Фрикционный элемент в виде диска сухого трения, преимущественно тормоза наземного транспортного средства

 

1. ФРИКЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ В ВИДЕ ДИСКА СУХОГО ТРЕНИЯ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ТОРМОЗА НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее жестко закрепленные на диске корытообразные подложки из листовой пластичной. стали и прикрепленные к ним колодки из хрупкого фрикционного материала со сквозными отверстиями под крепеж подложки, выходящимина ее йрикционную рабочую поверхность, о т - ; личающийся тем, что, с целью повьипения надежности путем снижения растрескивания материала, на фрикционной рабочей поверхности колодок в каждом промежутке между ее соседними отверстиями под крепеж . вьтолнены параллельные сквозные прорези , причем эти прорези выполнены на всю глубину фрикционного материала колодок и размещены на равных расстояниях от ближайших отверстий под крепеж. 2.Элемент по п. 1, отличающийся тем, что прорези размещены параллельно радиальным § сторонам колодок. 3.Элемент по п. 1, отличаю (Л щийся тем, что прорези размещены параллельно меридиальным сторонам колодок. . 4.Элемент по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности крепежного соединения фиксирующего подложку на диске, на фрикционной рабочей поверхности колодок параллельно направлениям основных прорезей выполнены дополнительные сквозные прорези, связывающие центры отверстий под крепеж в кояодках друг с другом.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОИИАЛИСТИЧЕСНИХ

ВТ "1й, И -,, I Ь" 1 @ ,с JQ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3671829/25-27 (22) 12. 12.83 (46) 30.01.85. Бюл. 11 4 (72) Н.А.Алексеев, Ф.Г.Барон, В.О. Выдрин, В . Ф.Др аница, М. Г .Жучков, Л.P.Íàäèðüÿíö, Б.М.Шитман и В.С.Фанталов (53) 621-825.54(088 .8) (56) 1. Заявка ФРГ И 2947927, кл. F 16 D 65/12, 1980.

2. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин..Киев, "Наукова думка", 1979, с. 93-94.

3. Федорченко И.M. и др. Современные фрикционные материалы. Киев,,;"Наукова думка", 1975. с. 76, рис. 36.

4. Там же, с. 51, рис. 16 (прототип).,(54)(57) 1. ФРИКЦИОННЫИ ЭЛЕМЕНТ В ВИ-.

ДЕ ДИСКА СУХОГО ТРЕНИЯ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ТОРМОЗА НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащее жестко закрепленные на диске корытообразные подложки из листовой пластичной стали и прикрепленные к ним колодки из хрупкого фрикционного материала со сквозными отверстиями под креf пеж подложки, выходящими на ее Apmc ционную рабочую поверхность, о т—

4(51) F 16 D 65/12. F 16 D 13/64 личающийсятем, что, сцелью повышения надежности путем снижения растрескивания материала, на фрикционной рабочей поверхности колодок в каждом промежутке между ее соседними отверстиями под крепеж выполнены параллельные сквозные прорези, причем эти прорези выполнены на всю глубину фрикционного материала колодок и размещены на равных расстояниях от ближайших отверстий под крепеж.

2. Элемент пб п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что прорези размещены параллельно радиальным сторонам колодок. е

3. Элемент по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что прорези размещены параллельно меридиальным сторонам С: колодок.

4. Элемент по п. 1, о т л и ч а ю- Я шийся тем, что, с целью повышения надежности крепежного соединения фиксирующего подложку на диске, на фрикционной рабочей поверхности колодок параллельно направлениям основных прорезей выполнены дополнительные сквозные прорези связываюУ

I щие центры отверстий под крепеж в ко лодках друг с другом.

11372бб

Изобретение относится к машиностроению и может быть. использовано при изготовлении фрикционных муфт и тормозов дискового нли колодочного типа, работающих в условиях 5 теплоимпульсного трения при интенсивном тепловьщелении на рабочих поверхностях, преимущественно главных фрикционов (сцеплений) и остановочных тормозов трансмиссий назем 10 ных транспортных средств.

Элементы трения в фрикционных узлах предназначены для передач% крутящего момента за счет сип трения и выполнены, как правило, в ви- 15 де несущего металлического основания (диск, лента и т.п.), к которому прикреплены колодки из фрикционного материала (чугун, асбополимерный материал, металлокерамика и др.) ° 20

При буксовании фрикционного устройства, особенно в тормозах, на поверхностях трения возникают высокие локальные и средние поверхностные температуры, а по глубине фрикционных 25 элементов — значительные температурные градиенты, достигающие в тяжелонагруженных тормозах, например, значения (000 С. Многократные буксования фрикционного устройства в условиях 30 теплоимпульсного нагружения приводят к возникновению в теле фрикционнык ко.лодок значительных термических напряжений, вызывающих их формоизменение (коробление) и, как следствие, повьппенный износ и растрескивание фрикционного материала. При жестком креплении колодок к основанию, например, заклепками последние, препятствуя температурным деформациям коло- 40 док, увеличивают их напряженное coc" тояние и деформацию.

Известен элемент трения с плавающим креплением колодок к основанию, исключающим влияние крепления на их 45 напряженное состояние и не ограничивающим температурные деформации ко" лодок (1 ).

Недостатки этого устройства - усложнение конструкции крепления, по- 50 вьппение нагрузки на места крепления из-за исключения трения между колодками и основанием, сохранение высокого уровня напряженного состояния самих колодок, связанного с их нерав- 55 номерным нагревом.

Известен элемент трения с прикрепленными фрикционными колодками, имеющими сквозной радиальный разрез (включая подложку) на 2/3 ширины колодки (2 3

Недостатки укаэанного устройстваI снижение прочности колодки из-за ос

Лабления колодки разрезом, наличие— сплошных участков хрупкого фрикционног о материала в г аб арит ах колодки без разрезов, что способствует трещинообразованию в теле фрикционного материала.

Известен элемент трения с колодками уменьшенных размеров (3 ).

Недостатки данного элемента — увеличение числа колодок и мест крепления, увеличение потерь номинальной поверхности трения за счет промежутков между колодками.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является дисковый элемент сухого трения, состоящий из металлического диска и колодок из хрупкого фрикционного материала, например, спеченного металлокерамического материала на железной основе, прикрегленного к подложкам из пластичной стали, которые жестко крепятся к диску. Способ крепления хрупкого фрикционного материала (например, металлокерамики) к подложкам иэ пластичной стали — любой: припекание, пайка, приклеивание и т.п.

Подложка служит для упрочнения хрупкого фрикционного материала и крепления колодки к основанию (ч ).

При относительной простоте такая конструкция имеет следующие недостатки: вспучивание колодки в области среднего радиуса поверхности трения между местами крепления ее к основанию, растрескивание металлокерамики вследствие термических напряжений в колодке и ее деформации, интенсивный износ колодок в результате их коробления и растрескивания, деформация, расшатывание и разрушение мест крепления колодок к диску.

Цель изобретения — повьппение надежности путем снижения растрескивания фрикционного хрупкого материала и повьппения надежности крепежного соединения, фиксирующего подложку на диске.

Поставленная цель достигается тем, что в фрикционном элементе в виде диска сухого трения, преимущественно, наземного транспортного средства, 1137 содержащем жестко закрепленные на диске корытообразные подложки из листовой пластичной стали и прикрепленные к ним колодки иэ хрупкого фрикционного материала со сквозными отверстиями под крепеж подложки, выходящими на ее фрикционную рабочую поверхность, на фрикционной рабочей поверхности колодок в каждом промежутке между ее соседними отверстиями f0 под крепеж выполнены параллельные сквозные прорези, причем эти прорези выполнены на всю глубину фрикционного материала колодок и размещены на рав1ных расстояниях от ближайших отвер- 15 стий под крепеж.

Кроме того, прорези могут быть размещены параллельно радиальным сторонам колодок, прорези могут быть размещены параллельно меридиаль- 20 ным сторонам колодок, на фрикционной рабочей поверхности колодок,. параллельно направлениям основных прорезей выполнены дополнительные сквозные прорези, связывающие 25 центры отверстий под крепеж в колодках друг с другом.

На фиг. 1 изображен фрикционный элемент в виде диска сухого трения с радиальной прорезью на его фрик- щ0 ционной поверхности; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — вариант выполнения фрикционнОго элемента с меридиальной прорезью на его фрикционной поверхности; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3, на фиг. 5-8 варианты выполнения прорезей на фрикционной поверхности диска; на фиг. 9 и 10 — варианты выполнения фрикционного элемента с дополнительными про- 40 резями на фрикционной поверхности колодки; на фиг. 11 — характер деформации фрикционной колодки, представленной на фиг. 10.

Фрикционнь;й элемент для сухого тре- 45 ния представляет собой металлическое основание 1, выполненное в виде диска с прикрепленными к нему с одной или с двух сторон фрикционными колодками, состоящими из подложек 2 из 50 пла"тичной стали и хрупкого фрикционного материала 3, например металлокерамики. Крепление колодок к основанию 1 выполнено заклепками 4, I жестко соединяющими подложки 2 с 55 основанием 1. На рабочей поверхности фрикционного материала 3, на всю

его глубину на равных расстояниях в

266 4 промежутках между заклепками 4 между отверстиями под них выполнена, по крайней мере, одна сквозная прорезь

5, ориентированная поперек направления скольжения или параллельно радиально расположенным сторонам колодок.

Фрикционный элемент с другим расположением мест крепления, преимущественно в направлении, перпендикулярном направлению скольжения фрикционного элемента (фиг. 3 и 4), также представляет собой металлическое основание 1 в виде диска сухого трения с прикрепленными к нему с одной или двух сторон фрикционными колодками, состоящими из подложек 2 и хрупкого фрикционного материапа 3.

Крепление колодок к основанию 1 выполнено заклепками 4, жестко сое циняющими подложки 2 с основанием 1 Ha рабочей поверхности фрикционного материала 3, на всю его глубину на равных расстояниях в промежутке между заклепками 4 между отверстиями под них выполнена, по крайней мере, одна сквозная прорезь 5, ориентированная вдоль направления скольжения диска трения или параллельно меридиально расположенным сторонам колодки

На фрикционной рабочей поверхности колодок могут быть выполнены как одна, так и несколько прорезей 5, причем последние могут быть сориентированы и в радиальном, и в меридиальном направлениях. На рабочей поверхности колодок могут быть выполнены прорези обоих направлений одновременно. В этом случае прорези обоих направлений пересекаются друг с другом. Для разгрузки от темпе ратурных напряжений локальных мест крепления на фрикционной рабочей поверхности колодок могут быть выполнены, кроме основных прорезей 5, дополнительные сквозные прорези 6, причем последние выполняются параллельно основным.

Работает фрикционный элемент следующим образом.

При буксовании фрикционного устройства на поверхности трения генерируется тепловой поток, вызывающий повышение температуры и тепловое расширение фрикционных колодок, достигающих максимального значения на поверхности трения и уменьшающих1137266 ся по глубине колодок. При этом т возникающие в теле температурные напряжения вызывают вспучивание (деформацию) коЛодок между местами крепления. Наличие прорезей 5 в те- 5 ле фрикционного материала 3 обеспечивает относительно свободную деформацию колодок, которая происходит в основном за счет изгиба подложек 2, выполненных из пластичной стали в местах расположения прорезей, При отсутствии упомянутых прорезей изгибающий момент и внутренние напряжения сжатия, возникающие как следствие температурных градиентов, достигают максимальных значений в сочетании колодок, расположенных на равных расстояниях между. соседними местами крепления. Поэтому прорези выполнены именно в этих местах. Хруп- 2О кий фрикционный материал 3 по своей природе не может деформироваться, поэтому при отсутствии прорезей 5 и деформации колодок под действием температурных напряжений хрупкий фрикци- 2 онный материал растрескивается, выкрашивается и интенсивно изнашивается, Прорези 5, выполненные в хрупком фрикционном материале сквозными до йндложки, не препятствуют деформации ЗО колодок при вспучивании (стыки раскрываются), что резко уменьшает вероятность образования трещин в теле фрикционного материала нли полностью исключает трещинообразование в нем. Если прорези или разрезы выполнить несквозными, то слой хрупкого фрикционного материала, расположенный между разрезом и подложкой, при деформации колодок растрескивается и разрушается так же, как и на колодках без разрезов. Поэтому прорези 5 в хрупком фрикционном мате риале 3 выполнены сквозными до подложки 2, 4S

Кроме того, наличие прорезей 5 в теле фрикционного материала 3 обес.печивает расширение поверхностных, более нагретых слоев материала, тем самым уменьшая деформацию колодки в целом, что, в свою очередь, снижает напряженное состояние мест крепления колодок к основанию элемента 1, выполненных заклепками 4.

При расположении мест крепления в трех (нли более) не лежащих на одной прямой точках разрезы по первому варианту исполнения эффективнее расI

1полагать так, как показано на фиг. 5, а по второму варианту — как показано на фиг. 6. Работает фрикционный элемент в этих случаях аналогично описанному вышее. Допускается одновременное выполнение обоих вариантов на одних и тех же колодках, как показано на фиг. 7 и 8. И в этом случае фрикционный элемент работает аналогично описанному.

Ширина разрезов во всех вариантах может быть такой, что их боковые поверхности в исходном положении соприкасаются между собой по всей длине разрезов. При этом при возникновении температурных напряжений и вспучивании колодок боковые поверхности раз-. резов расходятся (стык раскрывается), при последующем охлаждении колодок после окончания процесса трения боковые поверхности разрезов сходятся (стык закрывается). Выполненные таким образом разрезы или прорези снижают потери номинальной площади трения и удельную нагруженность поверхностей трения, что приводит к

Ф повышению долговечности фрикционнык элементов.

Во всех вариантах во фрикционном материале 3 каждой колодки на всю его глубину могут быть выполнены дополнительные сквозные прорези 6 по направлениям, связывающим центры рядом расположенных мест крепления.

В местах крепления так же, как и в местах, расположенных на равных расстояниях в промежутках между ними, изгибающий. момент и внутренние на.,пряжения, вызванные температурным градиентом при трении, достигают максимума. Поэтому именно по направлениям, связывающим центры рядом расположенных мест крепления, выполнены дополнительные сквозные прорези 6, Работает фрикционный элемент в этих случаях аналогично описанному.

Таким образом выполнение во фрикционном материале прорезей снижает общий уровень термических напряжений в колодках, облегчает неизбежную в условиях теплоимпульсного нагружения деформацию колодок, которая в данном случае происходит в основном за счет деформации пластичных подложек, уменьшая или устраняя (в зависимости от сочетания перечисленных выше факторов) растрескивание Арикl ционного материала и его интенсивный

1137266 износ ° Одновременно разрезы, выполняя функции компенсационных зазоров при тепловых расширениях колодок, снижают их общую деформацию, что благоприятно отражается как на долговечности самих колодок, так и на сохранении работоспособности крепления колодок к основанию.

Применение изобретения позволит повысить надежность или долговечность элементов трения фрикционного устройства в результате уменьшения или исключения растрескивання и выкрашивания хрупкого фрикционного материала, уменьшения износа поверхнос- 15 тей трения, коробления элементов трения и повышения работоспособности мест соединения колодок с диском. Посравнению с базовым объектом, которым являются диски тренин главного фрикциона и тормозные ленты остановочных тормозов серийно выпускаемых гусеничных машин предлагаемые фрикционные элементы снизят суммарный износ пары трения в 2-3 раза, коробление сопряженных стальных дисков главного фрикциона в 2-2,5 раза, исключат растрескивание и разрушение фрикционного материала и мест его крепления к основанию. т!гк1ит, 1137266

Фиг.в

ЙПНИПИ Заказ 10497/26 Тирах 898 ПоПписиое

Взлиал ШШ Патеит, г. Ухгород, ул.Проеитиаи,4