Обсуждены работы последних 15 - 20 лет, посвященные анализу математических моделей теплового расчета фрикционных тормозных систем различного типа. Отражены основные направления исследований процессов взаимодействия тел с учетом тепловыделения. Более подробно описаны аналитические методы, которые имеют большую перспективу развития для получения простых инженерных зависимостей, описывающих процессы при торможении на основе уравнений тепловой динамики трения.

Запропонована математична модель розрахунку температурного та термонапруженого стану фрикційних елементів гальмівних систем. З цією метою побудовано розв'язок відповідних крайових задач нестаціонарної теплопровідності та квазістатичної термопружності. Досліджено розподіл температури спалаху та зумовленого нею термонапруженого стану в околі локальної плями фактичного контакту на робочій поверхні гальмівної накладки. Проаналізовано вплив мікрогеометрії поверхні тертя та її конвективного охолодження на термонапружений стан фрикційної накладки гальма. Отримано аналітичні формули для визначення максимальної контактної температури при гальмуванні. Проведено порівняння результатів по розрахунку максимальної контактної температури та ефективної глибини прогрівання накладки дискового гальма, отриманих за допомогою запропонованих методик, із даними експерименту.

Викладено основний порядок проектувального і перевірочного (уточненого і спрощеного) розрахунків та розрахунок фрикційної муфти, а також фрикційного тормозу кривошипних листоштампувальних пресів. Розкрито теоретичні основи характеристик муфт і тормозів, наведено їх класифікацію. Описано конструкції муфт-тормозів і матеріали дисків. Проаналізовано особливості проектування зблокованих вузлів муфта-тормоз.

Для багатопарних фрикційних вузлів стрічково-колодкових гальм, які мають зовнішні та внутрішні пари тертя з почерговим їх вмиканням, наведено аналітичні залежності для оцінювання теплового балансу з урахуванням вимушеного та природного конвективного, радіаційного та кондуктивного теплообміну. Наголошено, що матові (охолоджувальні) та поліровані (нагрівальні) поверхні металевих фрикційних елементів мають різну випромінювальну здатність.

На рівні нанотрибології розкрито: динамічне контактування, контактне зміщення у зоні взаємодії, стан приповерхневих шарів та електричний баланс струмів у зоні контактування пар тертя гальмівних пристроїв.

Раскрыты основы образования микробатарей в парах трения тормозных устройств, работающих в режимах микротермоэлектрогенераторов и микротермоэлектрохолодильников, а также определены составляющие генерируемых составляющих токов.

Раскрыты основы определения направлений составляющих генерируемых токов в парах трения фрикционных узлов тормозных устройств. Проиллюстрировано влияние составляющих генерируемых токов на общее тепловое состояние пар трения тормозных устройств.

Проиллюстрированы: контактное взаимодействие пар трения; износо-фрикционные свойства пар трения; терморегулирование состояния металлических фрикционных элементов в тормозных устройствах.

Запропоновано порівнювати ефективність гальмівних пристроїв за комплексом критеріїв: максимальною енергією, що розсіюється за один цикл гальмування, стабільністю процесів гальмування, швидкодією або крутизною переднього та заднього фронтів зміни швидкості руху, керованістю або адаптивністю пристроїв до змін зовнішніх умов та вимог до процесу гальмування. Показано, що для створення гальмівних пристроїв, які здатні забезпечити комплекс показників якості, доцільно використовувати гідравлічні приводи. Використання запірно-регулювальної апаратури з електромагнітним пропорційним або дискретним керуванням та мікропроцесорів дозволяє забезпечити необхідну точність виконання законів гальмування та розсіювання необхідних обсягів енергії. Підвищення надійності та ефективність гальмівних пристроїв можна також забезпечити за допомогою комбінованих пристроїв.

Показано чотирирівневу структурну модель трибосистеми ковзання (фрикційного вузла гальмівного пристрою), яка базується на ієрархічному системному підході. Виділено останній рівень структурної моделі, в якому компоненти фрикційної накладки за температур вищих за допустиму зазнають фазовий перехід 1-го роду - випаровування та конденсацію в твердій фазі. Доведено, що в трибологічній моделі приповерхневого шару фрикційної накладки необхідно розглядати три елементарних об'єми з різними енергетичними рівнями - димлячий (сублімації), рідкий і пароподібний.

Закладено концепцію термічної взаємодії для процесів тертя у фрикційних вузлах стрічково-колодкових гальм. Термомеханічне тертя розглянуто з точки зору не тільки досягнення матеріалами накладки допустимої температури, але й при недостатній енергоємності металевих фрикційних елементів. Оцінено темпи нагрівання металевого елемента тертя; коефіцієнти розподілення теплоти між елементами вузла тертя. Встановлено закономірності зміни темпів нагрівання елементів тертя в залежності від температурних градієнтів у разі імпульсного та довготривалого режимів підведення теплоти до них. Проведено дослідження, спрямоване на розроблення композиційного зносостійкого покриття для нанесення на робочі поверхні накладок гальмівних пристроїв, в основу якого покладено правило додатнього градієнта механічних властивостей. Створено та випробувано композиційний евтектичний сплав на основі сталі 12Х18Н9Т з урахуванням теплофізичних характеристик усіх компонентів. Доведено та обгрунтовано проведення поверхневої комплексної лазерної обробки поверхні з метою покращення структури та триботехнічних властивостей поверхневого шару. Розроблено та запатентовано спосіб формування плазмових покриттів шляхом їх подвійного оплавлення лазером. Доведено, що покращення триботехнічних властивостей дворазово оплавленого покриття досягається шляхом утворення поверхневих структур, що відповідають правилу додатнього градієнта механічних властивостей, та зниження температури в поверхневому шарі двошарового покриття. Встановлено, що обробка лазером значно підвищує міцність зчеплення плазмового покриття з основним матеріалом.

Рассмотрены трибохимические процессы в парах трения тормозных механизмов. Сделаны теоретические исследования контактно-импульсного фрикционного взаимодействия на пятнах контактов микровыступов металлополимерных пар трения. Детально проанализированы процессы и явления, происходящие в тормозных механизмах с учетом химического состава газов в межконтактном пространстве пары трения. Проведены экспериментальные исследования износа фрикционных пар в зависимости от их материалов и состава газов межконтактного пространства.

Для моделирования типичных условий эксплуатации аварийного тормоза проанализирована теоретическая тепловая энергия одного аварийного торможения. Выведена формула максимальной температуры контактной точки на основании теории теплопроводности трения при торможении. Конечноэлементная модель температурного поля дискового тормоза построена с использованием программного пакета ANSYS/LS-DYNA. Проанализировано влияние запаса прочности тормоза и различных тепловых свойств на температурное поле. Результаты показали, что распределение температур в парах трения тормоза из чугуна с шаровидным графитом более равномерно, чем в парах трения стального тормоза. На основании полученных результатов и выполненного анализа даны некоторые рекомендации относительно конструкции и применения аварийного тормоза.

Показаны силы трения, возникающие в металлополимерных прямых и обратных парах трения, и формируемые при этом удельные нагрузки.

Проиллюстрировано единое поле применительно к металлополимерным парам трения тормозных устройств на основе контактно-импульсного взаимодействия микровыступов поверхностей. Последнее включает в себя электрическое, магнитное и тепловое поле, которые между собой взаимосвязаны.

Произведено обоснование теоретического и экспериментального характера применения в многопарных фрикционных узлах ленточно-колодочного тормоза комбинированных тормозных лент. Рассмотрено контактное взаимодействие в паре "металл-металл" и контактно-импульсное взаимодействие в паре трения "шкив-накладки" в многопарных фрикционных узлах.

Показана взаимосвязь темпов нагревания металлического и полимерного элементов трения в ленточно-колодочном тормозе с градиентами температуры по их поверхностям и по глубине материалов при импульсном и длительном режимах подвода теплоты.

Проілюстрована роль поверхневих і приповерхневих шарів полімерних накладок у формуванні енергетичних рівнів металополімерних пар тертя гальмівних пристроїв. Енергетичні рівні оцінено динамічним, електричним і температурними градієнтами нестійкого стану поверхонь металополімерних пар тертя.

Запропоновано підходи до апроксимації експериментальних даних, одержаних в результаті випробування натурного трибоз'єднання "накладка-барабан", в якому на поверхні накладки виконані профілюючі канавки, емпіричним рівнянням, яке дозволило визначи ти вид регресійної залежності, що встановлює зв'язок між її зносостійкістю і параметрами, які визначають фрикційність контакту за умов циклічного гальмування.

Розкрито механізм контактно-імпульсній взаємодії мікровиступів металополімерних пар тертя гальмівних пристроїв, котрий залежить від піддатливості елементів конструкцій фрикційних вузлів та їх стиків у формуванні внутрішніх (на нанорівні) і зовнішніх (на мікро- і макрорівнях) експлуатаційних параметрів вузлів тертя.