Diskli fren sisteminde disk üzerindeki sıcaklığın analitik olarak hesaplanması

Otomotiv tarihinin başlangıcından itibaren frenler de var olmuştur. Çünkü elde edilen hareketin istendiği zaman durdurulabilmesi de gerekmektedir. Aracı durdurma işlemi yüzeylerin birbirine sürtünmesi ile yapılmaktadır. Bu işlem bazı uygulamalarda balataların tekerlekle birlikte dönen, dışındaki bir kampanaya temas etmesiyle bazı uygulamalarda ise bir balatanın tekerlekle birlikte dönen bir diske temas ettirilmesiyle yapılmaktadır. Frenleme sırasında aracın kinetik enerjisi sürtünen yüzeyler arasında oluşan ısıya dönüşür. Bu durumda fren sisteminin parçalarının yüksek sıcaklara çıkması ısıl streslere neden olur ve bu da diskli sistemlerde disk üzerinde çatlakların oluşmasına yol açar. Bu tez çalışmasında birtakım kabullerle diskli fren sistemlerinde disklerin ulaşabileceği sıcaklıkların hesaplanabileceği tek boyutlu bir model oluşturulmaya çalışılmıştır. Çalışmada öncelikli olarak tezin amacından ve bu konuda yapılmış çalışmalardan bahsedilmiş, literatürde konuyla ilgili bulunanlar kısaca aktarılmıştır. Halihazırda literatürde olan bilgi birikiminden bahsedildikten sonra kısaca fren sistemlerinden ve diskli fren sisteminin yaygınlaşmasından bahsedilmiştir. Bu aşamada diskli fren sisteminin çalışma şekli de anlatılmış, hidrolik sistemlerde kaçak olma ihtimaline karşı alınan önleme değinilmiş ve sürtünme sonucu açığa çıkan ısının atılması için oluşturulan tasarımlar anlatılmıştır. Frenleme esnasında balata ile diskin birbirine uyguladığı kuvvetler aracın bütünü göz önüne alındığında iç kuvvet olarak kalmaktadır. Bu nedenle fren balatasının diske uyguladığı basınç sonucu ortaya çıkan sürtünme kuvveti ile aracın ivmesi arasında doğrudan bir bağlantı kurulamaz. Bu nedenle balatanın diske uyguladığı basınç ile aracın ivmesi arasında bir bağıntı kurulması için otomobilde frenleme dinamiği üzerine bir model kurulmuştur. Bu model kullanılarak diske uygulanan basınç ile ivme arasında bir ilişki kurulmuştur. Fren diskinin ısıl analizi için yine birtakım kabuller altında bir model oluşturulmuş ve bu modeli oluşturan denklemler çözülerek fren sıcaklığı zamana bağlı olarak bulunmuştur. Bu modelde ısı geçişi tek boyutta modellenmiş, iletim ihmal edilmiş ve diske uygulanan basınç düzgün dağılımlı, balata ile disk arasındaki sürtünme katsayısı sabit kabul edilmiştir. Son olarak elde edilen bulgular literatürdekilerle karşılaştırılmış ve modelin doğrulaması yapılmıştır. Doğrulamanın ardından izlenen yaklaşım gerçek hayattaki şartlar için kullanılmış ve disk sıcaklıklarının yüksek sıcaklıklara çıkabileceği, bu nedenle farklı tasarımlar yapılmasının gerekliliği gösterilmiştir.