ТОРМОЗНОЙ ДИСК Российский патент 1994 года по МПК F16D65/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям фрикционных, например тормозных устройств транспортных средств и опорных элементов.

Известны тормозные диски, образованные несущим диском-сердечником, выполненным из высокопрочного и жесткого алюминиевого сплава, и двумя боковыми пластинами из нержавеющей стали (патент США N 4049090, НКИ 188-251М; патент Великобритании N 2024346, НКИ F1 F; заявка Японии N 54-29, НКИ 54 В 43).

Сравнительно легкий сердечник способствует снижению веса всего диска и увеличению рассеивания тепла.

Однако выполнение наружных частей диска из стали с одинаковыми физико-механическими характеристиками по всей площади фрикционных поверхностей не обеспечивает равномерное сопротивление разрушению различных зон поверхностей под воздействием переменных термомеханических напряжений, не способствует демпфированию вибрации и устранению дребезжания при торможении, что приводит к преждевременному выходу диска из строя.

Известен тормозной диск, содержащий матрицу, выполненную из теплопроводного и легкого материала, армированную со стороны его рабочих поверхностей ячеистым каркасом из износостойкого материала, имеющим переменную площадь торцовых поверхностей ячеек, заполненных матричным материалом и образующих с последним регулярный микрорельеф, и элементы крепления диска [1] .

Выполнение матрицы из легкого материала способствует снижению веса конструкции, обеспечивает кондуктивный теплоотвод, что уменьшает теплонагруженность и стабилизирует температурное поле, повышающие срок службы фрикционного элемента.

Однако пониженная прочность и жесткость матрицы, выполненной из алюминиевого сплава, отрицательно сказывается на долговечности изделия.

Цель изобретения - повышение долговечности изделия за счет улучшения его эксплуатационных характеристик.

Это достигается тем, что тормозной диск, содержащий матрицу, выполненную из теплопроводного и легкого материала, армированную со стороны его рабочих поверхностей ячеистым каркасом из износостойкого материала, имеющим переменную площадь торцовых поверхностей ячеек, заполненных матричным материалом и образующих с последним регулярный микрорельеф, и элементы крепления диска, снабжен решетчатой диафрагмой с элементами крепления, установленной с зазорами относительно каркасов, при этом решетка диафрагмы и зазоры заполнены матричным материалом.

Весьма целесообразна конструкция решетчатой диафрагмы, выполненной из двух выпуклых и соединенных между собой частей, с образованием полостей, по поверхности каждой части выполнен по меньшей мере ряд впадин, ориентированных в окружном направлении и соединенных между собой своими доньями, при этом глубина каждой впадины равна половине высоты диафрагмы, а в доньях выполнены отверстия.

В полостях диафрагмы возможно расположение уплотнителей, например, в виде сендвичевой структуры.

Возможна конструкция решетчатой диафрагмы, выполненной в виде гофрированного кольца с радиальным расположением гофр.

Возможна также конструкция тормозного диска, в котором решетчатая диафрагма в местах сопряжения с элементами крепления выполнена с усилием из теплоизоляционного материала.

На фиг. 1 представлен тормозной диск с армирующей решетчатой диафрагмой, общий вид; на фиг. 2 - вариант конструкции диска с составной решетчатой диафрагмой; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 5 - вариант конструкции диафрагмы; на фиг. 6 - вариант конструкции диска.

Тормозной диск содержит матрицу 1, армированную внутри решетчатой диафрагмой 2, а со стороны рабочих поверхностей - каркасами 3, 4.

Матрица выполнена из теплопроводного и легкого материала, например, алюминиевого сплава АК-4 или АЛ 19, каркасы - из фрикционного материала, имеющего прочность, теплоизносоустойчивость выше, чем у матричного материала, например, стали Х18Н10.

Предпочтительно каркасы 3, 4 выполнять в виде ячеистой структуры, имеющей стенки с высотой, соизмеримой с толщиной матрицы 1, и открытые ячейки 5, ограниченные торцовыми поверхностями стенок каркаса с образованием регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях.

Площадь торцовых поверхностей каркасов, выступающая над матрицей, выполнена пропорционально уменьшающейся в направлении от зоны максимальной нагруженности к зоне минимальной нагруженности.

Варьировать площадью торцовых поверхностей каркасов можно как за счет размера ячеек 5, плотности их расположения, так и за счет толщины стенок каркасов 3, 4.

Решетчатая диафрагма выполнена из прочного материала, например стали. Диафрагма 2 имеет геометрическую форму, соответствующую рабочим поверхностям диска, установлена она с зазорами 6, 7 относительно каркасов 3, 4. Отверстия 8 диафрагмы, зазоры 6, 7 между нею и каркасами 3, 4 и сами каркасы заполнены матричным материалом. По периферии решетчатая диафрагма 2 выполнена с утолщениями 9 для мест крепления диска.

Предпочтителен вариант конструкции диска, в котором решетчатая диафрагма (см. фиг. 2, 3, 4, 6) выполнена составной из двух выпуклых частей 10, 11, соединенных между собой.

На поверхности каждой из частей имеется по крайней мере ряд впадин 12, ориентированных в окружном направлении и имеющих глубину, равную половине высоты диафрагмы, и отверстия 13 в донных частях, которыми впадины противолежащих частей диафрагмы соединены, а между соседними впадинами образованы полости 14.

Впадины 12 в сечении, параллельном рабочим поверхностям матрицы 1, имеют эллипсовидную форму.

Для составной решетчатой диафрагмы целесообразно отверстия 15 для крепления выполнить на периферийных частях поверхностей диафрагмы, а концентрично отверстиям 15 между частями диафрагмы установить втулки 16, выполненные из теплоизоляционного материала.

Диски, работающие в условиях тяжелых нагружений, между частями диафрагмы в полостях 14 могут иметь уплотнитель 17, например сендвичевой структуры.

Например, диафрагма может иметь и иное конструктивное исполнение, в частности, представлять собой гофрированное кольцо 18 с радиальным расположением гофр (см. фиг. 5).

Рабочие поверхности диска (фиг. 6) вместо каркаса могут быть армированы износостойкими частицами 19, выступающими над поверхностями матрицы 1 с образованием регулярного микрорельефа. При этом площадь фрикционной поверхности, образованная частицами 19, также должна быть выполнена уменьшающейся от зоны максимальных напряжений элемента к зоне его минимальных напряжений.

Рассмотрим работу тормозного диска на примере использования его в тормозном устройстве легкового автомобиля. На рабочие поверхности диска действуют силы, соответствующие прижимному усилию колодок (на чертеже не показаны). Контакт фрикционных поверхностей происходит по наиболее выступающим частям, которыми являются торцовые поверхности каркасов 3, 4, дискретно выступающие над матрицей 1 и формующие регулярный микрорельеф с ячейками 5.

При торможении на фрикционных поверхностях генерируется тепло, которое через теплоотводящий матричный материал 1 отводится от каркасов 3, 4. При этом вследствие выполнение диафрагмы 2 решетчатой и заполнения матричным материалом 1 отверстий 8, зазоров 6, 7 между диафрагмой и каркасами 3, 4 и самих каркасов создаются предпосылки для распределения тепла по объему диска и рассеивания его.

А вследствие дифференцированного распределения торцовых поверхностей каркасов 3, 4 по рабочим поверхностям диска появляется возможность действующим в процессе эксплуатации неравномерным нагрузкам оказывать эквивалентное сопротивление. При этом наличие решетчатой диафрагмы 2 способствует увеличению прочности и жесткости конструкции.

При варианте выполнения диска с составной решетчатой диафрагмой, кроме указанного, появляется возможность дополнительного охлаждения объемов диска за счет наличия пустотелых полостей 14, которые при необходимости могут быть заполнены уплотнителями 17.

В свою очередь выполнение втулок 16 из теплоизоляционного материала способствует уменьшению передачи теплового потока от фрикционных поверхностей к присоединительным элементам.

Тормозной диск, армированный износостойкими частицами 19, функционирует аналогично описанному.

Таким образом, предложенный тормозной диск, по сравнению с известными, имеет повышенную прочность конструкции, улучшенный теплоотвод, что в целом повышает долговечность фрикционного элемента.

Использование: в тормозных устройствах транспортных средств и опорных элементов. Сущность изобретения: тормозной диск содержит матрицу, выполненную из легкого теплопроводного металла. Матрица армирована со стороны рабочих поверхностей диска ячеистыми каркасами, которые выполнены из износо-тепло-коррозионностойкого материала с переменной площадью торцовых поверхностей ячеек. Тормозной диск снабжен решетчатой диафрагмой с элементами крепления, установленной в матрице с зазорами относительно каркасов. Решетчатая диафрагма может быть выполнена из двух выпуклых , соединенных между собой частей с образованием полостей. Решетчатая диафрагма может быть выполнена в виде гофрированного кольца с радиальным расположением гофр. 5 з. п. ф - лы, 6 ил.

1. ТОРМОЗНОЙ ДИСК, содержащий матрицу, выполненную из теплопроводного и легкого материала, армированную со стороны его рабочих поверхностей ячеистым каркасом из износостойкого материала, имеющим переменную площадь торцевых поверхностей ячеек, заполненных матричным материалом и образующих с последним регулярный микрорельеф, и элементы крепления диска, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности диска за счет улучшения его эксплуатационных характеристик, он снабжен решетчатой диафрагмой с элементами крепления, установленной с зазорами относительно каркасов, при этом решетка диафрагмы и зазоры заполнены матричным материалом. 2. Диск по п. 1, отличающийся тем, что решетчатая диафрагма выполнена из двух выпуклых соединенных между собой частей с образованием полостей, на поверхности каждой части выполнен по меньшей мере ряд впадин, ориентированных в окружном направлении и соединенных между собой своими доньями, при этом глубина каждой впадины равна половине высоты диафрагмы, а в доньях выполнены отверстия. 3. Диск по п. 2, отличающийся тем, что решетчатая диафрагма снабжена уплотнителем, расположенным в ее полостях. 4. Диск по п. 1, отличающийся тем, что решетчатая диафрагма выполнена в виде гофрированного кольца с радиальным расположением гофр. 5. Диск по пп. 1 - 4, отличающийся тем, что решетчатая диафрагма в местах сопряжения с элементами крепления выполнена с усилением. 6. Диск по п. 5, отличающийся тем, что усиление выполнено из теплоизоляционного материала.