Chemistry Tabulation

del cálculo de las partículas sin movimiento, lo cual permite obtener las condiciones de deformaciones, esfuerzos, el factor de seguridad y temperatura a la que están sometido el disco de freno. La geometría y planos del disco de freno se modelan en el software

CAD con los parámetros mencionados anteriormente y luego se transporta al software de elementos finitos para realizar el respectivo procedimiento y análisis.

Figura 58. Geometría del disco de freno

Fuente: Autores

Mediante este análisis estático estructural que se realiza en el disco se puede observar el comportamiento más amplio del disco de freno en la distribución de toda su geometría con sus valores máximos y mínimos, tanto de deformación, esfuerzos y factores de seguridad. A continuación en la figura 59 se puede observar la simulación del disco y su deformación más grande que se presenta en los extremos del mismo con valores milimétricos, esto es a causa del desgaste generado por el área de contacto de las pastillas de freno, su deformación total máxima es de 0,089782 𝑚𝑚.

Figura 59. Deformación total en el disco

Fuente: Autores

Luego se observa el esfuerzo de Von - Mises con un valor máximo de 260,79MP y el estrés elástico con un valor máximo de 0,0018953mm/mm en la parte lateral de la campana, es decir sufre estos fenómenos en los soportes fijos de dicha geometría ver figura 60, resultan ser mínimos y milimétricos sobre el área de contacto con las

pastillas del sistema de frenado, de tal manera se produce la uniformidad de área en esta parte del disco de freno.

Figura 60. Tensión de Von - Mises y deformación elástica en el disco

Fuente: Autores

Además en la figura 61 el factor de seguridad se hace máximo en el mismo punto que en las deformaciones y tenciones obtenidas anteriormente y mínimo en la campana donde está sujeto al eje, efecto que produce que el sistema de frenado sea optimo en lo que respecta la seguridad operacional, dando como resultado un valor máximo de 15 y un valor mínimo de 0,9337 en estado estático y en estado transitorio 3,2098

Figura 61. Factor de seguridad en el disco

Fuente: Autores

Para obtener el análisis térmico del disco de freno se realiza su respectiva importación al software de elementos finitos en donde se obtiene como resultado la distribución de temperatura, el flujo de calor y la dirección de flujo, esto se realiza tomando en cuenta las condiciones de funcionamiento calculadas anteriormente, la cual nos permite observar el estrés térmico durante la frenada. Como se observa en la figura 62 en este

caso la distribución de temperatura se hace máxima en el área de contacto con las pastillas de freno con un valor de 80,009℃, esta temperatura alcanzada fue calculada matemáticamente mediante transferencia de calor tomando en cuenta las variables de masa del vehículo, la velocidad de operación y el tipo de material del disco.

Figura 62. Distribución de temperatura en el disco

Fuente: Autores

En cuanto al flujo de calor, se hace máximo o total en el filtro térmico con un valor de

0,0034752 W/mm2 _{proceso de mecanizado por el cual son sometidos los discos de freno}

para separar el área de contacto de la pastilla y reducir el calor que pasa hacia la campana y de esta manera evitar el calentamiento excesivo de la llanta, como se puede observar en la figura 63.

Este análisis térmico que determina el software de elementos finitos da a notar que las temperaturas que soportan estos discos son muy elevadas, llegando a soportar temperaturas de hasta 400℃ en discos macizos y 700℃ en discos ventilado.

Simultáneamente la dirección del flujo de calor se genera en dirección axial en el eje x como se observa en la figura 64 en donde se evacua la cantidad de calor generado por la fricción más eficientemente en el disco.

Figura 64 Dirección de flujo de calor en el disco

Fuente: Autores

Una vez analizado en estado estático y observado el comportamiento del disco se hace un estudio más minucioso, es decir se analiza la temperatura del disco en estado transitorio, porque en este caso el vehículo va a estar en movimiento y con una temperatura diferente a medida que el conductor ejerza una fuerza sobre el pedal del freno.

Para este estudio se toma el dato de temperatura calculado con transferencia de calor y el dato del tiempo de parada que fueron determinados anteriormente. Luego se ingresan los datos y los intervalos de tiempo al software de elementos finitos de la siguiente manera como se observa en la tabla 11:

Tabla 11.Tiempo, controles de paso y temperatura

Número de pasos 1,

Corriente número paso 1, Paso tiempo final 6, s Tiempo inicial paso 6,e-002 s Tiempo mínimo paso 6,e-003 s Tiempo máximo de paso 0,6 s

Temperatura 80℃

Tabla 12. Intervalos de tiempo y temperatura

Paso Tiempo [s] Temperatura [°C]

1 0, 0, 2, 26, 4, 52, 6, 80, Fuente: Autores

Una vez ingresado los datos al software se manda a analizar con las condiciones mencionadas anteriormente obteniendo la siguiente solución y resultados con sus respectivas graficas en la cual se detallan a continuación.

Tabla 13. Temperatura, flujo de calor y dirección de calor del disco en estado transitorio

Definición

Tipo Temperatura Flujo de calor total Flujo de calor direccional

Por Tiempo

Resultado

Mínimo 73,612 °C 1,5371e-005 W/mm² -8,5126e-003 W/mm² Máximo 80, °C 9,3561e-003 W/mm² 4,354e-003 W/mm²

Mínimo valor con el tiempo

Mínimo 0,78 °C 1,0499e-006 W/mm² -2,8853e-002 W/mm² Máximo 73,612 °C 1,6768e-005 W/mm² -1,0259e-003 W/mm²

Máximo valor con el tiempo

Mínimo 8,9362 °C 1,4583e-003 W/mm² 1,0701e-003 W/mm² Máximo 80, °C 4,7965e-002 W/mm² 4,569e-002 W/mm²

Fuente: Autores

Tabla 14. Temperatura y tiempo transitorio

Tiempo [s] Mínimo [°C] Máximo [°C]

6,e-002 0,78 21,154 0,12 1,5312 19,418 0,14 1,7137 18,751 0,16 1,967 18,015 0,2154 2,6986 15,885 0,28963 3,6757 13,41 0,37906 4,8482 11,223 0,49217 6,3269 9,5981 0,67304 8,5868 8,9362 1,1586 12,281 15,073 1,7586 18,82 22,861 2,3586 26,091 30,661 2,9586 33,585 38,461 3,5586 41,146 46,261 4,1586 48,818 54,22 4,7586 56,79 62,62 5,3586 64,897 71,02 5,6793 69,25 75,51 6, 73,612 80, Fuente: Autores

Figura 65. Temperatura Máxima y mínima

Fuente: Autores

Luego se observa en la tabla 15 el comportamiento del disco en un estado transitorio la máxima temperatura tenemos en la parte del área de contacto con la pastilla producido por el rozamiento de estos elementos con una temperatura de 80℃ y un tiempo de 6s, su total flujo de calor también sigue siendo máximo en el filtro térmico pero con un valor más exacto que en el caso anterior y su dirección de flujo de calor sigue generándose en dirección axial en el eje x con un valor mayor y es en la parte más rojiza de acuerdo con el código de colores del software en donde se evacua la cantidad de calor generado por la fricción de disco - pastilla.

Tabla 15. Comportamiento del disco en estado transitorio

Disco Temperatura Total flujo de calor Dirección flujo de calor

C

omporta

mi

ento

Fuente: Autores

3.14.3 Análisis estructural estático y térmico de la pastilla de freno. Para realizar un