Дисковый тормоз нормально-разомкнутого типа и способ регулирования температуры фрикционных дисков в дисковом тормозе Советский патент 1985 года по МПК F16D55/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для торможения тяжело нагруженных вращающихся валов машин и механизмов. Цель изобретения - повышение эффективности торможения путем улучше ния охлаждения взаимодействующих друг с другом фрикционных дисков в тормозе.. На фиг. 1 изображен дисковьй тор моз нормально-разомкнутого типа, на фиг. 2 - то же, вид с боку; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. А - разрез Б-Б на фиг. 1 на фиг. 5 - схема дискрвого тормоза. Тормоз состоит из вращающегося и невращающегося опорного 2 фрикционных дисков. Невращающийся диск 2 выполнен с элементом включения и имеет возможность перемещаться вдоль оси вращения и в него встроен полупроводниковьй термоэлемент, выполненный в виде концентрично расположенных колец 3 и 4, материалом для которых является, например, полупроводник теллурид висмута (,) , установленный с обеих сторон колец 3 и 4 и коммутационных щайб. Невращающийся диск 2 выполиен из электротеплопроводного материала, например алюминия, и на его внешней торцовой стороне жестко закреплен радиатор, вьшолненный в виде кольцевых равномерно распределенных ребер. Соединение между невращающимся диском 2 выполняется за счет склеивания эпоксидным комп ундом круглой коммутационной шайбы или пластины 5, имеющей кольцевой вырез 6, с глюминиевым радиатором опорного диска 2, на который предв рительно нанесен слой окиси алюминия 7 (AlgOj), обладающего малым тепловым сопротивлением и большим электросопротивлением. С противопо ложной стороны концентрично расположенные кольца 3 и 4 термоэлемента скоммутированы шайбой или круглой пластиной 8 со смещенными отно сительно друг друга сквозньми пазами или пропилами, выполненными на пласти не 8. Последние необходимы для сни жения механических напряжений, возникающих в конструкции термоэле мента под действием возникающего н них перепада температур при работе тормоза. Благодаря наличию пропило в месте их встречи образуются достаточно тонкие перемычки небольшой длины, вьтолняющие роль упругой пластины. Незначительная длина перемычки не вносит большого электрического сопротивления и, следовательно, не ухудшает работу термоэлемента. Коммутационная пластина 8 выполняет одновременно и функции элемента трения, сопрягаемого с фрикционным диском 1 тормоза. На полупроводниковьй термоэлемент через круглую коммутационную пластину 5 с кольцевым- вырезом 6 по проводам подается электрический постоянньй ток 3. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Для торможения к вращающемуся вокруг своей оси фрикционному диску 1 перемещают другой фрикционньй диск 2, в котором встроены полупроводниковые термоэлектрические элементы. Это перемещение осуществляют до полного соприкосновения дисков и останова вращающегося диска 1. Невращающийся, но не неподвижньш, фрикционньй диск 2 может возвратнопоступательно перемещаться вдоль оси вращения под действием прикладываемого к нему усилия. Для осуществления такого перемещения между невращающимся фрикционным диском 2 и валом, на которьй он насажен, выполнено подвижное соединение с направляющей щпонкой, как показано на фиг. 1, или может быть выполнено между ними шлицевое соединение. .В начальной момент работы тормоза, когда не осуществляют торможение и тормоз разомкнут, между вращающимся 1 и невращающимся 2 фрикционными дисками имеется зазор. При этом коммутационная пластина 5, имеющая кольцевой вырез 6, и коммутационная пластина 8, имеющая смещенные относительно друг друга пропилы, спаяны с концентрично расположенными кольцами 3 и 4 полупроводникового термо- электрического элемента. Все это соединение (пластина 5 - кольца 3 и 4, пластина 8) приклеивается эпокс адным компаундом к алюмини.евому невращающемуся диску 2, на которьй предварительно нанесен слой окиси алюминия 7 (А 12.07,) . Этот слой обладает малым тепловым сопротивлением для осуществления хорошей теплоотдачи между радиатором неподвижного

диска 2 и компенсационной пластиной 5 и вместе с этим большим электросопротивлением, чтобы внешняя -и внутренняя части пластины (между ними кольцевой вьфез 6) были электрически изолированы во избежание короткого замыкания электрической цепи между ними. Таким образом, алюминиевый радиатор 2, слой 1 окиси алюминия 7, компенсационная пластина 5, концентричные кольца 3 и 4, компенсационная , пластина 8 жестко соединены между со бой и представляют собой единый узел невращающийся, но имеющий возможность возвратно-поступательно перемешаться вдоль оси вращения фрикционного диска 2 тормоза. Компенсационная пластина 8 является фрикционным элементом, имея поверхность трния, и служит для электрического соединения колец 3 и 4 полупроводникового термоэлектрического элемента. По ней протекает электрический ток и она вьтолняется из любого токопроводящего материала. Кольцевой зазор между кольцами 3 и 4 полупроводникового термоэлектрического элемента образуется благодаря тому, что кольцо 4 выполнено с большим диаметром, чем кольцо 3, и данные кольца расположены концентрично для обеспечения компактного эффективного тормоза. При прохождении электрического тока По цепи встроенного в неподвижньй фрикционный диск 2 полупроводникового термоэлектрического элемента в процессе замыкания тормоза и торможения упомянутого фрикционного диска 2 короткого замьпсания не происходит, так как электрический ток от источника питания течет по следующей цепи: внешняя часть компенсационной пластины 5 - кольцо 4, компенсационная пластина 8, кольцо 3 внутренняя часть компенсационной пластины 5. Следует добавить, что вращающийся фрикционньй диск 1 может быть полностью выполнен из асбополимерного материала или же иметь фрикционную накладку из данного материала, удельное электрическое сопротивление которого очень высокое В связи в этим, электрический ток не потечет по какой-либо другой, кроме указанной выше цепи, что Обусловливает нормальное функционирование тормоза без короткого замыкания электрической цепи. Процесс

трения двух фрикционных дисков сопрвождается вьщелением теплоты и повьш1ением температуры трущихся поверхностей фрикционных дисков. Повышение температуры существенно интенсифицирует процесс термоокислительной деструкции материалов в зоне их трения. Например, Б случае трени фрикционных асбополимерных материалов в паре с металлом влияние температуры в зоне трения имеет особо выраженньй характер. При повьщ1ении температуры в зоне касания пары происходит разрушение связующего (смола), входящего в состав асбополимера, и образование жидких продуктов износа. Это значительно уменьшает коэффициент трения вследствие смазывающего действия образующейся жидкости и существенно увеличивает при этом скорость износа фрикционных дисков.

В данной конструкции тормоза для снижения температуры, развиваемой при трении, в неподвижный фрикционньй диск встраиваются полупроводниковьй термоэлектрический элемент, представляющий собой электрически соединенные последовательно два концентрично расположенных кольца 3 и 4 из полупроводника теллурида висмута. Одно из колец обладает электронной, а другое дырочной проводимостью. При прохождении через полупроводниковьй термоэлемент постоянного электрического тока на его коммутационных пластинах 5 с одной стороны и коммутационной пластине 8 с другой стороны, ос5пцествляющнми спаи термоэлементов, возникает разность температур, которая обусловлена вьщелением на коммутащгонной пластине 5 и поглощением на пластине 8 теплоты Пельтье. В результате организованного теплоотвода в окружающую среду через алюминиевый радиатор неподвижного диска 2 температура соединенной с ним круглой коммутационной пластины 5 с кольцевым вырезом 6 остается приблизительно постоянней и равной температуре окружающей среды (воздуха). При этом температура коммутационной пластины 8 понижается до требуемого уровня в зависимости от регулируемой силы тока, проходящего через термозлемент. В результате развиваемая в зоне трения температура уменьшается, что приводит к улучшению условий работы фрикционов, увеличивает срок их службы, уменьшает затраты .на их обслуживание, ремонт и восстановление.

Устройство позволяет получать низкую температуру охлаждения дисков . Так, для однокаскадного полупроводникового термоэлектрического элемента, встроенного в конструкцию предлагаемого тормоза, получается максимальное снижение температуры .элемента трения диска на 70-75 С, При температуре соединенных между собой радиатора 3 и коммутационной пластины 5, равной температуре окружающей их среды, например t , температура круглой коммутационной пластины 8, являющейся элементом трения, равна t 25 -(70-7Л -45 - . Дальнейшее снижение температуры фрикционных элементов в предлагаемом способе осуществляется каскадньм .соединением термоэлементов и может достигать, как показали исследования, значений до - 125С при температуре окружающей среды и элемента теплообмена : диска t 25 С. Указанные значения температуры элементов трения являются существенно более низкими, нежели в сцособе-прототипе, где температуру элементов трения можно понижать до значений не ниже О - +5 С для водяного хладагента.

I

В предлагаемом способе, изменяя направление электрического тока Про в полупроводниковых элементах на обратное, осуществляют изменение температурного режима. В этом случае элемент трения фрикционного диска нагревается, а его элемент теплообмена охлаждается. Использование такого режима терморегулирования, т.е. нагревание элемента трения диска, необходимо для интенсификации износа поверхностей трения в начальный период их приработки, когда требуется обеспечить срез гребешков микронеровностей для увеличения площади фактического касания трущихся поверхностей дисков, что в свою очередь приводит к увеличению и стабилизации значения коэффициента трения. При повышенных температурах интенсификация процесса износа поверхностей трения дисков

обусловливает сокращение сроков их приработки, повьпиение стабильности и эффективности работы тормоза. 5 Пример. Экспериментальные исследования зависимости коэффициента трения от температуры для асбополимерных материалов ФК-16л в. паре с металлом без их начального 0 нагрева показывают, что значения коэффициента трения нестабильны, изменяются в очень широких пределах от 0,042 до 0,18 при изменении температуры до 400 С. При предварительном фрикционном нагреве, т.е. термообработке при трении, зависимость кЪэффициента трения от тем.пературы того же асбополимерного материала существенно улучшается.

0 При этом коэффициент не только стабилизируется, но и повьш1ается, принимая значения от 0,42 до 0,45 при изменении температуры до 400 С. Предлагаемый способ обеспечивает пред5 варительньй нагрев фрикдаонных дисков не в результате их трения друг с другом,, а в результате их нагрева электрическим током, протекающим в пол5гпроводниковых термоэлектрических элементах, встроенных в одном из дисков.

Таким образом, использование изобретения по сравнению с тормозами воздушного охлаждения, например,

5 автомобилей ГАЗ позволяет не только более глубже охлаждать элементы трения в процессе их основной работы, но также и .нагревать их в процессе приработки, стабилизируя и повьш1ая

0 коэффициент трения дисков, повьш1ая эффективность работы тормоза. . I В способе в отличие от прототипа легко реашизуется дистанционное электрическое управление тепловым

5 режимом поверхностей трений фрикционных дисков. Это достигается в результате изменения величины электрического сигнала управления Jynp ( ) , поступающего на уп0 равляемьй источник электрического тока от системы управления с применением в ней мини-ЭВМ, что также повьш1ает эффективность торможения и расширяет функциональные возможности м область применения.

Изобретение обладает большей универсальностью н может быть применимо для терморегуляции режима трения фрикционных элементов, выао ненных из различных конструкционных материалов, как металлических, так и немета.плических. Фрикционные элементы могут совершать при этом не только рассмотренное здесь в качестве примера вращательное, но и поступательное, возвратно-поступательное или любое другое, более сложное движение с трением. У2 5 1 и / / 7 7 /////л

-А kТ

Фиг.1

Фиг.З

(pui Таким образом, преимущества изобретения заключаются в простоте и технологичности его конструктивной реализации, расширения функциональных -возможностей, в повышении эффективности и улучшении условий работы фрикционного узла тормоза, что увеличивает его срок службы, уменьшает затраты на обслуживание, ремонт и восстановление. -1

Небращающийся

фрикционный &ИСК

Подерхности трения

1. Дисковый тормоз нормальноразомкнутого типа, содержащий подвижный фрикционный диск, установленный с возможностью перемещений по окружности, опорньй фрикционный диск с элементом его включения, установленный с возможностью перемещения вдоль оси, и терморегулирующий элемент, жестко закрепленный на опорном диске, отличающийся тем,- что, с целью повышения эффективности торможения путем улучшения охлаждения взаимодействующих друг с другом дисков, опорньй диск выполнен из электротеплопроводного материала, на его внешней торцовой поверхности выполнены равномерно распределенные кольцевые радиаторные ребра, а терморегулируемый элемент вьшолнен в виде жестко связанных.дру1 с другом и с сетью постоянного тока полупроводниковых концентричных колец и коммутационных шайб, расположенных с обеих торцовых сторон указанных колец, причем на рабочих поверхностях коммутационной шайбы, сопряженной с подвижньм фрикционным диском, выполнены равномерно по всей i поверхности смещенные относительно друг друга концентричные сквозные (П пазы, а концентричные кольца и другая коммутационная шайба установлены с кольцевым зазором относительно друг друга. 2. Способ регулирования температуры фрикционнЬк дисков в дисковом тормозе путем изменения температуры охлаждения упомянутых элементов 00 в зависимости от интенсивности высо полняемого ими торможения, отличающийся тем, что охлаждесх ние выполняют за счет пoдвo a постоянного электрического тока к фрикционным дискам, а изменение температуры их охлаждения осуществляют изменением величины и направления электрического тока в полупроводниковых термоэлектрических кольцах.

II

г

7paff|

УароВдяемыи

ucmovftuif

9Ji6KmpuifficKOfOffJOKCf

П

Фиг. 5

Ignp (ицпр)