Колодка тормозная

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к тормозным колодкам дисковых тормозов, эксплуатирующихся во фрикционных узлах мототехники. Колодка тормозная содержит металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух слоев. Каждый из слоев состоит из полимерной матрицы и наполнителя/наполнителей. Слой полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенный со стороны металлического каркаса, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю/наполнителям большее, чем в рабочем слое полимерного композиционного фрикционного элемента. Достигается снижение теплопроводности тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру, а также повышение стойкости изделия к тепловой усталости при резких нагревах и охлаждениях изделия в процессе эксплуатации за счет повышения плавности изменения теплопроводности изделия по слоям от рабочего слоя фрикционного элемента к металлическому каркасу.

 

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к тормозным колодкам дисковых тормозов, содержащим полимерный композиционный фрикционный элемент, совмещенный с металлическим каркасом, эксплуатирующимся во фрикционных узлах мототехники (мотоциклов, квадрациклов, мотвездеходов и т.п.).

Аналогом заявляемого изобретения является колодка тормозная, включающая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, при этом между металлическим каркасом и полимерным композиционным фрикционным элементом размещен клеевой слой, фиксирующий элемент к каркасу (см. патент СССР №1277491, МПК⁴ B22F 7/04, 1994). Существенные признаки аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является низкая прочность и термостойкость клеевого соединения, нетехнологичность процесса склеивания и недостаточные теплоизолирующие свойства клеевого слоя, практически не снижающего теплопроводность тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру, в результате чего возможно закипание тормозной жидкости и отказ тормозной системы при нагреве фрикционного элемента колодки в процессе торможения.

Другим аналогом заявляемого изобретения является колодка тормозная, содержащая металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента со стороны металлического каркаса имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, фрикционный элемент выполнен из трех слоев, причем слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с металлическим каркасом, имеет соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, но меньше, чем в слое, примыкающем к металлическому каркасу (см. патент РФ №2283974, МПК F16D 69/00, 2006 г.). Существенные признаки аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент выполнен из двух слоев, причем слой, размещенный со стороны металлического каркаса, имеет соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является неоптимальное соотношение размеров (толщин) отдельных элементов колодки (металлического каркаса и слоев полимерного композиционного фрикционного элемента), обуславливающее повышенную теплопроводность тормозной колодки и передачу значительного количества тепла к тормозному цилиндру при торможении. Вследствие этого возможен отказ тормозной системы в процессе эксплуатации при интенсивных торможениях.

Прототипом заявляемого изобретения является колодка тормозная, содержащая металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из двух слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента со стороны металлического каркаса имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое (т.е. в слое, размещенном со стороны поверхности колодки, имеющей фрикционный контакт с металлическим контртелом) (см. патент РФ №2117197, МПК F16D 69/00, 1998). Существенные признаки прототипа «металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента со стороны металлического каркаса имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа также является неоптимальное соотношение размеров элементов колодки тормозной, обуславливающее повышенную теплопроводность тормозной колодки при передаче тепла к тормозному цилиндру, в результате чего возможно закипание тормозной жидкости и отказ тормозной системы при нагреве фрикционного элемента колодки в процессе торможения.

Задачей, на решение которой направлена заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик изделия путем снижения теплопроводности тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру. Другим видом технического результата, получение которого может обеспечить заявляемое изобретение, является повышение стойкости изделия к тепловой усталости при резких нагревах и охлаждениях изделия в процессе эксплуатации за счет повышения плавности изменения теплопроводности изделия по слоям от рабочего слоя фрикционного элемента к металлическому каркасу.

Для достижения указанного технического результата в колодке тормозной, содержащей металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из двух слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенный со стороны металлического каркаса, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) большее, чем в рабочем слое, толщина колодки тормозной, толщина металлического каркаса и толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса, выбраны из соотношения: $$\mathrm{2,8}\le \frac{h}{h_1+h_2}\le \mathrm{3,0}$$ ; где h - толщина колодки тормозной, h₁ - толщина металлического каркаса, h₂ - толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса.

Существенные признаки заявляемого изобретения «толщина колодки тормозной, толщина металлического каркаса и толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса, выбраны из соотношения: $$\mathrm{2,8}\le \frac{h}{h_1+h_2}\le \mathrm{3,0}$$ ; где h - толщина колодки тормозной, h₁ - толщина металлического каркаса, h₂ - толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса» являются отличительными от признаков прототипа.

Колодка тормозная содержит плоский металлический каркас, на котором зафиксирован (например, приформован) плоский фрикционный элемент, выполненный из композита (композитов) с полимерной матрицей. В качестве матрицы могут использоваться отвержденные смолы, вулканизованные каучуки, их смеси и другие полимерные материалы. В качестве наполнителей могут использоваться волокнистые материалы, например минеральные волокна, стальные волокна, полиарамидные волокна и др. или их смеси. Также в состав наполнителей могут входить дисперсные материалы, например технический углерод, другие углеродные материалы, барит и т.д. или их смеси. При этом для фрикционного композита рабочего слоя соотношения между матрицей и наполнителями меньше, чем соотношение между матрицей и наполнителями в слое, размещенном со стороны металлического каркаса (в рабочем слое меньшее содержание полимерной матрицы, чем в слое, размещенном со стороны металлического каркаса).

Толщина колодки тормозной представляет собой сумму толщины металлического каркаса, толщины рабочего слоя и толщины слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного между металлическим каркасом и рабочим слоем. При этом толщины этих элементов колодки тормозной удовлетворяют соотношению: $$\mathrm{2,8}\le \frac{h}{h_1+h_2}\le \mathrm{3,0}$$ ; где h - толщина колодки тормозной, h₁ - толщина металлического каркаса, h₂ - толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса.

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например приформовыванием к металлическому каркасу формовочных смесей необходимого состава, после чего изделие может подвергаться механической обработке.

Конкретным примером заявляемой колодки тормозной является тормозная колодка для квадрацикла Bombardier, содержащая плоский металлический каркас (колодка дискового тормоза) и фрикционный элемент, состоящий из двух слоев полимерных фрикционных композитов. Слой со стороны металлического каркаса имеет толщину ≈1,0 мм, металлический каркас имеет толщину ≈3,0 мм. Толщина колодки ≈11,6 мм. $$\frac{h}{h_1+h_2}\approx \mathrm{2,9}$$ .

Наличие в колодке тормозной указанного соотношения толщин ее конструктивных элементов снижает теплопроводность при передаче тепла от рабочей поверхности изделия до металлического каркаса, позволяет более надежно защитить тормозную жидкость от перегрева и повысить стойкость изделия к тепловой усталости в процессе эксплуатации за счет более плавного изменения теплопроводности по слоям, что улучшает эксплуатационные характеристики изделия.

Колодка тормозная, содержащая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя/наполнителей, при этом слой полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенный со стороны металлического каркаса, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю/наполнителям большее, чем в рабочем слое полимерного композиционного фрикционного элемента, отличающаяся тем, что толщина колодки тормозной, толщина металлического каркаса и толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса, выбраны из соотношения: , где h - толщина колодки тормозной, h₁ - толщина металлического каркаса, h₂ - толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса.