ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ С КОЛЬЦОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ
DISC BRAKE WITH EXCITATION RING

Область техники
Изобретение относится к дисковому узлу дискового тормоза с кольцом возбуждения или маховиком, в частности, к узлу, в котором маховик приварен к основной части тормозного диска.
Уровень техники
В транспортных средствах, в том числе в воздушных, железнодорожных и грузовых транспортных средствах в течение многих лет используются антиблокировочные тормозные системы. Такие системы особенно необходимы при автотранспортных перевозках, в частности, в сочлененных транспортных средствах, например, на грузовых прицепах для предотвращения потери управления и «складывания» или скольжения прицепа при торможении на скользкой дорожной поверхности.
Во многих антиблокировочных тормозных системах используется средство определения и управления скоростью вращения колес, генерирующее сигналы, характеризующие скорость вращения колес, посылаемые на логической плату системы.
Логическая плата вычисляет скорость вращения, ускорение и торможение колеса, определяя его блокировку и неизбежное скольжение, т.е. потенциальную опасность.
Система дополнительно содержит клапаны, регулирующие давление жидкости в тормозной системе, которая после активации регулирует торможение.
Логическая плата регулирует клапаны на основании относительной скорости вращения колес для поддержания максимального тормозного давления без блокировки колес.
Средство определения скорости вращения колес наиболее общего типа представляет собой магнитный датчик, приводимый в действие кольцом возбуждения.
Это кольцо представляет собой конструкцию, содержащую зубья, выступающие от её боковой стороны.
Кольцо возбуждения прикреплено к узлу, который обычно содержит тормозной диск.
Одной из наиболее часто встречающихся в таких устройствах проблем является коррозия, которой подвержены дисковый узел и кольцо возбуждения, а именно, коррозией, которая в течение короткого времени ухудшает сигнал, пропорциональный скорости вращения колес, и нарушает тем самым нормальную работу антиблокировочной системы.
Кроме того, существует проблема в значительной восприимчивости тормозных дисков к действующих при торможении напряжениям, что часто ведет к отсоединению кольца возбуждения от диска и, следовательно, к утере этого кольца или маховика и полной потере сигнала для антиблокировочной системы.
Эта проблема возникает как от усилий, которым подвержен диск при торможении, так и от вызванных торможением тепловых напряжений, которые ведут к расширению частей диска, создавая значительные натяжения и локальные деформации.
В течение долгого времени создавались различные устройства, которые не решили указанных проблем.
Например, из патентного документа US 3469662 известно образование маховика из части тормозного диска. Такое устройство, решая проблему утери кольца возбуждения за счет выполнения его за одно целое с тормозным диском, не устраняет возникновения значительных механических и тепловых напряжений, а также воздействие коррозии на тормозной диск, даже если это устройство покрыто краской, которая не всегда оказывается эффективной и, прежде всего, долговечной.
Из патентных документов WO 2006049851, US 2011272227, US 2009188762, US 2007246269 и US2007051571 известно изготовление кольца возбуждения из материала, отличного от материала тормозного диска, и его установка на тормозной диск, например, посредством защелкивающегося соединения или винтов. В таких устройствах решается проблема коррозии, однако не устраняются значительные деформации, возникающие на тормозном диске в результате воздействия механических или тепловых напряжений, которые могут легко привести к отделению кольца от тормозного диска.
Из патентных документов US 6568512, US 5332065, US 5067597 и EP 0716968 известно изготовление кольца возбуждения, частично сваренного с тормозным диском.
Указанные технические решения для устранения проблемы коррозии посредством выполнения кольца возбуждения из материала, отличного от материала тормозного диска и соединения кольца и тормозного диска посредством сварки, не позволяют устранить воздействие механических или тепловых напряжений в диске на расположение измерительных поверхностей кольца возбуждения, вызывая серьезные проблемы при деформации этого тормозного диска.
Таким образом, сохраняется потребность в устройстве, одновременно решающем три противоречивые проблемы:
– устранение коррозии кольца возбуждения;
– обеспечение стабильного и надежного соединения кольца возбуждения с тормозным диском;
– отделение деформаций тормозного диска, вызванных механическими и тепловыми напряжениями, от влияния на точное положение кольца возбуждения.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в создании дискового узла с кольцом возбуждения, отвечающего указанным требованиям и решающего известные проблемы.
Поставленная задача решается посредством дискового узла по пункту 1 формулы изобретения, способа изготовления дискового узла по пункту 7 формулы изобретения и транспортного средства по пункту 11 формулы изобретения.
Некоторые предпочтительные варианты выполнения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Другие особенности и преимущества дискового узла согласно изобретению станут понятны из дальнейшего описания предпочтительных вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан дисковый узел дискового тормоза с кольцом возбуждения, вид в аксонометрии;
на фиг. 2 – часть кольца возбуждения, заглубленная в материал соединительной части диска, вид в разрезе вдоль продольной оси, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 – кольцо возбуждения с соединительной частью и множеством осевых выступов, вид в разрезе;
на фиг. 4 – кольцо возбуждения с кольцевой соединительной частью, вид в аксонометрии;
на фиг. 5 – кольцо возбуждения, размещенное в многокомпонентной литейной форме, образующей полость для изготовления тормозного диска, увеличенный вид в разрезе;
на фиг. 6 – кольцо возбуждения согласно другому варианту выполнения, местное сечение;
на фиг. 7 – кольцо возбуждения согласно другому варианту выполнения, местное сечение;
на фиг. 8 – кольцо возбуждения, часть которого помещена в соединительную часть диска, причем опорная поверхность с вырезом поддерживает литейный стержень или литейную форму на этапе литья диска, местный разрез;
на фиг. 9 – кольцо возбуждения согласно другому варианту выполнения, местный разрез;
фиг. 10 – незаконченный диск, соединенной с литейным стержнем и кольцом возбуждения, при этом кольцо поддерживается коническими поверхностями, опирающимися на конические поверхности литейного стержня, вид в аксонометрии с частичным осевым разрезом;
фиг. 10A – кольцо возбуждения, часть которого заглублена в соединительную часть диска, причем его коническая боковая поверхность расположена на литейном стрежне, местный вид в разрезе;
фиг. 11 – дисковый узел с кольцом возбуждения, извлеченные из литейной формы и показанные с припуском, который должен быть удален посредством механической обработки для получения номинальных размеров и соответствующих эксплуатационных допусков рабочих поверхностей после охлаждения и стабилизации отливки, вид с разрезом по оси.
Осуществление изобретения
Дисковый узел 1 дискового тормоза с кольцом возбуждения или маховиком содержит диск 2, образованный вокруг оси вращения, которая определяет осевое направление A-A, радиальное направление R-R, перпендикулярное осевому направлению A-A, и касательное или окружное направление T-T, перпендикулярное указанным осевому A-A и радиальному R-R направлениям.
Диск 2 изготовлен из первого материала менее коррозионностойкого, но способного выдерживать термические напряжения, такого как чугун.
Диск 2 содержит тормозной обод 4, выполненный с возможностью взаимодействия его противоположных тормозных поверхностей 5 и 6 с суппортом тормоза или тормозной колодкой, и колокол 7 для соединения со ступицей транспортного средства.
Кроме того, диск 2 содержит соединительный участок 8, проходящий между тормозным ободом 4 и колоколом 7.
Диск 2 дополнительно содержит соединительную часть 9, консольно соединенную с указанным колоколом 7 для предотвращения задевания тормозного обода 4 и образования торцевой поверхности 10, параллельной радиальному направлению R-R.
Указанная соединительная часть 9 консольно выступает в осевом направлении A-A.
Соединительная часть 9 соединена с колоколом 7 посредством механических разделительных перемычек или стоек 30, расположенных между соединительной частью 9 и ободом 4, причем между указанными стойками 30 образованы ними большие окна 31 для вентиляции и отвода тепла.
Дисковый узел дополнительно содержит кольцо 3 возбуждения. Это кольцо 3 включает в себя основную часть 11, имеющую сторону 12 возбуждения, расположенную с противоположной стороны от диска 2, и соединительную сторону 13, обращенную к этому диску 2.
Кольцо 3 возбуждения содержит множество выступов и/или углублений 14, выполненных на стороне 12 возбуждения.
Выступы или углубления 14 представляют собой множество равномерно распределенных в окружном направлении выступов или углублений на стороне 12 возбуждения кольцевой формы. Эти выступы или углубления 14 выступают в осевом направлении A-A.
Кольцо 3 возбуждения изготовлено из второго материала, такого как сталь, в частности нержавеющая сталь, более коррозионностойкого, чем указанный первый материал диска 2.
От основной части 11 кольца возбуждения в осевом направлении A-A консольно выступает по меньшей мере одна соединительная часть 15, имеющая свободный конец 16.
В одном из вариантов выполнения соединительная часть 15 представляет собой множество ножек, выступающих в осевом направлении.
Согласно другому варианту выполнения указанная соединительная часть 15 представляет собой кольцевой выступ, проходящий в осевом направлении.
Согласно варианту выполнения свободный конец 16 соединительной части 15 выполнен с возможностью размещения или заглубления в указанную соединительную часть 9 диска 2, проходя через радиальную торцевую поверхность 10.
Согласно варианту выполнения соединительная часть 9 полностью окружена свободным концом 16 соединительной части 15, оставляя указанную основную часть 11 по существу консольно выступающей, создавая механическое и тепловое разделение и поддерживая жесткое закрепление на диске.
Согласно варианту выполнения свободный конец 16 соединительной части 15 включает в себя вырезы 17, полностью окруженные материалом соединительной части 9 диска 2 и образующие плотное неразъемное геометрическое сопряжение.
Согласно варианту выполнения основная часть 11 содержит по меньшей мере один опорный стержневой участок 18, консольно выступающий радиально наружу от радиальной площадки радиальной торцевой поверхности 10 соединительной части 9 (фиг. 8).
Согласно варианту выполнения радиально наружная сторона 19 основной части 11 кольца возбуждения содержит по меньшей мере один конический участок 20, сужающийся в осевом направлении A-A, проходя от стороны 12 возбуждения к соединительной стороне 13 (фиг. 10A).
Согласно варианту выполнения между основной частью 11 кольца возбуждения и радиальной торцевой поверхностью 10 соединительной части 9 диска 2 выполнен зазор 21 за исключением участка, образующего соединительную часть 15.
Согласно варианту выполнения соединительная часть 15 содержит суженный участок 22, соединенный с основной частью 11 кольца возбуждения, который проходит до свободного конца 16.
Согласно варианту выполнения основная часть 11 кольца возбуждения и радиальная торцевая поверхность 10 соединительной части 9 кольца возбуждения взаимно отделены друг от друга зазором 21 и соединены между собой только указанным суженным участком 22 соединительной части 15, так что основная часть 11 проходит консольно (фиг. 8).
Согласно варианту выполнения тормозной обод 4 и колокол 7 выполнены в виде единого целого.
Согласно варианту выполнения тормозной обод изготовлен из чугуна, например, пластинчатого чугуна или чугуна с хлопьевидным графитом, а кольцо 3 возбуждения изготовлено из стали, например, из нержавеющей стали.
Согласно варианту выполнения тормозной обод изготовлен из чугуна, например, пластинчатого чугуна или чугуна с хлопьевидным графитом, колокол 7 изготовлен из алюминия, а кольцо 3 возбуждения изготовлено из стали, например, нержавеющей.
Согласно варианту выполнения диск 2 изготовлен посредством совместной выплавки с присоединением свободного конца 16 кольца 3 возбуждения.
Согласно варианту выполнения колокол 7 изготовлен посредством его совместной выплавки и соединения с тормозным ободом 4 при помощи соединительного участка 8, проходящего между указанными тормозным ободом и колоколом, и соединения указанного свободного конца 16 кольца 3 возбуждения.
Согласно варианту выполнения тормозной обод 4 представляет собой тормозной обод с одной пластиной.
Согласно варианту выполнения тормозной обод 4 представляет собой вентилируемый тормозной обод, содержащий две пластины или ротора 23 и 24, соединенных между собой соединительными элементами 25, образующими радиальный вентиляционный канал 26 для охлаждения тормозного обода 4.
Далее описан способ получения указанного дискового узла.
Способ изготовления дискового узла 1 дискового тормоза с кольцом возбуждения включает в себя следующие этапы.
Подготавливают кольцо 3 возбуждения, содержащее основную часть 11, имеющую сторону 12 возбуждения и противоположную ей соединительную сторону 13, множество выступов и/или углублений 14, выполненных на указанной стороне 12 возбуждения, и по меньшей мере одну соединительную часть 15, консольно выступающую от указанной основной части 11 в осевом направлении A-A и имеющую свободный конец 16.
Кроме того, способ может включать в себя этап, на котором кольцо 3 возбуждения изготавливают из материала с высокой температурой плавления и из более коррозионностойкого материала.
Способ может содержать этап, на котором подготавливают литейную форму 27, имеющую полость 28 соответствующей формы для формирования тормозного диска 2 вокруг оси вращения, определяющей осевое направление A-A, радиальное направление R-R, перпендикулярное указанному осевому направлению A-A, и касательное или окружное направление T-T, перпендикулярное указанным осевому A-A и радиальному R-R направлениям; и тормозной обод 4, выполненный с возможностью взаимодействия противоположными тормозными поверхностями 5 и 6 с суппортом тормоза; колокол 7 для соединения тормозного диска 2 со ступицей транспортного средства. При этом указанная полость имеет профиль, приспособленный для образования между указанными тормозным ободом 4 и колоколом 7 соединительного участка 8 и соединительной части 9, консольно соединенной с этим колоколом 7, для предотвращения задевания тормозного обода 4 и образования торцевой поверхности 10, параллельной радиальному направлению R-R.
Способ может содержать этап, на котором свободный конец 16 кольца 3 возбуждения вставляют по окружности в полость 28, плотно контактируя с расплавленным в указанной полости 28 материалом с низкой температурой плавления или с материалом с более низкой температурой плавления, чем указанный материал кольца 3 возбуждения с высокой температурой плавления.
Способ может содержать этап, на котором материал с низкой температурой плавления и менее коррозионностойкий, чем материал кольца возбуждения, отливают в полости 28, образуя диск 2, и присоединяют и заглубляют свободный конец 16 в соединительную часть 9.
В качестве альтернативы способ может содержать этап, на котором на кольце 3 возбуждения обеспечивают наличие припуска 33 на механическую обработку.
В качестве альтернативы способ может содержать этап, на котором после формирования диска 2 и его извлечения из литейной формы 27 выполняют обработку кольца 3 возбуждения, в частности, его стороны 12 возбуждения для получения множества выступов и/или углублений 14 с требуемыми размерами и допусками, например, посредством обработки с удалением стружки.
В качестве альтернативы способ может содержать этап, на котором полость литейной формы выполняют с возможностью формирования тормозного диска 2 с допуском 33 на механическую обработку.
В качестве альтернативы способ может содержать этап, на котором после формирования диска 2 и его извлечения из литейной формы 27 выполняют обработку диска, например, тормозного обода и соединительных поверхностей диска и/или колокола со ступицей, например, посредством обработки с удалением стружки для обеспечения требуемых размеров и допусков указанных поверхностей.
В качестве альтернативы способ может содержать этап, на котором обеспечивают поддержку кольца 3 возбуждения литейным стержнем 29, приспособленным для вставки в указанную литейную форму и образования вырезов в тормозном диске 2.
В качестве альтернативы способ может содержать этап, на котором на опорной поверхности 30 литейного стержня 29 располагают кольцо 3 возбуждения, поддерживаемое посредством свободного конца 16, консольно выступающего в полость 28 для заглубления в материал диска 2 с низкой температурой плавления.
В качестве альтернативы способ может содержать этап, на котором перед вставкой кольца 3 возбуждения в полость 28 соединительную сторону 13 частично покрывают материалом, приспособленным для предотвращения плотного контакта материала, имеющего низкую температуру плавления диска, с основной частью 11 кольца возбуждения, например, слоем графита 32.
В качестве альтернативы способ может содержать этап, на котором после формирования диска 2 и его извлечения из литейной формы 27 удаляют графит 32, например, посредством вибрации, образуя зазор 21 между соединительной стороной 13 и радиальной торцевой поверхностью 10 указанной соединительной части 9.
В качестве альтернативы способ может содержать этап, на котором основную часть 11 кольца 3 возбуждения оставляют консольно выступающей относительно радиальной торцевой поверхности 10 соединительной части 9.
Изобретение также относится к транспортному средству, например, грузовому автомобилю, содержащему дисковый узел по любому из указанных вариантов его выполнения.
Особенности изобретения по отдельности или в комбинации друг с другом позволяют получить узел, одновременно решающий противоречивые задачи, в частности:
– высокую коррозионную стойкость кольца возбуждения;
– жесткое и надежное соединение кольца возбуждения с диском;
– отделение деформаций диска, вызванных механическими и/или тепловыми напряжениями, от влияния на точное положение кольца возбуждения.
Специалисту понятно, что возможны различные модификации и изменения узла согласно изобретению для обеспечения конкретных требований в рамках объема формулы изобретения.
Ссылочные позиции
1 – узел
2 – тормозной диск
3 – кольцо возбуждения или маховик
4 – тормозной обод
5 – тормозная поверхность
6 – тормозная поверхность
7 – колокол
8 – соединительный участок между тормозным ободом и колоколом
9 – соединительная часть диска
10 – радиальная торцевая поверхность
11 – основная часть
12 – сторона возбуждения
13 – соединительная сторона
14 – множество выступов и/или углублений
15 – соединительная часть
16 – свободный конец
17 – вырезы
18 – опорный стержень
19 – радиально наружная сторона
20 – конический участок
21 – зазор
22 – суженный участок
23 – пластина
24 – пластина
25 – соединительные элементы
26 – радиальный вентиляционный канал
27 – литейная форма
28 – полость
29 – литейный стержень
30 – стойки
31 – окна
32 – графит
33 – припуск на механическую обработку