Análisis termodinámico de un disco de freno automotriz con pilares de ventilación tipo NACA 66-209
Introducción: El sistema de frenado de un automóvil debe trabajar en forma segura y predecible en cualquier circunstancia, lo cual implica disponer de un nivel estable de fricción, en cualquier condición de temperatura, humedad y salinidad del medio ambiente. Para un correcto diseño y operación de l...
- Autores:
-
García-León, Ricardo Andrés
Echavez Díaz, Robert Dajjan
Flórez Solano, Eder
- Tipo de recurso:
- Article of journal
- Fecha de publicación:
- 2018
- Institución:
- Corporación Universidad de la Costa
- Repositorio:
- REDICUC - Repositorio CUC
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- Acceso en línea:
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Introducción: El sistema de frenado de un automóvil debe trabajar en forma segura y predecible en cualquier circunstancia, lo cual implica disponer de un nivel estable de fricción, en cualquier condición de temperatura, humedad y salinidad del medio ambiente. Para un correcto diseño y operación de los discos de freno, es necesario considerar diferentes aspectos, tales como la geometría, el tipo de material, la resistencia mecánica, la temperatura máxima, la deformación térmica, la resistencia al agrietamiento, entre otros. Objetivo: En el presente trabajo se realizó el análisis del sistema de freno a partir del pedal como inicio de los cálculos de cinética y dinámica de los elementos constitutivos y de esta manera simular el comportamiento de un freno automotriz con pilares de ventilación tipo NACA 66-209. Metodología: El desarrollo de la investigación se llevó a cabo mediante la ejecución de un Análisis de Elementos Finitos (FEA) con la ayuda del Software SolidWorks Simulation, donde se llevó a cabo el modelo geométrico del disco con la finalidad de identificar los elementos sometidos a máximas variaciones de temperatura. Resultados: Los resultados obtenidos demuestran que con los cálculos matemáticos se logró validar el correcto funcionamiento de sistema de frenado a diferentes condiciones de operación, con lo que se pudo optimizar este tipo de geometría para los discos ayudando a la evacuación más rápida de calor respecto a otros tipos de frenos de disco. Conclusiones: Los resultados demuestran que estos sistemas trabajan en condiciones óptimas siempre garantizando altos niveles de seguridad y operación en comparación con otros tipos de geometrías, además de poder determinar sus condiciones de funcionamiento en diferentes condiciones de trabajo. |
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S. Feng, X. H. Yang, and T. J. Lu, "Role of cross-drilled holes in enhanced cooling of ventilated brake discs," Appl. Therm. Eng., vol. 91, pp. 318–333, 2015. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.08.042 Z. Chi, Y. He, and G. Naterer, "Convective heat transfer optimization of automotive brake discs," SAE Int. J. Passeng. Cars - Mech. Syst., vol. 2, no. 1, pp. 961–969, 2009. F. Klimenda, J. Soukup, and J. Kampo, "Heat distribution in disc brake," in AIP Conference Proceedings, 2016, vol. 1745. https://doi.org/10.1063/1.4953715 W. Wu, Z. Xiong, J. Hu, and S. Yuan, "Application of CFD to model oil-air flow in a grooved two-disc system," Int. J. Heat Mass Transf., vol. 91, pp. 293–301, 2015. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.07.092 T. K. R. Rajagopal, R. Ramachandran, M. James, and S. C. Gatlewar, "Numerical investigation of fluid flow and heat transfer characteristics on the aerodynamics of ventilated disc brake rotor using CFD," Therm. 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Shahril, R. Samin, J. M. Juraidi, and J. Daut, "Structural analysis of brake disc using dynamic simulation," ARPN J. Eng. Appl. Sci., vol. 10, no. 17, pp. 7805–7808, 2015. U. Andreaus and P. Casini, "Dynamics of friction oscillators excited by a moving base and/or driving force," J. Sound Vib., vol. 245, no. 4, pp. 685–699, 2001. https://doi.org/10.1006/jsvi.2000.3555 S. W. Shaw, "On the dynamic response of a system with dry friction," J. Sound Vib., vol. 108, no. 2, pp. 305–325, Jul. 1986. https://doi.org/10.1016/S0022-460X(86)80058-X D. Meng, L. Zhang, and Z. Yu, "A dynamic model for brake pedal feel analysis in passenger cars," Proc. Inst. Mech. Eng. Part D J. Automob. Eng., vol. 230, no. 7, pp. 955–968, 2016. https://doi.org/10.1177/0954407015598030 S.-D. Lee and S.-L. Kim, "Characterization and development of the ideal pedal force, pedal travel, and response time in the brake system for the translation of the voice of the customer to engineering specifications," Proc. Inst. Mech. 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Flórez, "Estudio analítico de la transferencia de calor por convección que afectan los frenos de disco ventilados," Tecnura, vol. 20, pp. 15–30, 2016. R. A. García-León and E. Flórez-Solano, "Dynamic analysis of three autoventilated disc brakes," Ing. e Investig., vol. 37, no. 3, pp. 102–114, 2017. https://doi.org/10.15446/ing.investig.v37n3.63381 R. A. García-León, "Thermal study in three vented brake discs, using the finite element analysis," DYNA, vol. 84, no. 200, pp. 19–27, 2017. https://doi.org/10.15446/dyna.v84n200.55663 Y. a. Cengel and M. E. Boles, "Termodinamica - Cengel 7th," Termodinamica, p. 1456, 2011. M. U. Ramirez, "Instituto politécnico nacional," 2012. A. Cruz Azanza, C. A. Jiménez García, and M. Á. Ordaz Flores, "Dise-o geométrico de un prototipo optimizado de un disco de freno automotriz ventilado.," 2012. R. Limpert, Brake Design and Safety, 2a ed. Society of Automotive Engineers, 1999. R. A. García-León, "Evaluación del comportamiento de los frenos de disco de los vehículos a partir del análisis de la aceleración del proceso de corrosión.," Universidad Francisco de Paula Santander Oca-a, 2014. UIUC, "Applied Aerodynamics Group," University of Illinois, 2017. [Online]. Available: http://m-selig.ae.illinois.edu/ads/coord_database.html#N. Airfoill Tools, "NACA 66-209 (naca66209-il)," 2017. |
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Para un correcto diseño y operación de los discos de freno, es necesario considerar diferentes aspectos, tales como la geometría, el tipo de material, la resistencia mecánica, la temperatura máxima, la deformación térmica, la resistencia al agrietamiento, entre otros. Objetivo: En el presente trabajo se realizó el análisis del sistema de freno a partir del pedal como inicio de los cálculos de cinética y dinámica de los elementos constitutivos y de esta manera simular el comportamiento de un freno automotriz con pilares de ventilación tipo NACA 66-209. Metodología: El desarrollo de la investigación se llevó a cabo mediante la ejecución de un Análisis de Elementos Finitos (FEA) con la ayuda del Software SolidWorks Simulation, donde se llevó a cabo el modelo geométrico del disco con la finalidad de identificar los elementos sometidos a máximas variaciones de temperatura. Resultados: Los resultados obtenidos demuestran que con los cálculos matemáticos se logró validar el correcto funcionamiento de sistema de frenado a diferentes condiciones de operación, con lo que se pudo optimizar este tipo de geometría para los discos ayudando a la evacuación más rápida de calor respecto a otros tipos de frenos de disco. Conclusiones: Los resultados demuestran que estos sistemas trabajan en condiciones óptimas siempre garantizando altos niveles de seguridad y operación en comparación con otros tipos de geometrías, además de poder determinar sus condiciones de funcionamiento en diferentes condiciones de trabajo.Introduction− The braking system of a car must work safely and predictably under any circumstance. This implies having a stable level of friction in any condition of temperature, humidity and salinity of the environment. For a correct design and operation of the brake discs, it is necessary to consider different as-pects, such as geometry, type of material, mechanical resistance, maximum temperature, thermal deforma-tion, resistance to cracking, among others.Objective−In the present work, the analysis of the brake system from the pedal was carried out as the beginning of the kinetic and dynamic calcula-tions of the constituent elements and, in this way, simulate the behavior of an automotive brake with NACA 66-209.Methodology−The development of the investiga-tion was carried out by means of the execution of a Finite Element Analysis (FEA) with the help of the SolidWorks Simulation Software. The geometric model of the disk was carried out in order to identify the elements submitted to maximum temperature variations.Results− The results correspond to the numerical results of the tests that were carried out, in this case, optimizing the disc geometry type so as to aid in a faster heat evacuation of disc brakes.Conclusions−These systems work in optimal con-ditions, that is to say: speed of 80 Km/h and in an environment of 22 °C, generating a braking tempera-ture of 60.5 °C. These values guarantee high levels of safety and operation compared to other geometry types. In addition, operating conditions under differ-ent working conditions can be determined.García-León, Ricardo Andrés-53a540b5-d317-4a98-8f37-b48636f1b253-0Echavez Díaz, Robert Dajjan-87e907cf-bae6-4e06-b63d-e07b504a9f74-0Flórez Solano, Eder-b97f8a93-75ed-4f4c-a19e-f9c6ae3304c2-010 páginasapplication/pdfspaCorporación Universidad de la CostaINGE CUC; Vol. 14, Núm. 2 (2018)INGE CUCINGE CUCR. A. García-León, M. A. Acosta, and E. Flórez, "Análisis del comportamiento de los frenos de disco de los vehículos a partir de la aceleración del proceso de corrosión," Tecnura, vol. 19, no. 45, pp. 53–63, 2015. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.tecnura.2015.3.a04S. Hirasawa, T. Kawanami, and K. Shirai, "Numerical analysis of convection heat transfer on high-temperature rotating disk at bottom surface of air flow duct," in ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, Proceedings (IMECE), 2014, vol. 8A. https://doi.org/10.1115/IMECE2014-36142A. Ocampo Ramírez, "Dise-o de un molino para reciclar pastas de freno de tractocamiones usando el método del elemento finito," Instituto Politécnico Nacional, 2013.L. S. Bocîi, "The influence of braking time on heat flow through the friction surfaces of the friction elements of disk brakes for railway vehicles," Transport, vol. 26, no. 1, pp. 75–78, 2011. https://doi.org/10.3846/16484142.2011.563494H. B. Yan, S. S. Feng, X. H. Yang, and T. J. 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