Фрикционное изделие
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к фрикционным изделиям, содержащим армирующий металлический каркас, например, колодкам дисковых тормозов автомобилей, фрикционным изделиям для различных машин и оборудования. Фрикционное изделие содержит металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе и размещенными внутри отверстий. Новым является то, что фрикционный элемент выполнен с высотой выступов, меньшей глубины отверстий, а неконтактирующая с каркасом находящаяся внутри отверстий поверхность по меньшей мере одного из выступов снабжена углублениями. Техническим результатом является повышение прочности соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам, снижение массы, а также снижение требований к прочности композита, что ведет к упрощению технологии изготовления изделия. 2 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим армирующий металлический каркас, например, колодкам дисковых тормозов автомобилей, фрикционным изделиям для различных машин и оборудования и т.д.
Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и приформованный к нему полимерный композиционный фрикционный элемент, слой которого, примыкающий к каркасу, дополнительно армирован просечно-вытяжным металлическим листом, зафиксированном на каркасе (см. патент РФ № 2005619, МПК В 29 D 9/00, 1994). Существенные признаки аналога “металлический каркас, приформованный к нему фрикционный элемент” совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком аналога является сложность изготовления изделия, обусловленная необходимостью фиксации дополнительного армирующего просечно-вытяжного листа (например, болтовым соединением, сваркой и др.), а также, в ряде случаев, и невозможностью изготовления изделия (например, для имеющих небольшие размеры и толщину колодок дисковых тормозов малолитражных легковых автомобилей).
Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее армирующий металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему полимерный композиционный фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе и размещенными внутри отверстий, при этом высота выступов соответствует глубине отверстий (см. М.М. Бородулин и др. Асбестовые технические изделия. Каталог-справочник. М., ЦНИИТЭНефтехим, 1984, с.с. 74, 75, 79). Существенные признаки прототипа “металлический каркас с отверстиями, приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям и размещенными внутри отверстий” совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.
Недостатком прототипа является недостаточная прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к характерным для фрикционных узлов усилиям, сдвигающим фрикционный элемент относительно каркаса в условиях переменных термических нагрузок (последовательных нагревов и охлаждений изделия). Прочность фрикционного изделия по прототипу к этим усилиям (деформациям) сдвига обусловлена адгезией материала фрикционного элемента к поверхности металлического каркаса, а также прочностью “на срез” выступов фрикционного элемента. При этом прочность “на срез” зависит не только от прочности фрикционного материала. В результате того, что выступы фрикционного элемента находятся в отверстиях каркаса без зазора (в результате приформовки), а их высота соответствует глубине отверстий, отсутствует возможность компенсации напряжений, возникающих в условиях переменных термических нагрузок из-за разницы коэффициентов теплового расширения металла каркаса и полимерного композита, из которого изготовлен фрикционный элемент. Причем возможность компенсации отсутствует как со стороны выступов из полимерного композита, которые окружены металлом по всей высоте, так и со стороны отверстий в каркасе, поскольку стенки отверстий контактируют с выступами из полимерного композита по всей глубине. В результате, в условиях переменных тепловых нагрузок возможно растрескивание выступов, выкрашивание из них материала и т.п., что приводит к снижению прочности выступов “на срез” и делает опасной дальнейшую эксплуатацию изделия.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение прочности соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам в условиях переменных термических нагрузок в процессе эксплуатации фрикционного изделия. Другим техническим результатом, получение которого может обеспечить заявляемое изобретение, является снижение массы фрикционного элемента и изделия в целом, что снижает себестоимость изделия, а также снижение требований к прочности композита, из которого изготовлены выступы фрикционного элемента, что упрощает технологию изготовления изделия.
Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе и размещенными внутри отверстий, фрикционный элемент выполнен с высотой выступов, меньшей глубины отверстий, а неконтактирующая с каркасом находящаяся внутри отверстий поверхность выступов снабжена углублениями. Существенные признаки заявляемого изобретения “фрикционный элемент выполнен с высотой выступов, меньшей глубины отверстий, а неконтактирующая с каркасом находящаяся внутри отверстий поверхность выступов снабжена углублениями”, являются отличительными от признаков прототипа.
Фрикционное изделие содержит металлический каркас, который может быть плоским или криволинейным (например, в виде части цилиндрической обечайки или более сложной формы). В каркасе выполнены отверстия (одно или несколько). Отверстия могут быть круглой, овальной, прямоугольной или другой формы. К каркасу приформован фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими по своему месторасположению отверстиям в каркасе. Количество выступов может равняться количеству отверстий в каркасе или быть меньшим. Форма выступов может повторять форму отверстий или отличаться от нее, при этом высота выступов меньше глубины отверстий. Фрикционный элемент может изготавливаться, например, из полимерного композиционного фрикционного материала, содержащего полимерную матрицу и дисперсные, в том числе волокнистые наполнители. На поверхности выступов, не контактирующих с металлом каркаса и находящейся внутри отверстий, выполнены углубления. Углубления могут быть выполнены на всех выступах, на некоторых из них или на одном из выступов. Возможно выполнение на одном выступе одного углубления, но целесообразно несколько углублений, имеющих щелевидную форму или форму прорези. Углубления могут быть независимыми или соединяться друг с другом. Предпочтительными являются углубления Z-образной, М-образной, F-образной, Т-образной и других форм, состоящих из нескольких пересекающихся щелевых элементов.
На фиг.1 представлено сечение части фрикционного изделия по конкретному примеру. На фиг.2 - вид со стороны каркаса (содержащей отверстие в каркасе) части фрикционного изделия по конкретному примеру.
Конкретным примером заявляемого изобретения является колодка дискового тормоза автомобиля ВАЗ-2123, содержащая плоский металлический каркас 1 с отверстиями 2, 3. Каркас содержит четыре отверстия, толщина Н каркаса ~5 мм, глубина L отверстий соответственно ~5 мм, К каркасу приформован фрикционный элемент 4, снабженный выступами 5, соответствующими отверстиям в каркасе. Элемент выполнен из полимерного фрикционного композита ТИИР-240, высота h выступов ~4 мм (около 80% от глубины отверстий). Выступы размещены внутри отверстий каркаса и соответствуют им по форме. На выступе, размещенном в отверстии 3, выполнено углубление 6, имеющее Т-образную форму, глубина 1 углубления ~0,5 мм.
Изготавливаться заявляемое фрикционное изделие может известными методами. Например, в пресс-форму помещают полимерную композицию и металлический каркас. Далее осуществляют формование и изготовление колодки известными методами, при этом выступы фрикционного элемента образуются в процессе формования за счет выдавливания в отверстия каркаса полимерной композиции. Высота выступов, меньшая глубины отверстий, обеспечивается за счет использования пресс-формы с выступами или специальной дополнительной металлической вставки, также снабженной выступами. Эти выступы при формовании заходят в отверстия каркаса на часть глубины, в результате чего в оставшейся части отверстия выформовываются выступы. Впадины в поверхности выступов фрикционного элемента образуются за счет выполнения на поверхности выступов вставки (пресс-формы) дополнительных выступов нужной формы и высоты.
Изготовление фрикционного изделия с металлическим армирующим каркасом, отверстия в котором не полностью заполнены фрикционным композитом (выступы на композиционном полимерном элементе не доходят до поверхности каркаса, то есть на тыльной части колодки - “утопленные” отверстия) повышает возможность компенсации деформаций, возникающих в металлическом каркасе (особенно в его части, близкой к поверхности) в результате термических деформаций металлического каркаса. В результате снижается воздействие этой части каркаса на поверхность выступов, что снижает возможность растрескивания и выкрашивания выступов и, как следствие, повышает прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам. Выполнение углублений на поверхности выступа, размещенного внутри отверстия, позволяет за счет появления возможности (свободного места) для теплового расширения материала выступа снижать внутренние напряжения в выступе и, соответственно, снижается возможность трещинообразования и разрушения поверхности и тела выступа, то есть также повышается прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам в процессе эксплуатации. При этом достаточно сложная форма углубления (М-образная, F-образная, Т-образная и т.д.) имеет больше возможностей для компенсации напряжений.
Фрикционное изделие, содержащее металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе и размещенными внутри отверстий, отличающееся тем, что фрикционный элемент выполнен с высотой выступов, меньшей глубины отверстий, а неконтактирующая с каркасом находящаяся внутри отверстий поверхность выступов (или некоторых выступов, или одного из выступов) снабжена углублениями.
