ФРИКЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ И ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ
FRICTION ELEMENT AND DISK BRAKE

Настоящее изобретение относится к фрикционному элементу, в частности, в виде колодки, и к дисковому тормозу, который содержит такой элемент.
В ЕР 0475335 А1, в частности, раскрывается фрикционный элемент, который содержит пружину, предназначенную для уменьшения вибрации тормозных колодок в дисковом тормозе. Такая пружина, изготовленная из стальной проволоки, содержит секцию навивки, расположенную в центральной части изделия, а также и первое и второе плечи различной длины, отходящие в основном по касательной в двух противоположных направлениях от центральной секции навивки. Пружина крепится к верхней части опорной плиты (пластины) тормозной колодки при помощи заклепки, закрепляемой в секции навивки, и соответствующих концов плечей пружины, плотно прилегающих к внутренней поверхности арки суппорта дискового тормоза. Эта пружина закрепляется на внутренней и внешней тормозных колодках, т.е. по обеим сторонам от тормозного диска.
Дисковые тормоза являются существенным компонентом для обеспечения безопасной работы автомашины и, следовательно, их монтаж должен быть чрезвычайно надежным. В случае, когда дисковые тормоза снабжены такими тормозными колодками, необходимо тщательно проверять крепление заклепки, которая в случае дефектного крепления может не удержать пружину во время эксплуатации тормозов и пружина рискует попасть между тормозным диском и внутренней тормозной колодкой, уменьшая до недопустимого уровня предусмотренный уровень торможения.
Кроме этого, постоянной проблемой дисковых тормозов является недостаточный обратный ход тормозных колодок, в частности внутренней тормозной колодки, которая приводит к остаточному трению между тормозным диском и тормозной колодкой и, следовательно, приводит к возникновению преждевременного износа тормозных накладок. В настоящее время внутренняя тормозная колодка отходит от тормозного диска естественным образом при уменьшении давления на тормозную педаль благодаря легкому биению тормозного диска. Помимо этого гидравлический поршень, который вызывает перемещение внутренней тормозной колодки, возвращается в исходную позицию через уплотнение квадратного сечения, которое также гарантирует герметичный характер перемещения поршня. Дисковые тормоза подобной конструкции функционируют удовлетворительно, но было бы предпочтительно улучшить уровень их работы (торможения).
Более того, все более желательно, чтобы устройства, установленные на автомашинах, функционировали как можно тише. Это также касается и тормозной цепи и, в частности, дисковых тормозов, установленных на автомашине. Шум, который часто возникает при работе дискового тормоза, обычно называемый "визг" ("squeal" в английском языке), возникает, когда дисковый тормоз работает при малом давлении. Таким образом, необходимо уменьшить и, по возможности, избавиться от этого шума, сохраняя надежную фиксицию тормозной колодки или колодок по отношению к держателю и/или к суппорту.
Помимо этого, также является необходимым добиться низкой себестоимости дискового тормоза для того, чтобы данный продукт оставался конкурентоспособным на рынке. Для этого желательно, чтобы дисковый тормоз обладал простой, быстро-сборной конструкцией, которая требовала бы минимальное количество составных частей.
Следовательно, задачей, положенной в основу настоящего изобретения, было создание фрикционного устройства, которое способствует улучшенному функционированию дискового тормоза.
Другой задачей, положенной в основу настоящего изобретения, было создание дискового тормоза с низкой себестоимостью.
Еще одной задачей, положенной в основу настоящего изобретения, было предложить простой, быстрый способ изготовления тормоза.
Также задачей, положенной в основу настоящего изобретения, было создание дискового тормоза, который функционирует не только с очень низким остаточным крутящимся моментом, а значит, обеспечивает бесшумный эффективный отход тормозных колодок, но также и обладает высоким уровнем надежности при производстве и низкой себестоимостью.
Эти задачи решаются при помощи тормозной колодки, снабженной опорной плитой, в которой имеется отверстие, в котором крепится секция навивки проволочной пружины, пружина содержит первое и второе плечо, упирающиеся под давлением в изгиб дискового тормоза, плечи пружины обладают разной длиной, чтобы оказывать асимметричное воздействие на тормозную колодку, перемещая ее к опорной плите и тем самым значительно уменьшая "визг" тормозов, плечи пружины поддаются эластической деформации в осевом направлении перемещения тормозной колодки и оказывают воздействие на тормозную колодку, возвращая ее в исходное положение.
Другими словами, секция навивки пружины в основном цилиндрической формы помещается в отверстие соответствующего диаметра, а плечи пружины выходят по обе стороны от опорной плиты. Таким образом, настоящее изобретение предлагает высоконадежное крепление, поскольку раз не применяются никакие дополнительные части, то таким образом уменьшается риск дефектного крепления. Более того, благодаря тому факту, что плечи пружины плотно упираются в изгиб дискового тормоза, повороты секции навивки пружины постоянно приводят к деформации пружины в радиальном направлении наружу, улучшая крепление пружины в отверстии опорной плиты.
В конце концов, в чрезвычайном случае, если пружина все же выскочит из отверстия, факт наличия плечей пружины по обе стороны от опорной плиты означает, что пружина останется прикрепленной к тормозной колодке и не попадет между тормозным диском и тормозной колодкой.
Таким образом, основным объектом изобретения является фрикционный элемент для дискового тормоза, содержащий опорную плиту, имеющую в основном форму, изогнутую по дуге окружности и включающую выступ, отходящий в радиальном направлении наружу от внешней дуги окружности, фрикционный материал, зафиксированный на одной из сторон опорной плиты, пружинный элемент, прикрепленный к указанному радиальному выступу и изготовленный из проволоки с секцией в виде витков навивки и первым и вторым плечами, которые отходят в двух противоположных направлениях в основном по касательной к указанным виткам, отличающийся тем, что в опорной плите имеется отверстие для размещения пружинного элемента, в которое установлена секция навивки пружины, при этом первое и второе плечи пружины проходят по обеим сторонам от опорной плиты и выполнены с различной длиной с возможностью приложения пружиной асимметрично ориентированного усилия в направлении передней или задней части фрикционного элемента.
В частных вариантах выполнения второе плечо пружины сориентировано перед первым плечом в направлении вращения тормозного диска. Эта специфическая конструкция гарантирует, что фрикционный элемент будет весьма устойчив при низком давлении в тормозной системе благодаря увеличенному прижиму фрикционного элемента к опорной плите дискового тормоза в направлении вращения тормозного диска.
В следующем частном варианте соответствующие концы первого и второго плеча пружины загнуты в основном в направлении оси витков пружины.
Еще в одном варианте фрикционный элемент содержит соответственно на первом и втором краях дуги окружности опорной плиты первый и второй пальцеобразные выступы, способные входить соответственно в первое и второе направляющие отверстия, выполненные в держателе дискового тормоза.
Фрикционный элемент предпочтительно представляет собой внутренний фрикционный элемент дискового тормоза.
Следующим объектом настоящего изобретения является дисковой тормоз, содержащий суппорт, внутренний фрикционный элемент и внешний фрикционный элемент, по меньшей мере один поршень, способный прижимать внутренний фрикционный элемент к передней поверхности дискового тормоза, отличающийся тем, что он включает по меньшей мере один предлагаемый в настоящем изобретении фрикционный элемент, причем плечи пружинного элемента установлены с возможностью оказания механического давления на внутреннюю поверхность арки суппорта.
В частном варианте выполнения дисковый тормоз включает держатель, выполненный с возможностью крепления к цапфе колеса автомашины, при этом суппорт установлен с возможностью скольжения относительно держателя и имеет выступ, способный прижимать внешнюю тормозную колодку ко второй стороне тормозного диска, причем имеются первое и второе направляющие отверстия, имеющие взаимодополняющую форму по отношению к первому и второму пальцеобразным выступам фрикционного элемента, при этом первый пальцеобразный выступ устанавливается с зазором в первое направляющее отверстие в направлении вращения тормозного диска таким образом, что узел внутренняя тормозная колодка - держатель образует жесткий каркас, когда фрикционный материал внутренней тормозной колодки входит в контакт с тормозным диском.
В следующем варианте внешняя тормозная колодка составляет одно целое с выступом суппорта и удерживается в поперечном положении по отношению к суппорту за счет взаимодействия штифтов и углублений для их введения, выполненных во фрикционном элементе и выступе суппорта.
Держатель может содержать первый и второй пальцы, расположенные параллельно оси тормозного диска с возможностью скольжения соответственно в первом и втором отверстиях, выполненных в суппорте.
В настоящем изобретении также предлагается способ изготовления фрикционного элемента, содержащего, в числе прочего, следующие шаги:
- ввод первого плеча пружины в отверстие опорной плиты;
- сведение, как можно ближе, первого и второго плечей пружины с целью уменьшения диаметра секции навивки пружины;
- ввод секции навивки пружины в отверстие опорной плиты;
- снятие нагрузки с плечей возвратной пружины, при этом секция навивки пружины прочно закрепляется в отверстии опорной плиты.
Настоящее изобретение обладает преимуществом, заключающимся в очень простом способе его производства.
В завершении фазы торможения фрикционный элемент по настоящему изобретению возвращается в исходное положение благодаря эластичности плечей пружины, удерживает внутреннюю тормозную колодку и таким образом уменьшает вибрацию, ответственную за шум, как при отсутствии торможения, так и при торможении с низким уровнем давления тормозной системы.
Настоящее изобретение будет лучше понято при помощи следующего описания и дополняющих чертежей, на которых "передняя часть" и "задняя часть" определены по отношению к направлению вращения тормозного диска и соответствуют правой и левой частям чертежей, "верхняя часть" и "нижняя часть" соответствуют верхней и нижней части чертежей, на которых:
на фиг.1 изображен вид спереди фрикционного элемента согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 изображен вид в перспективе с частичным разрезом дискового тормоза согласно настоящему изобретению;
на фиг.3 изображено поперечное сечение дискового тормоза согласно фиг.2, который содержит тормозную колодку согласно фиг.1;
на фиг.4 изображен вид в перспективе с частичным разрезом второго пояснительного примера изготовления дискового тормоза согласно настоящему изобретению.
На фиг.1 изображен фрикционный элемент или тормозная колодка Р согласно настоящему изобретению, которая содержит опорную плиту (держатель тормозной колодки) 2 и фрикционный материал 3, прикрепленный к внешней поверхности опорной плиты. Фрикционный элемент изогнут таким образом, чтобы соответствовать форме внешней стороны тормозного диска. Фрикционный элемент имеет верхний край 6, ограниченный первой дугой окружности, и нижний край 8, ограниченный второй дугой окружности с диаметром, фактически равным диаметру первой дуги окружности.
Фрикционный элемент имеет первый 10 и второй 12 боковые края и первый 14 и второй 16 пальцеобразные выступы, способные взаимодействовать с первым 18 и вторым 20 направляющими отверстиями, выполненными в держателе, благодаря которым возможно осуществление осевого перемещения фрикционного элемента.
Тормозная колодка также содержит эластичный возвратный элемент или пружину 22, служащий для возвращения тормозной колодки в исходное положение в конце фазы торможения. Возвратный элемент 22 согласно приведенному примеру изготавливается в форме проволоки, преимущественно пружинной проволоки, скрученной в форме витков, образующих преимущественно форму правильного цилиндра 26, и каждый конец проволоки 28 образует первое 30 и второе 32 плечо пружины, способные взаимодействовать с изгибом суппорта.
Возвратная пружина 22 плотно крепится к опорной плите 2 при помощи выступа 38, выступающего в радиальном направлении от внешнего края первой дуги окружности. Выступ 38 располагается в основном по центру опорной плиты, чтобы находится, по существу, в одной плоскости симметрии с дисковым тормозом.
Выступ 38 имеет отверстие 40 для помещения цилиндра 26, образованного витками 24, и указанное отверстие 40 имеет диаметр, в целом равный диаметру секции навивки 26 пружины, так что это позволяет осуществить простой ввод последней в отверстие 40. Когда пружина закрепляется в дисковом тормозе, первое и второе 30, 32 плечи пружины стремятся разойтись в направлении, указанном стрелками С, тем самым раскрывая секцию навивки пружины и увеличивая ее диаметр. Благодаря этому во время помещения пружины в отверстие происходит ее фиксация относительно опорной плиты.
На фиг.1 и 2 первое 30 плечо пружины 22, расположенное спереди в направлении вращения тормозного диска, обозначенного стрелкой F, длиннее, чем второе плечо 32 пружины, расположенное сзади в направлении вращения тормозного диска. Пружина подобного типа прилагает к тормозной колодке силу, которая больше в задней части тормозной колодки, чем в ее передней части, что обеспечивает непрерывное прижимание опорной плиты тормозной колодки к держателю, в частности пальцеобразного выступа 16 к направляющему отверстию 18. Эта специфическая конструкция пружины уменьшает шум, возникающий при торможении, когда давление тормозной системы невысоко (визг, обозначаемый термином "squeal" в английском языке).
На фиг.2 и 3 изображена тормозная колодка, закрепленная на дисковом тормозе согласно настоящему изобретению. Дисковой тормоз содержит суппорт 42, закрепленный с возможностью скольжения вдоль оси X, ортогональной поверхности чертежа относительно держателя 44 тормоза, закрепленного на поворотной цапфе колеса, внутренняя тормозная колодка Р1 и внешняя тормозная колодка (не показана) размещаются друг против друга и предназначены для прижима соответственно к первой и второй поверхностям тормозного диска (не показан).
Внутренняя тормозная колодка согласно настоящему изобретению закреплена между держателем 44 и суппортом 42 и перемещается во время фазы торможения при помощи гидравлического поршня, установленного в плавающем положении в гидравлическом цилиндре. Внешняя тормозная колодка упирается в выступ суппорта, соединенного с гидравлическим цилиндром аркой 50. Внешняя тормозная колодка упирается во вторую поверхность тормозного диска при помощи перемещения суппорта под воздействием прижимания первой тормозной колодки Р1 к первой поверхности тормозного диска. Скольжение между суппортом и держателем гарантируется при помощи пальцев (штырей), установленных в скользящем положении в отверстиях, выполненных в суппорте по обе стороны от гидравлического цилиндра. Будет легко понятно, что пальцы могут крепиться к суппорту, а отверстия могут быть выполнены в держателе.
Держатель 44 установлен лишь на одном краю тормозного диска.
Держатель 44 имеет первое 18 и второе 20 направляющие отверстия, служащие для помещения пальцеобразных выступов 14, 16, предназначенных для направления перемещения тормозной колодки Р1 во время ее скольжения. Первое и второе 30, 32 плечи пружины закрепляются таким образом, чтобы упираться в арку 50, так чтобы постоянное усилие прикладывалась возвратной пружиной к внутренней тормозной колодке по направлению вниз.
Внешняя тормозная колодка (не показана) закрепляется на выступе суппорта, к примеру, при помощи завинчивания. Метод фиксации будет описан в отношении фиг.4.
В показанном примере дисковый тормоз является тормозом "пушпульного" типа, т.е. силы, прикладываемые к тормозной колодке, когда она входит в соприкосновение с тормозным диском, служат для придания жесткости дисковому тормозу.
Когда внутренняя тормозная колодка входит в соприкосновение с передней поверхностью тормозного диска, она утягивается в направлении вращения тормозного диска благодаря пальцеобразному выступу 16, сила, которая увлекает тормозную колодку, передается к держателю при помощи направляющего отверстия 18, тормозная колодка "втягивается" в держатель, последний деформируется и пальцеобразный выступ 14 помещается с допуском в направляющее отверстие 20, упирается торцом в держатель и толкает его, придавая тем самым жесткость дисковому тормозу.
Направляющие отверстия имеют форму, которая совпадает с формой пальцеобразных выступов, так что держатель и опорная плита образуют преимущественно жесткую конструкцию в момент, когда внутренняя тормозная колодка вступает в соприкосновение с тормозным диском.
В показанном примере арка 50 содержит осевой вырез 52, в который входит выступ и который обладает осевым размером, достаточным для проскальзывания выступа по направлению к тормозному диску. Вырез 52 также способствует увеличенной отдаче тепла, возникающего при торможении. Свободные концы 30, 32 пружины загнуты преимущественно таким образом, чтобы способствовать хорошему закреплению пружины в арке и также, чтобы обеспечить скольжение за пределы специфического сдвига внутренней тормозной колодки по направлению к тормозному диску.
Далее будет описана работа предлагаемого в настоящем изобретении тормоза.
Во время торможения в тормозной цепи возрастает гидравлическое давление, вызывая перемещение поршня, который толкает внутреннюю тормозную колодку Р по направлению к первой поверхности противодействующего диска. Концы 30, 32 пружины закрепляются в арке, но секция навивки следует за тормозной колодкой Р1, а концы 30, 32 пружины соответствующим образом эластично деформируются для того, чтобы позволить тормозной колодке Р вступить во взаимодействие с тормозным диском. В результате этого воздействия суппорт скользит относительно держателя и прижимает внешнюю тормозную колодку к тормозному диску при помощи выступа суппорта.
При прекращении процесса торможения давление в тормозной цепи уменьшается, и гидравлический поршень убирается под воздействием уплотнения квадратного сечения, обеспечивая герметичное перемещение гидравлического поршня. Вследствие эластичной деформации плечей 30, 32 пружины 22 последняя прилагает осевую возвратную силу и тормозная колодка Р1 таким образом надежно возвращается в исходное положение.
Во время каждого действия торможения происходит стирание тормозной колодки, но дисковый тормоз содержит устройство компенсирования износа, которое перемещает исходное положение гидравлического поршня таким образом, что расстояние, необходимое для прижима тормозных колодок к поверхности тормозного диска, не увеличивается. Для того чтобы возвратная пружина не препятствовала срабатыванию устройства компенсирования износа, длина плечей 30, 32 пружины 22 устанавливается таким образом, что при применении к ним силы определенной величины окончания плечей пружины проскальзывают на арке на более дальнее расстояние.
Использование тормозных колодок согласно настоящему изобретению делает возможным также уменьшить уровень шума, так называемый стук ("rattle" в английском языке), который может возникать, когда не осуществляется процесс торможения по причине плавания тормозной колодки из-за надежного закрепления ее в исходном положении при отсутствии торможения.
На фиг.4 показан второй пример тормоза согласно настоящему изобретению, в котором наружная тормозная колодка крепится на выступе суппорта 58, который удерживает ее благодаря вращению. В показанном примере задняя сторона 60 опорной плиты, противоположная той, которая содержит тормозную колодку, содержит штифты 62, которые входят во взаимодействие с углублениями 64, выполненными в выступе суппорта. Размеры штифтов и углублений подогнаны таким образом, что между прокладкой и выступом суппорта не остается никакого зазора. Пластинчатая пружина 66 фиксируется по своему центру на задней стороне опорной плиты и содержит концы, которые вступают во взаимодействие с выступами суппорта при помощи эластической деформации пластинчатой пружины. Таким образом, пластинчатая пружина прилагает постоянное усилие, которое соединяет вместе носитель тормозных колодок и выступ суппорта, чтобы зафиксировать неподвижно в продольном направлении внешнюю тормозную колодку.
Вышеприведенное описание относится к тормозу с плавающим диском, тормозная колодка является внутренней тормозной колодкой, но будет легко понятным, что в случае тормоза со "стационарным" тормозным диском, содержащим, по крайней мере, два поршня, закрепленных соответственно по обеим сторонам от тормозного диска, каждая тормозная колодка будет являться тормозной колодкой согласно настоящему изобретению.
Будет легко понятно, что настоящее изобретение также применимо к тормозу с тормозным диском стандартного типа, в котором пальцы закреплены в суппорте и скользят в держателе, держатель выступает по обе стороны от тормозного диска и фиксирует не только внутреннюю тормозную колодку, но также и внешнюю тормозную колодку в стационарном положении в направлении вращения тормозного диска.
Настоящее изобретение, в частности, применимо для тормозной системы автомашин.