ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ Российский патент 2019 года по МПК F16D69/02 

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим композиционный фрикционный элемент, совмещенный с металлическим каркасом, и предназначенным для эксплуатации во фрикционных узлах различной техники.

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и композиционный фрикционный элемент, включающий продольные металлическому каркасу слои, каждый из которых выполнен из полимерного композита (см. патент РФ №2283974, МПК F16D 69/02, 2006 г. ). Существенные признаки аналога «металлический каркас, композиционный фрикционный элемент, слои продольные металлическому каркасу, каждый выполнен из полимерного композита» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является снижение стойкости изделия к механическому воздействию из-за того, что слой, размещенный в композиционном фрикционом элементе со стороны металлического каркаса, имеет более высокую сжимаемость по сравнению с другими слоями как в холодном состоянии изделия (температура до 150°С), так и в горячем состоянии изделия (температура 350°C÷450°С).

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, включающий два продольных металлическому каркасу слоя, каждый из которых выполнен из полимерного композита, включающего полимерную матрицу и наполнители, при этом слой, размещенный в полимерном композиционном фрикционном элементе со стороны металлического каркаса, имеет сжимаемость большую, чем другой слой (см. патент РФ №2283973, МПК F16D 69/02, 2006 г. ). Существенные признаки наиболее близкого аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент, включающий два продольных металлическому каркасу слоя, каждый из которых выполнен из полимерного композита, включающего полимерную матрицу и наполнители» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком наиболее близкого аналога также является более высокая сжимаемость слоя со стороны металлического каркаса по сравнению с другим слоем, вследствие чего снижается стойкость изделия к механическим воздействиям при эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение механической стойкости фрикционного изделия в холодном состоянии с одновременным сохранением демпфирующей способности размещенного со стороны металлического каркаса слоя в горячем (нагретом) состоянии путем выполнения слоев композиционного фрикционного элемента из композитов с разными полимерными матрицами и различным соотношением значений сжимаемости в холодном и нагретом состоянии.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, включающий два продольных металлическому каркасу слоя, каждый из которых выполнен из полимерного композита, включающего полимерную матрицу и наполнители, полимерная матрица композита, из которого выполнен слой, размещенный в полимерном композиционном фрикционном элементе со стороны металлического каркаса, выполнена из вулканизата каучука, а полимерная матрица композита, из которого выполнен другой слой, выполнена из резита фенолформальдегидной смолы, при этом в холодном состоянии сжимаемость композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса, выбрана из соотношения: C₂=l,20÷1,40C₁; где C₁ - сжимаемость в холодном состоянии композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса; С₂ - сжимаемость в холодном состоянии композита, из которого выполнен другой слой, а в горячем состоянии сжимаемость композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса, выбрана из соотношения: С₄=0,16÷,23С₃; где С₃ - сжимаемость в горячем состоянии композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса; С₄ - сжимаемость в горячем состоянии композита, из которого выполнен другой слой.

Существенные признаки заявляемого изобретения «полимерная матрица композита слоя, размещенного в полимерном композиционном фрикционном элементе со стороны металлического каркаса, выполнена из вулканизата каучука, а полимерная матрица композита, из которого выполнен другой слой, выполнена из резита фенолформальдегид-ной смолы, при этом в холодном состоянии сжимаемость композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса, выбрана из соотношения: C₂=l,20÷1,40C₁; где C₁ - сжимаемость в холодном состоянии композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса; С₂ - сжимаемость в холодном состоянии композита, из которого выполнен другой слой, а в горячем состоянии сжимаемость композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса, выбрана из соотношения: С₄=0,16÷0,23С₃; где С₃ - сжимаемость в горячем состоянии композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса; С₄ - сжимаемость в горячем состоянии композита, из которого выполнен другой слой» являются отличительными от признаков наиболее близкого аналога.

Фрикционное изделие содержит металлический (например, стальной или чугунный) каркас, совмещенный (например, путем приформовывания) с полимерным композиционным фрикционным элементом. Фрикционный элемент выполнен не менее, чем из двух слоев, продольных металлическому каркасу. Слои выполнены из полимерных композиционных материалов (композитов), включающих полимерную матрицу и наполнители, в том числе дисперсные и волокнистые. Полимерная матрица слоя, размещенного в композиционном фрикционном элементе со стороны металлического каркаса, выполнена из вулканизата каучука. Полимерная матрица другого слоя выполнена из резита фенол-формальдегидной смолы. Сжимаемость C₁ композита, из которого выполнен слой, размещенный в композиционном фрикционном элементе со стороны металлического каркаса фрикционного изделия, в холодном состоянии изделия (температура до 150°С) меньше, чем сжимаемость С₂ композита другого слоя в холодном состоянии изделия, в 1,20÷1,40 раза. В нагретом состоянии изделия (температура 350°C÷450°С) сжимаемость С₃ композита, из которого выполнен слой, размещенный в композиционном фрикционном элемента со стороны металлического каркаса, больше, чем сжимаемость С₄ композита, из которого выполнен другой слой, в 4,00÷6,25 раза.

Изготавливаться заявляемое фрикционное изделие может известными методами, например формованием из соответствующих формовочных смесей, размещенных послойно.

Конкретным примером заявляемого фрикционного изделия является дисковая тормозная колодка автомобиля «БЕЛАЗ», включающая плоский стальной каркас и фрикционный элемент, выполненный из двух слоев. Слой, размещенный со стороны металлического каркаса (так называемый «подслой»), выполнен из композита с матрицей из вулканизата бутадиенстирольного каучука, сжимаемость композита (образец 25 мм ×25 мм ×10 мм) при температуре 22°С составляет ≈0,030 мм. При температуре 400°С сжимаемость этого образца композита ≈0,278 мм. Второй слой (так называемый «рабочий») выполнен из композита с матрицей из фенолформальдегидной смолы СФП, сжимаемость композита (образец 25 мм ×25 мм х 10 мм) при температуре 22°С составляет ≈0,039 мм. При температуре 400°С сжимаемость этого образца ≈0,054 мм. В результате в холодном состоянии C₁ меньше С₂ в - 1,3 раза. В горячем состоянии С₄ составляет ≈0,19 от С₃ (С₃ больше С₄ в 5,15 раза).

Выполнение «подслоя» из материала с сжимаемостью меньшей сжимаемости «рабочего» слоя при сравнительно низких температурах в обычных условиях эксплуатации повышает стойкость изделия к деформирующим и другим нагрузкам. В случае же перегрева изделия в условиях экстремального трибосопряжения, повышенная сжимаемость «подслоя» по сравнению со сжимаемостью «рабочего» слоя позволяет снизить возможность отслоения композиционного фрикционного элемента от металлического каркаса (например, из-за разницы в тепловом расширении), также снижается возможность трещи-нообразования в «подслое». Приведенные значения соотношений между сжимаемости композитов слоев обеспечивают оптимальные характеристики фрикционного изделия.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к фрикционным изделиям, содержащим композиционный фрикционный элемент, совмещенный с металлическим каркасом. Слои композиционного фрикционного элемента выполнены из композитов с разными полимерными матрицами и различным соотношением значений сжимаемости в холодном и нагретом состоянии. Достигается повышение механической стойкости фрикционного изделия в холодном состоянии с одновременным сохранением демпфирующей способности размещенного со стороны металлического каркаса слоя в нагретом состоянии.

Фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и размещенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, включающий два продольных металлическому каркасу слоя, каждый из которых выполнен из полимерного композиционного материала, включающего полимерную матрицу и наполнители, отличающееся тем, что полимерная матрица композиционного материала, из которого выполнен слой, размещенный в полимерном композиционном фрикционном элементе со стороны металлического каркаса, выполнена из вулканизата каучука, а полимерная матрица композиционного материала, из которого выполнен другой слой, выполнена из резита фенолформальдегидной смолы, при этом в холодном состоянии сжимаемость композиционного материала, из которого выполнен слой, размещенный в композиционном фрикционном элементе со стороны металлического каркаса, выбрана из соотношения: C₂=l,20÷l,40C₁; где C₁ - сжимаемость в холодном состоянии композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса; С₂ - сжимаемость в холодном состоянии композита, из которого выполнен другой слой, а в горячем состоянии сжимаемость композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса, выбрана из соотношения: С₄=0,16÷0,23С₃; где С₃ - сжимаемость в горячем состоянии композита, из которого выполнен слой, размещенный со стороны металлического каркаса; С₄ - сжимаемость в горячем состоянии композита, из которого выполнен другой слой.