БАРАБАННЫЙ ТОРМОЗ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ
DRUM BRAKE (VERSIONS) AND FORMATION METHOD THEREOF

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
a. Область изобретения
[0001] Настоящее изобретение относится к тормозным барабанам. В частности, изобретение относится к тормозному барабану, имеющему вложенные внутренний и внешний тормозные барабаны, сделанные из различных материалов, чтобы воспользоваться преимуществами свойств различных материалов.
b. Уровень техники
[0002] Обычный барабанный тормоз включает тормозной барабан, который вращается вместе с колесом или колесами на одном конце оси. Барабан определяет внутреннюю тормозную поверхность в радиальном направлении. Вокруг оси расположен тормозной паук, а ось и пара тормозных башмаков вращательно установлены на одном конце по отношению к тормозному пауку. Противоположный конец каждого тормозного башмака соединен с приводом, таким как кулачок или гидравлический поршень или клин, чтобы переместить тормозные башмаки между положениями сцепления и расцепления с тормозной поверхностью тормозного барабана.
[0003] Обычные тормозные башмаки имеют ряд недостатков. Во-первых, обычные тормозные барабаны часто способствуют увяданию тормоза. Увядание тормоза происходит, когда привод тормоза приближается к самой далекой точке своего возможного пути. В этой ситуации, выходная сила привода тормоза уменьшается, так же как крутящий момент, полученный при торможении. Обычные тормозные барабаны подвергаются овализации (потере круглой формы), которая заставляет привод тормоза двигаться дальше, чтобы обеспечить контакт между тормозными башмаками и тормозным барабаном, также создавая неоднородный контакт с тормозными накладками. Обычные тормозные барабаны также создают чрезмерную высокую температуру при торможении, приводящую к тепловому расширению барабана и необходимости дальнейшего движения привода. Высокие температуры также уменьшают фрикционные свойства материала тормозной накладки, дополнительно способствуя увяданию тормоза.
[0004] Во-вторых, различные части обычных тормозных барабанов нагреваются и охлаждаются в различной степени. Это создает тепловую нагрузку на барабан, которая, вместе с механическим напряжением, приводит к появлению трещин в стенке барабанного тормоза.
[0005] В-третьих, обычный барабанный тормоз имеет относительно толстые секции. Когда тормозная фрикционная поверхность такой секции быстро нагревается, ее расширение ограничивается более холодными частями секции, приводя к сжатию внутренней поверхности. Когда эта секция охлаждается до более равномерной температуры, стягивание ранее теплой поверхности снова приводит к ограничению оставшейся секции, приводя к появлению внутренних трещин. Ограниченное расширение и сжатие поверхности трения в обычных тормозных барабанах приводит к впадинам на поверхности или «термическим трещинам».
[0006] В-четвертых, обычные тормозные барабаны являются довольно тяжелыми. Большинство обычных барабанных тормозов обрабатываются механически из отливок из серого чугуна. Пластинки графита в сером чугуне обеспечивают подавление вибрации материала и относительно устойчивые характеристики на трение и износ, но пластинки графита имеют неравномерную толщину, что приводит к низкой прочности, хрупкости и недостаточной жесткости. В результате для тормоза из серого чугуна требуется относительно большой расчетный вес. Далее, обычные тормозные барабаны требуют относительно большой массы, чтобы действовать в качестве теплоотвода и регулировать температуру тормоза и окружающих структур. Чтобы преодолеть эти недостатки, для использования в тормозных барабанах требуются материалы, включая ковкий чугун, чугун с плотными графитовыми прослойками, сталь, алюминий и алюминиевые сплавы, но каждый из этих материалов имеет свои собственные недостатки с точки зрения плохих фрикционно-износных характеристик, гашения колебаний и жесткости материала, высокой теплонапряженности и низкой силы сцепления.
[0007] Изобретатель видит потребность в тормозном башмаке для барабанного тормоза, который минимизирует и/или устраняет один или несколько вышеупомянутых недостатков
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Настоящее изобретение относится к тормозным барабанам. В частности, изобретение относится к барабанному тормозу, имеющему внутренний и внешний тормозные барабаны, сделанные из различных материалов, чтобы использовать преимущества различных свойств разных материалов.
[0009] Тормозной барабан в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения включает внутренний барабан. Внутренний барабан определяет внешний, радиально расширяющийся внутрь фланец, определяющий первое множество отверстий, предназначенных для приема крепежных элементов для соединения внутреннего барабана с колесом. Внутренний барабан также определяет тормозную поверхность. Внутренний барабан состоит из первого материала. Тормозной барабан далее включает внешний барабан, предназначенный для размещения в нем внутреннего барабана. Внешний барабан определяет внешний, радиально расширяющийся внутрь фланец, определяющий второе множество отверстий, выровненных с первым множеством отверстий и предназначенный для приема крепежных элементов для соединения внешнего барабана с колесом. Внешний барабан состоит из второго материала.
[0010] Тормозной барабан в соответствии с другим вариантом воплощения настоящего изобретения включает внутренний барабан, определяющий тормозную поверхность. Внутренний барабан содержит чугун. Тормозной барабан далее включает внешний барабан, содержащий алюминий. Внешний барабан предназначен для размещения в нем внутреннего барабана и скреплен с внутренним барабаном прессовой посадкой так, что внутренний барабан может быть удален и заменен новым внутренним барабаном.
[0011] Способ производства тормозного барабана в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения включает стадии формования внешнего барабана из первого материала и формования внутреннего барабана из второго материала. Внутренний барабан определяет тормозную поверхность. Способ дополнительно включает стадии нагревания внешнего барабана и вставки внутреннего барабана во внешний барабан, благодаря чему после охлаждения внешний барабан и внутренний барабан скрепляются прессовой посадкой.
[0012) Барабанный тормоз в соответствии с настоящим изобретением усовершенствован по сравнению с обычными барабанными тормозами. Использование различных материалов для внешнего и внутреннего барабана позволяет барабану использовать преимущество свойств различных материалов. Например, в некоторых вариантах воплощения изобретения, внешний барабан сделан из алюминия с внешним фланцем, сделанным из композиционного материала с металлической матрицей. Композиционный материал помогает предотвратить овализацию барабана, в то время как алюминий обеспечивает эффективный теплоотвод для снижения температуры барабанного тормоза, уменьшая увядание тормоза. Неметаллическая связь между внутренними и внешними барабанами обеспечивает снятие термического напряжения, уменьшая, таким образом, количество трещин в стенке тормозного барабана. Использование двух относительно тонких барабанов в противоположность одному «толстому» барабану из одного материала дополнительно снижает тепловую нагрузку и теплонапряженность. Наконец, использование составных барабанов из различных материалов позволяет использовать относительно легкие по весу материалы для изготовления отдельных частей тормозного барабана.
[0013] Упомянутые выше и другие аспекты, особенности, детали, функции и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания, приложенных чертежей и формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0014] Фигура 1 - поперечный разрез тормозного барабана в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения.
[0015] Фигура 2 - схема технологического процесса, иллюстрирующая способ для производства тормозного барабана в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] Обратимся теперь к чертежам, на которых идентичные компоненты в различных видах обозначены одинаковыми цифровыми позициями. Фигура 1 иллюстрирует поперечный разрез тормозного барабана 10, смонтированного на обычном колесе 12, в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. В частности, барабан 10 предназначен для использования в тяжелых грузовиках. Однако следует понимать, что барабан 10 может использоваться на различных других транспортных средствах и в не транспортных областях применения. Барабан 10 может включать внутренний барабан 14 и внешний барабан 16, выполненные из различных материалов в соответствии с целью настоящего изобретения.
[0017] Внутренний барабан 14 определяет тормозную поверхность 18 на радиально внутренней стороне, которая может быть выборочно скреплена с тормозными накладками на обычных тормозных башмаках, которые входят в зацепление и выходят из зацепления с барабаном 14 с помощью привода тормоза. В соответствии с одним аспектом изобретения, барабан 14 может быть изготовлен из чугуна и, в частности из чугуна с пластинчатым графитом. Использование чугуна с пластинчатым графитом обеспечивает обычным материалам тормозной накладки высокие характеристики на трение и износ. Это также обеспечивает гашение колебаний низкого уровня, эффективную передачу крутящего момента колесу 12 и тепловую изоляцию тормозной поверхности от колеса 12.
[0018] Барабан 14 имеет круглую форму и сконфигурирован для вращения вместе с колесом 12 вокруг центральной оси 20. Барабан 14 определяет центральное отверстие 22, центрируемое вокруг оси 20 и выровненное с соответствующим отверстием 24 в колесе 12. Отверстия 22, 24 служат для приема одного конца оси (не показано), расположенного вокруг оси 20. Барабан 14 дополнительно определяет радиально расширяющийся внутрь фланец 26 на наружном конце барабана 14. Фланец 26 определяет множество отверстий 28, которые выровнены с соответствующими отверстиями 30 в колесе 12 и сконфигурированы для вставления в них крепежных элементов, таких как болты, для соединения барабана 14 с колесом 12 и ступицей (не показана). Барабан 14 включает секцию моста 32, проходящего между фланцем 26 и внутренней секцией 34, которая определяет поверхность 18. Внутренний и внешний диаметры секции моста 32 могут увеличить длину хода от фланца 26 до внутренней секции 34 (т.е. барабан 14 увеличивает расстояние от фланца 26 до секции 34) и может увеличить его до такой величины, что ширина секции 32 остается постоянной по всей ее длине. Внутренние и внешние диаметры секции 34 могут быть постоянными по длине секции 34, и ширина секции 34 также может оставаться постоянной по всей ее длине.
[0019] Внешний барабан 16 имеет средство для отвода тепла от внутреннего барабана 14 и для уменьшения овализации барабана 10 благодаря снижению теплонапряженности на барабане 10. В соответствии с одним вариантом воплощения изобретения, барабан 16 может быть сделан из алюминия. Использование алюминия в барабане 16 выгодно, потому что это относительно легкий материал и обеспечивает эффективный отвод тепла благодаря его высокой удельной теплоемкости и высокой теплопроводности. Барабан 16 имеет достаточный размер для приема внутреннего барабана 14, и радиально внутренняя поверхность барабана 16 по форме совпадает с радиально внешней поверхностью барабана 14. Сопряжение между барабанами 14, 16 и использование различных материалов для барабанов 14, 16 обеспечивает снятие тепловой нагрузки и кулоновское демпфирование колебаний более высокого уровня (рассеяние энергии через трение скольжения).
[0020] Барабан 16 имеет круглую форму и сконфигурирован для вращения с колесом 12 и внутренним барабаном 14 вокруг оси 20. Барабан 16 определяет центральное отверстие 36, выровненное с отверстием 24 в колесе 12 и отверстием 22 в барабане 14 и сконфигурированное для приема одного конца оси (не показано), расположенного вокруг оси 20. Барабан 16 определяет радиально расширяющийся внутрь фланец 38 на наружном конце барабана 16. Фланец 38 определяет множество отверстий 40, которые выровнены с отверстиями 30 в колесе 12 и отверстиями 28 в барабане 14 и которые служат для прохода через них крепежных элементов, например болтов, для соединения с барабаном 16, колесом 12 и барабаном 14. Фланец 38 имеет достаточную прочность, чтобы сопротивляться переходным нагрузкам, вызванным вибрацией. Барабан 16 включает мостовую секцию 42, проходящую между фланцем 38 и центральной секцией 44 и расположенную радиально вне мостовой секции 32 во внутреннем барабане 14. Внутренний и внешний диаметры мостовой секции 42 могут увеличить путь от фланца 38 до центральной секции 44 (т.е. барабан 16 расширяет ход от фланца 38 до секции 44) и может увеличиться до той же величины так, что ширина секции 42 остается постоянной по всей длине. Хотя внутренний диаметр секции 44 может оставаться постоянным по длине секции 44, внешний диаметр секции 44 может продолжать увеличиваться вовнутрь так, что ширина или толщина секции 44 барабана 16 сокращает движение от внутреннего конца барабана 16 до наружного конца барабана 16. Эта конфигурация помогает направить тепло наружу по направлению к открытому концу барабана 10, а не внутрь к колесу 12. Секция 44 может также определять множество радиально отходящих наружу ребер 46, которые увеличиваются радиально по высоте от наружного конца барабана 16 и к открытому внутреннему концу барабана 16. Ребра 46 помогают отводить тепло конвекцией от барабана 10 в атмосферу.
(0021] Барабан 16 определяет радиальный, расширяющийся наружу фланец 48, отходящий от внутреннего конца. Фланец 48 может быть относительно толстым и, в частности, может превышать толщину секции 42 барабана 16. В соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения, фланец 48 может быть сделан из композиционного материала с металлической матрицей. В частности, фланец 48 может быть выполнен из алюминия и керамики. Форма и состав материала фланца 48 обеспечивают увеличенную жесткость барабана 10, который сопротивляется овализации внутреннего барабана 14 и внешнего барабана 16. Низкая удельная теплопроводность и чувствительность к тепловым напряжениям фланца 48 относительно остальной части барабана 16 обеспечиваются относительным удалением фланца 48 от тормозной поверхности 18.
(0022] На фигуре 2 представлен способ производства тормозного барабана 10 в соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения. Способ начинается со стадии 50 формования внутреннего барабана 14. Как обсуждено выше, внутренний барабан 14 может быть выполнен из чугуна и, в частности, из чугуна с пластинчатым графитом и определяет тормозную поверхность 18. Стадия 50 может включать подстадии 52, 54 отливки барабана 14 (конкретно, путем центробежного литья барабана 14) и механическую обработку радиально внешней поверхности барабана 14. Способ также может включать стадию 56 формования внешнего барабана 16. Как обсуждено выше, барабан 16 может быть выполнен из алюминия с внешним фланцем 48 из композиционного материала с металлической матрицей. Стадия 56 может включать подстадию 58 вставки пористой керамической заготовки в изложницу. Стадия 56 может дополнительно включать подстадию 60 отливки барабана 16 вокруг керамической заготовки, которая расположена в радиально наружу расширяющемся фланце 48 на внутреннем конце барабана 16. На стадии 60 может быть использовано литье под давлением, чтобы позволить алюминию пропитать керамическую заготовку. Стадия 56 может дополнительно включать подстадию 62 механической обработки радиально внутренней поверхности барабана 16. Затем барабан 10 может быть анодирован, чтобы уменьшить коррозию и повысить износостойкость. Как показано на фигуре 2, стадии 50 и 56 (и их соответствующие подстадии) могут быть выполнены одновременно. Однако следует отметить, что стадии 50 и 56 (и их соответствующие подстадии) альтернативно могут быть выполнены последовательно.
[0023] Способ может быть продолжен на стадии 64 нагревания внешнего барабана 16, чтобы обеспечить тепловое расширение барабана 16. Затем способ может включать стадию 66 вставки барабана 14 в барабан 16. Стадия 66 может включать подстадию выравнивания отверстий 28 во фланце 26 барабана 14 с отверстиями 40 во фланце 38 барабана 16. Способ также может включать стадию 68 охлаждения внешнего барабана 16 с целью его сжатия и прессовой посадки внутреннего барабана 14 во внешнем барабане 16. Охлаждение может осуществляться через естественное, пассивное рассеяние тепла от барабана 16 или с помощью активного процесса охлаждения. Размер барабанов 14, 16 и высокий коэффициент теплового расширения алюминия в барабане 16 позволяет обеспечить горячепрессовую посадку барабанов 14, 16 с низким остаточным напряжением. Барабаны 14, 16 не соединяются постоянно и при высоких рабочих температурах, между цилиндрическими секциями барабанов 14, 16 может образоваться небольшой зазор при отпущенном тормозе. В соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения, внешний барабан 16 может быть повторно нагрет, чтобы обеспечить удаление и замену внутреннего барабана 14, когда имеет место значительный износ. Способ может содержать стадию 70 механической обработки радиально внутренней поверхности внутреннего барабана 14, включая тормозную поверхность 18.
[0024] Тормозной барабан 10 в соответствии с настоящим изобретением представляет собой усовершенствование обычных барабанных тормозов. Использование различных материалов для внутреннего и внешнего барабанов 14, 16 позволяет использовать выгодные свойства различных материалов барабана 10. Например, в некоторых вариантах воплощения изобретения, внешний барабан 16 сделан из алюминия с внутренним фланцем 48, сделанным из композиционного материала с металлической матрицей. Композиционный материал повышает сопротивление барабана 10 овализации, тогда как алюминий обеспечивает эффективный теплоотвод для снижения температуры тормозного барабана 10, уменьшая, таким образом, увядание тормоза. Сопряжение между внутренними и внешними барабанами 14, 16 подавляет вибрацию и снижает тепловую напряженность, предотвращая, таким образом, образование трещин в стенке тормозного барабана. Использование двух относительно тонких барабанов 14, 16, в отличие от одного «толстого» барабана из одного материала, дополнительно уменьшает температуру и тепловую напряженность. Использование составных барабанов 14, 16 из различных материалов также позволяют использовать относительно легкие материалы для тормозного барабана 10. Наконец, не постоянное прессовое соединение между барабанами 14, 16 позволяет удалить и заменить изношенный внутренний барабан 14.
[0025] Хотя изобретение было описано и показано на чертежах применительно к одному или нескольким конкретным вариантам его воплощения, специалистам понятно, что в нем могут быть сделаны различные изменения и модификации, не выходя из духа и объема изобретения.