ТОРМОЗНОЙ ДИСК Российский патент 1999 года по МПК F16D65/12 

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в дисковых тормозах авиационных колес.

Известен тормозной монодиск на основе углерода, содержащий равномерно расположенные по внутренней окружности кольцеобразные пазы с цилиндрической поверхностью и установленные в них с возможностью поворота относительно своей оси и передачи усилий от тормозного момента силовые кольцеобразные вкладыши с ответной цилиндрической поверхностью и фланцами, контактирующими с торцовыми поверхностями диска (см. патент США N 5273140, МПК6 F 61 D 65/12).

Для обеспечения установки вкладышей в пазы диска, вкладыши по своей цилиндрической поверхности выполнены усеченными. Во вкладышах выполнены радиальные прямоугольные пазы с фасками на боковых стенках, облегчающими монтаж дисков на направляющие выступы неподвижного корпуса тормоза. На диске вкладыши удерживаются от смещения в радиальном направлении цилиндрической поверхностью пазов за счет узкой горловины, ширина которой меньше диаметра паза, а в осевом - торцовыми поверхностями диска, контактирующими с фланцами вкладыша. Для снижения потерь полезной площади фрикционной (торцевой) поверхности диска фланцы вкладышей частично срезаны.

Недостатком такой конструкции является то, что срез фланцев вкладышей ведет к потере не менее трети опоры фланцев на торцовые поверхности диска, что снижает площадь контакта фланцев с диском и соответственно увеличивает контактные напряжения в местах соприкосновения фланцев с диском от действия осевых сил, т.е. сил трения между корпусом тормоза и диском, передаваемых на последний посредством вкладышей. А это в тормозах больше энергонагруженности может привести к разрушению диска, что снижает его эксплуатационную надежность.

Наличие фланцев на торцах вкладышей ведет к увеличению рабочего объема тормоза и требует дополнительных механических операций на их изготовление, что существенно увеличивает трудоемкость изготовления вкладышей и диска в целом.

Вместе с тем, такая конструкция диска при большом износе пакетов дисков и недостаточном выходе рабочих поршней из-за жесткого лимита рабочего объема для размещения тормоза на объекте не позволяет устанавливать в тормозе компенсационные диски, что соответственно не позволяет продлить работоспособность тормоза в эксплуатации.

Технический результат от использования предлагаемого тормозного монодиска на основе углерода выражается в повышении его эксплуатационной надежности, уменьшении габаритов и массы, а также в снижении трудоемкости изготовления и обеспечении возможности установки компенсационных дисков в эксплуатации для продления работоспособности тормоза.

Указанный технический результат достигается за счет того, что элементы фиксации вкладышей в осевом направлении, как и в радиальном, организованы взаимоконтактирующими кольцеобразными поверхностями пазов диска и вкладышей, для чего образующие этих поверхностей выполнены V-образными.

Предложенное выполнение кольцеобразных контактирующих поверхностей пазов диска и вкладышей обеспечило посредством этих поверхностей фиксацию вкладышей относительно диска одновременно и в радиальном и в осевом направлениях, что позволило исключить необходимость выполнения фланцев на вкладышах, и тем самым выполнять ширину вкладышей, равной толщине диска.

V-образная образующая в предложенной конструкции (вместо прямолинейной в прототипе) не только увеличивает площадь опоры контактирующих поверхностей пазов диска и вкладышей, но и обеспечивает эффект расклинивания вкладыша в кольцеобразном пазу при действии на диск осевой силы, возникающей в процессе торможения за счет трения между корпусом тормоза и диском через их силовые элементы при сжатии пакета тормозных дисков рабочими поршнями. Эта сила трения составляет 12...18 процентов от тормозной силы, действующей на пазы диска тангенциально через силовые вкладыши. Расклинивание вкладыша в пазу диска наиболее эффективно при углах наклона ветвей V-образной образующей к оси кольцеобразного паза в пределах 5^o...45^o, когда осевая сила перераспределяется (при разложении сил) в боковые составляющие, направленные вглубь тормозного диска, а не по толщине его (эффект клина). В результате увеличивается надежность диска.

Отсутствие элементов фиксации в виде фланцев на вкладышах позволило существенно снизить трудоемкость изготовление вкладышей и диска в целом, уменьшить его габариты и массу и, как следствие, уменьшить объем пакета тормозных дисков (рабочий объем тормоза). В то же время такая конструкция диска позволяет в эксплуатации устанавливать в тормоз компенсационные диски, дающие возможность продлить работоспособность тормоза.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 частично изображен тормозной диск, вид с торца; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - элементы тормозного диска в объемном виде.

Тормозной диск содержит фрикционный элемент 1 на основе углеродной композиции, на периферии внутреннего диаметра которого равномерно по окружности расположены кольцеобразные пазы 2. В каждом пазу 2 размещен силовой кольцеобразный металлический вкладыш 3. Образующие пазы 2 поверхности 4 и контактирующие с ними поверхности 5 вкладыша 3 в осевом сечении имеют V-образную форму с вершиной, направленной к центру паза и вкладыша. На вкладыше 3 выполнен радиальный паз 6 с фасками 7 на боковых стенках и лыска 8 со стороны паза 6.

Ширина вкладыша 3 выполнена равной толщине элемента 1, а угол α наклона ветвей V-образной образующей поверхностей 4 и 5 к оси паза 2 и вкладыша 3 выбирается исходя из условий прочности для заданных параметров эксплуатации.

Монтаж на фрикционном элементе 1 вкладыша 3 осуществляется вводом его узкой части со стороны паза 6 с фаской 7 в узкую часть (горловину) кольцеобразного паза 2 и последующего его поворота вокруг своей оси до полного контакта поверхностей 4 и 5 и радиального направления паза 6. Вкладыш 3 установлен в пазу 2 элемента 1 с минимальными зазорами, обеспечивающими его поворот вокруг своей оси. Фиксация вкладыша 3 в радиальном направлении диска обеспечивается за счет ширины горловины паза 2, меньше его диаметра. Фиксация вкладыша 3 в осевом направлении диска обеспечивается наклонными поверхностями 4 и 5. В собранном с элементом 1 виде плоскость лыски 8 вкладыша 3 не выходит за периферию внутреннего диаметра фрикционного элемента 1.

Тормозной диск работает следующим образом. При подаче давления в тормоз происходит сжатие вращающихся и невращающихся тормозных дисков и затормаживание колес или иного объекта. При этом тормозной момент создается трением фрикционных элементов 1 вращающихся и невращающихся тормозных дисков и передается от неподвижного корпуса тормоза (на чертеже не показано) через контактные наклонные поверхности 5 и 4 соответственно вкладышей 3 и пазов 2 фрикционных элементов 1 невращающихся тормозных дисков на взаимоконтактирующие в процессе торможения торцовые поверхности вращающихся тормозных дисков, затем через соответствующие контактные поверхности вкладышей этих дисков к вращающемуся колесу (на чертеже не показано). Тормозной момент при действии на тормозной диск образует тормозную силу, действующую тангенциально на поверхности 4 пазов 2 через ответные поверхности 5 вкладышей 3, и осевую силу, возникающую от трения между корпусом тормоза и диском, прижимающую вкладыш 3 поверхностью 5 к поверхности 4 паза 2 и расклинивающую вкладыши 3 в пазах 2 фрикционного элемента 1 тормозного диска. После сброса давления в тормозе вращающиеся и невращающиеся тормозные диски разъединяются, торможение и действие на диски соответствующих сил прекращается.

Выполнение тормозного монодиска с кольцеобразными силовыми вкладышами, установленными с возможностью поворота вокруг своей оси в ответных кольцеобразных пазах по внутреннему диаметру диска, взаимоконтактные поверхности которых выполнены с V-образной образующей, позволит повысить надежность диска в эксплуатации, упростить конструкцию и технологию изготовления вкладыша и тормозного диска в целом, уменьшить габариты и массу вкладышей, уменьшить рабочий объем тормоза и обеспечить возможность установки компенсационных дисков в эксплуатации для продления работоспособности тормоза.

Тормозной диск содержит равномерно расположенные по окружности кольцеобразные пазы. Диск содержит также кольцеобразные силовые вкладыши, установленные в кольцеобразных пазах с возможностью поворота относительно своей оси, и элементы фиксации вкладышей в радиальном и осевом направлениях. Элементы фиксации вкладышей в осевом и радиальном направлениях образованы поверхностями пазов диска и вкладышей. Образующие взаимоконтактирующих кольцеобразных поверхностей выполнены V-образными. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения состоит в повышении эксплуатационной надежности диска, технологичности его изготовления, уменьшении габаритов и обеспечении возможности продления работоспособности диска при его износе в процессе эксплуатации. 3 ил.

Тормозной диск, содержащий равномерно расположенные по окружности кольцеобразные пазы, установленные в пазах с возможностью поворота относительно своей оси кольцеобразные силовые вкладыши и элементы фиксации вкладышей в радиальном и осевом направлениях, отличающийся тем, что элементы фиксации вкладышей в осевом направлении, как и к радиальном, организованы взаимоконтактирующими кольцеобразными поверхностями пазов диска и вкладышей, для чего образующие этих поверхностей выполнены V-образными.