ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ
FRICTION ARTICLE

Заявляемое изобретение относится к фрикционным изделиям, предназначенным для эксплуатации в тормозных узлах, где сила трения направлена по дуге окружности, по которой осуществляется относительное перемещение контртела и фрикционного изделия, например к колодкам дисковых тормозов легковых и грузовых автомобилей.
Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее фрикционный элемент (тормозную накладку), поверхность трения (рабочая поверхность) которого выполнена с более высокой шероховатостью, чем шероховатость боковой (не рабочей) поверхности элемента за счет выполнения на рабочей поверхности выступов («рубчиков») (см. заявку DE №19614268, МПК F16D 69/00, 1997 г.). Существенные признаки аналога «фрикционный элемент, рабочая поверхность, шероховатость» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является значительное время приработки изделия, обусловленное образованием поверхности трения в результате износа выступов.
7
Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее фрикционный элемент, поверхность трения (рабочая поверхность) которого выполнена более шероховатой за счет выполнения на рабочей поверхности канавок, расположенных как продольно, так и под углом к направлению трения (см. патент РФ №40086, МПК F16D 69/00, 2004 г.). Существенные признаки аналога «фрикционный элемент, рабочая поверхность, боковая поверхность, шероховатость» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является снижение коэффициента взаимного перекрытия контактирующих элементов пары трения, что может негативно сказаться на износостойкости фрикционного изделия.
Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее зафиксированный на металлическом каркасе фрикционный элемент рабочая поверхность которого выполнена более шероховатой, чем боковая поверхность элемента, за счет выполнения на рабочей поверхности канавок, при этом глубина канавок, расположенных у края рабочей поверхности, меньше, чем глубина канавок, расположенных в серединной области рабочей поверхности фрикционного элемента (см. патент РФ №76089, МПК F16D 69/00, 2008 г.). Существенные признаки прототипа «зафиксированный на металлическом каркасе фрикционный элемент; рабочая поверхность, боковая поверхность, шероховатость» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком прототипа является неравномерное распределение напряжений, образующихся во фрикционном элементе под действием ударных механических и термических нагрузок в начальном периоде эксплуатации, по телу элемента из-за различной глубины канавок. Это способствует трещинообразованию в центральной части фрикционного элемента и последующему его разрушению. Кроме того, различная глубина канавок обуславливает неоднородность распределения эксплуатационных поверхностных напряжений по рабочей поверхности элемента, что, в свою очередь, способствует неоднородности напряжений в теле изделия и может привести к преждевременному разрушению отдельных участков элемента во фрикционном узле уже на начальном этапе эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение возможности трещинообразования тела фрикционного элемента изделия путем снижения неравномерности напряжений, образующихся в элементе под действием эксплуатационных нагрузок в начальный период эксплуатации. Другим техническим результатом является повышение однородности характеристик по поверхности фрикционного элемента в начальный период эксплуатации, что улучшает его эксплуатационные свойства.
Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, включающем зафиксированный на металлическом каркасе фрикционный элемент, снабженный рабочей поверхностью и боковыми поверхностями, одна из которых ортогональна рабочей поверхности, а другая (или другие) не ортогональна (или не ортогональны) рабочей поверхности, рабочая поверхность выполнена с шероховатостью, большей шероховатости боковой поверхности, ортогональной рабочей поверхности, и меньшей шероховатости боковой или боковых поверхностей, не ортогональных рабочей поверхности, при этом на боковой или боковых поверхностях, не ортогональных рабочей поверхности, выполнены канавки.
Существенные признаки заявляемого изобретения «боковые поверхности, рабочая поверхность выполнена с шероховатостью, большей шероховатости боковой поверхности, ортогональной рабочей поверхности, и меньшей шероховатости боковой или боковых поверхностей, не ортогональных рабочей поверхности, при этом на боковой или боковых поверхностях, не ортогональных рабочей поверхности, выполнены канавки» являются отличительными от признаков прототипа.
На фиг.1 представлено фрикционное изделие со стороны рабочей поверхности. На фиг.2 - вид фрикционного изделия со стороны боковой поверхности.
Фрикционное изделие содержит металлический каркас 1, на котором зафиксирован фрикционный элемент 2 (тормозная накладка). Рабочая поверхность 3 фрикционного элемента выполнена шероховатой за счет абразивного воздействия (абразивной механической обработки). Боковая поверхность 4 фрикционного элемента выполнена ортогонально (то есть под углом, близким к 90°) рабочей поверхности фрикционного элемента без дополнительной абразивной обработки. По этой причине ее шероховатость меньше, чем шероховатость рабочей поверхности. Боковая поверхность 5 и боковая поверхность 6 (так называемые «скосы») выполнены не ортогонально рабочей поверхности (под углом, существенно отличающимся от 90°), и подвергнуты дополнительной абразивной обработке. Изделие может быть выполнено только с одной боковой поверхностью, не ортогональной рабочей поверхности (с одним «скосом»). На не ортогональных рабочей поверхности боковых поверхностях элемента выполнены канавки 7. При абразивной обработке не ортогональных рабочей поверхности боковых поверхностей элемента применяются более крупные абразивные частицы, чем частицы, применяемые при обработке рабочей поверхности, при этом обработка осуществляется по линии, вследствие чего и образуются канавки. Эти канавки увеличивают шероховатость этих боковых поверхностей по сравнению с шероховатостью рабочей поверхности. Канавки могут иметь различную форму и размеры.
Заявленное изделие может быть изготовлено известными методами, например формованием в пресс-форме с последующей механической обработкой, в ходе которой поверхностям фрикционного элемента придается необходимая шероховатость и выполняются канавки.
Конкретным примером заявляемого изобретения является колодка дискового тормоза автомобиля, содержащая металлический каркас и фрикционный элемент, выполненный из полимерного фрикционного композита, включающего полимерную матрицу (вулканизат каучука, резит смолы и т.д.) и дисперсные, в том числе волокнистые, наполнители (барит, сурик, кокс и т.д., полиарамидные волокна, минеральные волокна и др.). Рабочая поверхность фрикционного элемента подвергнута абразивной обработке до получения шероховатой поверхности. На двух боковых поверхностях фрикционного элемента, не ортогональных рабочей поверхности элемента, подвергнутых абразивной обработке для получения шероховатой поверхности, выполнены канавки. Глубина, ширина, форма и направление канавок могут быть различными, при этом шероховатость боковых поверхностей с канавками больше шероховатости рабочей поверхности элемента. Боковая поверхность фрикционного элемента, ортогональная рабочей поверхности, имеет исходную шероховатость, образующуюся при формовании изделия в результате взаимодействия формовочной смеси с поверхностью пресс-формы. Эта исходная шероховатость меньше, чем шероховатость рабочей поверхности фрикционного элемента, которая подвергается дополнительной абразивной обработке.
Выполнение рабочей поверхности фрикционного изделия с шероховатостью, меньшей шероховатости боковой поверхности, не ортогональной рабочей поверхности, и большей шероховатости боковой поверхности, ортогональной рабочей поверхности элемента, способствует распределению поверхностных напряжений по поверхностям фрикционного элемента и их компенсации. В результате снижается возможность концентрации напряжений на отдельных участках поверхности изделия, и, соответственно, снижается возможность образования поверхностных трещин и разрушения отдельных участков поверхности фрикционного элемента в начальный период эксплуатации, что повышает характеристики и работоспособность фрикционного изделия.