Mojou témou pre prácu je brzdový mechanizmus. Presnejšie ide o karbón keramickú brzdu, ktorá sa aplikovala do športových automobilov v rokoch 2008 - 2011. Brzdy sú pre automobil životne dôležitým prvkom. Na brzdy nadväzujú prvky aktívnej bezpečnosti. Brzdy automobilu musia byť dostatočne dymenzované vzhľadom na jeho výkon a hmotnosť. Keramické brzdy sa používajú v automobilovom športe. Tejto tematike sa aktívne venujem dva roky, kedy som sa prvýkrát stretol s týmto typom zariadenia.
Karbón keramické kotúče majú viacero výhod oproti bežným oceľovým kotúčom. Hmotnosť keramického kotúča je asi o 50 % nižšia, to má za následok ľahšie rozpohybovanie kolies vďaka nižšej obvodovej hmotnosti. Dosahujú životnosť až 300 000 km. Táto životnosť je dosiahnutá na základe použitých zložiek v kompozite. Kompozit tvoria uhlíkové vlákna, ktoré sú spevňované keramickým materiálom. Hlavnou zložkou je karbid kremíka, ten je úplne odolný voči treniu. Počas životnosti kotúča sa na hrúbke uberie len približne 0,5 mm. Kotúče sú úplne odolné voči korózii. Majú lepšiu dávkovateľnosť brzdného výkonu (brzdový pedál „nevädne“). Obstarávacia cena sady karbón keramických bŕzd je približne 10 000 eur.
Cieľmi podkladovej práce bolo vytvoriť 3D model a animačné videá v programe Solid Edge, rozšíriť svoje znalosti v ovládaní programu a získať nové vedomosti z oblasti konštrukcie a technológie, zlepšiť sa v práci s programom Solid Edge a získať nové vedomosti.
Brzdový kotúč bola prvá súčiastka, na ktorej sme začali pracovať. V prvom rade sme museli zvoliť tvar odvetrávajúcich drážok (Obrázok 1; 2; 3) a ich rozmiestnenie po ploche kotúča. Kotúč tvoria dva zrkadlové segmenty, v skutočnosti je vyrobený ako jeden kus. Pri práci vznikol problém so zaoblením, s ktorým sa nedalo vopred počítať. Preto bolo potrebné model kotúča riešiť ako dve zrkadlové polovice.
Voľba tvaru odvetrávajúcich drážok trvala dlhšiu dobu. Nevedeli sme sa rozhodnúť pre správny tvar. Drážok je viacero typov, každý výrobca má svoju technológiu aj filozofiu. Odvetrania sú rozličné u klasických oceľových kotúčov alebo u kompozitových.
Obrázok 1 Princíp chladenia brzdového kotúča
Obrázok 2 Predný keramický brzdový kotúč Audi
Obrázok 3 Zadný keramický brzdový kotúč Audi
Ako sme spomínali, model kotúča tvoria dve zrkadlové polovice, ktoré sú spojené do zostavy ako jeden celok. Chladenie tvoria opakujúce sa tvary. Ďalším krokom boli kruhové odvetrania. V práci sme použili otvor s priemerom Ø 4,5mm. Otvory sú rozmiestnené do medzier chladenia. Typ brzdy je plávajúci, to znamená, že sa kotúč pohybuje v axiálnom smere. Rozmedzie pohybu je rádovo v desatinách milimetra. Systém eliminuje vôľu ložiska a zabezpečuje ideálnu stykovú dráhu pre brzdové obloženie. Kotúč sa nekrúti a nepraská. Konštrukcia axiálneho plávania sa používa aj pri motocykloch.
Rozoberateľný spoj kotúča s prírubou je realizovaný pomocou segmentu (púzdra), skrutky TORX M5x50 STN 02 1149 a šesťhrannou maticou s prírubou M5 podľa STN 02 1406. Spojenie tvorí 10 spojov.
Ďalším krokom bolo modelovanie príruby. Pomocou príruby je kotúč uchytený na náboj kolesa, na prírubu dosadá koleso. Príruba je vyrobená z hliníka. V prírube je rozteč otvorov 5x112, otvory majú priemer Ø15 mm. Ak sa odmontuje koleso, kotúč je zabezpečený zápustnou skrutkou TORX M6x15. Po vymodelovaní sme súčiastky nafarbili na požadovanú farbu.
Obrázok 4 Rez brzdového kotúča
Zostavenie jednotlivých súčiastok (3D modelov) do zostavy bolo realizované v rovnakom programe Solid Edge. Ako prvé sa spojili zrkadlové diely kotúča. Na povrch z vonkajšej strany sa umiestnila súosovo príruba, do príruby sa postupne vložili spojovacie segmenty, skrutky a matice. Na záver sa do príruby umiestnila poistná skrutka kotúča TORX M6x15. Skrutka uchycuje kotúč k náboju kolesa. V zostave sme na povrch kotúča použili vhodnú textúru, ktorá má karbón keramický vzhľad. Po vymodelovaní zostavy sme vytvorili animačné video.
Obrázok 5,6 Zostava brzdového kotúča
Základ brzdového strmeňa tvorí teleso, ktoré sme vytvorili rotáciou nakresleného profilu v skici. Vyrezali sme otvor pre brzdové obloženie. Nasledovalo okótovanie a kontrola. Po vytvorení hrubého modelu telesa strmeňa sme začali riešiť a skicovať uchytenie strmeňa k adaptéru. Do telesa sme spravili vybranie pre hlavu skrutky, ktoré sme zrkadlili cez kolmú os. Cez teleso sme vyvŕtali diery Ø13 pre skrutky. Ďalším krokom bolo vyrezať diery pre brzdové piesty a tesnenia.
Diery pre brzdové piesty sú vyrezané z vnútornej strany. Priemer diery je 30 mm, po obvode diery sú vybratia pre tesniaci krúžok a prachovku. V strmeni je 8 dier, 4 diery na každej strane strmeňa.
Nasledovalo vymodelovanie tvaru kvapalinovej komory. Ide o hlavný znak brzdových strmeňov. Dizajnovo kopíruje polohu a rozloženie brzdových piestov v strmeni. Do pozdĺžnych koncov sú navŕtané závitové diery M8 . Celý tento prvok brzdovej komory sme zrkadlili na opačnú stranu telesa.
Po vymodelovaní celého telesa sme museli dokončiť hrany pomocou príkazu zaoblenie a skosenie hrán. Závitové diery sme skosili podľa výpočtov pomocou strojníckych tabuliek k príslušnému priemeru závitu. Všetky ostatné hrany sme zaoblili na požadovaný polomer. Teleso je odliatok, preto musia byť všetky hrany zaoblené. Rozsah polomeru zaoblenia je od R 0,2 – 15 mm.
Brzdový strmeň tvorí 14 súčiastok, ktoré sú zostavené do zostavy. Brzdové obloženie tvoria dve zrkadlené dosky. Pre keramické brzdové kotúče sa používa keramické brzdové obloženie. Brzdová doska má hrúbku 22 mm, brzdný materiál tvorí 12 mm. V brzdovej doske je vybranie, do ktorého je vložený snímač opotrebovania brzdového obloženia. Uchytenie brzdových dosiek je realizované pomocou skrutky TORX a kolíka v hornej časti strmeňa. Tento spoj zabezpečuje brzdové dosky proti vybratiu a rovnako slúži na ideálny pohyb dosiek pri brzdení. Ďalším prvkom v uchytení dosiek sú 2 kolíky Ø 11 x 57mm, na každej strane umiestnené pod doskami. Kolíky sú nalisované v telese strmeňa. Umožňujú rýchlu montáž dosiek do brzdového strmeňa. Pri brzdení sa na tieto kolíky a teleso strmeňa prenášajú vzniknuté sily.
Plechový kryt nad doskami zabraňuje nečistotám napr. kamienkom, aby sa dostali pri brzdení medzi kotúč a brzdové obloženie.
Brzdová kvapalina je privádzaná cez prívod, ktorý je umiestnený na pravej komore. Kvapalina prúdi cez pravú komoru, následne pokračuje do rúrky, ktorá zabezpečuje prepojenie brzdových komôr (prepojenie medzi pravými a ľavými piestami). V hornej časti komôr sú umiestnené skrutky na odvzdušnenie bŕzd. Na skrutkách je gumička proti prenikaniu nečistôt.
Brzdový piest má priemer 30 mm a dĺžku 35 mm. Teleso piesta má vybranie, ktoré znižuje hmotnosť. Na brzdový piest nadväzuje tesniaci krúžok. Z vonkajšej strany je na pieste prachovka, ktorá zabraňuje vnikaniu nečistôt medzi funkčné plochy piesta a strmeňa.
Adaptér zabezpečuje uchytenie brzdového strmeňa k ramenu kolesa. Strmeň je k adaptéru uchytený skrutkami M12x110 podľa normy STN 02 1148, pod skrutkami sú ploché podložky. Adaptér je k ramenu kolesa priskrutkovaný skrutkami M14 x 45 podľa normy STN 02 1107.
Zostava je vytvorená v programe Solid Edge. Základnou súčiastkou je teleso strmeňa, na ktorý sú umiestnené ostatné súčiastky. Po vymodelovaní sme vytvorili animačné video.
Obrázok 7 Zostava brzdového strmeňa
Zostavu brzdového kotúča a zostavu brzdového strmeňa sme následne zložili do finálnej zostavy brzdového mechanizmu. Základnú spojovaciu časť predstavuje rameno a náboj kolesa. Brzdový kotúč sme uchytili na náboj kolesa. Brzdový strmeň uchytili pomocou adaptéra na rameno kolesa. Na ramene kolesa je priskrutkovaný plech proti rozstreku, ktorý chráni brzdový kotúč pred nečistotami.
Na záver sme vymodelovali koleso s rozmerom R20/275. Na disk sme nasadili letnú pneumatiku s rozmerom 265/35R20.
V tejto zostave sme následne spracovali animačné video a nasimulovali pohon brzdového kotúča.
Obrázok 8,9 Brzdový mechanizmus
Obrázok 10, 11 Brzdový mechanizmus s kolesom
{s5_media_player media=[video] video_mp4=[http://www.strojar-inovator.sk/images/video-2015/brzdovy-kotuc.mp4] }
{s5_media_player media=[video] video_mp4=[http://www.strojar-inovator.sk/images/video-2015/brzdovy-strmen.mp4] }
{s5_media_player media=[video] video_mp4=[http://www.strojar-inovator.sk/images/video-2015/zostava-mechanizmu.mp4] }
