CN101052820A - 用于盘式制动器的盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于盘式制动器的盘，包括相互同轴的支承钟罩和制动带。支承钟罩具有多个径向壳体，并且制动带具有适于将其与支承钟罩相连的多个连接构件。这些连接构件与所述制动带是一体的并制成一个部件，并且从制动带伸出来，以接合相应的径向壳体。所述连接构件至少部分地由与支承钟罩一体并制成一个部件的壁环绕，以在轴向和切向上得到紧固，并且能够在径向上滑动。

Description

用于盘式制动器的盘
技术领域
本发明涉及一种用于特别应用在、但非排他地应用在汽车领域的盘式制动器的盘。
背景技术
众所周知，上述类型的盘包括共享旋转轴线的两个部分。第一部分，即支承钟罩用于与车辆的轮毂相连，而其余圆周部分，即制动带用于与盘式制动器的钳盘配合，以对车辆实施制动。制动带可以是实心的或者例如附图中所示示例的通风型的。通风型的制动带包括通过多个桥接件连接的两个结合件，以限定空气冷却通道。
对于盘和其旋转轴线来说，平行于所述轴线的任何方向均被限定为轴向，与轴线垂直并对其入射的任何方向均被限定为径向，并且与在所述轴向上居中的圆周相切并处于与所述轴线正交的平面上的任何方向均被定义为切向。
同样已知的是，当制动器操作时，制动器钳盘垫片与制动带表面之间的摩擦产生大量需要释放的热量。所产生的热量引发许多不符合要求的现象，首先是部件过热，以及随之产生的热膨胀和变形。
在盘式制动器领域，特别需要制动带的材料除了确保所需的摩擦特性之外，还要能够在操作温度提高时保持其机械特性尽可能不发生变化。有鉴于此，特别便利的是，制造由铸铁材料做的制动带。
同样，特别需要制造支承钟罩的材料尽可能更轻，从而首先减小盘质量，并随之减小车辆的非悬挂质量。有鉴于此，特别便利的是，制造轻合金例如铝合金材料做的支承钟罩。
对于现有技术的盘来说，应该指出：由热应变引起的变形为盘式制动器的操作带来不便，首先是制动器钳盘垫片的不均匀磨损。这主要是因为，与发生径向变形同时保持与其自身共面的制动带相反，支承钟罩变形呈现圆锥形状，该形状还限定了制动带的扭曲。支承钟罩的变形基本上限定了制动带的扭曲并因而限定了制动带失去共面性。
通过以上所述，具有使制动转矩从制动带传递到支承钟罩保持不变并且同时使制动带能够径向膨胀的双重需要，这是因为制动带尽可能更独立于支承钟罩遭受热应力。
与本发明为同一申请人的专利EP1092889描述了一种盘，其中通过多个不锈钢销将铝合金钟罩和铸铁制动带连接起来。在制动带上过盈连接并且在钟罩上宽松连接的销使制动带可以径向膨胀。从构造的角度来看，该技术方案尤其昂贵并复杂。而且，在制动转矩从带传递到钟罩的过程中，钢销的一小部分在材料上产生较高的应力峰值。
从与本发明同一申请人的专利US 6,152,270中同样已知的是，具有铸铁制动带的盘和由轻合金制成的支承钟罩。两个部件以紧密粘结的方式依次铸造而成，使得它们彼此结合成一体。该技术方案尽管成本效率高并且易于实施，但不能够使制动带独立于钟罩径向膨胀。
发明内容
本发明的核心问题是设计一种用于盘式制动器的盘，其具有满足上述需求同时克服针对现有技术所述的缺陷的结构和功能特征。
通过根据权利要求1所述的用于盘式制动器的盘解决了该问题。
附图说明
从参照附图对仅仅是示例性且非限制性的本发明优选实施方式的描述中，将会了解到根据本发明的用于盘式制动器的盘的其它特征和优点，其中：
图1以透视图表示根据本发明的用于盘式制动器的盘；
图2以局部剖面透视图表示图1所示的盘；
图3以局部剖面透视图表示图1所示的盘；
图4以局部剖面正视图表示图1所示的盘；
图5表示沿图4所示的线V-V截取的剖视图；
图6表示沿图7所示的线VI-VI截取的根据本发明的制动带；
图6a表示图6的细节；
图7表示沿图6所示的线VII-VII截取的根据本发明的制动带；
图8a和8b表示根据本发明的制动带制造过程的两个步骤的细节；
图9a和9b和9c表示根据本发明的制动带的细节的三个不同实施方式；
图10表示沿图4和5的线X-X截取的剖视图；
图11a-11e是用于制造根据本发明的盘的方法的后续步骤。
具体实施方式
参照上述附图，1总体上表示根据本发明用于车辆(例如汽车)的盘式制动器(未示出)上的盘。
盘1具有基本圆形形状，其绕着由x-x表示的对称轴线延伸，并且可以被限定在中间平面内，其轮廓由图6中的虚线表示。
盘1包括支承钟罩2和与支承钟罩2同轴的制动带3，该制动带具有多个适于将制动带3连接至支承钟罩2的连接构件4。
支承钟罩2包括意于以常规方式连接在车辆轮毂上的中心部分5，以及例如在基本上平行于x-x轴线的方向上从中心部分5悬臂伸出的周围环形部分6。
制动带3通过具有预设厚度S和高度H的环形盘构成，其通过支承钟罩2的周围环形部分6而被同轴支承。制动带3用于与盘式制动器钳盘配合以，对车辆施加制动作用。
特别参照图8b和图9a，每个连接装置4均例如由具有四边形截面的棱形突出件构成，其适于将制动带3径向相连至支承钟罩2。在图9a中示出了：棱形突出件的两个侧面40如何平行于穿过突出件4中心的r-r径向轴线。
或者，还可以采用具有不同形状的突出件。
特别参照图9b，例如，突出件4的侧面40彼此并不平行。它们各自限定出与穿过突出件中心的径向轴线r-r相平行的方向r’-r’所成的角度α。角度α可以根据具体的设计要求，从0°变化到3°。因而，限定在两个相对面40之间的角度2α可以从0°变化到6°。
再次特别参照图9c，突出件4在其第一长度上具有平行的侧面40，所述第一长度与根部邻接并且会聚在第二端长度上，在那里形成倒角42。换句话说，图9c所示的突出件与图9a所示的突出件类似，在其径向靠近轴线x-x端部的尖锐边缘已被倒角。
除了与具有平行侧面40的图9a几何形状相同之外，具有倒角尖锐边缘的图9c的构造也可以采用类似于图9b所示的具有略微倾斜面的几何形状。
与所选择的几何形状无关，单个突出件4的侧面40被布置成将它们的表面粗糙度限制在预设值内。优选地，突出件的侧面40具有小于6.4×10-6米的平均表面粗糙度。
连接构件4(也就是突出件)与制动带3制成一个部件，以与成为一体。
从附图中可以看到，突出件4通过圆角44而与制动带3的主体相连。更具体地说，应该从图6a中看到制动带的截面的细节，并且从图8a和8b的中间平面上看到该截面细节。在设计过程中限定特定的联接半径时，应该考虑用于以已知方式制造制动带3所采用的材料类型。
突出件4被装在支承钟罩2的周围环形部分6内的相应半径壳体8内。这些半径壳体8由与钟罩主体2制成一个部件(例如与其成为一体)的壁80所限定。
通过将在下文描述的方法设置的半径壳体8优选地与相应突出件4的侧面40或其至少一定长度互补。
换句话说，半径壳体8至少部分地环绕突出件4，以限制突出件在轴向和切向上的移动。
突出件4与壳体8之间的连接并非过盈连接，相反，其具有间隙，尽管非常小。
侧面40和壁80的表面彼此紧密连接，但相互不形成任何粘结。换句话说，侧面40和壁80的表面紧密相连且不相交。
有鉴于此，本领域技术人员将会认识到：壁80和侧面40都被这样制成，即使得尽管由于侧面40压靠在壁80上而防止了轴向和切向上的移动，但不会通过任何结构防止单个突出件4在单个壳体8内的径向移动。
具体地说，构成突出件4和壳体8的壁80的两种材料的宏观装配或微观伸缩都不会阻碍所述径向移动。在具有更大表面粗糙度的情况下会发生这些微观伸缩。
特别参照图11，用于制造根据本发明所述盘的上述方法首先设置了由适当材料(例如铸铁)制成的制动带3。
有利地是，利用实质上已知的方式，通过铸造例如在砂型70内提供制动带3。在制动带的这一制造步骤中，还制造连接构件4(例如上述突出件4)。
特别有利地是，在该铸造步骤中，在制动带3本身以及突出件4的侧面40上设置原料(stock)35，45。在图6中画出了去除原料35之后制动带3的表面30的轮廓情况；在图6中，在图6a和图8a的详细视图中，画出了去除原料45之后突出件4的侧面40的轮廓情况。
为使制动带具有所需厚度S，同时使突出件4具有所需尺寸，必须去除在铸造步骤中所设置的原料。
去除原料的这一步骤可以通过机床以本身已知的方式完成。图8a和8b分别表示在铸造步骤结束和在去除原料45的步骤结束时的两个突出件4。
根据一种实施方式，在该步骤中还限定了突出件4的几何形状。特别是，如上所述可以将所述面40设置为平行，或者将它们设置成彼此相对偏离较小角度，优选地包括0°和6°。
与所述面40的平行性选择同时并相独立地，还可以决定是否设置倒角42或使所述面40的端部具有尖锐边缘。
根据所述方法的一种实施方式，在该加工步骤中，突出件的面具有所需的表面粗糙度。特别地，表面粗糙度Ra优选小于6.4×10-6米。
根据所述方法的另一实施方式，在制动带的制造步骤中，在制动带3的突出件4上不设置任何原料45，使得其已经具有所需几何形状。例如，可以通过冷硬铸造(chill casting)代替砂型铸造获得制动带。因此，可以改善对通过铸造制成的部件形状的控制。根据该方法，由于制动带3的制造步骤允许控制几何形状，因此表面磨光步骤甚至是多余的。实际上，例如通过冷硬铸造制成的突出件4可能已经具有适当的表面粗糙度，而无需进一步的加工来避免产生微观伸缩。
一旦制动带3和突出件4已经达到所需尺寸和表面粗糙度，则用于制成根据本发明所述盘的方法设置成将制动带放置在用于铸造支承钟罩2的铸模72内。在图11c中示意性示出的铸模72容纳制动带3，以使突出件4伸向与钟罩2的形状互补的空腔2’的内部。
此后，将用于形成钟罩2的熔融金属(优选例如铝合金这样的轻合金)浇铸在空腔2’内。
这样，在支承钟罩2中，制成了用于每个突出件4的壳体8。由此形成的侧面40和壁80的表面彼此紧密连接，而不会产生任何相互粘结。
特别地，壁80和侧面40都被制造成允许单个突出件4在单个壳体8内径向移动，而由于侧面40压靠在壁80上，从而防止了轴向和切向移动。
特别地，构成突出件4和壳体8的壁80的两种材料的宏观装配或微观伸缩都不会阻止所述径向移动。可以在具有更大表面粗糙度的情况下发生这些微观伸缩。
根据所述方法的一种实施方式，在实施支承钟罩2的铸造之前，对突出件4涂敷保护层。因而，可以确保连接间隙最小，并以甚至更大的可靠性避免了支承钟罩2的材料以及制动带3的材料可能发生的任何微观伸缩。
该保护层可以由例如粉末石墨或装有粉末石墨的树脂制成。在这种情况下，在制造钟罩2时，由于与保护层形成接触的铝合金的温度，因此保护层发生碳化，并且又转换成通过摇动或通过设置压缩空气的喷射而易于去除的粉末石墨。因而可以确保每个突出件4与相应壳体8的连接具有略微更大的间隙。
在钟罩的铸件已经固化之后，执行铸模的打开步骤，以提供根据本发明的盘。
本领域技术人员将会认识到根据上述根据本发明的方法制成的根据本发明的盘克服了现有技术中存在的问题。
特别地，当采用根据本发明的盘1时，尽管制动带3达到了高温，但除了在其表面上的热膨胀之外不会发生任何变形。实际上，由于每个突出件4能够在其壳体8内径向滑动，因此制动带3可以独立于支承钟罩2在其平面上自由膨胀。
允许突出件4在壳体8内径向滑动的微小间隙可以例如在第一操作循环过程中得到限定。侧面40和壁80的不良表面粗糙度允许突出件4从刚开始就沿壳体8滑动。第一滑动循环确定了消除了任何微小起伏，并由此限定了连接间隙。
在突出件4具有基本上平行的相对侧面40的盘1的实施方式中，允许在制动带3的热膨胀最大时极为有利。实际上，由于面40的平行，因此对于因制动带3的热膨胀而引起的任何突出件4的任何径向位移，都不会随之产生突出件4与壳体8的连接间隙的任何增大。
在相对侧面40之间设置小角度2α的盘1的实施方式可以在不可忽略突出件4的热膨胀时更为有利。实际上，由于存在小角度2α，因制动带3的热膨胀所引起的每个突出件4的径向位移使每个突出件4能够膨胀，而又不会存在卡在壳体8内的任何危险。
在径向靠近轴线x-x的端部使侧面40的尖锐边缘具有倒角42的盘1的实施方式允许提高在每一次使用期结束时在盘1的冷却步骤中的舒适性。实际上，由于存在倒角42，因此在每个突出件4向轴线x-x的微小径向位移过程中，由于每个突出件4在其壳体8内滑动，从而获得明显的噪声降低。
通过使面40相对于穿过突出件4的中心的径向轴线r-r偏转小角度α，也获得类似效果。
特别地，应该指出，与制动带3制成一个部件的突出件4能够承受高切向载荷，并由此传递极大的制动转矩。特别地，设置的圆角44可以使应力从突出件到制动带得到最佳分配，反之亦然。
类似地，与支承钟罩2制成一个部建的壳体8的壁80也能够承受高切向载荷，并由此传递极大的制动转矩。
根据盘1的优选实施方式，总的制动转矩被分布在适当数量的突出件4上。在附图中示出的特定实施方式，例如在12个突出件上分布总转矩。突出件的数量优选大于6个，然而更优选是大于10个。
在附图中示出的突出件4和壳体8的特定几何形状还可以在突出件4的侧面40与壳体8的壁80的宽接触表面上向每个突出件分布适当定量的单个制动转矩。这样，可以显著减小侧面40与壁80连接上的应力峰值。
显而易见的是，为了满足偶然和具体的要求，本领域技术人员能够对根据本发明的盘式制动器的盘实施多种修改和变形，然而所有这些都被认为是处于例如由以下权利要求限定的本发明的保护范围内。
因而，例如突出件4的侧面40的表面磨光步骤可以通过其它已知方法例如通过在包含研磨构件的振动槽内浸入工件来完成。
或者，突出件4的所述截面可以从上述的矩形进行变化，足以通过相应方式也使径向壳体的所述截面发生变化。

Claims (26)

1.一种用于盘式制动器的盘，包括：限定出旋转轴线x-x并具有多个径向壳体(8)的支承钟罩；与所述旋转轴线x-x基本同轴的制动带(3)；以及适于将制动带(3)连接至支承钟罩(2)的多个连接构件(4)，其中：
所述连接构件(4)从所述制动带(3)伸出，以与所述相应的径向壳体(8)相结合；
所述连接构件(4)与所述制动带(3)是一体的并制成一个部件；以及
所述连接构件(4)被装在所述径向壳体(8)内，并由与制成钟罩(2)一体并制成一个部件的壁(80)至少部分地环绕，以在轴向和切向上得到紧固，并且在径向上不受约束。
2.如权利要求1所述的盘，其中，所述连接构件包括若干突出件(4)。
3.如在前权利要求中任意项所述的盘，其中，所述连接构件(4)具有四边形截面。
4.如在前权利要求中任意一项所述的盘，其中，所述连接构件(4)包括侧面(40)。
5.如权利要求4所述的盘，其中，所述侧面(40)相互平行。
6.如权利要求4所述的盘，其中，所述侧面相互偏转角度2α。
7.如权利要求6所述的盘，其中，所述角度2α为从0°-6°。
8.如权利要求4-7中任意一项所述的盘，其中，所述侧面(40)包括倒角(42)。
9.如权利要求4-8中任意一项所述的盘，其中，所述侧面(40)具有小于6.4×10-6米的平均表面粗糙度Ra。
10.如在前权利要求中任意一项所述的盘，其中，在所述制动带(3)与所述连接构件(4)之间布置有倒圆角(44)。
11.如在前权利要求中任意一项所述的盘，其中，所述连接构件(4)和所述壳体(8)的所述壁(80)紧密相连且不相交。
12.如在前权利要求中任意一项所述的盘，其中，所述连接构件(4)与所述壳体(8)的连接是有间隙的连接。
13.一种用于制造盘式制动器的盘的方法，包括以下步骤：
制造限定出旋转轴线x-x的制动带(3)；
在所述制动带(3)上布置多个从所述制动带(3)伸出的连接构件(4)，所述连接构件(4)与所述制动带(3)是一体的并制成一个部件；
制造与所述旋转轴线x-x基本上同轴的支承钟罩(2)；
在所述支承钟罩(2)上布置由与所述支承钟罩(2)一体并制成一个部件的壁(80)限定出的多个径向壳体(8)，所述壳体适于至少部分地容纳所述连接构件(4)，以将它们在轴向和切向上紧固，并且使它们能够在径向上滑动。
14.如权利要求13所述的方法，其中，制造所述制动带的所述步骤包括铸造步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述铸造步骤包括砂型铸造步骤。
16.如权利要求14所述的方法，其中，所述铸造步骤包括冷铸步骤。
17.如权利要求13-16中任意一项所述的方法，其中，制造所述制动带(3)的所述步骤之后是去除原料(35，45)的步骤。
18.如权利要求13-17中任意一项所述的方法，其中，制造所述制动带(3)的所述步骤包括在所述连接构件(4)上设置倒角(42)的步骤。
19.如权利要求13-18中任意一项所述的方法，其中，制造所述制动带(3)的所述步骤包括对所述连接构件(4)进行表面磨光的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，其中，对所述连接构件(4)进行表面磨光的所述步骤允许获得小于6.4×10-6米的平均表面粗糙度Ra。
21.如权利要求13-20中任意一项所述的方法，其中，制造所述制动带(3)的所述步骤之后是在所述连接构件(4)上布置表面保护层的步骤。
22.如权利要求21所述的方法，其中，在所述连接构件(4)上布置表面保护层的所述步骤包括布置含有石墨的保护层的步骤。
23.如权利要求13-22中任意一项所述的方法，其中，制造所述支承钟罩(2)的所述步骤在制造所述制动带(3)的所述步骤之后。
24.如权利要求19所述的方法，其中，制造所述支承钟罩的所述步骤在对所述连接构件(4)进行表面磨光的所述步骤之后。
25.如权利要求13-24中任意一项所述的方法，其中，制造所述支承钟罩的所述步骤包括铸造步骤。
26.如权利要求21所述的方法，其中，在制造所述支承钟罩(2)的所述步骤之后是去除所述表面保护层的步骤。
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