Фрикционная накладка и тормозная колодка для тормозной системы
Изобретение относится к фрикционным накладкам и тормозным колодкам для тормозных систем и, в частности, к фрикционным накладкам c охлаждающими пазами. Фрикционная накладка (24) для тормозной колодки (22) тормозной системы содержит твердое тело из фрикционного материала, имеющее множество пазов (38a, 38b), пересекающихся в вихревой зоне (40), образованной в виде кругообразного углубления в этой фрикционной накладке. Пазы (38a, 38b) открыты в вихревую зону (40) в смещенных местах для циркуляции воздуха внутри вихревой зоны. По меньшей мере один из пазов (38a) имеет глубину или ширину, отличную от глубины или ширины другого одного паза (38b) из указанного множества. Пазы (38a, 38b) проходят по горизонтальной дуге, повторяющей траекторию точки на диске во время использования. Технический результат: обеспечение эффекта охлаждения и снижение износа, что в конечном итоге увеличивает срок службы тормозных колодок. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 17 ил.
Область техники
Изобретение относится к фрикционным накладкам и тормозным колодкам для тормозных систем и, в частности, к фрикционным накладкам c охлаждающими пазами.
Уровень техники
В тормозных системах для транспортных средств, таких как дисковые тормозные системы, используются тормозные колодки с фрикционными накладками для препятствования вращению колеса транспортного средства. Фрикционная поверхность фрикционной накладки подвергается воздействию высоких сжимающих нагрузок и результирующей касательной силы трения, что вызывает выделение большого количества тепла. Чрезмерное количество тепла может привести к ухудшению эксплуатационных характеристик и ряду нежелательных эффектов. Например, снижение эффективности тормозной системы, вызванное накапливанием тепла на фрикционной поверхности, может уменьшать энергию торможения. Температура фрикционной накладки также может оказывать влияние на сопротивление износу и, в конечном счете, на срок службы тормозной колодки. Таким образом, требуется улучшенное охлаждение фрикционной накладки.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения заключается в устранении по меньшей мере некоторых из вышеуказанных проблем, связанных с эксплуатационными характеристиками тормозных колодок.
Поставленная задача решается во фрикционной накладке для тормозной колодки, содержащей твердое тело из фрикционного материала, имеющее множество пазов, соединенных в вихревой зоне.
В некоторых вариантах выполнения вихревая зона содержит углубление, проходящее от фрикционной поверхности твердого тела внутрь этого твердого тела, множество пазов включает в себя по меньшей мере первый и второй пазы, которые открыты в вихревую зону вдоль непересекающихся траекторий в местах, смещенных друг от друга.
В некоторых вариантах выполнения углубление имеет круглую форму, а каждый из первого и второго пазов открыт в вихревую зону в направлении, по существу совпадающему к касательной к указанной круглой форме углубления для создания проходящих по касательной входного и выходного каналов, так что поступающий в вихревую зону из одного из пазов воздух протекает по криволинейному направлению внутри вихревой зоны перед выходом через другой паз. Это способствует охлаждению фрикционной накладки, повышению эксплуатационных характеристик и увеличению срока эксплуатации.
В других вариантах выполнения фрикционная накладка может иметь одну или несколько особенностей в любой технически возможной комбинации:
– по меньшей мере один из пазов является дугообразным горизонтальным пазом, выполненным с возможностью повторения траектории точки на тормозном диске, с которой фрикционная накладка контактирует во время использования;
– по меньшей мере один из пазов имеет глубину или ширину, отличную от глубины или ширины другого паза;
– дугообразные пазы смещены друг от друга по высоте твердого тела;
– множество пазов выполнено с возможностью облегчения прохождения кольцевого воздушного потока внутри вихревой зоны;
– диаметр вихревой зоны на фрикционной поверхности составляет 38 – 55% включительно от высоты твердого тела, проходящей поперек фрикционной поверхности этого твердого тела;
– вихревая зона проходит от фрикционной поверхности внутрь твердого тела к нижней поверхности, находящейся на глубине ниже фрикционной поверхности, при этом толщина твердого тела на нижней поверхности углубления составляет около 0,1 дюйма;
– глубина по меньшей мере одного из пазов от фрикционной поверхности твердого тела составляет 50 – 75% включительно глубины вихревой зоны от фрикционной поверхности;
Другим объектом изобретения является фрикционная накладка для тормозной колодки, содержащая твердое тело из фрикционного материала, длина которого в горизонтальном направлении больше его высоты в вертикальном направлении. При этом твердое тело имеет проходящий от переднего края до заднего края горизонтальный паз, состоящий из первого паза, проходящего внутрь от переднего края, и второго паза, проходящего внутрь от заднего края, а в центральной области твердого тела расположено углубление. Первый и второй пазы открыты в углубление в твердом теле для протекания воздушного потока между первым и вторым пазами через это углубление. При этом углубление имеет круглую форму и проходит внутрь твердого тела от его поверхности ко дну этого углубления, причем глубина дна от поверхности твердого тела, больше глубины каждого из первого и второго пазов, а первый и второй пазы смещены относительно друг друга у углубления, и по меньшей мере один из них открыт в углубление в направлении, по существу совпадающему к касательной к указанной круглой форме углубления, так что поступающий в углубление из по меньшей мере одного из пазов воздух протекает в нем в криволинейном направлении.
В других вариантах выполнения фрикционная накладка может иметь одну или несколько особенностей в любой технически возможной комбинации:
– поверхность твердого тела имеет фрикционную поверхность для прижатия к тормозному диску во время использования;
– углубление проходит только частично по толщине твердого тела;
– глубина или ширина по меньшей мере одного из пазов отлична от глубины или ширины другого паза;
– диаметр вихревой зоны на фрикционной поверхности составляет 38 – 55% включительно от высоты твердого тела, проходящей поперек фрикционной поверхности этого твердого тела;
– толщина твердого тела у дна углубления составляет около 0,1 дюйма;
– глубина по меньшей мере одного из пазов от фрикционной поверхности твердого тела составляет 50 – 75% включительно глубины вихревой зоны от фрикционной поверхности.
Другим объектом изобретения является тормозная колодка, содержащая опорную плиту и прикрепленную к ней фрикционную накладку, описанную выше.
Другим объектом изобретения является тормозная система, содержащая тормозной диск с противоположными сторонами, проходящими радиально к его наружной окружности; и тормозную колодку с фрикционной накладкой, расположенную относительно диска так, что во время использования фрикционная поверхность фрикционной накладки прижимается к одной из сторон диска для замедления его вращения. При этом фрикционная накладка имеет дугообразный горизонтальный паз, образованный двумя смещенными пазами, соединенными между собой в центральной области фрикционной накладки так, что во время использования воздушный поток, поступающий в один из смещенных пазов, выходит через другой смещенный паз, причем каждый из смещенных пазов проходит по дуге, повторяющей траекторию точки на диске во время использования.
Тормозная колодка может иметь вихревую зону, соединяющую два смещенных паза.
В других вариантах выполнения тормозная система может иметь одну или несколько особенностей в любой технически возможной комбинации:
– вихревая зона содержит углубление круглой формы, проходящее внутрь твердого тела от фрикционной поверхности фрикционной накладки ко дну этого углубления, причем глубина этого дна относительно поверхности твердого тела, больше глубины каждого из первого и второго пазов, а смещенные пазы открыты в указанное углубление в направлении, по существу совпадающему к касательной к указанной круглой форме углубления, так что поступающий в углубление из одного из смещенных пазов воздух протекает по криволинейному направлению внутри углубления перед выходом из него через другой смещенный паз;
– диаметр вихревой зоны на фрикционной поверхности составляет 38 – 55% включительно от радиально проходящей высоты фрикционной накладки;
– фрикционная накладка включает в себя пару вертикально проходящих смещенных пазов, каждый из которых проходит от края фрикционной накладки к вихревой зоне;
– горизонтальный паз проходит по всей горизонтальной длине фрикционной накладки.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения описаны далее со ссылками на чертежи, на которых одинаковые элементы обозначены одинаковыми номерами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана тормозная система согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 2 – 3 – тормозные колодки с фрикционными накладками согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 4 – фрикционная накладка согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 5 – разрез по линии 5-5 на фиг. 4;
на фиг. 6 – фрикционная накладка согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 7 – 8 – тормозные колодки с фрикционными накладками согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
на фиг. 9 – разрез по линии 9-9 на фиг. 8;
на фиг. 10 – 14 – фрикционные накладки согласно различным вариантам осуществления изобретения;
на фиг. 15 – 16 показано расчетное движение воздушного потока по фрикционным накладкам;
на фиг. 17 – график, показывающий результаты испытаний на износ фрикционных накладок различных типов.
Осуществление изобретения
Описываемые фрикционные накладки, которые могут использоваться с тормозными колодками в тормозных системах транспортных средств, способствуют прохождению воздушного потока через фрикционную накладку. Фрикционная накладка включает в себя элементы для прохождения воздушного потока, такие как один или несколько горизонтальных пазов, образованных во фрикционной поверхности, которые могут быть дугообразными и следовать траектории движения точки на диске в дисковой тормозной системе, с которой используется фрикционная накладка. В дальнейшем описании термины «горизонтальный» и «вертикальный» и родственные им по значению слова в случае использования применительно к описываемым фрикционным накладкам и тормозным колодкам относятся к их компонентам, расположенным в ориентации, показанной на фиг. 6, в которой большая длина в продольном направлении компонента ориентирована горизонтально, а меньшая длина (высота) ориентирована вертикально, независимо от окончательной ориентации компонентов, установленных в тормозной системе транспортного средства.
Фрикционная накладка содержит твердое тело из фрикционного материала, в котором выполнено множество пазов, соединенных в вихревой зоне. Вихревая зона может представлять собой углубление по форме тела вращения (например, коническим, цилиндрическим или полусферическим), внутренняя поверхность которого способствует кольцевому контуру воздушного потока или контуру воздушного потока другой криволинейной формы для охлаждения фрикционной накладки. В частности, два горизонтально проходящих паза соединяются в вихревой зоне рядом с центром фрикционной накладки. Фрикционная накладка также может содержать множество вертикально проходящих пазов, которые также соединяются в вихревой зоне. Кроме того, фрикционная накладка может включать в себя несколько вихревых зон.
На фиг. 1 показан вариант выполнения тормозной системы 20, представляющей собой дисковую тормозную систему, в которой используется вращающийся тормозной элемент в форме тормозного диска 30. Однако описанные в этом документе фрикционные накладки могут быть приспособлены или использоваться с другими тормозными системами, такими как барабанные тормозные системы, в которых вращающийся тормозной элемент представляет собой металлический барабан. Тормозная система 20 включает в себя тормозную колодку 22 с фрикционной накладкой 24 и опорную плиту 26. Тормозную колодку 22 и другую тормозную колодку (не показана) с противоположных сторон диска тормозного 30 удерживает суппорт 28. Тормозной диск 30, наружный периметр которого обозначен позицией 32, соединен со ступицей моста колесными болтами 34. Колесо транспортного средства (не показано) может быть прикреплено поверх колесных болтов 34, так чтобы оно вращалось вокруг центральной оси A. Показанный тормозной диск 30 является вентилируемым, однако это не является обязательным, поскольку можно использовать любую пригодную к эксплуатации конструкцию диска, например, в общем случае плоские диски или диски с прорезями. Во время эксплуатации фрикционные накладки 24 тормозных колодок 22 прижимаются к противоположным сторонам тормозного диска 30, так что фрикционная поверхность каждой фрикционной накладки плотно прилегает к боковой стороне диска и замедляет его вращение диска, замедляя тем самым и вращение колеса транспортного средства.
На фиг. 2 и 3 показаны тормозные колодки 22, которые могут использоваться в тормозной системе 20. Тормозная колодка 22 включает в себя фрикционную накладку 24, которая прикреплена к опорной плите 26. В этом варианте выполнения фрикционная накладка 24 прикреплена к стальной опорной плите 26. Однако фрикционная накладка может быть получена совместным формованием или иным способом формования с опорной плитой, такой как композитная опорная плита. Разумеется, возможны другие компоновки. Фрикционная накладка 24 и опорная плита 26 проходят по длине L в горизонтальном направлении, которое, в целом, соответствует окружному направлению тормозного диска 30 во время использования, как показано на фиг. 1. Они также проходят вертикально по высоте H, которая соответствует радиальному направлению диска. Фрикционная накладка 24 содержит тело из твердого фрикционного материала, которое включает в себя фрикционную поверхность 36, которая во время использования прижимается к тормозному диску 30 для замедления вращения колеса транспортного средства. Фрикционная накладка 24 имеет элементы для прохождения воздушного потока, образованные во фрикционной поверхности 36. Указанные элементы для прохождения воздушного потока, такие как один или несколько горизонтальных пазов 38a, 38b (совместно обозначенных как поз. 38) и вихревая зона 40, могут способствовать прохождению воздушного потока или направлять его для охлаждения фрикционной накладки 24. Элементы для прохождения воздушного потока могут быть образованы во фрикционной поверхности посредством механической обработки в ранее изготовленной или частично изготовленной фрикционной накладке или они могут быть отформованы в зависимости от требуемого способа обработки и/или типа материала, используемого для изготовления фрикционной накладки. Фрикционная накладка 24 может иметь и другие элементы, такие как скосы 42, или иметь различные формы наружного периметра 44.
В вариантах выполнения, показанных на фиг. 2 и 3, горизонтальные пазы 38a, 38b включают в себя две боковые стенки 46, 48 и нижнюю стенку 50. В качестве альтернативы квадратному или наклонному сечению пазы могут иметь криволинейную форму, U-образную или V-образную форму или любую другую форму, пригодную для эксплуатации. Кроме того, горизонтальные пазы 38 могут иметь переменную глубину и/или переменную ширину. Например, уменьшение ширины или глубины паза рядом с вихревой зоной 40 приводит к увеличению скорости воздушного потока в зоне 40 благодаря эффекту Вентури.
Как показано на фигурах, фрикционная накладка 24 может включать в себя два горизонтальных паза 38a, 38b, соединенных с вихревой зоной 40. Два горизонтальных паза 38a, 38b совместно образуют один продольный паз, который, в целом, перекрывает длину L фрикционной накладки 24, прерываясь вихревой зоной 40. Два паза 38a, 38b могут быть смещены друг относительно друга по высоте H фрикционной накладки 24. Горизонтальный паз 38a, расположенный рядом с верхним краем фрикционной накладки, начинается у переднего края накладки (т.е. в том месте, где точки на поверхности диска первыми контактируют с фрикционной накладкой при торможении во время вращения диска). Другой смещенный горизонтальный паз 38b начинается у заднего края фрикционной накладки и соединяется с пазом 38a. Такая же тормозная колодка 22 может использоваться на другой стороне диска, и в этом случае внутренний или нижний паз 38b, наиболее близко расположенный к нижнему краю фрикционной накладки 24, начинается у переднего края фрикционной накладки. Как вариант, положения пазов по высоте H фрикционной накладки можно поменять местами применительно к указанной второй тормозной колодке. В другом варианте выполнения один или несколько горизонтальных пазов, в целом, проходят по всей длине L фрикционной накладки или два горизонтальных паза могут быть расположены с каждой из сторон вихревой зоны, так чтобы они были по существу выровнены по высоте H фрикционной накладки. Разумеется, возможны и другие конструкции и формы пазов.
Размер горизонтальных пазов 38 по длине может варьироваться в зависимости от конкретной фрикционной накладки. Размер горизонтальных пазов 38 по длине может зависеть от глубины паза и/или степени наклона скоса 42 относительно фрикционной поверхности 36. Например, горизонтальные пазы 38 могут проходить до наружного периметра 44 фрикционной накладки 24 в случае отсутствия скосов или слегка наклоненного скоса. Как вариант, один или несколько горизонтальных пазов 38 могут заканчиваться внутри скоса в случае значительного угла скоса 42 относительно фрикционной поверхности 36. Предпочтительно следует исключить образование острых кромок в горизонтальных пазах 38 в направлении края фрикционной накладки 24 во избежание откалывания материала во время механической обработки или эксплуатации. Согласно варианту выполнения, который подробно описан ниже со ссылкой на фиг. 8, угол, под которым паз оканчивается у края фрикционной накладки, больше приблизительно 54°.
Горизонтальные пазы 38 могут проходить по одной или нескольким дугам. Дуги, по которым проходит каждый из горизонтальных пазов 38a, 38b имитируют наружный периметр 32 тормозного диска 30. Другими словами, эти дуги (которые могут быть одинаковыми или немного отличаться друг от друга) могут иметь по существу такой же радиус кривизны, как и место на тормозном диске 30, где фрикционная накладка 24 контактирует с диском. Как результат, после установки указанные пазы будут параллельны наружному периметру 32 тормозного диска 30. Таким образом, горизонтальные пазы 38 повторяют кривизну тормозного диска 30, хотя в некоторых вариантах выполнения эти пазы могут быть спроектированы таким образом, что после установки они не имеют такой же радиус, как и тормозной диск 30 в той точке на диске, где расположен паз, или могут иметь отличающуюся кривизну по сравнению друг с другом или могут иметь точку центра радиуса, не одинаковую с диском. Эта форма дугообразного горизонтального паза может способствовать прохождению воздушного потока, когда диск действует в качестве вентилятора для втягивания воздуха через пазы и вихревую зону, когда он вращается возле фрикционной накладки. Соответственно, горизонтальные пазы могут быть выполнены таким образом, чтобы они по существу находились на одной линии с траекторией вращения диска и создаваемого диском сопутствующего воздушного потока. Кроме того, диск может иметь ребра или элементы, которые действуют как воздушный насос и способствуют подаче воздуха через пазы.
Как показано на фиг. 2, два горизонтальных паза 38a, 38b соединены в вихревой зоне 40. Вихревая зона 40 представляет собой углубление, которое включает в себя внутреннюю стенку 52, проходящую от фрикционной поверхности 36 в тело фрикционной накладки 24. Внутренняя стенка 52 может включать в себя цилиндрическую поверхность 54 и нижнюю поверхность (или дно) 56. Нижняя поверхность 56 может быть криволинейной, плоской, или подвергнутой какого-либо обработке, или имеющей одну или несколько выемок и т.д. Внутренняя стенка 52 ограничивает по существу коническое углубление, проходящее от фрикционной поверхности 36 в тело фрикционной накладки 24. Коническое углубление имеет форму, которая является одной из ряда поверхностей вращения, которые могут использоваться для внутренней стенки 52 и способствуют циркуляции воздушного потока, который охлаждает фрикционную накладку 24. Помимо конической формы возможны и другие формы тел вращения: цилиндрическая, полусферическая, а также криволинейные формы, которые необязательно должны быть кусочно-непрерывными, например, ограненными, имеющими в целом круговую форму. Что касается показанной вихревой зоны конусной формы, она может иметь форму усеченного конуса с плоским дном 56, как показано на фигурах. Однако конусная форма может заканчиваться в точке или переходить в сферическую форму у дна 56. Внутренняя стенка 52 и, в частности, цилиндрическая поверхность 54 вихревой зоны может быть в целом гладкими, как показано на фиг. 2, или могут включать в себя различные элементы, такие как кольцевые канавки 58, как показано на фиг. 3. Вихревая зона 40 расположена в центральной области фрикционной накладки 24. По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения вихревая зона 40 расположена в центре или рядом с центром фрикционной накладки 24.
Выходы двух пазов 38a, 38b в вихревую зону 40 смещены приблизительно на 180° и образуют входной/выходной каналы, которые расположены по существу по касательной к вихревой зоне, способствуя созданию в ней циркулирующего воздушного потока. Таким образом, эти пазы открыты в вихревую зону по непересекающимся траекториям в местах, которые смещены друг от друга. Совместно с круглой формой вихревой зоны 40 это может способствовать поступлению воздуха в вихревую зону из одного из пазов и его течению в криволинейном направлении внутри вихревой зоны перед выходом через другой паз. Как показано, и по меньшей мере в некоторых конкретных вариантах выполнения самый наружный край или стенка каждого из пазов 38 (т.е. боковая стенка 46 верхнего горизонтального паза 38a и боковая стенка 48 нижнего горизонтального паза 38b) может быть расположена так, что она пересекает внутреннюю стенку 52 вихревой зоны по существу по касательной к этой внутренней стенке 52.
На фиг. 4 и 5 показана фрикционная накладка 24 согласно изобретению. На этих и остальных фигурах определенные номера позиций могут для ясности опущены. На фиг. 5 фрикционная накладка 24 показана в разрезе по линии 5-5 на фиг. 4. Как показано в этом варианте выполнения, вихревая зона 40 является углублением в форме усеченного конуса c дном 56. Угол α вихревой зоны 40, по меньшей мере в некоторых вариантах выполнения, составляет 25 – 35° включительно и, как показано на фиг. 5, может составлять примерно 30°. Внутренняя радиальная стенка 54 и плоское дно 56 сопряжены посредством скругленного угла. В некоторых вариантах выполнения при толщине фрикционной накладки примерно 0,35 – 0,53 дюйма глубина Dvz может составлять приблизительно 0,25 – 0,43 дюйм, диаметр d отверстия – примерно 0,65 – 0,92 дюйма, а диаметр дна 56 – примерно 0,08 – 0,12 дюйма с закругленным углом примерно 0,18 – 0,32 дюйма. В других вариантах выполнения при толщине фрикционной накладки примерно 0,28 – 0,42 дюйма глубина Dvz может быть примерно равна 0,18 – 0,32 дюйма с диаметром d отверстия примерно 0,51 – 0,67 дюйма и дном 56, имеющим диаметр примерно 0,08 – 0,1 дюйма с закругленным углом примерно 0,18 – 0,25 дюйма. На фиг. 5 также показана глубина Ds горизонтального паза 38 относительно глубины Dvz вихревой зоны (т.е. к глубине дна 56 вихревой зоны от фрикционной поверхности 36). Как показано, глубина Dvz (дна 56 вихревой зоны 40 от фрикционной поверхности 36) больше глубины Ds паза 38. По меньшей мере, в некоторых вариантах выполнения отношение Ds к Dvz составляет 1/2 – 3/4 включительно, в частности – 2/3.
Диаметр d вихревой зоны 40 может зависеть от толщины фрикционной накладки. Например, предпочтительно, чтобы между нижней поверхностью 56 и стороной фрикционной накладки, противоположной фрикционной поверхности 36, было приблизительно 0,1 дюйма фрикционного материала. Таким образом, в зависимости от требуемого угла α и/или глубины Dvz диаметр d вихревой зоны 40 можно выбрать так, чтобы обеспечить наличие достаточного количества фрикционного материала между нижней поверхностью 56 и стороной фрикционной накладки, противоположной фрикционной поверхности 36. Диаметр d также может зависеть от высоты H фрикционной накладки 24. Диаметр d может составлять 38 – 55% включительно от высоты H фрикционной накладки 24. В некоторых вариантах выполнения диаметр d составляет 40 – 45% включительно от высоты H фрикционной накладки 24. В конкретном варианте выполнения диаметр d составляет 44% от высоты H фрикционной накладки 24.
На фиг. 6 показан другой вариант выполнения фрикционной накладки 24, имеющей два горизонтальных паза 38a, 38b, которые оканчиваются в скосах 42. Вихревая зона 40 расположена в центральной точке по высоте H фрикционной накладки, а также по длине L фрикционной накладки. В этом варианте выполнения горизонтальные пазы 38a, 38b оканчиваются внутри скосов 42, а не проходят к наружному периметру 44 фрикционной накладки 24.
Как показано на фиг. 7, в некоторых вариантах выполнения во фрикционной накладке 24 тормозной колодки 22 могут быть выполнены один или несколько вертикальных пазов 60. В этом конкретном варианте выполнения от верха и низа наружного периметра 44 фрикционной накладки 24 проходят два вертикальных паза 60, которые соединяются, сообщаются или иным образом оканчиваются в вихревой зоне 40. Как и горизонтальные пазы 38a, 38b, вертикальные пазы 60 могут включать в себя боковые стенки 64, 66 и нижнюю стенку 68. Те же самые изменения, альтернативные варианты, компоновки и т.д., что описаны выше применительно к горизонтальным пазам, также применимы и к вертикальным пазам.
На фиг. 8 и 9 показан другой вариант выполнения тормозной колодки 22, которая имеет два горизонтальных паза 38a, 38b и два вертикальных паза 60, причем все пазы сходятся в вихревой зоне 40. На фиг. 9 показан вид в разрезе фрикционной накладки 24 по фиг. 8 по линии 9-9 на фиг. 8. Как показано на фиг. 8, дуга верхнего края наружного периметра 44 фрикционной накладки 24 определяется радиусом RFL. Дуги, по которым проходят горизонтальные пазы 38a, 38b, определяется радиусом RS1 и RS2, соответственно. Дуги, определяемые радиусами RFL, RS1 и RS2, могут быть концентричными с наружным периметром 32 тормозного диска 30 тормозной системы 20. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в других вариантах выполнения такой концентричности может не быть, и после установки центры дуг, по которым проходят пазы 38a, 38b, могут отличаться друг от друга, либо от центра дуги верхнего края наружного периметра 44 фрикционной накладки, либо от центра наружного периметра 32 диска.
Как показано на фиг. 8, горизонтальный паз 38b образует угол β с наружным периметром 44 фрикционной накладки 24. В одном из вариантов выполнения угол β больше или равен 54°. Вертикальные пазы 60 образуют угол θ относительно центральной линии фрикционной накладки. В этом варианте выполнения угол θ равен 20°, но может варьироваться в зависимости от конкретной формы паза. Как показано на фиг. 9, цилиндрическая поверхность 54 внутренней стенки 52 вихревой зоны 40 образует угол γ с фрикционной поверхностью 36 фрикционной накладки 24. В показанном варианте выполнения угол γ равен 60°, но этот угол может составлять 50 – 70° включительно. Фрикционная накладка 24 по фиг. 9 отличается от показанной выше накладки по фиг. 5 тем, что глубина DS паза составляет 2/3 глубины DVZ вихревой зоны.
На фиг. 10 – 13 показаны фрикционные накладки 24 с различными формами наружного периметра 44, горизонтальных пазов 38a, 38b и скосов 42. В показанных вариантах выполнения две пары горизонтальных пазов 38 и две пары вертикальных пазов 60 пересекаются или иным образом соединяются в вихревой зоне 40, расположенной по существу в центре фрикционной поверхности 36 и фрикционной накладки 24. На фиг. 10 горизонтальные пазы 38a, 38b проходят по всему скосу 42 до наружного периметра 44. На фиг. 11 один горизонтальный паз 38b оканчивается в скосе 42, а другой горизонтальный паз 38a проходит до наружного периметра 44. На фиг. 12 оба горизонтальных паза 38a, 38b оканчиваются до наружного периметра 44. На фиг. 13 оба горизонтальных паза 38a, 38b оканчиваются у наружного периметра 44, причем один паз 38a оканчивается в скосе 42, а другой паз 38b по существу оканчивается у края фрикционной поверхности 36.
На фиг. 14 показана фрикционная накладка 24 с двумя вихревыми зонами 40, расположенными в центральной области твердого тела и соединенные соединительным пазом 70. В этом варианте выполнения фрикционная накладка включает в себя два горизонтальных паза 38a, 38b, проходящие от соответствующего бокового края наружного периметра 44 фрикционной накладки 24 до одной из двух соответствующих вихревых зон 40. От каждой вихревой зоны 40 отходят вверх и вниз к наружному периметру 44 фрикционной накладки 24 два соответствующих вертикальных паза 60. Однако фрикционная накладка 24 может иметь несколько вихревых зон 40 без вертикальных пазов 60. Между двумя вихревыми зонами 40 расположен соединительный паз 70. Соединительный паз 70 может быть прямым, как показано, или может иметь дугообразную форму. Наряду с тем, что предпочтительным является наличие одной вихревой зоны 40 в направлении центра фрикционной накладки 24, желательно предусмотреть две или более вихревых зон в случае большой площади фрикционной поверхности или если, как показано, длина L в два и более раз больше высоты H фрикционной накладки 24.
На фиг. 15 и 16 показаны тормозные колодки 22, которые были подвергнуты испытанию для получения общей картины прохождения воздушного потока через фрикционную накладку 24. На фиг. 15 показана внутренняя колодка, а на фиг. 16 – наружная колодка. Термины «внутренняя» и «наружная» относятся к положению фрикционной накладки относительно положения тормозной колодки в суппорте. Стрелки 72, показывающие воздушный поток, по существу находятся на одной линии с вращением диска (т.е. левая сторона на фиг. 15 относится к переднему краю, и правая сторона на фиг. 16 относится к переднему краю). Во время испытания окрашенное тонкодисперсное вещество (показанное в виде затененных областей 74, 76) распыляли в направлении вращающейся поверхности диска с двух его сторон напротив суппорта, после чего движущийся воздушный поток, сопутствующий вращающемуся диску, переносил облако пыли на фрикционные накладки. Испытания показали, что окрашенное тонкодисперсное вещество нагнеталось в направлении точки 74 контакта с цилиндрической поверхностью 54 внутренней стенки 52 вихревой зоны 40 и концентрировалось там. Затем при вращении воздушного потока в вихревой зоне 40 окрашенное тонкодисперсное вещество покидало вихревую зону по сбегающей кромке 76, перемещаясь вдоль поверхности 54.
На фиг. 17 представлен график, на котором показаны результаты испытания фрикционных накладок различных типов. В частности, позицией 80 обозначена фрикционная накладка с вихревой зоной, но без пазов; позицией 82 – фрикционная накладка без элементов для прохождения воздушного потока; а позицией 84 (группа линий, обведенная окружностью) – фрикционные накладки, имеющие вихревую зону и пазы различной формы. Предпочтительным являются меньшие потери толщины при заданной температуре. Соответственно, на фиг. 17 показано, что наличие во фрикционных накладках элементов для прохождения воздушного потока, таких как углубления и пазы, создают эффект охлаждения, что снижает износ и, в конечном итоге, увеличивает срок службы тормозных колодок.
Следует принять во внимание, что вышеизложенное описание является описанием одного или нескольких предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения и определяется исключительно формулой изобретения. Кроме того, утверждения, содержащиеся в вышеприведенном описании, относятся к конкретным вариантам выполнения и не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения или определения терминов, используемых в формуле изобретения, за исключением термина или выражения, определенного выше в явно выраженной форме. Специалистам в данной области техники будут понятны другие различные варианты выполнения и различные изменения и модификации описанных вариантов выполнения. Например, несмотря на то, что показанные варианты выполнения описывают использование фрикционных накладок со сложными профилями краев на тормозных колодках диска, специалистам должно быть понятно, что конструкции указанных сложных профилей краев могут использоваться также и на колодках барабанного тормоза. Все другие варианты выполнения, изменения и модификации, как предусмотрено, соответствуют объему формулы изобретения.
Используемые в этом описании и формуле изобретения термины «например», «в частности», «такой как», «подобный», «содержит», «имеет», «включает» и другие их формы, используемые применительно к перечислению одного или нескольких компонентов или других элементов, должны истолковываться как допускающие изменения, означая, что это перечисление не должно рассматриваться как исключающее другие дополнительные компоненты или элементы. Другие термины должны рассматриваться в их самом широком приемлемом значении, если они не используются в контексте, требующем определенного толкования.
1. Фрикционная накладка для тормозной колодки, содержащая твердое тело из фрикционного материала, имеющее множество пазов, соединенных в вихревой зоне, при этом по меньшей мере один из пазов имеет глубину или ширину, отличную от глубины или ширины другого одного паза из указанного множества.
2. Фрикционная накладка по п. 1, в которой вихревая зона содержит углубление, проходящее от фрикционной поверхности твердого тела внутрь этого твердого тела, множество пазов включает в себя по меньшей мере первый и второй пазы, которые открыты в вихревую зону вдоль непересекающихся траекторий в местах, смещенных друг от друга.
3. Фрикционная накладка по п. 2, в которой углубление имеет круглую форму, а каждый из первого и второго пазов открыт в вихревую зону в направлении, по существу совпадающем с касательной к указанной круглой форме углубления для создания проходящих по касательной входного и выходного каналов, так что поступающий в вихревую зону из одного из пазов воздух протекает по криволинейному направлению внутри вихревой зоны перед выходом через другой паз.
4. Фрикционная накладка по п. 1, в которой по меньшей мере один из пазов является дугообразным горизонтальным пазом, выполненным с возможностью повторения траектории точки на тормозном диске, с которой фрикционная накладка контактирует во время использования.
5. Фрикционная накладка по п. 1, в которой дугообразные пазы смещены друг от друга по высоте твердого тела.
6. Фрикционная накладка по п. 1, в которой множество пазов выполнено с возможностью облегчения прохождения кольцевого воздушного потока внутри вихревой зоны.
7. Фрикционная накладка по п. 1, в которой диаметр вихревой зоны на фрикционной поверхности составляет 38 – 55% включительно от высоты твердого тела, проходящей поперек фрикционной поверхности этого твердого тела.
8. Фрикционная накладка по п. 7, в которой вихревая зона проходит от фрикционной поверхности внутрь твердого тела к нижней поверхности, находящейся на глубине ниже фрикционной поверхности, при этом толщина твердого тела на нижней поверхности углубления составляет около 0,1 дюйма.
9. Фрикционная накладка по п. 1, в которой глубина по меньшей мере одного из пазов от фрикционной поверхности твердого тела составляет 50 – 75% включительно глубины вихревой зоны от фрикционной поверхности.
10. Фрикционная накладка для тормозной колодки, содержащая
твердое тело из фрикционного материала, длина которого в горизонтальном направлении больше его высоты в вертикальном направлении,
при этом твердое тело имеет проходящий по длине (L) накладки в продольном направлении от переднего края до заднего края горизонтальный паз, состоящий из первого паза, проходящего внутрь от переднего края, и второго паза, проходящего внутрь от заднего края,
в центральной области твердого тела расположено углубление,
первый и второй пазы открыты в углубление в твердом теле для протекания воздушного потока между первым и вторым пазами через это углубление,
углубление имеет круглую форму и проходит внутрь твердого тела от его поверхности ко дну этого углубления,
глубина дна от поверхности твердого тела, больше глубины каждого из первого и второго пазов, и
первый и второй пазы смещены относительно друг друга у углубления, и по меньшей мере один из них открыт в углубление в направлении, по существу совпадающем с касательной к указанной круглой форме углубления, так что поступающий в углубление из по меньшей мере одного из пазов воздух протекает в нем в криволинейном направлении.
11. Фрикционная накладка по п. 10, в которой поверхность твердого тела имеет фрикционную поверхность для прижатия к тормозному диску во время использования.
12. Фрикционная накладка по п. 10, в которой углубление проходит только частично по толщине твердого тела.
13. Тормозная колодка, содержащая опорную плиту и прикрепленную к ней фрикционную накладку по п. 10.
14. Тормозная система, содержащая
тормозной диск с противоположными сторонами, проходящими радиально к его наружной окружности; и
тормозную колодку с фрикционной накладкой, расположенную относительно диска так, что во время использования фрикционная поверхность фрикционной накладки прижимается к одной из сторон диска для замедления его вращения, при этом
фрикционная накладка имеет дугообразный проходящий по длине (L) накладки в продольном направлении горизонтальный паз, образованный двумя смещенными пазами, соединенными между собой в центральной области фрикционной накладки так, что во время использования воздушный поток, поступающий в один из смещенных пазов, выходит через другой смещенный паз, причем каждый из смещенных пазов проходит по дуге, повторяющей траекторию точки на диске во время использования.
15. Тормозная система по п. 14, в которой тормозная колодка включает в себя вихревую зону, соединяющую два смещенных паза.
16. Тормозная система по п. 15, в которой вихревая зона содержит углубление круглой формы, проходящее внутрь твердого тела от фрикционной поверхности фрикционной накладки ко дну этого углубления, причем глубина этого дна относительно поверхности твердого тела больше глубины каждого из первого и второго пазов, а
смещенные пазы открыты в указанное углубление в направлении, по существу совпадающем с касательной к указанной круглой форме углубления, так что поступающий в углубление из одного из смещенных пазов воздух протекает по криволинейному направлению внутри углубления перед выходом из него через другой смещенный паз.
17. Тормозная система по п. 15, в которой диаметр вихревой зоны на фрикционной поверхности составляет 38 – 55% включительно от радиально проходящей высоты фрикционной накладки.
18. Тормозная система по п. 15, в которой фрикционная накладка включает в себя пару вертикально проходящих смещенных пазов, каждый из которых проходит от края фрикционной накладки к вихревой зоне.
19. Тормозная система по п. 14, в которой горизонтальный паз проходит по всей горизонтальной длине фрикционной накладки.
