CN100549450C - 噪声削弱摩擦装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制动摩擦片装置(10)，包括一种附着在具有两个相对表面(14，16)的支承板(12)上的模制材料(26)，一个或多个非圆形的挤压开孔(24，38)贯穿支承板厚度，凸耳形的延伸部(22)或其它一体成型件将装置(10)固定于汽车制动系统中。模制材料(26)通过挤压进挤压开孔(24，38)而在支承板(12)的两个表面(14，16)上延展而形成单一的结构，其中在支承板(12)一侧的模制材料(26)由于其减振特性而作为片形噪声消减元件(32)起作用。贯穿支承板(12)的数量、构形和挤压开孔(24，36)的布置有多种以改变装置(10)的噪声消减性能，并减少制动元件振动模锁定的趋势。

Description

噪声削弱摩擦装置

背景技术

本申请要求于2003年10月16日提出的美国临时申请No.60/511,898的优先权。

技术领域

本发明主要涉及制动磨擦片装置，比如用于包括鼓式及盘式制动系统的多种车辆制动装置中。这些系统可以用于汽车、卡车、公共汽车、越野车、飞机、工业设备等等。具体来说，本发明涉及一种改良的制动磨擦片，其结构可充分的降低制动系统工作时产生的噪声，本发明还涉及制作这种改良的制动磨擦片装置的方法。

背景技术

制动系统工作时，制动磨擦片装置中产生的振动，常常产生尖厉的噪声，即使此噪声并不一定是由于任何功能性故障引起的，也会令人厌烦和/或惊扰操作者。在某些情况下，制动磨擦片装置中产生的振动会造成其表面磨损过快或不均匀磨损。无论如何，过度的振动和噪声总是不符合需要的，所以人们提出了许多现有技术来减轻或消除制动磨擦片装置中的振动。

在现有技术中，试图降低制动片装置中的噪声的已知的例子有，Chen等人在美国第6,283,258号专利中提出的在支承板中切割正弦槽和Zeng的第5,456,339号美国专利中提出的在制动摩擦片上刻纹。然而，这些现有技术会产生不良的副作用，例如，延长了制造过程的周期和/或增加了制动组件/制动鼓装置的制造成本。

一个降低制动噪声又没有这些不良副作用的一个特别有效的方法是在制动支承板后表面添加一块垫片。该垫片可以由通过支承板中的开孔被挤压的混合物的流体一体模制，如Kulis，Jr.等人的美国专利5,413,194号所示，在此作为参考整体引述或者附于随后的例子中。在Kulis，Jr.的’194号专利中，摩擦材料混和物或者底垫(under-layer)混和物经过一个挤压过程流入到支承板的开孔内，在一个可选的实施例中，流到了支承板的背后，形成了一个整体的防噪垫片。

在Kulis，Jr.的’194号专利中，摩擦材料混和物或者底垫混和物流经的支承板上的挤压开孔是圆形的。使用圆孔是为了通过一个易于加工的冲孔过程以及易于获得的圆形打孔工具而降低成本。在一些制动应用中，横穿支承板纵向的振动是令人讨厌的制动噪声源之一，支承板背面的垫片还不足以把噪音消减到一个令人满意的程度。

因此，对于一个制动磨擦片装置，如Kulis，Jr.的’194号专利，具有一个在支承板中的挤压开孔，在制作过程中，摩擦材料混和物或者底垫混和物被压入该开孔中，在不增加支承板的成本及制造周期的条件下，还需要提供额外的减噪性能。

发明内容

本发明的制动磨擦片装置包括一个刚性的、具有一个长度和一个在相对的第一和第二表面之间的厚度的支承板。此支承板能够沿着他的长度和宽度方向传递振动。支承板包括一个在其相对的两个面之间延伸的主挤压开孔。一个由模制材料制成的摩擦产生片元件受压与支撑板的第一表面接触，使模制材料填充主挤压开口。该主挤压开孔有一个非圆形的外形，这样沿支承板纵向传递的振动当遇到上述主挤压开孔的非圆形的外形时被充分的衰减。

本发明还试图提供一种用于钳式汽车制动盘系统(caliper-typevehicular disc brake system)的制动磨擦片装置的减振方法，包括如下步骤：制造一个刚性的、具有一个在其中延伸的主挤压开孔的支承板，至少有2个支撑件位于主挤压开孔的相对的两侧；将一种模制材料压在支承板的第一表面而形成一个摩擦产生片元件，同时模制材料填充该主挤压开孔；在间隔开的支撑件之间的支承板上产生振动；当振动围绕着主挤压开孔周边行进时，迫使其在非弓形的路径中传递，从而在制动磨擦片装置内削弱振动。

研究发现，制动磨擦片装置，在支承板中具有挤压开孔，在其形成过程中，摩擦材料混和物或者一个底垫混合物压进该开孔，穿过支承板的振动会通过形成有非圆形外形的主挤压开孔而充分减弱。我们猜想这种有利的效果通过引入由主挤压开孔的非圆形外围形成的反射表面而实现。这和现有技术的圆形开孔——即认为当机械波穿过支承板的纵向和/或横向时，能够允许它们非常高效的沿着他们的外围流动，形成了对比。

在可选择的本发明的实施例中，贯穿支承板厚度的主挤压开孔的数量、形状和布置是可以变化的，以改变制动磨擦片装置的自然振动频率和噪声削弱特性。

附图说明

通过下面详细的描述以及附图，本发明的特征和优点会变得更容易理解。

图1是一张根据本发明绘制的制动磨擦片装置剖切过的立体图，其中摩擦产生片元件由一种第一材料混和配方制成，噪声消减片元件由一种第二材料混和配方制成。

图2是一张简化的制动磨擦片装置的横断面视图，其中的摩擦片生成元件和噪声消减片元件由相同材料混和配方制成。

图3是一张简化的制动磨擦片装置的横断面视图，其中不包含一体的模制的噪声消减片元件。

图4是一张根据本发明的制动片装置的正视图，其中的主挤压开孔被制成长槽形状，次挤压开孔被制成与主挤压开孔方向不平行的长槽形状。

图5是一张类似图4的正视图，其中的主挤压开孔和三个次挤压开孔被制作成成对平行的长槽。

图6是一张类似图5的正视图，其中的主挤压开孔和三个次挤压开孔被制作成成对垂直的长槽。

图7是一张类似图4的正视图，其中的主挤压开孔被制成一个“T”字形，一个次挤压开孔被制成一个与主挤压开孔呈镜像对称的“T”形。

图8是一张类似图4的正视图，其中的主挤压开孔被制成一个“H”形，次挤压开孔被制成一个与主挤压开孔呈镜像对称的“H”形。

具体实施方式

参考附图，其中相同的标号指示各图中相同或者相应的部位，一个根据本发明的盘式制动器磨擦片装置由图1中的10指示。

装置10包括一个刚性支承板12，优选实施例中由钢材制成。支承板12有一个长度和一个介于相对的第一表面14和第二表面16之间的厚度。当安装在车辆钳式制动系统中时，第一表面14是支承板12的面向转子的一个表面。第一表面14基本上是平的，第二表面16也基本上是平的，且和第一表面14平行。支承板12还包括一个顶边18和与顶边18间隔开的底边20。当安装在车辆钳式制动系统内时，顶边18和底边20沿着支承板12的纵向延伸，形成了它的上部和下部的外围边界。支承板12至少设置两个彼此间隔开的安装件22，用于将装置10支撑在钳式制动系统内。图1中，支撑件显示为支承板12的简单轮廓件，而在图4～8中，安装件22显示为在支承板12的相对纵向延伸的凸形耳。其他形式的安装件也可以选用，如制动系统设计中将要述及的。

支承板12还包括一个主挤压开孔，如标号24所指，沿着它相反的第一表面14和第二表面16之间延伸。主挤压开孔24有一个非圆形的外形，并且相对于顶边18和底边20，其方向是偏斜的。下面还将更详细的描述主挤压开孔24。

一种模制材料，由标号26所指，其受压而与支承板12的第一表面14相接触，在模制材料填进主挤压开孔24的同时，使模制材料26在第一表面14上形成一个摩擦产生片元件28。如图1和4-8所示，摩擦产生片元件28可以在支承板12上被制成2片或者更多彼此独立的部分，或者被制成如图2-3所示一个独立的整体。在制成2片或者多片的情况下，根据预期的制动系统噪声消减要求的大小，每个片段可以有不同的平面形状，不同的表面积，或者不同的厚度。这样，摩擦产生片元件28在其结合表面上可以包括轮廓特征30，进一步调节装置10的噪声削弱特性。尽管非必须，优选每一个这样的摩擦产生片元件28和支承板12上不同的挤压开孔24相结合。

尽管非必须，优选噪声消减片元件32覆盖并接触所述支承板第二表面16实质大部份，如图1所示。该噪声消减片元件32和摩擦产生片元件28通过容置于主挤压开孔24内的模制材料26相结合。

如图1所示，摩擦产生片元件28可以由第一材料混和配方34制成，而模制材料26容置于主挤压开孔24内，噪声消减片元件32由一种普通的，基本均质的、比第一材料混和配方更具有流动挤压特性的第二材料混和配方36制成。模制材料26的合适的第一和第二材料混合配方34和36的实例可以参考上述Kulis，Jr的美国专利No.5,413,194。无论第二材料混和配方36选用何种材料，应当选择具有绝热特性和/或减振特性的材料。

尽管图中没有显示，仍能够引进一个或多个可选的由模制材料26制成的附加中间层，在材料铸模的同时，每个中间层一个接一个的与支承板12完整的结合。中间层应当典型的具备热阻特性和/或噪声衰减特性。

如图2所示，模制材料26可以包含一种普通的，基本上均质的材料混和配方，同时制成摩擦产生片元件28和噪声消减片元件32。

图3所示为本发明的另一个实施例，其中的噪声消减片元件没有和摩擦产生片元件28一体制成。在此情况下，噪声消减片元件可以单独形成，然后在随后的操作中粘附上去，或者根据应用和环境的需要将其完全省略。本发明新的优点在图3所示实施例中通过支承板12中的主挤压开孔24得以实现，从支承板12一端传到另一端的振动将被充分的吸收，如下面的详述。

参考图4，所示的支承板12包括了一个和主挤压开孔24相邻的次挤压开孔38。该次挤压开孔38在模制材料填进主挤压开孔24的同时被模制材料26填塞。优选的，次挤压开孔38也有一个非圆形的外形，在图4所示的实例中，它被做成了长槽形状，在支承板12上与主挤压开孔24的方向呈镜像对称布置，或者如此例中，大致垂直布置。尽管这幅图中，摩擦产生片元件28被显示为被分段，主及次挤压开孔24和28则与相应的节段相结合，应当理解为这种挤压开孔的配置与未分段的摩擦产生片元件28是等效的。

图5展示了一个略微不同的挤压开孔的构形，其中在支承板12上，三个次挤压开孔38与一个主挤压开孔24同时形成。在此例中，其中一个次挤压开孔38与主挤压开孔24作为一对配置，它们选用了互相平行的长槽形状，并与一个摩擦产生片元件28的相应节段结合在一起。其余两个次挤压开孔38本身也被配置为互相平行的一对并与摩擦产生片元件28的另一节段相结合。

图7和图8展示了主挤压开孔24和次挤压开孔38的其它形状构形和方向。例如，在图7中，主挤压开孔24被制成大致呈“T”形，次挤压开孔38也被制成大致呈“T”形，但是与主挤压开孔24呈镜像对称。在图8中，主挤压开孔24被制成大致呈“H”形，次挤压开孔38也被制成大致呈“H”形，但是与主挤压开孔24呈镜像对称。前述的这些实例仅仅是挤压开孔24和38可选的建议性的形状。并且，尽管在这几个实例中，次挤压开孔38显示为与主挤压开孔24呈镜像对称关系，但是这并不是两者必须的关系。

但是，所有这些实例中，挤压开孔24和38都显示为具有至少一条线性边缘40，此线性边缘40与支承板12的顶边18和底边20都不平行。此特征被认为增强了本发明的噪声抑制效果。特别的，通过支承板纵向的振动当遇到挤压开孔24和38的非圆形的外形时被充分的消减，并且由于线性边缘40的反射而更进一步削弱。

这些实例中另一个普遍具有的有益的特征是在挤压开孔24和38中优选没有任何锐角，包括凹角和凸角。再次参见图4-8，所示的每一个挤压开孔24，38至少含有2个凹角42。该凹角42有一个弯曲半径；优选实施例中，弯曲半径优选至少和支承板12的厚度一样大，但急弯的半径也能得到有益效果。类似的，图7和8反映的实例中，每一个挤压开孔24，28包括至少一个凸角44。该凸角44同样有一个弯曲半径。这些包含在挤压开孔24、38轮廓内的角42和44的弯曲半径的功能在于，既能够减少支承板内的应力集中又便于应用由一种耐用、比放电加工(EDM)和激光切割成本更低的工具进行打孔加工的技术。

该制动磨擦片装置10——其在支承板12中有挤压开孔24，38——而在加工过程中模制材料24被压进该开孔中，被发现充分且有益的改变从支承板12的一端到另一端所传递的振动。这些有益效果是通过制作具有非圆形外形的挤压开孔24和38而获得。通过非圆形的外形的优化构形来减少制动磨擦片装置10在使用过程中的振荡模锁定(modal locking)的趋势，而不会使支承板12的结构整体过载。在制动使用中，支承板12中挤压开孔24、38的不同数量、形状和布置具有不同的噪声减弱效果。优选地，选择和完善能改变支承板12自然振动频率的挤压开孔24、38的数量、形状和布置，从而减少可能是车辆制动过程中的制动噪声源的制动元件振荡模锁定的趋势。挤压开孔24、38在支承板12上占有较大表面积的另一个优势是增加了制动磨擦片装置10的噪声阻隔材料26的量。

显然，依据以上的技术可以对本发明进行多种改造和变型。例如，本发明的新颖特征可以根据实际结合一个或者多个现有技术中支承板12上圆形开孔的形状。例如，如图4所示，非圆形的挤压开孔24可以和圆形挤压开孔46成对分布以得到附加的优点，由此采取次挤压开孔的形式。所以应当理解为，在所附权利要求的范围内，本发明可以实际采用为与上述描述不同的形式。本发明由权利要求定义。

Claims (43)

1.一种制动磨擦片装置，包括：

一个刚性的支承板，在相对的第一和第二表面之间具有一个厚度，并可以通过所述相对的表面传递振动；所述的支承板包括一个顶边和与顶边间隔开的底边，所述顶边和底边沿着所述支承板的纵向延伸；

所述支承板包括一个在所述相对的第一和第二表面之间延伸并设在所述顶边、底边之间的主挤压开孔；

一个摩擦产生片元件，由模制材料制成并受压与所述支承板的第一表面相接触，使所述模制材料填进所述的主挤压开孔内；

在所述的支承板上与主挤压开孔相邻并被所述的模制材料填充的次挤压开孔；

所述的主挤压开孔有一个非圆形的外形，由此，穿过所述支承板的振动在遇到所述主挤压开孔的非圆形外形时被消减；所述主挤压开孔包括至少一个线性边缘，所述线性边缘的方向与支承板顶边和底边都不平行；所述主挤压开孔和次挤压开孔分别包括至少一个凸角。

2.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，它还包括至少一个圆形开孔介于所述的相对第一和第二表面之间，并由所述的模制材料填充。

3.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，其中所述的次挤压开孔有一个非圆形的外形。

4.根据权利要求3所述的制动磨擦片装置，其特征在于，其中所述的主挤压开孔包括一个有主方向的第一开孔；所述次挤压开孔有一个不同于主方向的次方向。

5.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，其中所述的主挤压开孔确定了一个长槽。

6.根据权利要求5所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的次挤压开孔限定了一个长槽，其方向与所述的主挤压开孔垂直。

7.根据权利要求5所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的次挤压开孔限定了一个长槽，其方向与所述的主挤压开孔平行。

8.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述支承板的第一表面基本平坦，所述支承板的第二表面也基本平坦，且与所述的第一表面平行。

9.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的主挤压开孔的形状是T型。

10.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的主挤压开孔的形状是H型。

11.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，它还包括一个覆盖并接触所述支承板第二表面实质大部分的噪声消减片元件，该噪声消减片元件和所述的摩擦产生片元件通过容置于主挤压开孔内的模制材料相结合。

12.根据权利要求11所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述模制的摩擦产生片元件和模制的噪声消减片元件由一种普通的，均质的材料混合配方制成。

13.根据权利要求11所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的模制的摩擦产生片元件由一种第一材料混合配方组成，所述的模制材料容置在所述主挤压开孔内，所述的噪声消减片元件由一种普通的、均质的、比第一材料混合配方更具有流动挤压特性的第二材料混合配方制成。

14.根据权利要求13所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的第二材料混合配方是一个绝热体。

15.根据权利要求13所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的第二材料混合配方是一种减震材料。

16.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述模制的摩擦产生片元件由一种第一材料混合配方制成，容置在所述主挤压开孔内的模制材料由一种比第一材料混合配方更具有流动挤压特性的第二材料混合配方制成。

17.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的支承板包含至少2个间隔开的安装件用于支撑在制动钳系统内。

18.根据权利要求1所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述主挤压开孔的非圆形的形状包含至少两个凹角，所述凹角有一个弯曲半径。

19.一种制动磨擦片装置包括：

一个刚性的支承板，在相对的第一和第二表面之间具有一个厚度，并可以通过所述相对的表面传递振动；所述的支承板包括一个顶边和与顶边间隔开的底边，所述顶边和底边沿着所述支承板的纵向延伸；

所述支承板包括一个在所述相反的第一和第二表面之间延伸并设在所述顶边、底边之间的主挤压开孔；

一个摩擦产生片元件，由模制材料制成并受压与所述支承板的第一表面相接触，使所述模制材料填进所述的主挤压开孔内；

一个噪声消减片元件，覆盖并接触所述支承板第二表面的实质大部分，该噪声消减片元件和所述的摩擦产生片元件通过容置于主挤压开孔内的模制材料相结合；

一个在所述的支承板上与主挤压开孔相邻并被所述的模制材料填充的次挤压开孔；

所述的主挤压开孔有一个非圆形的外形，由此，穿过所述支承板的振动在遇到所述主挤压开孔的非圆形外形时被消减；所述主挤压开孔包括至少一个线性边缘，所述线性边缘的方向与支承板顶边和底边都不平行；所述主挤压开孔和次挤压开孔分别包括至少一个凸角。

20.根据权利要求19所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的支承板包含至少两个间隔开的安装件用于支撑在制动钳系统内，所述的安装件位于所述主挤压开孔的相对的两侧。

21.根据权利要求20所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述间隔开的安装件包括沿着支承板相对的纵向延伸的凸形耳。

22.根据权利要求19所述的制动磨擦片装置，其特征在于，其中的次挤压开孔有一个非圆形的外形。

23.根据权利要求19所述的制动磨擦片装置，其特征在于，其中所述的主挤压开孔包括一个有主方向的第一开孔；所述次挤压开孔有一个不同于主方向的次方向。

24.根据权利要求19所述的制动磨擦片装置，其特征在于，其中所述的主挤压开孔确定了一个长槽。

25.根据权利要求24所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的次挤压开孔限定了一个长槽，其方向与所述的主挤压开孔垂直。

26.根据权利要求24所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的次挤压开孔限定了一个长槽，其方向与所述的主挤压开孔平行。

27.根据权利要求19所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述支承板的第一表面基本平坦，所述支承板的第二表面也基本平坦，且与所述的第一表面平行。

28.根据权利要求19所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的主挤压开孔的形状是T型。

29.根据权利要求19所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的主挤压开孔的形状是H型。

30.一种用于钳式汽车制动盘系统的制动磨擦片装置，包括：

一个刚性的支承板，在相对的第一和第二表面之间具有一个厚度，并沿其纵向传递振动；所述的支承板包括一个顶边和与顶边间隔开的底边，所述顶边和底边沿着所述支承板的纵向延伸；

所述支承板包括至少两个纵向上间隔开的支撑件，用于固定在制动钳中；

所述支承板包括一个在所述相对的第一和第二表面之间延伸、置于所述间隔开的支撑件之间并设在所述顶边、底边之间的主挤压开孔；

一个摩擦产生片元件，由模制材料制成并受压与所述支承板的第一表面相接触，使所述模制材料填进所述的主挤压开孔内；

一个在所述的支承板上与主挤压开孔相邻并被所述的模制材料填充的次挤压开孔；

所述的主挤压开孔有一个非圆形的外形，由此，从一个支撑件沿着所述支承板的纵向传递到另一个支撑件的振动，在遇到所述主挤压开孔的非圆形外形时被充分消减；所述主挤压开孔包括至少一个线性边缘，所述线性边缘的方向与支承板顶边和底边都不平行；所述主挤压开孔和次挤压开孔分别包括至少一个凸角。

31.根据前述权利要求30所述的制动磨擦片装置，其特征在于，它还包括一个覆盖并接触所述支承板第二表面实质大部分的噪声消减片元件，该噪声消减片元件和所述的摩擦产生片元件通过容置于主挤压开孔内的模制材料相结合。

32.根据权利要求31所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述模制的摩擦产生片元件和模制的噪声消减片元件由一种普通的，均质的材料混合配方制成。

33.根据权利要求31所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述模制的摩擦产生片元件由一种第一材料混合配方组成，所述的模制材料容置在所述主挤压开孔内，所述的噪声消减片元件由一种普通的、均质的、比第一材料混合配方更具有流动挤压特性的第二材料混合配方制成。

34.根据权利要求30所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的次挤压开孔有一个非圆形的外形。

35.根据权利要求34所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的主挤压开孔包括一个有主方向的第一开孔；所述次挤压开孔有一个不同于主方向的次方向。

36.根据权利要求30所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的主挤压开孔确定了一个长槽。

37.根据权利要求36所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的次挤压开孔限定了一个长槽，其方向与所述的主挤压开孔垂直。

38.根据权利要求36所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的次挤压开孔限定了一个长槽，其方向与所述的主挤压开孔平行。

39.根据权利要求30所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述支承板的第一表面基本平坦，所述支承板的第二表面也基本平坦，且与所述的第一表面平行。

40.根据权利要求30所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述的主挤压开孔是T型。

41.根据权利要求30所述的制动磨擦片装置，其特征在于，其中所述的主挤压开孔是H型。

42.根据权利要求30所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述模制的摩擦产生片元件由一种第一材料混合配方制成，容置在所述主挤压开孔内的模制材料由一种比第一材料混合配方更具有流动挤压特性的第二材料混合配方制成。

43.根据权利要求30所述的制动磨擦片装置，其特征在于，所述间隔开的支撑件包括沿着支承板相对的纵向延伸的凸形耳。

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