ФРИКЦИОННАЯ НАКЛАДКА Российский патент 1998 года по МПК F16D69/02 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, имеющим кольцевую форму и эксплуатирующимся под воздействием значительный крутящих моментов, например в узлах сцеплений легковых автомобилей, большегрузной, скоростной автотехники и др.

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционная накладка, выполненная из полимерного фрикционного композита (см. В.Б.Голкин. Производство асбестовых фрикционных изделий. - М.: Химия, 1979, с.89-91). Существенные признаки аналога фрикционная накладка, выполненная из полимерного фрикционного композита совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является высокая плотность (масса), монолитность накладки, необходимая для обеспечения прочности полимерного композита, что вызывает значительные центробежные нагрузки в изделиях, эксплуатирующихся при больших скоростях вращения, и снижает их эксплуатационные характеристики из-за необходимости снижать угловые скорости во избежание разрушения накладки.

Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционная накладка, выполненная из полимерного фрикционного композита, армированного нитями (см. В. Б. Голкин. Производство асбестовых фрикционных изделий. М.: Химия, 1979, сс. 91-94). Существенные признаки аналога фрикционная накладка, выполненная из полимерного фрикционного композита совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком другого аналога является высокая плотность (масса), монолитность накладки, необходимая для обеспечения прочности накладки, особенно в случае использования высокопрочных волокон-заменителей асбеста (высокомодульного волокна, полиарамидного волокна и др.), что вызывает значительные центробежные нагрузки в изделиях, эксплуатирующихся при больших угловых скоростях, и, соответственно, снижает их эксплуатационные характеристики из-за необходимости снижения допустимых угловых скоростей вращения во избежание разрушения накладки.

Прототип заявляемого изобретения является фрикционная накладка, выполненная из пористого полимерного фрикционного композита [1]. Существенные признаки прототипа фрикционная накладка, выполненная из пористого полимерного фрикционного композита совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является обусловленная пористостью недостаточная прочность накладки в радиальном направлении, что снижает эксплуатационные характеристики изделия из-за необходимости снижения допустимых угловых скоростей вращения во избежание разрушения накладки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик накладки, например увеличение допустимых угловых скоростей вращения, за счет увеличения стойкости накладки к центробежным нагрузкам при сохранении пористой структуры, особенно в случае использования высокопрочных волокон-заменителей асбеста.

Для достижения указанного технического результата фрикционная накладка из пористого полимерного фрикционного композита выполнена с общей анизотропией по прочности к разрывным нагрузкам, при этом индикатрисса анизотропии выбрана адекватной вектору градиента разрывных нагрузок в процессе эксплуатации накладки.

Фрикционная накладка, например кольцо сцепления, включает полимерный композиционный фрикционный элемент кольцевой формы и при необходимости металлический каркас. Фрикционный элемент выполнен из полимерного фрикционного композита на основе полимерного связующего. Для снижения массы накладки композит, из которого изготовлен фрикционный элемент, имеет внутренние полости (поры).

Для обеспечения прочности накладки к центробежным нагрузкам полимерный композит выполнен таким образом, что разрывная прочность композита к усилиям, радиальным кольцу накладки, превосходит разрывную прочность композита к усилиям, осевым кольцу накладки. Это может достигаться различными путями, например особым выполнением и размещением пор в композите, выполнением композита из нескольких тонких высокопрочных плоских слоев (по плоскости накладки), между которыми размещен более рыхлый и менее прочный материал, дополнительного воздействия на композит, вызывающего его упрочнение в одном из направлений, и др.

Изготавливаться фрикционная накладка может известными методами.

Конкретным примером изготовления может являться кольцо сцепления, изготовленное из высокопрочных волокон, например высокомодульного волокна, полиарамидного волокна и др. или их смесей. Наряду с этими волокнами для изготовления изделия могут использоваться и традиционные волокна: асбестовые, минеральные и др. или их смеси и при необходимости другие наполнители. Волокна предварительно или в процессе смешения покрываются полимерным связующим (например, каучука, смолами, латексами и др.) и соединяются друг с другом, например формованием, прессованием, осаждением и др. Например, из волокнистой смеси, содержащей латексное связующее, осаждением (или др.методами) удаляют влагу и получают плоский лист, который затем прессуют таким образом, чтобы образовать дополнительное зацепление и склеивание волокон по плоскости листа, и термообрабатывают. Из приготовленного таким образом плоского листа вырубают плоские кольца и, при необходимости, подвергают последующей обработке до получения готового изделия.

Полученные таким образом кольца сцепления имеют пористую структуру, т.е. пониженную плотность, при этом прочность на разрыв под действием нагрузок, направленных радиально накладке (вдоль плоскости листа полимерного композита), выше прочности на разрыв под действием нагрузок, направленных к накладке в осевом направлении (ортогонально плоскости листа полимерного композита). В результате накладки имеет меньший вес (по сравнению с монолитной), т.е. при равных угловых скоростях подвергается меньшим центробежным усилиям, при этом накладка имеет большую прочность в направлении действия центробежных усилий, что обеспечивает ее целостность при больших угловых скоростях, т.е. увеличивает ее эксплуатационные характеристики.

Фрикционная накладка применяется в машиностроении, во фрикционных изделиях, эксплуатируемых под воздействием значительных крутящих моментов. Фрикционная накладка выполнена из пористого полимерного фрикционного композита с общей анизотропией по прочности к разрывным нагрузкам, при этом индикатрисса анизотропии выбрана адекватной вектору градиента разрывных нагрузок в процессе эксплуатации накладки. Это позволяет увеличить допустимые угловые скорости вращения за счет увеличения стойкости накладки к центробежным нагрузкам при сохранении пористой структуры.

Фрикционная накладка из пористого полимерного фрикционного композита, отличающаяся тем, что накладка выполнена с общей анизотропией по прочности к разрывным нагрузкам, при этом индикатрисса анизотропии выбрана адекватной вектору градиента разрывных нагрузок в процессе эксплуатации накладки.