초록 ▼

본 연구는 기존의 주철 디스크 브레이크의 제동 및 방열 특성, 연비 등의 성능을 개선할 수 있는 경량의 알루미늄 디스크를 개발을 최종 목표로 한다. 알루미늄 디스크의 마모, 방열, 강도 등의 특성을 분석하고, 각 요소의 성능을 개선할 수 있도록 다이나모 시험 및 FEM 수치해석을 통하여 형상의 변경을 수행한다.
국내·외적으로 자동차 수의 급격한 증가로 인한 대기오염 및 지구 온난화가 심각해지고 있는 가운데, 현재 상용화되고 있는 주철 디스크 브레이크는 내마모성이 약하고 가공 공정이 까다로워 가격 경쟁력이 없으며, 또한 가공 후

본 연구는 기존의 주철 디스크 브레이크의 제동 및 방열 특성, 연비 등의 성능을 개선할 수 있는 경량의 알루미늄 디스크를 개발을 최종 목표로 한다. 알루미늄 디스크의 마모, 방열, 강도 등의 특성을 분석하고, 각 요소의 성능을 개선할 수 있도록 다이나모 시험 및 FEM 수치해석을 통하여 형상의 변경을 수행한다.
국내·외적으로 자동차 수의 급격한 증가로 인한 대기오염 및 지구 온난화가 심각해지고 있는 가운데, 현재 상용화되고 있는 주철 디스크 브레이크는 내마모성이 약하고 가공 공정이 까다로워 가격 경쟁력이 없으며, 또한 가공 후 디스크 코팅작업과 녹이 발생하여 심각한 환경공해를 유발하고 있다. 따라서 자동차업계는 이러한 단점을 획기적으로 보완하여 기계적 성질과 외관 특성이 우수하고, 가공성이 뛰어난 환경 친화적인 디스크 브레이크 개발의 필요성을 절감하고 있다.
본 연구를 통하여 기존의 주철 디스크를 대체할 수 있는 알루미늄 디스크의 개발을 최종 목표로 한다. 알루미늄 디스크의 마모, 방열, 강도 등의 특성을 분석하고, 각 요소의 성능을 개선할 수 있도록 FEM 수치해석법을 이용하여 형상의 변경을 수행한다.
연구의 1단계에서는 기존의 주철 디스크에 대한 특성 조사 및 알루미늄 디스크와의 성능 비교를 통하여 알루미늄 디스크가 브레이크 다이나모를 이용한 시험적 분석을 수행하였고, 열온도-제동성능 해석을 통하여 일반 주철보다 나은 면을 볼 수 있어서 알루미늄 디스크 개발에 대한 기반을 조성한다.
2단계에서는 알루미늄 디스크의 형상 변경을 수행한다. 알루미늄을 기본 형상으로 하여 디스크의 외곽부분에 스테인레스, 주철, 티타늄 등을 접합하여 다이나모 실험 및 열 온도-제동성능 해석을 한 결과 가격면이나 성능면에서 스테인레스를 사용하는 것이 다른 소재보다 나은 결과를 나타내었다.
3단계에서는 2단계에서 제작한 시제품에 브레이크 다이나모시험을 수행하여 마모, 방열 특성 등을 분석하고, 최적의 알루미늄 디스크 브레이크의 개발을 위한 방향을 제시한다.
본 연구를 통하여 기존의 주철 소재 디스크보다 내열성, 내마모성 및 내열 균열성을 향상시키고 경량화, 조정성을 향상시킨 알루미늄 디스크를 개발하고, 향후 자동차 시장의 대세가 될 것으로 예측되는 전기자동차에 응용하고자 한다.
본 연구를 수행함으로써 FEM 열-구조 연성해석 통하여 정확한 디스크 브레이크의 온도 및 열변형 해석 가능하고, 연성해석을 통하여 제동 시 발생하는 강도, 마모, 방열특성 등을 예측하는 기법을 제안할 수 있다.
또한 주어진 브레이크 시스템 설계 시 마모, 방열 특성에 대한 실험적 연구를 통하여 디스크 브레이크의 내마모 및 수명에 관련된 연구 수행하여 통계적 기법을 활용하여 방대한 자료 분석 및 정리, 예측 방향설정에 관한 연구가 가능하고 다른 자동차 연구에도 적용할 수 있고 실험단계에서 개선된 방법을 사용하여 실험하는데 유용할 것이다.
본 연구를 바탕으로 하여 디스크 브레이크의 온도, 응력, 열변형 분포의 효율적인 예측기법의 개발로 제동 시스템 설계에서 시스템 제원 설정에 이용할 수 있고, 최적 디스크 브레이크 설계를 위한 형상 및 특성 분석 기술의 개발 가능하다고 볼 수 있다. 또한, 디스크 브레이크를 포함한 주요 부품의 설계 사양을 결정하는 기준으로 이용 가능하며 브레이크 시스템과 더불어 마찰접촉에 의해 제동, 동력전달을 수행하는 트랜스미션, 항공기 브레이크, 철도차량 등에 적용할 수 있다. 앞으로 디스크 브레이크 뿐만 아니라 패드의 연구에도 병행할 예정이다.