自動車用 브레이크 디스크와 摩擦材의 熱的 特性에 관한 硏究

국문 초록 (Abstract)

일반적으로 승용차의 앞바퀴의 제동에 많이 적용되고 있는 벤틸레이티드 디스크 브레이크는 제동시 발생하는 마찰열에너지 영향으로 디스크의 파손, 미끄럼, 밀림, 소음, 진동 등의 현상을 발생시킨다. 그러므로 자동차의 안전은 브레이크 성능 여부에 밀접한 관계를 가지고 있다.
따라서 본 논문에서는 브레이크 성능 측정기기로 이용되고 있는 듀얼 브레이크 다이나모메터(dual brake dynamometer)를 사용하여 기존회사의 벤틸레이티드 디스크 브레이크에 대해 개발중인 마찰재의 제동특성 시험테이터(제2페이드-FMVSS)중 온도와 유한요소해석(FEA)프로그램인 ANSYS와의 온도분포를 비교하였다. 그리고 마찰열 접촉거동 문제를 열하중을 적용한 상태에서 공기의 냉각효과를 고려하였을 때의 디스크의 열변형 거동을 유한요소로 해석하여 디스크의 열적 안전성을 검토하였다.
본 실험의 결과 다음과 결론을 얻었다.
1. 다이나모메타의 제 2페이드의 온도변화량과 해석에 의한 결과가 서로 같은 결과를 나타내고 있으나 모델링시 node수의 제약으로 인해 mesh수가 적음으로 열의 누적현상을 발생하게 되므로 11step 이후로는 오차가 증가하였다.
2. 디스크 로타로 전달된 마찰열에 의해 열거동 현상은 마찰열이 디스크내부에서 불균일 소산된다면 디스크 로타는 동심원으로 회전하지 않고 불규칙하게 회전하기 때문에 거시적 진동과 마멸이 크게 발생하게 된다. 따라서 열소산의 비균일성이 크면 클수록 열적 뒤틀림 현상(Thermal distortions)은 더욱 크게 발생하며 이에 따른 진동과 소음, 마멸이 발생하게 된다.
3. 유한요소해석으로 열적 거동에 의한 디스크의 형상변화의 원인을 알 수 있었고, 이것은 안쪽 패드의 마모가 바깥쪽 패드보다 증가하는 것을 알 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

While braking cars, a large amount of energy is taken into the brake system in a short period of time. This leads to some problems; cracking of the disc, non-uniform wear of pad dis, fade. Thus it is important to measure the contact thermal behaviour precisely between disc and pad. The measurements must be considered to design the brake system.
The paper describes methods to analysis the problem of the thermal behavior on the ventilated disc with ANSYS-a program of FEA and a brake dynamometer. According to this way, the paper can present the error between the data by the dynamometer and the results of analysis by ANSYS.
The simulation of temperature distribution and theramal strain of disc brake of passenger car was done using FEM. The effect of variable convective heat transfer and conduction to hub were considered. The heat generation due to brake action was calculated by clock mechanism. Transient temperature distribution has been calculated for single and multi-stops for simulated mountain schedule.
When the car stopped a few second later the web section temperature rises almost same inboard and outboard cheek temperature. Thus we know that ventilated disc's cooling effect is more dominamt than conduction to hat section at stopped time. The changes in thermal stress and thermal strain due to various test condition were small.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = ⅲ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 해석이론 = 3
• 가. 패드 및 디스크에 흡수된 제동력 = 3
• 나. 반복 제동시 온도해석 = 6
• 다. 열전달계수 = 8
• Ⅲ. 유한요소해석 = 11
• Ⅳ. 실험장치 및 실험방법 = 17
• Ⅴ. 실험결과 및 고찰 = 21
• Ⅵ. 결론 = 36
• 참고문헌 = 37
• ABSTRACT = 38