ТОРМОЗНОЙ ДИСК

Полезная модель относится к транспортному, в частности к автомобильному машиностроению и может быть использована в случаях, когда необходимо обеспечить торможение вращающихся элементов, выполненных в виде дисков.
Вследствие конструктивных и эксплуатационных особенностей дисковые тормоза нашли широкое применение в автомобилях. Некоторые автомобили, особенно легковые иностранного производства имеют дисковые тормоза на всех четырех колесах, а некоторые имеют дисковые тормоза на передних колесах и колодочно-барабанные - на задних.
К преимуществам дисковых тормозов относятся:
- большая энергоемкость;
- большие тормозные моменты при сравнительно небольших размерах самого тормоза;
- стабильность работы - практически линейная зависимость тормозного момента от коэффициента трения;
- уравновешенность тормоза - осевые силы могут быть замкнуты внутри тормоза и не воспринимаются валом или подшипником машины;
- трение по плоскости, обеспечивающее равномерное распределение давления по всей поверхности трения, а следовательно, и более равномерное изнашивание, чем при трении по цилиндрической поверхности;
- незначительное изменение площади фактического контакта тормозной накладки при увеличении размеров элементов трения вследствие нагрева в процессе работы;
- независимость тормозного момента от направления вращения тормозного вала;
- конструктивная простота защиты тормоза от пыли, грязи, обеспечение герметичности.
Однако из-за ухудшений условий отвода тепла с поверхности трения дисковые тормоза нагреваются до более высокой температуры, по сравнению с температурой колодочных тормозов, что в некоторых случаях требует использования специальных материалов, выдерживающих высокие температуры без снижения фрикционных свойств, или применения конструктивных мер, улучшающих теплоотвод.
Одной из конструктивных мер, используемых в тормозных дисках автомобилей для отвода тепла, образующегося при торможении, является создание вентиляции в зоне трения тормозного диска с тормозными колодками. Так, в соответствии с патентом США №6131707, опубликованным 17 октября 2000 г., известен ротор дискового тормоза, который содержит фланец крепления и пару противостоящих фрикционных дисков, разнесенных один от другого при помощи промежуточных ребер. Фрикционные диски имеют параллельные рабочие поверхности, взаимодействующие с парой тормозных колодок. Каждый фрикционный диск имеет внешний и внутренний диаметры. Один из фрикционных дисков содержит пару асимметрично расположенных прорезей. Прорези идут радиально внутрь от внешнего диаметра диска по направлению к его внутреннему диаметру. Способ изготовления ротора включает в себя изготовление ротора тормоза с фланцем крепления, фрикционными дисками и тормозными колодками. Далее ротор устанавливается на первый механообрабатывающий станок, имеющий приспособление для фиксации ротора и подвижный режущий инструмент. После этого изготавливаются канавки на наружных поверхностях фрикционных дисков и заканчивается механическая обработка ротора. Затем ротор устанавливается на второй механообрабатывающий станок, на котором выполняются
асимметрично расположенные прорези на, по меньшей мере, одном из фрикционных дисков.
Известен также вентилируемый тормозной диск, состоящий из двух дисков, соединенных между собой радиальными ребрами, что обеспечивает охлаждение дисков за счет прохождения воздуха. Кроме того, тормозной диск содержит зазор, выполненный между внутренней поверхностью одного из дисков и наружной поверхностью фланца для крепления на транспортном средстве (см. патент ЕПВ №0512853, опубликованный 11 ноября 1992 г.).
Недостатком указанных технических решений является низкая эффективность охлаждения.
Известен вентилируемый ротор для дисковых тормозов, содержащий внешний фрикционный участок, имеющий две кольцевые секции и несколько ребер, радиально расположенных между ними. Ребра содержат опорные участки, идущие от цилиндрической стенки, а также вторичные участки, расположенные на некотором расстоянии от цилиндрической стенки, при этом между опорными и вторичными участками образуются вентиляционные каналы (см. патент США №6164423, опубликованный 26 декабря 2000 г.).
Указанное техническое решение как наиболее близкий аналог может быть принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является подверженность тормозного диска перегреву при частых и резких торможениях, связанных с высоким темпом движения, сложной дорогой, требующей частых интенсивных торможений, или высокой температурой окружающего воздуха. Чем медленнее снижается скорость, тем меньше тепла выбрасывается каждую секунду, зато больше успевает отобрать встречный поток воздуха - тормозной диск нормально охлаждается. А при экстренном торможении за несколько секунд вырабатывается огромное количество тепла, "снять" которое воздушному потоку не по силам, и оно накапливается в деталях тормоза, расположенных рядом.
Роль аккумулятора тепла в первую очередь выполняет диск. Далее колодки, затем (уже в меньшей степени) тормозные цилиндры, суппорты, ступицы колес и др. Чем тоньше диск, тем сильней он нагревается, вобрав одно и то же количество тепла. Значит, при одном и том же режиме торможения автомобиля сильней (иногда раза в полтора) нагревается предельно изношенный диск.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является усовершенствование тормозного диска, обеспечивающее лучшее охлаждение тормозного диска при торможении.
Согласно предлагаемому техническому решению в рамках заявки на полезную модель, указанная задача решается выполнением на фрикционных участках тормозного диска сквозных отверстий, расположенных равномерно по концентрическим окружностям, находящимся на одинаковом расстоянии друг от друга, при этом отверстия на последующих окружностях могут быть смещены на заданный угол по отношению к предыдущим.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, где изображен общий вид тормозного диска.
Тормозной диск состоит из цилиндрической ступицы 1, закрепляемой на колесе автомобиля, и рабочей части 2, выполненной в виде кольцевого фрикционного участка, имеющего две кольцевые секции 3 и 4 и несколько радиально расположенных между ними ребер, содержащих опорные 5 и вторичные 6 участки, при этом между ребрами образуются вентиляционные каналы 7. На кольцевых секциях 3 и 4 выполнены сквозные отверстия 8, предназначенные для дополнительного охлаждения тормозного диска. Отверстия 8 могут быть выполнены равномерно по окружностям, расположенным концентрично на одинаковом расстоянии друг от друга, и смещены на заданный угол на последующих окружностях по отношению к предыдущим. Так, например, если на трех окружностях равномерно расположить по десять отверстий, то смещение отверстий на соседних концентрических окружностях получится на 12 градусов.
Устройство работает следующим образом. При торможении автомобиля из-за трения тормозных колодок с кольцевыми секциями 3, 4 фрикционного участка тормозного диска происходит нагрев трущихся элементов, при этом периферийная часть диска нагревается сильнее, т.к. линейная скорость этой части больше, чем остальной. Охлаждение тормозного диска происходит за счет передачи тепла соседним элементам и за счет обдува потоком воздуха. При вращении тормозного диска воздух движется по вентиляционным каналам 7 под действием центробежных сил и нагревается тем сильнее, чем ближе к концам каналов 7. Благодаря тому, что на кольцевых секциях 3, 4 фрикционного участка тормозного диска выполнены сквозные отверстия 8, процесс охлаждения тормозного диска происходит эффективнее, т.к. нагретый поток воздуха выходит не только в конце вентиляционных каналов 7, но и по бокам каналов 7 через указанные сквозные отверстия.