В статье мы обрисовываем в общих чертах главные направления исследования процессов взаимодействия тел при воздействии высокой температуры. Мы описываем аналитические методы более детально по сравнению с другими подходами, потому что, по нашему мнению, они являются очень многообещающими для того, чтобы получить простые технические отношения процесса торможения на основе уравнений тепловой динамики трения.

Тормоза являются самыми распространенных устройствами с нестационарным трением. Тормозящие системы трения используются для того, чтобы уменьшить кинетическую энергию вращательного или поступательного движения масс силами трения. При торможении, можно уменьшить скорость скольжения до ноля (остановка) или до данного значения (подтормаживание). В ходе операции торможения изменяются все параметры процесса (скорость, нагрузка, температура, физикомеханические и фрикционные характеристики материалов пары, и условия контакта). В значительной степени их интенсивность определена температурой контакта трения. В частности температура может быть больше, чем допустимые (критические) значения для данного материала, который приводит к нежелательным эффектам, таким как интенсивный износ и схватывание. В результате, это ухудшает условия в зоне контакта, области контура и номинальной области, так же увеличение температуры и ее неоднородность может нарушить нормальное функционирование единицы трения.

Для вычисления тепловых характеристик тормозов необходимо измерить температуру контакта или определить её на основе соответствующей математической модели. Измерение максимальной температуры зоны контакта трения – сложная задача, потому что время существования и размер фактических областей контакта, где генерируется температура, очень малы. В частности было установлено, что область контакта (рис.1) является приблизительно круглой со средним диаметром 30 – 40 мкм и, в зависимости от его размеров, время существования области изменяется от 0.1 до 1 мкс.

Рисунок 1 - Фактическая область контакта диаметром dr: 1, 2 – фрикционные элементы; 3,4 – поверхностные плёнки на элементах; 5 – промежуточная среда.

Однако, время ответа даже сверхчувствительных термопар больше чем время существования фактических областей контакта с больше чем одним порядком величины.

В процессе торможения физикомеханическое состояние поверхностей элементов трения определяются не только температурой контакта, но и нестационарной температурной областью. В частности для определения эффективной глубины проникновения тепла (поверхностный слой, где механические свойства материалов и свойства трения изменяются), необходимо принять во внимание температурные градиенты. Есть определенные функциональные соотношения между температурными градиентами и кинематическими, динамическими параметрами процесса торможения, свойствами материала, способами и методами охлаждения, и другими особенностями.

В некоторых работах для рабочих характеристик тормозов (изменяется тормозной момент, скорость, продолжительность торможения, и т.д. ) даны соотношения и продемонстрировано влияние температурных градиентов на тепловой режим процесса торможения и физикомеханические свойства материалов пары трения.

Вычислительная модель для оценки температуры в зоне контакта трения принимает во внимание отдельность контакта, объемное, поверхностное нагревание материалов пары трения в процессе торможения. Максимальная температура представлена в виде

где T₀ и T_V - начальная и объёмная температуры элемента перед n-ым циклом торможения,

T_C - средняя температура поверхности трения,

T^* - температура вспышки, которая является избыточной над средней температурой поверхности трения (возникающая при соударении микронеровностей).

Среднюю температуру необходимо вычислять для оценки изменений, которые могут произойти в поверхностном слое материала. Максимальная температура поверхности трения определяет характер протекания физико-химических процессов на пятнах фактического контакта, а также значение износа.