ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ И РАСПОРНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
CLASP BRAKE AND SPREADER BAR

Настоящее изобретение относится к дисковым тормозам и распорным элементам, используемым в таких дисковых тормозах. Дисковые тормоза обычно имеют либо жестко закрепленный суппорт, либо скользящий суппорт. Настоящее изобретение относится к дисковым тормозам, имеющим жестко закрепленный или плавающий суппорт и один или более тормозных дисков, по меньшей мере, один из которых является скользящим. Настоящее изобретение относится как к дисковым тормозам, в которых тормозные колодки выполнены с возможностью воздействия только на ограниченную часть полного круга, так и к дисковым тормозам, в которых тормозные колодки выполнены с возможностью воздействия на почти полный круг вдоль тормозных дисков. Упомянутый выше тип тормозов упоминается также как дисково-колодочный тормоз.
Скользящие тормозные диски обычно размещены на втулке, ступице или т.п. посредством зубчатого, шлицевого или т.п. соединения или любым другим способом, обеспечивающим фиксированное соединение в направлении вращения и скользящее соединение в осевом направлении. Втулка, ступица или т.п. установлены на оси колеса и соединены с ней. В зависимости от типа и изготовления тормоза тормозной диск может быть установлен на втулке или, другими словами, соединен со ступицей, соединенной с осью колеса, или тормозной диск может быть размещен непосредственно на ступице без использования какой-либо втулки. В этом описании для удобства обычно используется термин «ступица», хотя это не вносит ограничения, так как также может использоваться втулка, муфта и т.п. Для обеспечения скольжения должен иметься определенный зазор между зубьями, шлицами или т.п. на внутренней периферии тормозного диска и зубьями, шлицами или т.п. на внешней периферии ступицы или втулки.
Тормоз, имеющий один или более скользящих дисков, может столкнуться с проблемами как в отпущенном положении, так и при торможении и отпускании тормоза. В отпущенном положении может возникать шум, перекашивание и/или невозможность торможения. При торможении и отпускании тормоза могут возникнуть проблемы с надлежащим разъединением тормозных колодок и тормозных дисков.
Из-за зазора, необходимого между диском и ступицей для обеспечения относительного скользящего перемещения и для устранения блокировки функции скольжения из-за грязи и коррозии, вероятно появление шума в отпущенном положении, так как зазор между шлицами или т.п. в общем обеспечивает большие радиальные и вращательные смещения тормозного диска относительно ступицы или т.п. По сравнению с риском неустойчивости диска стучащий звук может быть следствием того, что ось колеса и, таким образом, ступица вращается, и тормозные диски "свободно" размещены на ступице, посредством чего шум создается перемещением диска относительно ступицы. Шум может также быть возникать из-за движения по неровной поверхности, что приводит к движению транспортного средства толчками.
Эта проблема часто решается за счет того, что между ступицей и тормозным диском устанавливают пружины или т.п. для обеспечения радиальных усилий на диске для стабилизации и предотвращения шума и скрежета.
Если диски перекошены, то существует риск их блокировки в перекошенных положениях в отпущенном положении. Без надлежащего разъединения тормозных дисков и тормозных колодок после торможения может наступить чрезмерный износ тормозных колодок и может произойти торможение, когда тормозной диск или диски остаются в контакте с тормозными колодками в отпущенном положении.
Кроме того, при некоторых обстоятельствах такие пружинные элементы имеют тот недостаток, что они ограничивают свободное осевое перемещение тормозного диска до такой степени, что в отпущенном положении дискового тормоза происходит нежелательное торможение.
Кроме шума другими проблемами в дисковых тормозах является нагрев. При торможении диски сильно нагреваются. Теплота, генерируемая при торможении, передается к ступице и, таким образом, также к подшипникам, расположенным в ступице, в соответствии с чем большая часть тепла проводится к подшипникам, когда тормоз находится в отпущенном положении, которое, конечно, имеет место в течение большего периода времени, чем когда тормоз используется по назначению. Подшипники, а также смазочные средства, используемые в подшипниках, очень чувствительны к нагреванию. Поэтому нагрев, который присутствует на некотором температурном уровне в течение длительного времени, по существу сокращает срок службы подшипников в ступице. Их замена значительно увеличит затраты на обслуживание.
Теплопередача главным образом происходит через шлицевое соединение между дисками и ступицей или деталью, соединенной со ступицей. Большее число точек контакта между шлицами или зубьями тормозного диска и ступицей или деталью, соединенной со ступицей, с одной стороны, или меньший воздушный промежуток, то есть зазор между поверхностями шлицев или зубьев, с другой стороны, приводят к передаче большего количества теплоты к подшипникам. Кроме того, если зазор шлицевого соединения значительно изменяется из-за неправильного поступательного или вращательного центрирования тормозного диска относительно ступицы или детали, соединенной со ступицей, то к подшипникам также передается большее количество тепла.
Другими словами, величина воздушного промежутка или зазора в шлицевом соединении между тормозным диском и ступицей является критической для сокращения проводимости тепла от тормозного диска к ступице или детали, соединенной со ступицей.
Обычные зазоры находятся в диапазоне от 0,2 до 1,0 мм.
Вышеупомянутые проблемы, в частности, проблема неполного расцепления, решены посредством стабилизирующих диск элементов, которые известны, например, из публикации WO 2006/002932 A1. Раскрытые в указанной публикации стабилизирующие диск элементы обеспечивают функцию отведения посредством создания усилий, которые поддерживают аксиальное отведение тормозного диска при отпускании тормоза. Чтобы обеспечить надежную и достаточную функцию отведения, компенсировать любой производственный допуск и уменьшить чувствительность узла к грязи и коррозии, разработан такой стабилизирующий диск элемент, так что в нем, кроме того, имеется зазор между более жесткими частями и частями элементов и ступицей и/или диском.
Однако такой зазор все же допускает радиальное смещение тормозного диска относительно ступицы или детали, соединенной со ступицей, до такой степени, которая не препятствует образованию шума. По сравнению с возможностью вибрации тормозного диска относительно ступицы шум в основном получается в результате неоднократного соударения тормозного диска со ступицей при движении по неровным дорогам, посредством чего торцы шлицев тормозного диска действительно входят в контакт с торцами шлицев ступицы или детали, соединенной со ступицей.
Соответствующие части стабилизирующих диск элементов согласно предшествующему уровню техники являются недостаточно жесткими, чтобы противодействовать силам инерции тормозного диска при движении по неровным дорогам, или же имеют специальную конструкцию, направленную в основном на обеспечение функции отведения, причем между шлицами диска и шлицами ступицы не размещены никакие эквивалентные жесткие детали или части стабилизирующего диск элемента для принятия на себя воздействия вместо торцов указанных шлицев.
Настоящее изобретение направлено на решение вышеупомянутых проблем, которые имеют место в дисковых тормозах.
В частности, изобретение относится к дисковому тормозу, имеющему суппорт, окружающий один или более тормозных дисков, при этом, по меньшей мере, один тормозной диск размещен с возможностью скольжения на ступице или детали, соединенной со ступицей, посредством взаимозацепляющихся шлицев как тормозного диска, так и ступицы или детали, соединенной со ступицей, причем между тормозным диском и ступицей или деталью, соединенной со ступицей, размещены распорные элементы, при этом распорные элементы размещены и выполнены с возможностью предотвращения контакта между торцами шлицев тормозного диска и торцами шлицев ступицы или детали, соединенной со ступицей, при любом радиальном смещении тормозного диска относительно ступицы или детали, соединенной со ступицей.
Согласно изобретению распорные элементы выполнены с возможностью предотвращения контакта торца при вращательном зацеплении тормозного диска и ступицы или детали, соединенной со ступицей, для передачи крутящего момента торможении, при этом распорные элементы не позволяют никаких контактов торцов во всех радиальных направлениях после и при отпускании тормоза.
Другими словами, исключительно и отдельно для отпущенного состояния тормоза распорные элементы согласно изобретению всегда предотвращают, ограничивают или демпфируют радиальное перемещение тормозного диска относительно ступицы таким образом, что торцы шлицев тормозного диска и ступицы никогда не входят в контакт.
Для этого, по меньшей мере, часть элемента распорной детали имеет, по меньшей мере, такую жесткость, что радиальные воздействия тормозного диска демпфируются для исключения нежелательных контактов между торцами.
Жесткость распорных элементов подобрана таким образом, чтобы всегда было обеспечено сопротивление силам инерции тормозного диска, хотя эти части являются более упругими по сравнению с жесткостью шлицев диска и ступицы непосредственно.
Согласно изобретению распорные элементы также могут исключительно обеспечить функцию демпфирования воздействия, или для указанной функции могут служить только части распорных элементов, тогда как распорные элементы могут, тем не менее, выполнять другие функции, как будет описано далее.
Распорные элементы отстоят друг от друга по окружности на тормозном диске или ступице для обеспечения по существу той же самой функциональной независимости вращательного положения тормозного диска. Предпочтительно три элемента распорной детали отстоят друг от друга на равных интервалах вокруг тормозного диска, причем каждый распорный элемент образован таким образом, чтобы обеспечивать по окружности равные зазоры между шлицами тормозного диска и шлицами ступицы или детали, соединенной со ступицей, таким образом вращательно центрируя тормозной диск относительно ступицы или детали, соединенной со ступицей.
Зазор будет, по меньшей мере, по существу таким, что зазор между торцами превышает заданное значение, которое больше, чем зазор между распорными элементами или демпфирующими частями распорных элементов и тормозного диска или ступицы. Предпочтительно распорные элементы выполнены и расположены таким образом, что зазор с обеих сторон шлицев, то есть между торцами шлицев тормозного диска и торцами шлицев ступицы, является одинаковым.
Рекомендованный зазор у торцов шлицев превышает зазор между распорными элементами и тормозным диском или ступицей на 50%, предпочтительно на 70% и наиболее предпочтительно на 100%.
Согласно изобретению распорные элементы или части демпфирования распорных элементов, по меньшей мере, образованы таким образом, чтобы контакт между ними и тормозным диском, с одной стороны, и между ними и ступицей, с другой стороны, являлся таким, что никакие силы не ограничивали осевое скольжение тормозного диска. Наиболее предпочтительно распорные элементы или части демпфирования распорных элементов выполнены с возможностью обеспечения неодновременного контакта тормозного диска и ступицы или детали, соединенной со ступицей.
Чтобы избежать любого одновременного контакта между распорными элементами и тормозным диском, или ступицей, или их частями демпфирования, зазор должен составлять минимум 0,1 мм, предпочтительно минимум 0,2 мм и наиболее предпочтительно минимум 0,3 мм.
Этот выполненный зазор между частями демпфирования распорных элементов или распорными элементами и тормозным диском, или ступицей, обеспечивает надежное демпфирование и непринужденное осевое отпускание диска даже при наличии обычных производственных допусков в тормозных дисках и ступицах и неидеального вращательного центрирования тормозного диска на ступице.
В одном варианте осуществления распорный элемент или, по меньшей мере, часть распорного элемента может быть выполнена в виде винтовой пружины, изготовленной из единой одинарной проволоки, которая должна быть размещена в промежутке между шлицами тормозного диска и ступицы и которая предпочтительно проходит по толщине тормозного диска. Винтовые пружины или части винтовой пружины передают воздействие от перпендикуляра тормозного диска на его продольную ось.
Согласно другому варианту осуществления распорный элемент выполнен в виде цилиндрической трубки, предпочтительно изготовленной из стали, которая является упругой, например посредством продольного осевого разреза, и также переносит воздействие перпендикулярной нагрузки на его продольную ось.
Распорные элементы могут быть выполнены в виде отдельных элементов, которые используют для демпфирования воздействия. В предпочтительном варианте осуществления согласно изобретению такие распорные элементы дополнительно обеспечивают другие функции, как, например, раскрыто в публикации WO 2006/002932 A1.
Одной определенной функцией, которая могла бы быть включена в конструкцию элемента распорной детали, является создание усилия при скольжении тормозного диска на ступице, которое способствует осевому отведению тормозного диска при отпускании тормоза. Это может быть достигнуто конкретными особенностями распорных элементов, как они были, например, описаны в публикации WO 2006/002932 A1. Когда диск скользит при приложении тормозного усилия, по меньшей мере, части распорных элементов упруго отклоняются в осевом направлении, что обеспечивает приложение осевого усилия к диску, чтобы переместить его снова назад при отпускании тормоза.
Кроме того, распорные элементы предпочтительно выполнены с возможностью осевого скольжения с тормозным диском при соответствующем износе тормозных колодок. Для компенсации износа тормозных колодок распорные элементы образованы таким образом, чтобы фрикционно зацепляться по оси со ступицей или деталью, соединенной со ступицей, так что распорные элементы отклоняются в осевом направлении, при этом они остаются неподвижными по оси на ступице или детали, соединенной со ступицей, если приложены осевые усилия, недостаточные для преодоления осевого фрикционного зацепления между распорными элементами и ступицей или деталью, соединенной со ступицей, причем распорные элементы отклоняются в осевом направлении и скользят по оси на ступице или детали, соединенной со ступицей, когда приложены осевые усилия, достаточные для преодоления фрикционного зацепления между распорными элементами и ступицей или деталью, соединенной со ступицей. Такая компенсация износа может быть либо односторонней, либо двухсторонней. Настоящее изобретение может быть использовано с обоими типами компенсации износа.
Другие функции включают стабилизацию диска и предотвращение теплопередачи между тормозным диском и ступицей или деталью, соединенной со ступицей.
Изобретение относится не только к дисковым тормозам с распорными элементами, как это было описано выше, но также и к распорным элементам как таковым.
Дополнительные объекты и преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения нижеприведенного подробного описания предпочтительных вариантов осуществления изобретения.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - вид в перспективе одного общего примера тормозного диска, установленного с возможностью скольжения на ступице с распорными элементами, согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - вид сверху тормозного диска и ступицы с Фиг.1;
Фиг.3a - вид в увеличенном масштабе части Фиг.2;
Фиг.3b - другой вид в увеличенном масштабе части Фиг.2;
Фиг.3c - вид в сечении по линии C-C с Фиг.3a;
Фиг.4a - вид в перспективе распорного элемента согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4b - частичный вид сверху, иллюстрирующий распорный элемент с Фиг.4a в его установленном положении;
Фиг.5 - вид сверху тормозного диска и ступицы с распорными элементами согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.6 - вид в увеличенном масштабе части Фиг.5.
Используемые в данном описании термины «осевые», «радиальные», «вращательные» и т.п. относятся к оси колеса (не показана), соединенной с тормозом, и к тормозным дискам, ступице, муфте и т.д., размещенным непосредственно или посредством промежуточных деталей на оси колеса.
На Фиг.1 схематично показаны тормозной диск 1 и ступица 2, причем тормозной диск 1 направляется с возможностью скольжения на ступице 2. Такая конструкция может быть использована в любом типе дискового тормозного узла, в котором, по меньшей мере, один тормозной диск направляется с возможностью скольжения.
Тормозной диск 1 содержит направленные радиально внутрь зубья или шлицы 3, которые взаимозацеплены с направленными радиально наружу зубьями или шлицами 4, расположенными на ступице 2. Шлицевое зацепление обеспечивает вращательное усилие или передачу крутящего момента после зацепления тормозного диска 1 с тормозными колодками (не показаны) и в то же время осевое скольжение тормозного диска 1 на ступице 2.
Между шлицами 3 тормозного диска 1 и шлицами 4 ступицы 2 по окружности равноудаленно расположены распорные элементы 5 зоны взаимного зацепления тормозного диска 1 и ступицы 2.
Распорные элементы 5 выполнены из единой одинарной пружинной проволоки и содержат среднюю часть 5.1, которая образована подобно винтовой пружине. Пружинная проволока винтовой пружины 5.1 радиально и тангенциально проходит с обоих концов таким образом, что продолжения 5.2 и 5.3 направлены в противоположных направлениях, причем одно продолжение 5.2 упирается в одну сторону тормозного диска 1, а другое продолжение 5.3 упирается в другую сторону тормозного диска 1.
На концах каждое продолжение 5.2 и 5.3 оканчивается крючком 5.4, который направлен в сторону от винтовой пружины 5.1 и который проходит через зазор между шлицами 3 тормозного диска 1 и шлицами 4 ступицы 2 соответственно.
На Фиг.4a и 4b показан второй вариант осуществления распорных элементов, который подобен варианту осуществления с Фиг.1-3c.
Показанный вариант осуществления распорных элементов 6 также содержит винтовую пружинную часть 6.1 и продолжения 6.2 и 6.3 в каждом тангенциальном направлении, которые заканчиваются крючками 6.4 соответственно. Крючки 6.4 размещены в пазах 7, которые расположены в вершинах шлицев 3 тормозного диска 1 соответственно.
Во всех вариантах осуществления изобретения, винтовая пружинная часть 5.1 или 6.1 имеет жесткость, которая принимает радиальные воздействия от тормозного диска 1, являющиеся результатом езды по неровным дорогам с тормозом в отпущенном состоянии.
Посредством этого исключен контакт торцов 8 шлицев 3 тормозного диска 1 с торцами 9 шлицев 4 ступицы 2. Однако, как показано на чертежах, в основном распорные элементы 5, 6 не предотвращают никакого вращательного зацепления этих торцов 8 и 9, в то время как происходит торможение.
На Фиг.3a-3c показаны виды в увеличенном масштабе частей с Фиг.2.
Согласно изобретению распорные элементы 5 и 6 выполнены таким образом, что зазор S1 между винтовыми пружинными частями 5.1 и 6.1 и вершиной шлицев 3 тормозного диска 1 всегда меньше зазора S2 между торцами 8 шлицев 3 тормозного диска 1 и торцами 9 шлицев 4 ступицы 2.
Так как несколько распорных элементов 5 или 6 расположены по окружности зоны взаимного зацепления или взаимодействия тормозного диска 1 и ступицы 2, зазоры S2 между всеми торцами 8 и 9 шлицев 3 и 4 соответственно остаются по существу равными.
На Фиг.5 показана на виде сверху другая конструкция тормозного диска 1 и ступицы 2, а Фиг.6 представляет собой увеличенную часть Фиг.5.
Между тормозным диском 1 и ступицей 2 расположены элементы 10 стабилизации диска, которые, среди прочего, обеспечивают усилия отведения для осевого отведения тормозного диска 1 на ступице 2, когда не применяется никакая сила торможения. Кроме того, распорные элементы 11 расположены между шлицами 3 тормозного диска 1 и шлицами 4 ступицы 2 на равных расстояниях, а именно между двумя элементами 10, стабилизирующими диски, соответственно.
Принимая во внимание то, что демпфирование воздействия и дополнительные функции, такие как стабилизация диска и осевое отведение, присущи одному распорному элементу 5 или 6 согласно вариантам осуществления с Фиг.1-4b, распорные элементы 11 согласно Фиг.5 обеспечивают только демпфирование радиального воздействия и, следовательно, вставлены между тормозным диском 1 и ступицей 2 в качестве дополнительных элементов.
Как показано на Фиг.6, распорный элемент 11 состоит из проходящей по оси цилиндрической трубки с соответствующей жесткостью или упругостью. Упругость достигается посредством разреза 12, проходящего по оси трубки.
Зазор S2 в этом варианте осуществления сохраняется посредством элементов 10, стабилизирующих диск, тогда как зазор S1 образован выбранными габаритами цилиндрической трубы 11.
Распорные элементы 11 могут быть выполнены с возможностью осевого скольжения с тормозным диском 1 в соответствии с износом тормозных колодок; причем, как вариант, они могут быть выполнены с возможностью осевой фиксации относительно ступицы 2, при этом элементы 10, стабилизирующие диск, выполнены с возможностью осевого скольжения с тормозным диском 1.
Специалистам в данной области техники будет очевидно, что точная форма распорных элементов может изменяться до тех пор, пока они выполняют заданные функции, в частности, демпфирование воздействия, тем же или подобным способом, как описано выше.