Дисковый тормоз нормально-разомкнутого типа и способ регулирования температуры фрикционных дисков в дисковом тормозе

 

1. Дисковый тормоз нормальноразомкнутого типа, содержащий подвижный фрикционный диск, установленный с возможностью перемещений по окружности , опорньй фрикционный диск с элементом его включения, установленный с возможностью перемещения вдоль оси, и терморегулирующий элемент , жестко закрепленный на опорном диске, отличающийся тем,- что, с целью повышения эффективности торможения путем улучшения охлаждения взаимодействующих друг с другом дисков, опорньй диск выполнен из электротеплопроводного материала , на его внешней торцовой поверхности выполнены равномерно распределенные кольцевые радиаторные ребра, а терморегулируемый элемент вьшолнен в виде жестко связанных.дру1 с другом и с сетью постоянного тока полупроводниковых концентричных колец и коммутационных шайб, расположенных с обеих торцовых сторон указанных колец, причем на рабочих поверхностях коммутационной шайбы, сопряженной с подвижньм фрикционным диском, выполнены равномерно по всей i поверхности смещенные относительно друг друга концентричные сквозные (П пазы, а концентричные кольца и другая коммутационная шайба установлены с кольцевым зазором относительно друг друга. 2. Способ регулирования температуры фрикционнЬк дисков в дисковом тормозе путем изменения температуры охлаждения упомянутых элементов 00 в зависимости от интенсивности высо полняемого ими торможения, отличающийся тем, что охлаждесх ние выполняют за счет пoдвo a постоянного электрического тока к фрикционным дискам, а изменение температуры их охлаждения осуществляют изменением величины и направления электрического тока в полупроводниковых термоэлектрических кольцах.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5!)4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

1О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3721063/25-27 (22) 04.04.84 (46) 15.09.85. Бюл. № 34 (72) В.Я. Краснослободцев, К.И. Костин, В.Ф. Пантелеев, В.Г. Титов и В.В. Козин (71) Пензенский политехнический институт (53) 62-592(088.8) (56) Патент США № 4286694, кл. F 16 D 55/36, 1981.

Авторское свидетельство СССР № 637752, кл. Н 02 К 49/12, 1977.

Патент США № 3648814, кл. 192-113, 1972. (54) ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ НОРМАЛЬНОРАЗОМКНУТОГО ТИПА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ФРИКЦИОННЫХ ДИСКОВ В ДИСКОВОМ ТОРМОЗЕ. (5?) 1. Дисковый тормоз нормальноразомкнутого типа, содержащий подвиж- ный фрикционный диск, установленный с возможностью перемещений по окружности, опорный фрикционный диск с элементом его включения, установленный с возможностью перемещения вдоль оси, и терморегулирующий элемент, жестко закрепленный на опорном диске, отличающийся тем; что, с целью повышения эффективности торможения путем улучшения охлаждения взаимодействующих друг с другом дисков, опорный диск выпол„„SU„„ I I 78978 А нен из электротеплопроводного материала, на его внешней торцовой поверхности выполнены равномерно распределенные кольцевые радиаторные ребра, а терморегулируемый элемент выполнен в виде жестко связанных.дру с другом и с сетью постоянного тока полупроводниковых концентричных колец и коммутационных шайб, расположенных с обеих торцовых сторон укаэанных колец, причем на рабочих поверхностях коммутационной шайбы, сопряженной с подвижным фрикционным диском, выполнены равномерно по всей поверхности смещенные относительно друг друга концентричные сквозные пазы, а концентричные кольца и другая коммутационная шайба установлены с кольцевым зазором относительно друг друга.

2. Способ регулирования темпера.туры фрикционных дисков в дисковом

: тормозе путем изменения температуры охлаждения упомянутых элементов в зависимости от интенсивности выполняемого ими торможения, о т л ич а ю шийся тем, что . охлаждение выполняют за счет подвода постоянного электрического тока к фрикционным дискам, а изменение температуры их охлаждения осуществляют изменением величины и направления электрического тока в полупроводниковых термоэлектрических кольцах.

1178978

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для торможения тяжело нагруженных вращающихся валов машин и механизмов.

Цель изобретения — повышение эффективности торможения путем улучшения охлаждения взаимодействующих друг с другом фрикционных дисков в тормозе.

На фиг. 1 изображен дисковый тормоз нормально-разомкнутого типа; на фиг. 2 — то же, вид с боку, на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез Б-Б на фиг. 1, на фиг. 5 - схема дискового тормоза.

Тормоз состоит из вращающегося 1 и невращающегося опорного 2 фрикционных дисков. Невращающийся диск 2 выполнен с элементом включения и имеет воэможность перемещаться вдоль оси вращения и в него встроен полупроводниковый термоэлемент, выполненный в виде концентрично расположенных колец 3 и 4, материалом для которых является, например, полупроводник теллурид висмута (В12Те ), установленный с обеих сторон колец 3 и 4 и коммутационных шайб. Невращающийся диск 2 выполнен из электротеплопроводного материала, например алюминия, и на

его внешней торцовой стороне жестко закреплен радиатор, выполненный в .виде кольцевых равномерно распределенных ребер. Соединение между невращающимся диском 2 выполняется за счет склеивания эпоксидным компаундом круглой коммутационной шайбы или пластины 5, имеющей кольцевой вырез 6, с алюминиевым радиатором опорного диска 2, на который предварительно нанесен слой окиси алюминия 7 (А1 0 ), обладающего малым тепловым сопротивлением и большим электросопротивлением. С противоположной стороны концентрично расположенные кольца 3 и 4 термоэлемента скоммутированы шайбой или круглой пластиной 8 со смещенными относительно друг друга сквозными пазами или пропилами, выполненными на пластине 8. Последние необходимы для снижения механических напряжений, возникающих в конструкции термоэлемента под действием возникающего на них перепада температур при работе тормоза. Благодаря наличию пропилов, 5

35 в месте их встречи образуются достаточно тонкие перемычки небольшой длины, выполняющие роль упругой пластины. Незначительная длина перемычки не вносит большого электрического сопротивления и, следовательно, не ухудшает работу термоэлемента. Коммутационная пластина 8 выполняет одновременно и функции элемента трения, сопрягаемого с фрикционным диском 1 тормоза. На полупроводниковый термоэлемент через круглую коммутационную пластину 5 с кольцевым. вырезом 6 по проводам подается электрический постоянный ток Э .

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Для торможения к вращающемуся вокруг своей оси фрикционному диску 1 перемещают другой фрикционный диск 2, в котором встроены полупроводниковые термоэлектрические элементы. Это перемещение осуществляют до полного соприкосновения дисков и останова вращающегося диска 1.

Невращающийся, но не неподвижный, фрикционный диск 2 может возвратнопоступательно перемещаться вдоль оси вращения под действием прикладываемого к нему усилия. Для осуществления такого перемещения между невращающимся фрикционным диском 2 и валом, на который он насажен, выполнено подвижное соединение с направляющей шпонкой, как показано на фиг. 1, или может быть выполнено между ними шлицевое соединение. .В начальный момент работы тормоза, когда не осуществляют торможение и тормоз разомкнут, между вращающимся 1 и невращающимся 2 фрикционными дисками имеется зазор. При этом коммутационная пластина 5, имеющая кольцевой вырез 6, и коммутационная пластина 8, имеющая смещенные относительно друг друга пропилы, спаяны с концентрично расположенными кольцами 3 и 4 полупроводникового термо-" электрического элемента. Все это соединение (пластина 5 — кольца 3 и 4, пластина 8) приклеивается эпоксидным компаундом к алюминиевому невращающемуся диску 2, на который предварительно нанесен слой окиси алюминия 7 (А1 0 ). Этот слой обладает малым тепловым сопротивлением для осуществления хорошей теплоотдачи между радиатором неподвижного

3 1178978 4 компенсационной пластиной диска 2 и компенса трения двух фрикционных дисков сопро5 и вместе с этим боль м л м е с этим большим электросо вождается выделением теплоты и попротивлением, чтобы внешняя и внут- вышением температуры трущихся поренняя части пластины (между ними верхност " ф верхностеи фрикционных дисков. Повыкольцевой вырез 6) были элект ически

) электРически 5 шение температуры существенно интенизолированы во избежание ко откого еж ние коРоткого сифицирует процесс термоокислительзамыкания электрической цепи между ной деструкции материалов в зоне ними. Таким образом, алюминиевый трения. Наприм трения. апример, и случае трения радиатор 2, слой 1 окиси алюминия 7 фрикционных асбополимерных материакомпенсационная пластина 5, концент 10 лов в паре с металлом влияние темперичные кольца 3 и 4, компенсационная ратуры в зоне трения имеет особо пластина 8 жестко соединены между со выраженный характер. При повышении бой и представляют собой единый Узел температуры в зоне касания пары невращающийся, но имеющий возмож" происходит разрушение связующего ность возвратно-поступательно пере- 15 (смола), входящего в состав асбопомещаться вдоль оси вращения фрик- лимера, и образование жидких продукционного диска 2 тормоза. Компенса- тов износа. Это значительно уменьционная пластина 8 является фрикци- шает коэффициент трения вследствие онным элементом, имея поверхность тре- смазывающего действия образующейся ния, и служит для электрического 20 жидкости и существенно увеличивает соединения колец 3 и 4 полупроводни- при этом скорость износа фрикционкового термоэлектрического элемента. ных дисков.

По ней протекает электрический ток В данной конструкции тормоза для и она выполняется из любого токопроснижения температуры, развиваемой водящего материала. Кольцевой зазор 25 при трении, в неподвижный фрикционмежду кольцами 3 и 4 полупроводниконый диск встраиваются полупроводнивого термоэлектрического элемента ковый термоэлектрический элемент образуется благодаря тому, что кольЭ представляющий собой электрически цо 4 выполнено с большим диаметром, соединенные последовательно два чем кольцо 3, и данные кольца распо- ЗО концентрично расположенных кольца 3 ложены концентрично для обеспечения и 4 из полупроводника теллурида вискомпактного эффективного тормоза. мута. Одно из колец обладает электПри прохождении электрического тока по цепи встроенного в неподвижный ронной, а другое дырочной п ово мостью. При прохождении через по фрикционный диск 2 полупроводнико- 35 проводниковый термоэлемент постоянвого термоэлектрического элемента в ного электрического тока на его процессе замыкания тормоза и тормо- коммутационных пластинах 5 с одной жения упомянутого фрикционного дис- стороны и коммутационной пластине 8 ка 2 короткого замыкания не происхо- с другой стороны, осуществляющими дит, так как электрический ток от 40 спаи термоэлементов, возникает разисточника питания течет по следуюность температур, которая обусловлещей цепи: внешняя часть компенсаци- на выделением на коммутационной онной пластины 5 — кольцо 4, компен- пластине 5 и поглощением на пластисационная пластина 8, кольцо 3- не 8 теплоты Пельтье. В результате внутренняя часть компенсационной 45 организованного теплоотвода в окрупластины 5. Следует добавить, что жающую среду через алюминиевый радиавращающийся фрикционный диск 1 может тор неподвижного диска 2 температубыть полностью выполнен из асбопо- ра соединенной с ним круглои коммулимерного материала или же иметь тационной пластины 5 с кольцевым

- фрикционную накладку иэ данного ма-,5О вырезом 6 остается приблизительно териала, удельное электрическое постоянной и равной температуре сопротивление которого очень высокое. окружающей среды (воздуха) . При этом

В связи в этим, электрический ток температура коммутационной пластины не потечет по какой-либо другой, 8 понижается до требуемого уровня кроме указанной выше цепи, что 55 в зависимости от регулируемой сиобусловливает нормальное функциони- mr тока, проходящего через терморование тормоза без короткого замы- элемент. В результате развиваемая кания электрической цепи. Процесс в зоне трения температура уменьшает1178978 ся, что приводит к улучшению условий работы фрикционов, увеличивает срок их службы, уменьшает затраты на их обслуживание, ремонт и восстановление.

Устройство позволяет получать низкую температуру охлаждения дисков. Так, для однокаскадного полупроводникового термоэлектрического элемента, встроенного в конструкцию предлагаемого тормоза, получается максимальное снижение температуры .элемента трения диска на 70-75 С.

При температуре соединенных между собой радиатора 3 и коммутационной пластины 5, равной температуре окружающей их среды, например = 25 С, температура круглой коммутационной пластины 8, являющейся элементом трения, равна t = 25 -(70-7N=

= -45 — -50 С. Дальнейшее снижение температуры фрикционных элементов в предлагаемом способе осуществляется каскадным соединением термоэлементов и может достигать, как показали исследования, значений до — 125 C при температуре окружающей среды и элемента теплообмена диска t = 25 С. Указанные значения о температуры элементов трения являются существенно более низкими, нежели в способе-прототипе, где температуру элементов трения можно поо нижать до значений не ниже 0 - +5 С для водяного хладагента.

В

В предлагаемом способе, изменяя направление электрического тока

Зрак. в полупроводниковых элементах на обратное, осуществляют изменение температурного режима. В этом случае элемент трения фрикционного диска нагревается, à его элемент теплообмена охлаждается. Использование такого режима терморегулирования, т.е. нагревание элемента трения диска, необходимо для интенсификации износа поверхностей трения в начальный период их приработки, когда требуется обеспечить срез гребешков микронеровностей для увеличения площади фактического касания трущихся поверхностей дисков, что в свою очередь приводит к увеличению и стабилизации значения коэффициента трения. При повышенных температурах интенсификация процесса износа поверхностей трения дисков

20 обусловливает сокращение сроков их приработки, повышение стабильности и эффективности работы тормоза.

Пример. Экспериментальные исследования зависимости коэффициента трения от температуры для асбополимерных материалов ФК-16л в паре с металлом без их начального нагрева показывают, что значения коэффициента трения нестабильны, изменяются в очень широких пределах от 0,042 до 0,18 при изменении температуры до 400 С. При предварительном фрикционном нагреве, т.е. термообработке при трении, зависимость коэффициента трения от температуры того же асбополимерного материала существенно улучшается.

При этом коэффициент не только стабилизируется, но и повышается,, принимая значения от 0,42 до -0,45 при о, изменении температуры до 400 С. Предлагаемый способ обеспечивает пред25 варительный нагрев фрикционных дисков не в результате их трения друг с другом, а в результате их нагрева электрическим током, протекающим в полупроводниковых термоэлектрических элементах, встроенных в одном из дисков.

Таким образом, использование изобретения по сравнению с тормозами воздушного охлаждения, например, автомобилей ГАЗ позволяет не только более глубже охлаждать элементы трения в процессе их основной работы, но также и .нагревать их в процессе приработки, стабилизируя и повышая коэффициент трения дисков, повышая эффективность работы тормоза.

В способе в отличие от прототипа легко реализуется дистанционное электрическое управление тепловым режимом поверхностей треним фрикционных дисков. Это достигается в результате изменения величины электрического сигнала управления

Лувр (01пр), поступающего на управляемый- источник электрического тока от системы управления с применением в ней мини-ЭВМ, что также повышает эффективность торможения и расширяет функциональные возможнос55 ти ч область применения.

Изобретение обладает большей универсальностью и может быть применимо для терморегуляции режима

1178978 трения фрикционных элементов, выполненных из различных конструкционных материалов, как металлических, так и неметаплических. Фрикционные элементы могут совершать при этом не только рассмотренное здесь в качестве примера вращательное, но и поступательное, возвратно-поступательное или любое другое, более сложное движение с трением.

4 б

5739 8 1

Таким образом, преимущества изобретения заключаются в простоте и технологичности его конструктивной реализации, расширения функциональных возможностей, в повышении эффективности и улучшении условий работы фрикционного узла тормоза, что увеличивает его срок службы, 10 уменьшает затраты на обслуживание, ремонт и восстановление.

1178978

Составитель В. Розанов

КорректорС.Шекмар

Заказ 5635/33

Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Ht +ohP+oNc)7

ЯфЯЩУОннбт 1<ОГ

Редактор В.Ковтун ТехредМ.Пароцай

ПИериносто

ПфВИУЯ