %에서 11 %까지 온도차이가 발생하였다. 실험결과와 해석을 통해 모델별 대류열전달계수를 해석조건으로 적용하였다. 실험과 해석을 비교분석한 결과, 디스크 표면적과 대류열전달계수가 디스크 표면온도에 영향을 미치는 주요 성능인자로 판단되며, 대류열전달계수의 영향이 지배적인 것으로 판단된다. RPM을 변경하여 추가해석을 진행하였으며, 모델별 디스크 표면에서의 온도차이는 증가하고, 열전달 해석이 안정화되는 임의 순간에 도달하는 시간은 감소하는 경향을 나타냈다. RPM이 증가하면서 디스크 표면의 온도와 열전달량은 증가하였고, 열전달율은 감소하였다. 위 실험과 해석결과를 통해 타 모델 대비 Model SH의 열전달 성능이 가장 우수한 것으로 판단되었다.

참고문헌 (Reference)

1 오지원 ; 선근영 ; 남한솔 ; 이수룡, "타공 통풍형 디스크 브레이크의 열전달 특성에 관한 수치해석" 한국기계기술학회 20 (20): 33-39, 2018

2 강채욱 ; 최규재, "중형 상용차 통풍형 브레이크 디스크의 제동 시 열 유동 및 변형 해석" 한국자동차공학회 22 (22): 63-69, 2014

3 홍윤화 ; 정택수 ; 김청민 ; 홍영훈 ; 조종두, "이종 재질 디스크 브레이크 로터 마찰면 가공 형태에 따른 성능 변화 연구" 한국자동차공학회 25 (25): 581-589, 2017

4 정성필 ; 유덕현, "실차 실험 시 브레이크 디스크-패드 마찰 계수 예측을 위한 수학적 방법" 대한기계학회 43 (43): 699-704, 2019

5 마정범 ; 이봉구, "디스크 브레이크와 패드의 접촉을 고려한 벤틸레이티드 디스크 브레이크의 열적거동에 관한 연구" 한국생산제조학회 23 (23): 259-265, 2014

6 한승철, "디스크 브레이크와 패드의 마찰열에 의한 열적거동에 관한 연구" 한국융합학회 10 (10): 287-292, 2019

7 "https://www.crytur.com/materials/alumina-ceramics/"

8 "https://dokumen.tips/documents/star-ccm-guide.html"

9 "https://3dplife.tistory.com/624"

10 S. W. Kim, "Thermophysical properties of automotive metallic brake disk materials" 29 (29): 2179-2188, 2008

11 J. H. Nam, "Thermal Analysis of an Automobile Brake Disk" The Korean Society for Noise and Vibration Engineering 679-680, 2016

12 S. B. Choi, "Electric braking system technology trend and market analysis" Korea Institute of Science and Technology Information 2017

13 B. M. Choi, "A study on the thermal properties of automotive brake disk" Ulsan University 2009

14 D. G. Choe, "A Study on the Performance of the Vehicle Brake System According to the Shape of the Disc Rotor" 2017

15 황평 ; 서희창 ; 우쉔, "3차원 브레이크 디스크 모델의 온도 분포와 열응력 시뮬레이션에 관한 연구" 한국트라이볼로지학회 26 (26): 31-36, 2010