CN108138877B - 磨损优化的片设计 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有减小的磨损特性的用于盘式制动器的制动片。制动片被构造成制动片摩擦材料的分布朝向制动片的径向外部区域加重，片材料的侧面与以在盘式制动器的制动盘的旋转轴线处为原点的径向线路大体对齐。制动片摩擦材料分布导致制动片和制动盘之间的制动施加压力减小，同时获得通过具备可比性的大体矩形制动片提供的相同的制动力，这导致制动片磨损更少而制动力水平相同。

Description

磨损优化的片设计
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年9月3日提交的美国申请No.14/844，813的利益，其内容通过引用的方式而被全部结合于此。
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的盘式制动器，特别地，涉及一种诸如在商用车辆上利用的空气操作盘式制动器的盘式制动器中的制动片。
背景技术
图1显示商用车辆空气操作盘式制动器的实例。在图1的实施例中，盘式制动器1包括制动盘2，制动盘2在绕着其旋转轴线B的方向A上旋转。跨越制动盘2的制动钳3固定到载体安装件4，载体安装件4又通常通过扭矩板或制动支架(未示出)固定到车轴。在本实施例中，载体安装件4接收并且支撑钳3和制动片6。在本实施例中，钳3通过被安装在钳的致动器安装面5上的气动致动器(未示出)致动。致动器对包含在钳3内的制动片应用机构作用，以抵靠制动盘2按压制动片6，从而使车辆减慢。本发明不局限于特定类型的制动致动器，例如，可以使用气动致动器或者电动致动器。本发明也不局限于特定类型的制动钳安装件布置。例如，制动钳可以以被固定在载体上的方式被安装，或者可以是滑动钳。
在诸如商用车辆盘式制动器的盘式制动器应用中，制动片通常具有大体矩形形状，一部分是因为对盘式制动器组件的大小和构造上的限制(盘式制动器必需存在于由轮缘提供的空间高度限制的外壳内)，一部分是因为下面进一步讨论的成本和结构上的限制。图4显示这种先前的制动片的实例。
先前的制动片20的共同特征是它们具有基本平行的侧面22、23等等，朝向邻近的制动片抵接表面面向制动盘的圆周方向的制动片侧彼此平行。大体矩形形状可以包括稍微弯曲以大体跟随制动盘的曲率的制动片24、25的径向内侧和径向外侧，如图4所示，或者在径向外侧的情形下，跟随制动钳的邻近外部区域的形状。(未示出)。使用制动片的平行侧面在某种程度上已经是商用车辆盘式制动器中的事实标准，部分是因为实际制造上的考虑(例如，成本较低的制动片抵接表面和平行侧制动片背板的加工)，部分是因为确保足够的制动片抵接强度、磨损和制动力吸收性能的结构上的原因。
由于它们的大体矩形形状，先前的商用车辆盘式制动片呈现为从制动片的一个侧面到另一个侧面宽度和高度轮廓基本恒定的制动盘。这种制动片形状在制动操作期间具有几个缺点。这些缺点当中有，从制动盘到制动片的具体制动能量传送越过制动片的径向高度不是恒定的。反而，该能量传送以相对于制动盘的旋转轴线的径向高度的函数而变化(即，制动扭矩以与制动盘旋转轴线的距离的函数而变化，其中，力x距离＝扭矩)，并且以不同径向高度处的制动片摩擦材料的摩擦表面的长度的函数而变化。结果，到制动片的能量传送和所产生的制动片的局部化磨损越过制动片摩擦材料的面而不一致。这可能导致在制动片的一些区域中摩擦材料的过早磨损，并且由此缩短制动片必须被替换之前的时间。
发明内容
本发明通过提供一种制动片来解决该问题以及其它问题，该制动片在越过制动片内衬材料(lining material)的面具有更有效且均匀的制动能量传送分布。本发明的方法提供更均匀的片内衬材料磨损，由此延长制动片的服务寿命。改善的制动片性能也使得能够通过允许使用更小的制动片来减小总体制动器大小，同时仍然提供良好的制动性能。
在本发明的实施例中，制动片内衬材料，以及优选地，承载内衬材料的制动片背板，具有大体圆弧形轮廓，该内衬材料的径向外部部分在圆周方向上具有比在制动片的径向内部部分处的内衬材料的宽度长的宽度。优选地，作为从制动盘旋转轴线开始的径向距离的函数的制动片内衬材料的宽度通过沿着在制动盘的旋转轴线处或附近相交的径向线路使内衬材料的侧面大体对齐而建立。制动片的侧面不需要被准确地与从旋转轴线开始的径向线路对齐；更确切些，本发明预期在制动片的径向外部区域处内衬材料宽度最大，同时在内衬材料的径向内部区域处宽度更小。相交点到制动盘转子的中心越近，在片盘接口处的能量分布越有效。
本发明的另一个进一步优势在于，在制动片的径向内部区域中宽度减小允许制动片载体的抵接面与制动片的侧面满足沿着更加近似垂直于从旋转轴线的半径的线路。该布置允许制动片的侧面与片载体的片抵接表面之间垂直于或几乎垂直于抵接线路地传送制动力。这使抵接力在抵接表面上更均匀地分布，即，更均匀的(并且由此更低的)接触压力，帮助使得制动片振动和相关的制动噪声最小化，改善疲劳寿命性能且减少组件磨损。
此外，该布置可以帮助减少“片反冲(padkick)”的作用，其是一种制动片的就地旋转，其可以由于片振动而产生不想要的制动施加噪声、增加对通常的制动片保持硬件(例如，越过片的板簧)的疲劳损害以及增加对制动片和/或制动钳安装结构的磨损和损害。图4中提供片反冲的图解。当制动片101抵靠在方向DR上旋转的制动盘(未示出)的摩擦表面而被应用时，制动盘的旋转引起制动片101和其邻近安装件抵接表面(未示出)之间的运动和反作用力。在制动片的前缘102，制动片响应沿着制动片的面的摩擦力而尝试在方向LU上向上移动(这里通过越过制动片101的面的力箭头图解)。在制动片的后缘103，制动片尝试在方向TD上向下移动。然而，因为制动片101通过邻近的安装件抵接表面而被抑制，所以制动片的总体运动大体上是绕着平行于制动盘旋转轴线的轴线的旋转。该运动在制动施加期间可以是单向的，或者可以将其自身表现为在其安装件中制动片的中度至重度振荡，从而显著增加抵接制动片和安装件表面的磨损。
本领域技术人员将会认识到制动片支撑功能可以通过被设计成支撑制动片的制动钳安装件，或者通过与钳安装结构分离的制动片载体来提供。为了便于描述，术语钳载体、钳安装件和制动片载体可以被相互交换，而不旨在将制动片支撑结构限制成任何具体的制动片和制动钳承载结构。
本发明的进一步优势在于在制动片的径向内部区域中宽度减小允许诸如在待审的申请系列No.14/640，152中公开的那样制动片保持特征被移动为更靠近在一起，以使得能够进一步减小盘式制动器组件的大小，同时通过在仍然将总体制动器大小保持在轮缘以及其它附近组件的空间限制的外壳内的同时增加制动片内衬表面面积，来维持期望水平的制动性能和/或增加制动性能来。
附图说明
当连同附图考虑时，根据以下详细的描述，本发明的其他目的、优势和新颖的特征将变得显然。
图1是盘式制动片的斜视图。
图2是根据本发明实施例的制动片的斜视图。
图3是图2中的制动片的正视图。
图4是已知的大体矩形的制动片的正视图，其被注释以图解响应于制动施加的片运动。
图5是被构造成补充图2的制动片的载体安装件的实施例的正视图。
具体实施方式
图2是本发明的实施例的斜视图，其中，制动片10包括其上粘贴有制动片摩擦材料19的背板11。如图3所示，制动片10的侧面12、13沿着从制动盘2的旋转轴线(未图示)延伸的半径大体对齐。制动片10的径向内侧14和径向外侧15大体跟随制动盘的曲率稍微弯曲。
本实施例中的制动片背板包括侧向突起16，侧向突起16被形成为以在待审的申请系列No.14/640,152中公开的方式接合载体安装件4中的对应的制动片保持特征，从而即使在缺乏任何其他的制动盘保持装置的情况下，一旦被接合在载体安装件的接收特征中，制动片肯定被保持在盘式制动器内。本实施例中的背板20也包括径向外部特征，包括适用于接收制动片振动抑制和/或诸如板簧的反应装置(未图示)的端部的钩部分17和被构造成接收制动磨损传感器(未示出)的缺口18。制动片背板侧向突起、钩部分和磨损传感器缺口是本实施例的特征，但不是本发明所需要的。
就制动能量而言本发明的性能、制动施加压力和减小的制动片材料磨损借助于图3和如下公式来图解。
图3是本发明制动片的图2的实施例的示意性注释正视图。如该图所示，以旋转轴线O为中心，由片材料30的圆弧所跨越的角度是制动盘
Figure BDA0001605854440000041
片材料的内径和外径分别是r1和r2。在以下的积分计算中使用的压力P1(P2)被施加在上面的增量面积是dAB1(dAB2)。
使用该命名法，在每个增量面积dA中从制动盘到制动片的能量传送被叙述为：
Figure BDA0001605854440000042
其中
Figure BDA0001605854440000043
且
Figure BDA0001605854440000044
在任何半径r处的具体能量是
Figure BDA0001605854440000045
增量面积是：
dAS(r)＝2πrdr [3]
并且因此具体的能量传送是
Figure BDA0001605854440000051
其中K是常量。
已知制动片材料磨损率和施加于制动盘和片材料之间的压力具有1：1的关系：
Δh＝KPvt [5]
其中，h是片磨损，P是施加的压力，k是磨损系数(取决于材料)，以及v是速度。压力和磨损因此具有直接关系。
压力分布函数(以及因此片材料磨损)可以从具体的能量传送公式获得：
Figure BDA0001605854440000052
该关系允许评估两个制动片形状之间的磨损性能的相对变化。保持其它变量恒定，两个片形状之间的压力(和磨损)比是：
Figure BDA0001605854440000053
在根据本发明的制动片的情形下，相较于具有相同的内径高度和外径高度的大体矩形制动片，当两个制动片都被应用以产生相同量的制动力时，相较于大体矩形制动片，本发明在制动片的径向外部区域处制动片圆弧长度更大导致以更低的局部压力产生更大的制动力，同时减小在制动片的径向内部区域处从片材料所需要的制动力的量。
例如，在现有的大体矩形制动片与本发明制动片形状的一项比较中，本发明制动片在制动盘的径向外部区域具有20cm的更大的圆弧长度(该圆弧角度
Figure BDA0001605854440000054
近似为五度，如通过制动盘的半径和现有的矩形制动片的初始圆弧长度所确定的)。尽管本发明的“楔形”制动片的整个制动片表面面积减小了4％，但是，由于片材料沿着制动片的径向高度分布的改变所导致的制动施加压力和制动力的重新分布导致P1/P2制动施加压力比减小的减小，同时仍获得1.31：1的相同制动力。换句话说，尽管制动片材料面积减小，但是利用本发明的制动片布置，磨损率比现有的大体矩形制动片减小31％。
图5是被构造成补充图2的制动片的优选的载体安装件26的正视图，其具有被构造成响应于在制动盘和制动片之间产生的制动反作用力而在圆周方向上支撑制动片10的载体安装件制动片抵接表面27。这是优选的实施例，然而，没有必要改变载体以获得本发明的许多益处。由于制动片10的侧面12、13(以及因此片抵接表面27)沿着从制动盘旋转轴线延伸的半径大体对齐，所以制动片10的后缘和载体安装件26之间的制动力传送基本上平行于制动盘旋转的切线方向(即，越过垂直于旋转方向的表面)而发生，由此使得趋向于使制动片的后缘相对于其邻近的载体安装件抵接表面27径向向外变化的力最小化。图5还显示该载体安装件实施例的制动片侧向突起接收特征28，其互补地成形为接收制动片10的侧向突起16，以将制动片肯定地保持在盘式制动器内。
以上的公开仅仅是为了说明本发明而提出的，并不是限制性的。由于本领域技术人员可以想到结合本发明的精神和实质的公开实施例的这种修改，因此本发明应该被解释为包括在所附权利要求及其等同物的范围内的所有内容。
参考标记列表：
1 盘式制动器
2 制动盘
3 制动钳
4 载体安装件
5 钳致动器安装面
6 制动片
10 制动片
11 制动片背板
12,13 制动片侧面
14 制动片径向内侧
15 制动片径向外侧
16 背板侧向突起
17 径向外部保持钩
18 径向外部片磨损传感器缺口
19 制动片摩擦材料
20. 制动片
22,23 制动片侧面
24 制动片径向内侧
25 制动片径向外侧
26 载体安装件
27 载体安装件制动片抵接表面
28 载体安装件制动片侧向突起接收特征
101 制动片
102 制动片前缘
103 制动片后缘

Claims (10)

1.一种盘式制动器，其特征在于，包括：
制动钳；
制动片，所述制动片包括制动片背板和被粘贴至所述背板的制动片摩擦材料，和
载体安装件，所述载体安装件具有被构造成接收所述制动片的制动片抵接表面，
其中，
所述制动片包括沿着具有基本上位于所述制动盘的旋转轴线处的共同原点的半径大体对齐的侧面，
所述制动片的侧面包括从所述制动片的下侧面侧向突起的制动片保持特征，
所述载体安装件制动片抵接表面被构造成具有补充所述制动片侧面的形状的形状，并且包括制动片保持特征的接收特征，
所述制动片背板和制动片摩擦材料在所述制动盘的圆周方向上具有圆弧长度，所述圆弧长度在所述制动片的径向外部区域上比在所述制动片的径向内部区域上更大，并且
所述制动片保持特征与所述载体安装件的所述制动片保持特征的接收特征相配合，使得当处于所述制动器中的安装位置时，所述制动片被阻止径向向外移动。
2.如权利要求1所述的盘式制动器，其特征在于，
所述制动片背板的侧面和所述制动片摩擦材料的侧面具有匹配形状。
3.如权利要求2所述的盘式制动器，其特征在于，
每一个所述制动片背板侧面平行于邻近的一个所述制动片摩擦材料侧面。
4.如权利要求1所述的盘式制动器，其特征在于，
所述制动片的所述侧面与所述载体安装件制动片抵接表面具有互补的表面特征，所述表面特征被构造成相配合，以在制动操作期间抵抗径向向外运动而将所述制动片保持在所述盘式制动器中。
5.如权利要求4所述的盘式制动器，其特征在于，
所述制动片侧面表面特征是侧向突起，并且所述载体安装件制动片抵接表面特征是互补的侧向突起接收凹口。
6.如权利要求1所述的盘式制动器，其特征在于，
所述圆弧长度是近似5％的所述制动盘的外周。
7.一种制动片，其特征在于，包括：
制动片背板；和
制动片摩擦材料，所述制动片摩擦材料被粘贴至所述背板，
其中，
所述制动片摩擦材料包括沿着具有共同原点的半径大体对齐的侧面，
所述制动片摩擦材料侧面和所述制动片背板的侧面具有匹配形状，
所述制动片的侧面包括从所述制动片的下侧面侧向突起的制动片保持特征，
当所述制动片处于载体安装件中的安装位置时，所述制动片背板侧面被构造成与所述载体安装件的制动片抵接表面相配合，所述载体安装件具有制动片抵接表面，所述制动片抵接表面沿着具有位于近似所述共同原点处的原点的半径大体对齐，并且
所述制动片保持特征被构造成与所述载体安装件的所述制动片保持特征的接收特征相配合，使得当处于所述制动器中的安装位置时，所述制动片被阻止径向向外移动。
8.如权利要求7所述的制动片，其特征在于，
当处于所述载体安装件中的安装位置时，每一个所述制动片摩擦材料侧面平行于邻近的一个所述载体安装件抵接表面。
9.如权利要求7所述的制动片，其特征在于，
所述制动片的所述侧面具有制动片表面特征，所述制动片表面特征被构造成使得当在安装位置时，所述制动片表面特征与所述载体安装件的互补的表面特征相配合，以在制动操作期间抵抗径向向外运动而将所述制动片保持在所述盘式制动器中。
10.如权利要求9所述的制动片，其特征在于，
所述制动片侧面表面特征是侧向突起，所述侧向突起被构造成接合互补的载体安装件制动片抵接表面侧向突起接收凹口。
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