КОМПОЗИТНЫЙ ТОРМОЗНОЙ ДИСК Российский патент 2015 года по МПК F16D65/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к композитному тормозному диску, в частности, для автомобильного транспортного средства, содержащему камеру тормозного диска и тормозное кольцо в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

В настоящее время используются цельные литые тормозные диски, в которых и тормозное кольцо, и камера тормозного диска изготовлены из литого материала. Недостатком такой цельной конструкции является большая неподрессоренная масса. Для уменьшения массы все чаще применяются композитные тормозные диски, которые имеют камеру, изготовленную из алюминия, и тормозное кольцо из чугуна. Благодаря использованию такого сочетания материалов можно уменьшить массу композитного дискового тормоза, однако разные коэффициенты теплового расширения материалов камеры тормозного диска и тормозного кольца создают проблемы. Поэтому все чаще предлагаются композитные тормозные диски, в которых камеры тормозного диска изготовлены из стали или другого материала, содержащего железо. С этой целью для уменьшения массы тормозного диска предпочтительно используется стальной лист.

Такой композитный тормозной диск с камерой тормозного диска, изготовленной из стального листа, и тормозным кольцом известен из патента Германии №10 2009 012 216 А1. В данном композитном тормозном диске тормозное кольцо содержит две части, а именно два фрикционных кольца, которые отделены друг от друга и соединены друг с другом штифтами. Таким образом, ввиду разделения между двумя фрикционными кольцами между ними образованы каналы, через которые проходит окружающий воздух, что обеспечивает отвод тепла. Одно из фрикционных колец снабжено внутренним зубчатым профилем, в который вставлен зубчатый профиль камеры тормозного диска. Для обеспечения осевой фиксации и крепежа в камере тормозного диска выполнены зажимы и опорные элементы. Посредством зажимов и опорных элементов обеспечивается крепление камеры тормозного диска на упругих опорах, при котором имеется некоторый свободный ход в осевом направлении, а также в радиальном направлении. Благодаря этому обеспечивается компенсация, например, теплового расширения фрикционного кольца и камеры тормозного диска различной степени.

Целью настоящего изобретения является создание улучшенного или по меньшей мере альтернативного варианта осуществления характерного композитного тормозного диска, отличающегося, в частности, простым основанным на материалах расположением сопрягаемых компонентов камеры тормозного диска и тормозного кольца.

Раскрытие изобретения

В соответствии с изобретением указанная цель достигнута композитным тормозным диском, описанным в независимых пунктах формулы изобретения. Преимущественные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Изобретение основано на идее, в целом заключающейся в снабжении камеры тормозного диска до процесса соединения по меньшей мере на ее открытом конце зубчатым профилем камеры тормозного диска и выполнении по меньшей мере одного тормозного кольца таким образом, чтобы до процесса соединения оно было снабжено внутренней поверхностью зубьев тормозного кольца, при этом поверхности зубьев камеры тормозного диска и поверхности зубьев тормозного кольца зубчатого профиля тормозного кольца имеют различные посадки в соединительной зоне.

Зубчатый профиль камеры тормозного диска предпочтительно имеет поверхность зуба камеры тормозного диска в форме дуги окружности, а зубчатый профиль тормозного кольца имеет поверхности зубьев в форме эвольвенты.

Если оба зубчатых профиля выполнены с превышением размера относительно друг друга, указанные компоненты могут быть соединены с использованием превышения размера, при этом между отдельными соединенными компонентами имеется напряженное состояние, обеспечивающее крепление камеры тормозного диска и тормозного кольца. Выполнение поверхностей зубьев тормозного кольца и камеры тормозного диска таким образом обеспечивает простое центрированное расположение соединяемых частей компонентов путем использования принципа центрирования поверхностей зубьев с воздействием в процессе соединения упруго-пластической деформации на поверхности зубьев тормозного кольца и/или поверхности зубьев камеры тормозного диска. Описанное выполнение зубчатых поверхностей не следует путать со шлицевым/эвольвентным шлицевым соединением, описанным, например, в стандарте DIN 5480, так как по меньшей мере на одном зубчатом профиле возникает упругопластическая деформация. Таким образом, описанная в настоящем документе конструкция представляет собой главным образом конструкцию с центрированием поверхностей с обеспечением заданного состояния напряжения даже при различных уровнях крутящего момента и различных уровнях зацепления (закусывания) между камерой тормозного диска и тормозным кольцом.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения между вершинами зуба и основаниями зуба зубчатого профиля имеется зазор во всех диапазонах рабочей температуры, так что вершины зуба и основания зуба не входят в контактную зону, тем самым крутящий момент главным образом передается поверхностями зуба, при этом описана идея центрирования поверхностей (зубьев).

Кроме того, камера тормозного диска в разобранном состоянии имеет в целом коническую форму и при этом имеет плавно увеличивающийся делительный диаметр нарезки зубьев по направлению к открытому концу камеры. Таким образом, может быть обеспечена компенсация увеличивающейся упругости и равномерная контактная зона в осевом направлении.

Кроме того, обеспечивается преимущество, когда поверхности зубьев в форме дуги окружности на стороне камеры расположены относительно поверхности зуба в тормозном кольце таким образом, чтобы контактная площадь на поверхностях зубьев была как можно большей, при этом давление на поверхность остается максимально низким и распределяется максимально равномерно. Здесь под термином «контактная поверхность» понимается контактная зона между поверхностями зубьев в сборе.

В процессе соединения по меньшей мере камера тормозного диска подвергается и упругой, и упруго-пластической деформации в области соединения. Благодаря этому обеспечивается более эффективное использование материала, чем в случае традиционной конструкции с упругой деформацией. Можно определить, что упругопластическая деформация возникает из-за больших усилий запрессовки при первоначальном соединении, чем при повторном втором соединении.

Другие важные признаки и преимущества настоящего изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения, на чертежах и соответствующих описаниях, основанных на чертежах.

Очевидно, что указанные выше и последующие признаки, описанные ниже, могут использоваться не только в соответствующей описанной комбинации, но и в других комбинациях или отдельно, что не описано в настоящем изобретении.

Краткое описание чертежей

Предпочтительные варианты осуществления изобретения показаны на чертежах и подробно раскрыты в последующем описании, в котором одинаковые ссылочные номера позиций относятся к одинаковым, или схожим, или функционально эквивалентным компонентам. На чертежах:

фиг.1 представляет собой вид в аксонометрии состоящего из двух частей композитного тормозного диска в соответствии с изобретением, содержащего камеру тормозного диска и два тормозных кольца;

фиг.2 представляет собой вид соединительной зоны камеры тормозного диска и тормозного кольца;

фиг.3 представляет собой вид зуба камеры тормозного диска;

фиг.4 представляет собой характеристику усилия запрессовки при первоначальном и последующем соединении;

фиг.5 представляет собой вид открытого конца камеры тормозного диска с фаской.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг.1, композитный тормозной диск 1 содержит камеру 2 тормозного диска и по меньшей мере два тормозных кольца 3, 3′. При использовании двух тормозных колец 3, 3′ тормозные кольца 3, 3′ могут быть соединены друг с другом посредством нескольких соединительных штифтов 4 и расположены на расстоянии друг от друга посредством тех же штифтов с образованием нескольких каналов 5 между тормозными кольцами 3, 3′, через которые проходит окружающий воздух, что обеспечивает отвод тепла, создаваемого из-за трения. В соединительной зоне 6 камера 2 тормозного диска имеет направленный наружу зубчатый профиль 7, находящийся в рабочем зацеплении с внутренним зубчатым профилем 8 по меньшей мере одного тормозного кольца 3 с обеспечением передачи крутящего момента между камерой 2 тормозного диска и по меньшей мере одним тормозным кольцом 3.

На фиг.2 показана соединительная зона 6, в которой камера 2 тормозного диска соединена по меньшей мере с одним тормозным кольцом 3. Из указанного выше очевидно, что камера 2 тормозного диска образована тонкой стенкой по меньшей мере в соединительной зоне 6, так что по меньшей мере в соединительной зоне 6 исходная толщина стенки камеры 2 тормозного диска в свободном состоянии до процесса соединения может иметь величину от 1,5 мм до 5 мм. Предпочтительно исходная толщина стенки составляет 2,5 мм. Кроме того, соединительная зона 6 может иметь длину от 10 до 15 мм, предпочтительно 12,5 мм. При такой длине соединительной зоны диаметр соединительной зоны составляет от 160 до 200 мм. При этом понятно, что диаметр соединительной зоны является делительным диаметром зубчатого узла 7, 8. В таком варианте осуществления с указанными выше длинами и диаметрами соединительных зон отношение длины соединительной зоны к диаметру соединительной зоны явно выше 1:10. Данное отношение является предельным для традиционных соединений вала и ступицы и также может соответствовать другим длинам и диаметрам соединительной зоны.

Множество зубьев 9 камеры тормозного диска тем самым входят в зацепление с зубчатым профилем 8 тормозного кольца, при этом соответственно наружная поверхность 10 зуба камеры тормозного диска опирается на поверхность 11 зуба тормозного кольца, так что крутящий момент главным образом передается через поверхности 10, 11 зубьев.

На фиг.3 показано возможное расположение зуба 9 камеры тормозного диска и наружной сферической поверхности 10 зуба камеры тормозного диска. При этом и наружная поверхность 10 зуба камеры тормозного диска и внутренняя поверхность 10′ зуба камеры тормозного диска имеют круглую форму. Вершина 12 зуба камеры тормозного диска смежна сплющенному основанию 13 зуба камеры тормозного диска. Точка в зоне основания 13 зуба камеры тормозного диска с внутренней или наружной стороны может быть взята в качестве базисной точки 14, служащей в качестве центра окружности соответствующих поверхностей 10, 11 зубьев камеры тормозного диска в форме круга.

Из фиг.4 очевидно, что усилие 15 запрессовки первого прессования камеры 2 тормозного диска по меньшей мере в одно тормозное кольцо 3 больше усилия 16 запрессовки второго прессования камеры 2 тормозного диска по меньшей мере в одно тормозное кольцо 3. Это показано на графике 17 зависимости усилия от смещения на фиг.4, на котором усилие отсчитывается по оси 18 ординат, а смещение отсчитывается по оси 19. Кроме того, на фиг.4 также показана кривая 20 усилия запрессовки при распрессовке камеры 2 тормозного диска по меньшей мере из одного тормозного кольца 3 между первым прессованием и вторым прессованием. На графике 17 зависимости усилия от смещения кривые 15, 16 усилий первого и второго прессования камеры 2 тормозного диска по меньшей мере в одно тормозное кольцо 3 указывают на то, что по меньшей мере одно тормозное кольцо 3 в дополнение к упругой деформации подвергается упруго-пластической деформации.

Открытый конец 21 камеры 2 тормозного диска, показанный на фиг.5, может иметь фаску 22, выполненную с наружной стороны камеры 2 тормозного диска. Указанная фаска 22 может быть выполнена вокруг поверхностей 10 зубьев камеры тормозного диска, вершин 12 зубьев камеры тормозного диска и/или оснований 13 зубьев камеры тормозного диска. Благодаря фаске 22 упрощается соединение и крепление камеры 2 тормозного диска по меньшей мере с одним тормозным кольцом 3.

Тормозной диск 1 в соответствии с изобретением обеспечивает следующие преимущества:

- простое центрированное расположение соединяемых компонентов 2, 3;

- уменьшение массы по сравнению с цельными литыми тормозными дисками;

- эффективное использование материала благодаря упруго-пластической деформации при соединении камеры 2 тормозного диска по меньшей мере с одним тормозным диском 3, 3′.

Группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к композитным тормозным дискам для автомобильных транспортных средств. Композитный тормозной диск содержит камеру и тормозное кольцо, которые соединены друг с другом. В соединительной зоне внутренний зубчатый профиль тормозного кольца входит в зацепление с зубчатым профилем камеры тормозного диска, Поверхности зубьев камеры тормозного диска зубчатого профиля камеры тормозного диска, а также поверхности зубьев тормозного кольца зубчатого профиля тормозного кольца имеют различные посадки в соединительной зоне. Камера тормозного диска имеет простую коническую форму до процесса соединения и делительный диаметр нарезки зубьев, увеличивающийся в направлении ее открытого конца. Способ изготовления композитного тормозного диска заключается в том, что камеру тормозного диска и тормозное кольцо соединяют друг с другом. В соединительной зоне внутренний зубчатый профиль тормозного кольца входит в зацепление с зубчатым профилем камеры тормозного диска. Внутренний зубчатый профиль тормозного кольца и/или зубчатый профиль камеры тормозного диска подвергают в процессе соединения упруго-пластической деформации в зоне соответствующих поверхностей зубьев. Достигается возможность силового соединения между камерой тормозного диска и тормозным кольцом. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Композитный тормозной диск для автомобильного транспортного средства, содержащий камеру (2) тормозного диска и по меньшей мере одно соответствующее тормозное кольцо (3, 3′), которые соединены друг с другом в процессе соединения, при этом в соединительной зоне (6) внутренний зубчатый профиль (8) тормозного кольца входит в зацепление с зубчатым профилем (7) камеры тормозного диска,
отличающийся тем, что
поверхности (10) зубьев камеры тормозного диска зубчатого профиля (7) камеры тормозного диска, а также поверхности зубьев (11) тормозного кольца зубчатого профиля (8) тормозного кольца имеют различные посадки в соединительной зоне (6),
камера (2) тормозного диска имеет простую коническую форму до процесса соединения и делительный диаметр нарезки зубьев, увеличивающийся в направлении ее открытого конца (21).

2. Композитный тормозной диск по п.1, отличающийся тем, что зубчатый профиль (7) камеры тормозного диска имеет поверхности (10) зубьев камеры тормозного диска в форме дуги окружности, при этом зубчатый профиль (8) тормозного кольца имеет поверхности (11) зубьев тормозного кольца в форме эвольвенты.

3. Композитный тормозной диск по п.1 или 2, отличающийся тем, что соответствующие зубчатые профили (7, 8) имеют вершины (12) зубьев и основания (13) зубьев, при этом между вершинами (12) зубьев и основаниями (13) зубьев соответствующих зубчатых профилей (7, 8) во всех диапазонах рабочей температуры имеется зазор.

4. Способ изготовления композитного тормозного диска, причем композитный тормозной диск (1) содержит камеру (2) тормозного диска и по меньшей мере одно соответствующее тормозное кольцо (3, 3′),
причем поверхности (10) зубьев камеры тормозного диска зубчатого профиля (7) камеры тормозного диска, а также поверхности (11) зубьев тормозного кольца зубчатого профиля (8) тормозного кольца имеют различные посадки в соединительной зоне (6),
причем камеру (2) тормозного диска и по меньшей мере одно тормозное кольцо (3, 3′) соединяют друг с другом в процессе соединения,
причем в соединительной зоне (6) внутренний зубчатый профиль (8) тормозного кольца входит в зацепление с зубчатым профилем (7) камеры тормозного диска,
причем внутренний зубчатый профиль (8) тормозного кольца и/или зубчатый профиль (7) камеры тормозного диска подвергают в процессе соединения упругопластической деформации по меньшей мере в зоне соответствующих поверхностей (10, 11) зубьев.