Элемент тормозной

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к средствам для передачи вращательного движения, в частности к тормозам с осевым расположением тормозных поверхностей. Элемент тормозной содержит круговое кольцо, по меньшей мере, с одной торцевой кольцевой фрикционной поверхностью из углеродного материала, аспирационные пазы на фрикционной поверхности. Аспирационные пазы ориентированны поперек периферийных круговых контуров торцевой кольцевой фрикционной поверхности, с образованием перемычек со стороны одного из периферийных круговых контуров. Элемент тормозной снабжен дополнительными пазами, расположенными между перемычками аспирационных пазов и имеющими выход на сторону периферийного кругового контура фрикционной поверхности, противоположную направлению выхода аспирационных пазов. При этом аспирационные пазы могут быть выполнены с симметричным расположением и/или пресекающимися относительно радиального направления. Также аспирационные пазы могут быть выполнены с переменным проходным сечением, увеличивающимся в сторону выхода. Техническим результатом является повышение величины и стабильности тормозного момента, а также увеличение эксплуатационного ресурса фрикционных дисков при работе высоконагруженных тормозных систем. 4 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к средствам для передачи вращательного движения, в частности к тормозам с осевым расположением тормозных поверхностей.

Известны средства для тормозов, содержащие круговое кольцо, по меньшей мере, с одной торцевой кольцевой фрикционной поверхностью из углеродного материала, подвергнутого поверхностному упрочнению (см., например, JP 7119777, F 16 D 69/00, 1995).

Недостатком таких технических решений является применение упрочняющего органического покрытия с добавками, вследствие чего они не могут быть использованы в тяжелонагруженных тормозах.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является элемент тормозной, содержащий круговое кольцо, по меньшей мере, с одной торцевой кольцевой фрикционной поверхностью из углеродного материала, аспирационные пазы на фрикционной поверхности, ориентированные поперек ее периферийных круговых контуров с образованием перемычек со стороны одного из периферийных круговых контуров (DE 7906416, F 16 D 65/12, опубл. 31.05.1979).

Упомянутое техническое решение, как правило, применяется в высоконагруженных системах, при эксплуатации которых на поверхности трения развиваются высокие температуры (до 2500 градусов Цельсия) и возникает циркуляция воздуха по сквозным аспирационным пазам, работающих как центробежный вентилятор. В таких условиях при температурах рабочих поверхностей выше 600°С и циркуляции воздуха по сквозным аспирационным пазам начинается процесс окисления углерода, вызывающий повышенный износ фрикционной поверхности. В таком техническом решении удается повысить величину и стабильность коэффициента трения, но при этом имеет место значительное снижение ресурса тормозного элемента из углеродного материала.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание эффективного и надежного средства, повышающего величину и стабильность тормозного момента и эксплуатационный ресурс фрикционных дисков при работе высоконагруженных тормозных систем.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении коэффициента трения тормозных дисков и его стабильности за счет обеспечения свободного выхода продуктов износа и десорбированных газов и в увеличении ресурса фрикционных элементов за счет замедления процесса окисления.

Указанный технический результат достигается элементом тормозным, содержащим круговое кольцо, по меньшей мере, с одной торцевой кольцевой фрикционной поверхностью из углеродного материала, аспирационные пазы на фрикционной поверхности, ориентированные поперек ее периферийных круговых контуров с образованием перемычек со стороны одного из периферийных круговых контуров, при этом он снабжен дополнительными пазами, расположенными между перемычками аспирационных пазов и имеющими выход на сторону периферийного кругового контура фрикционной поверхности, противоположную направлению выхода аспирационных пазов.

А также за счет того, что аспирационные пазы выполнены с симметричным расположением и/или пресекающимися относительно радиального направления.

А также за счет того, что аспирационные пазы выполнены с переменным проходным сечением, увеличивающимся в сторону выхода.

А также за счет того, что пазы выполнены прямолинейными.

А также за счет того, что пазы выполнены криволинейными.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан схематический общий вид устройства, на фиг.2 - схематический общий вид устройства с аспирационными пазами, выполненными пресекающимися и/или с симметричным расположением относительно радиального направления, на фиг.3 - схематический общий вид устройства с аспирационными пазами, выполненными с выходом на внешний контур, на фиг.4 - схематический общий вид устройства с аспирационными пазами, выполненными с симметричным расположением относительно радиального направления, на фиг.5 - схематический общий вид устройства с аспирационными пазами, выполненными криволинейными пресекающимися и с симметричным расположением относительно радиального направления, на фиг.6 - сечение А-А фиг.1, на фиг.7 - разрез Б-Б фиг.1, а на фиг.8 - разрез В-В фиг.1.

Сущность изобретения поясняется также таблицей с данными коэффициента трения и износа.

Элемент тормозной содержит круговое кольцо 1, по меньшей мере, с одной торцевой кольцевой фрикционной поверхностью 2, выполненной из углеродного материала. На фрикционной поверхности 2 имеются аспирационные пазы 3, ориентированные поперек ее периферийных круговых контуров 4 и 5. Аспирационные пазы 3 выполнены с перемычкой 6 со стороны одного периферийного кругового контура, например 4, и с выходом 7 на сторону другого периферийного кругового контура, например 5. Элемент тормозной снабжен дополнительными пазами 11, расположенными между перемычками 6 аспирационных пазов 3 в зоне, ограниченной окружностью, проходящей по краю перемычек 6 и периферийным круговым контуром (в данном примере - 4). Дополнительные пазы 11 имеют выход 12 на сторону периферийного кругового контура (в данном примере - 4) фрикционной поверхности 2, противоположную направлению выхода 7 аспирационных пазов 3. Такое исполнение способствует равномерности износа фрикционной поверхности 2 и повышению величины и стабильности коэффициента трения.

В частном случае, с целью обеспечения одинаковой эффективности работы тормоза вне зависимости от направления вращения и устранения возможного снижения эффективности работы в случае ошибок при сборке тормоза аспирационные пазы могут быть выполнены пресекающимися и/или с симметричным расположением относительно радиального направления, например как пазы 8 и 9 на фиг.2. и 3. Кроме того, аспирационные пазы 3 или 8 и 9 для обеспечения лучшего удаления продуктов износа могут быть выполнены прямолинейными или криволинейными (фиг.3) и с переменным проходным сечением 10, увеличивающимся в сторону выхода 7 либо за счет ширины, либо за счет глубины, либо за счет и того и другого. Для снижения концентрации напряжений упомянутое проходное сечение может иметь форму со скругленными краями, а для улучшения удаления продуктов износа и для дополнительной защиты пазов от окисления поверхность пазов также подвергают поверхностному упрочнению, например обработкой пироуглеродом или другим упрочняющим агентом.

В процессе работы такого устройства выход продуктов износа обусловлен инерционными и гравитационными силами, а также движением десорбированных газов в пространстве основных аспирационных и дополнительных пазов.

Так, например, нанесение в радиальном направлении по четыре сквозных аспирационных паза шириной 2 мм на фрикционные поверхности тормозных элементов системы статор-ротор из углерод-углеродного композиционного материала со средним диаметром 64 мм приводит к увеличению коэффициента трения примерно на 30% и возрастанию величина износа примерно в три раза (табл.1), т.е. ресурс тормоза снижается примерно в три раза. В случае нанесения аспирационных пазов на круговое кольцо с перемычками (несквозных) в соответствии с предлагаемой конструкцией коэффициент трения существенно возрастает, а величина износа увеличивается незначительно (стр.1 и 2 табл.1), т.е. тормозной момент возрастает, а ресурс тормоза практически не меняется.

Так, например нанесение по четыре радиальных паза шириной 2 мм и с перемычкой приводит к снижению коэффициента трения при большом числе торможений (стр.3 табл.1). При осмотре дисков выявилось, что пазы частично забиты продуктами износа. В случае нанесения прямолинейных пазов с перемычкой под углом 45 градусов к радиальному направлению или криволинейных по дуге с постоянным углом наклона к радиальному направлению равным 45 градусам коэффициент трения после 200 торможений практически не изменялся (стр.4 табл.1). Пазы при этом оставались чистыми.

Так, например, изменение направления вращения на противоположное приводит к снижению коэффициента трения тормозного элемента из углерод-углеродного композиционного материала, выполненных в соответствии с п.2, до 0,245-0,260 после 40-70 торможений. При осмотре выявилось, что пазы частично забиты продуктами износа. В случае нанесения прямолинейных пазов с симметричным расположением и/или пресекающимися относительно радиального направления коэффициент трения после 200 торможений не изменялся при вращении дисков в любом направлении (стр.5 табл.1). Пазы одного из направлений при этом оставались чистыми.

Так, например при нанесении четырех пазов шириной 2 мм на фрикционные поверхности тормозных элементов под углом 45 градусов к радиальному направлению коэффициент трения был несколько ниже, чем со сквозными пазами (стр.2 и стр.4 табл.1, соответственно). В случае нанесения на фрикционные поверхности тормозных элементов системы статор-ротор дополнительных пазов шириной 2 мм коэффициент трения повысился до значений характерных для сквозных пазов, при этом величина износа практически не увеличилась (стр.6 табл.1).

Так, например, нанесение на фрикционные поверхности тормозных элементов по четыре основных и по 4 дополнительных паза под углом 45 градусов к радиальному направлению с шириной, увеличивающейся в сторону внешнего контура пропорционально радиусу, приводит к повышению коэффициента трения и снижению величины износа (стр.7 в сравнении со строкой 6, табл.1 соответственно).

Так, например, нанесение на фрикционные поверхности тормозных элементов по четыре аспирационных паза под углом 45 градусов к радиальному направлению и по 4 дополнительных паза с шириной и глубиной, увеличивающимися в сторону внешнего контура пропорционально радиусу, приводит к повышению коэффициента трения при большом объеме торможений (стр.8 в сравнении со строкой 7, табл.1 соответственно).

Таблица
Элемент тормозной
№	Особенности пары трения	Средние значения для первых 10 торможений	Средние значения для 50-60 торможений	Средние значения для 200-210 торможений
		Коэф. Трения	Износ на сторону, мкм/торм.	Коэф. трения	Износ на сторону, мкм/торм.	Коэф. трения	Износ на сторону, мкм/торм.
1	Без пазов	0,245	0,60	0,235	0,50	0,240	0,65
2	По четыре сквозных паза	0,320	1,65	0,315	1,80	0,335	1,85
3	По четыре несквозных радиальных паза	0,285	0,85	0,2275	0,70	0,255	0,70
4	По четыре несквозных паза под углом 45°	0,280	0,75	0,285	0,80	0,280	0,75
5	Система несквозных симметричных пазов под углом 45°	0,290	0,80	0,295	0,85	0,295	0,75
6	По четыре несквозных паза под углом 45° и по три дополнительных паза	0,325	0,75	0,320	0,65	0,335	0,70
7	По четыре несквозных паза переменной ширины под углом 45° и по четыре дополнительных паза	0,335	0,70	0,340	0,70	0,325	0,60
8	По четыре несквозных паза переменной ширины, увеличивающегося сечения под углом 45° и по четыре дополнительных паза	0,330	0,70	0,335	0,65	0,340	0,60

1. Элемент тормозной, содержащий круговое кольцо, по меньшей мере, с одной торцевой кольцевой фрикционной поверхностью из углеродного материала, аспирационные пазы на фрикционной поверхности, ориентированные поперек ее периферийных круговых контуров, с образованием перемычек со стороны одного из периферийных круговых контуров, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными пазами, расположенными между перемычками аспирационных пазов и имеющими выход на сторону периферийного кругового контура фрикционной поверхности, противоположную направлению выхода аспирационных пазов.

2. Элемент тормозной по п.1, отличающийся тем, что аспирационные пазы выполнены с симметричным расположением и/или пресекающимися относительно радиального направления.

3. Элемент тормозной по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что аспирационные пазы выполнены с переменным проходным сечением, увеличивающимся в сторону выхода.

4. Элемент тормозной по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что пазы выполнены прямолинейными.

5. Элемент тормозной по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что пазы выполнены криволинейными.