ПОРШЕНЬ ДИСКОВОГО ТОРМОЗА, ИЗГОТОВЛЕННЫЙ ВЫТЯЖКОЙ Российский патент 2001 года по МПК F16J1/00 B60T17/08 

Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности к конструкциям поршней, изготавливаемых вытяжкой, и предназначенных для использования в дисковых тормозах.

Конструкции поршней дисковых тормозов должны удовлетворять нескольким достаточно противоречащим друг другу условиям: они должны быть легкими, чтобы обладать малой инерционностью, прочными настолько, чтобы даже при значительных нагрузках на дно поршня отсутствовала деформация его стенок в радиальном направлении. Невыполнение последнего условия может привести к тому, что поршень при движении внутри цилиндра застрянет в нем. Также необходимо выполнение еще одного условия - толщина стенок поршня должна быть достаточной для передачи тормозного усилия на тормозную колодку.

Обычно поршень имеет стаканообразную форму, на его внешней боковой поверхности выполнена канавка. Такая конструкция описана в заявке WO 9514869. Самые критичные к деформациям области поршня - области, в которых произведено инструментальное утоньшение стенок. В известном решении этих областей две: область расположения канавки и внутренняя область расположения пружины. Требования к прочности в этих областях определяют толщину боковых стенок.

Известно решение WO 9112445, которое позволяет выполнять стенки поршня, сформированного вытяжкой, небольшой толщины. Поршень выполнен в виде полого изделия, открытого с торцевой стороны, наружная стенка выполнена цилиндрической и снабжена канавкой для закрепления защитной манжеты и/или уплотнителя, а внутреннее пространство сформировано совокупностью поверхностей, две из которых выполнены цилиндрическими, причем одна из них прилегает к торцу, а другая прилегает ко дну. Толщина его стенок небольшая, поэтому он обладает сравнительно незначительной инерционностью. Проблема уменьшения деформации решена за счет укрепления части поршня наиболее критичной по отношению к ней. Для этого та часть поршня, в которой выполнена канавка, вогнута в его внутреннее пространство. Такой конструктивный прием обеспечил равную толщину стенок как на уровне канавки, так и на оставшейся части стенок. Но предусмотренная конструкцией толщина стенок обеспечивает небольшую площадь соприкосновения с поверхностью тормозной колодки. Также следует иметь в виду, что прочность поршня на уровне канавки связана с толщиной стенок остальной части поршня.

Задачей, решаемой изобретением, является создание конструкции поршня, обладающего малым весом с достаточной площадью взаимодействия с поверхностью тормозной колодки без ухудшения его прочностных свойств.

В соответствии с первым пунктом формулы поставленная задача решена за счет того, что, как и известный, предлагаемый поршень, полученный вытяжкой в виде полого изделия, открыт с торцевой стороны, его наружная стенка выполнена цилиндрической и снабжена канавкой для закрепления защитной манжеты и/или уплотнителя, а внутреннее пространство сформировано совокупностью поверхностей, две из которых выполнены цилиндрическими, причем первая из них прилегает к торцу, а вторая - ко дну. В отличие от известного в предлагаемом решении первая цилиндрическая поверхность перекрывает вдоль осевого направления поршня уровень расположения канавки, а толщина стенки поршня на уровне торца превышает толщину стенки поршня на уровне второй цилиндрической поверхности с выполнением условия достижения прочности стенки области, содержащей канавку по крайней мере не меньшей, чем на уровне второй цилиндрической поверхности.

В соответствии с пунктом 2 предложено дно выполнять вогнутым во внутреннее пространство поршня с толщиной, увеличивающейся по радиусу к центру, обеспечивающей выравнивание его прочности в радиальном направлении.

В пункте 3 изобретения предложено использовать для увеличения прочности вогнутого дна его рельефную формовку в виде рифтов в радиальном направлении. При этом образуются впадины на одной стороне дна и соответствующие им выпуклости на другой стороне.

В пункте 4 изобретения предложено часть дна, ограниченную двумя концентрическими окружностями, имеющими центр, совпадающий с центром дна, выполнить вогнутой во внутреннее пространство поршня. Этот прием также приводит к увеличению прочности дна.

В соответствии с пунктом 5 предлагается внутренние цилиндрические поверхности соединить посредством конусообразной поверхности с закругленными краями, обеспечивающими плавное соединение конусообразной поверхности с цилиндрическими. Плавное соединение используется для предотвращения образования зон, критичных к деформациям.

Изобретение поясняется чертежами, где представлен вид поршня с различными формами дна:
на фиг. 1 - дно поршня выполнено вогнутым во внутреннее пространство поршня;
на фиг. 2 - дно поршня снабжено рифтами, дополнительно дан вид поршня снизу;
на фиг. 3 показан вариант выполнения поршня, в котором часть дна вогнута во внутреннее пространство поршня.

Предлагаемый поршень (фиг. 1) имеет внешнюю цилиндрическую стенку 1, в которой выполнена канавка 2. Внутреннее пространство поршня образовано совокупностью нескольких поверхностей: цилиндрической поверхностью 3, которая прилегает к торцу 4 и перекрывает по осевой линии поршня уровень расположения канавки 2, цилиндрической поверхностью 5, прилегающей ко дну 6. Цилиндрические поверхности 3 и 5 имеют разный диаметр: диаметр поверхности 3, прилегающей к открытому торцу, меньше диаметра цилиндрической поверхности 5, прилегающей ко дну. Требование, которое предъявляется к их соотношению - обеспечение такой толщины (а) стенки поршня на уровне канавки 2, которая обеспечит прочность в области, в которой выполнена канавка, не меньшую, чем в области на уровне второй цилиндрической поверхности с толщиной стенок (b), а также достаточную по условию контактной прочности толщину стенки (с) на уровне торца. Увеличение толщины стенок области поршня, в которой расположена канавка, позволяет выбрать величину (а) такой, при которой эта область будет устойчива к рабочим осевым нагрузкам, не увеличивая при этом величину (b) сверх значения, обеспечивающего устойчивость к рабочим осевым нагрузкам остальной части стенок поршня. Их соединение обеспечивает конусообразная поверхность 7 с закругленными краями, обеспечивающими плавное соединение конусообразной поверхности с цилиндрическими 3 и 5. На фиг. 1 показан вариант выполнения поршня, дно которого выполнено вогнутым во внутреннее пространство. Толщина дна 6 увеличивается в направлении по радиусу к центру, так как известно, что при гидравлическом усилии, действующем на дно поршня, напряжения и деформации в дне распределяются неравномерно. Наибольшие напряжения испытывает центральная часть дна. Увеличение толщины дна в направлении к центру позволяет увеличить прочность на участке, испытывающем наибольшие напряжения. Для дальнейшего увеличения прочности дна 6 в нем выполнена рельефная формовка в виде рифтов 8 (фиг.2) в радиальном направлении. Для целей увеличения прочности не имеет значения, на какой стороне дна - наружной или внутренней выполнены углубления рифтов, а на какой стороне выполнены впадины. Прочность дна может быть увеличена также за счет выполнения иного вида рельефной формовки (фиг. 3): часть 9 дна, ограниченная двумя концентрическими окружностями с центром, совпадающим с центром дна, выполнена вогнутой во внутреннее пространство поршня.

Заявляемый поршень может быть изготовлен по различным технологиям, но наиболее эффективным является путь, при котором поршень изготавливается вытяжкой, затем вытяжкой с утонением стенки. Поскольку деформация материала поршня при вытяжке и вытяжке с утонением приводит к упрочнению стенок, то получается легкий поршень с равнопрочными стенками, который выдерживает рабочее давление в 160 бар при следующих толщинах стенок: а = 1,9 мм; b =2,25 мм; с = 3,9 мм.

Поршень предназначен для дисковых тормозов автомобилей. Поршень имеет внешнюю цилиндрическую стенку 1, в которой выполнена канавка 2. Внутреннее пространство поршня образовано совокупностью нескольких поверхностей: цилиндрической поверхностью 3, которая прилегает к торцу 4 и перекрывает по осевой линии поршня уровень расположения канавки 2, цилиндрической поверхностью 5, прилегающей ко дну 6. Цилиндрические поверхности 3 и 5 имеют разный диаметр: диаметр поверхности 3, прилегающей к открытому торцу, меньше диаметра цилиндрической поверхности 5, прилегающей ко дну. Требование, которое предъявляется к их соотношению, - обеспечение такой толщины (а) стенки поршня на уровне канавки 2, которая обеспечит прочность в этой области не меньшую, чем в области на уровне второй цилиндрической поверхности с толщиной стенок (b), а также достаточную по условию контактной прочности толщину стенки (с) на уровне торца. Увеличение толщины стенок части поршня, в которой расположена канавка, позволяет выбрать величину (а) такой, при которой эта область будет устойчива к рабочим осевым нагрузкам, не увеличивая при этом величину (b) сверх значения, обеспечивающего устойчивость к рабочим осевым нагрузкам остальной части стенок поршня. Их соединение обеспечивает конусообразная поверхность 7 с закругленными краями, обеспечивающими плавное соединение конусообразной поверхности с цилиндрическими 3 и 5 поршнями. Технический результат - повышение прочности. 4 з.п.ф-лы. 3 ил.

1. Поршень дискового тормоза, изготовленный вытяжкой в виде полого изделия, открытого с торцевой стороны, наружная стенка которого выполнена цилиндрической и снабжена канавкой для закрепления защитной манжеты и/или уплотнителя, а внутреннее пространство сформировано совокупностью поверхностей, две из которых выполнены цилиндрическими, причем первая из них прилегает к торцу, а вторая - ко дну, отличающийся тем, что первая цилиндрическая поверхность перекрывает вдоль осевого направления поршня уровень расположения канавки, а толщина стенки поршня на уровне торца превышает толщину стенки, прилегающей ко дну, с выполнением условия достижения прочности стенки области, содержащей канавку, не меньшей, чем на уровне второй цилиндрической поверхности. 2. Поршень по п.1, отличающийся тем, что дно поршня выполнено вогнутым во внутреннее пространство поршня и имеет толщину, увеличивающуюся по радиусу к центру, обеспечивающую выравнивание его прочности. 3. Поршень по п.2, отличающийся тем, что в дне выполнена рельефная формовка в виде рифтов в радиальном направлении. 4. Поршень по п.1, отличающийся тем, что часть дна, ограниченная двумя концентрическими окружностями с центром, совпадающим с центром дна, вогнута во внутреннее пространство поршня. 5. Поршень по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что первая и вторая цилиндрические поверхности, прилегающие к краям поршня, соединены посредством конусообразной поверхности с закругленными краями, обеспечивающими плавное соединение конусообразной поверхности с цилиндрическими.