CN109058329A - 一种铝基复合材料轴装制动盘 - Google Patents

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Abstract

一种铝基复合材料轴装制动盘，该制动盘包括：盘体(1)、压圈(2)、盘毂(3)、定位销(4)、螺栓紧固系统(5)，法兰I(6)和法兰II(7)位于盘体(1)内圈，沿径向与盘体的摩擦环(10)连成一体，通过连接柱I(11)和连接柱II(12)轴向连成一体，在法兰I(6)、法兰II(7)、连接柱I(11)和连接柱II(12)上开设通孔(9)，在法兰I(6)上均布销槽(8)，盘毂(3)上均布沉孔(13)，盘体(1)和盘毂(3)通过定位销(4)实现周向定位并传递部分扭矩，盘体(1)、盘毂(3)和压圈(2)通过螺栓紧固系统(5)实现轴向定位，解决了现有的铝合金制动盘连接法兰根部应力集中致裂和单一摩擦扭矩制动的问题。

Description

一种铝基复合材料轴装制动盘
技术领域
本发明涉及一种轨道车辆用铝基复合材料轴装制动盘，该制动盘盘体采用铸造成型，适用于城市轨道列车。
技术背景
中国正在大规模快速建设地铁、城铁和高速铁路。城市轨道列车的运行速度不断提高，速度100km/h以上的城市轨道车辆业已开通运行。
随着城市轨道列车运行速度的提高，列车的动能大幅增加，原有的踏面制动会导致车轮温升过高，影响车轮的服役寿命，所以80km/h以上的城市轨道列车将采用盘形制动。
国内外已研发出的制动盘材料主要包括：铁系、钢系、铝基复合材料、C/C复合材料。铝基复合材料制动盘具有重量轻、耐磨性好、寿命长、制动无噪声等突出特点，目前已在少数国家和地区的城市轨道车辆上应用，最高时速达到160km/h。
铝合金的耐磨性较差，为了适用于列车制动时的服役工况要求，需要在铝合金中添加耐磨颗粒，制备出颗粒增强铝基复合材料，以提高耐磨性和强度，但受到铝合金基体强度的限制，铝基复合材料的强度偏低、塑韧性较差。制动盘的服役工况复杂，承受多种力场的耦合作用。在制动过程中，列车的动能通过制动盘与闸片的摩擦转变成热能，绝大部分的热能输入到制动盘内部使其温度升高，制动盘结构的不均匀性和自身的结构变形约束，导致制动盘内部存在较大的内应力，加之铝基复合材料制动盘的强度和塑性偏低，容易造成铝基复合材料制动盘的脆断失效，所以对于铝基复合材料制动盘而言，其结构设计的重要性是不言而喻的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：由于铝基复合材料的强度偏低、塑韧性较差，导致铝基复合材料制动盘在服役过程中的热应力致裂和单一摩擦扭矩制动问题。
本发明的技术方案：一种铝基复合材料轴装制动盘，该制动盘包括：盘体(1)、压圈(2)、盘毂(3)、定位销(4)、螺栓紧固系统(5)，法兰I(6)和法兰II(7)位于盘体(1)内圈，沿径向与盘体的摩擦环(10)连成一体，通过连接柱I(11)和连接柱II(12)轴向连成一体，在法兰I(6)、法兰II(7)、连接柱I(11)和连接柱II(12)上开设通孔(9)，在法兰I(6)上均布销槽(8)，盘毂(3)上均布沉孔(13)，盘体(1)和盘毂(3)通过定位销(4)实现周向定位并传递部分扭矩，盘体(1)、盘毂(3)和压圈(2)通过螺栓紧固系统(5)实现轴向定位。
本发明的有益效果：
盘体(1)采用双层、环状法兰，有效的降低了现有制动盘盘体结构中齿形连接法兰与连接柱或摩擦环在连接位置处的应力集中，以及由此导致的热应力致裂；盘体(1)的摩擦环(10)变厚度，所在位置半径越大厚度越小，此种材料分布特点可以降低盘体(1)和盘毂(3)装配部位的温度，有效缓解盘体(1)和盘毂(3)材料热膨胀系数差别导致的不利影响；制动盘采用了定位销(4)结构，可以实现盘体(1)和盘毂(3)周向定位并传递部分制动扭矩，由单一的摩擦扭矩制动变为机械扭矩和摩擦扭矩联合制动，降低装配时的螺栓预紧力，提高螺栓服役安全性。通过以上措施，制动盘的制动服役寿命和安全性得到提高，社会和经济效益明显。
附图说明
图1为铝基复合材料轴装制动盘轴测图(剖视)；
图2为铝基复合材料轴装制动盘盘体轴测图(剖视)；
图3为铝基复合材料轴装制动盘盘体的中间位置水平剖面图；
图4为铝基复合材料轴装制动盘盘毂轴测图；
图5为铝基复合材料轴装制动盘压圈轴测图；
图6为铝基复合材料轴装制动盘定位销轴测图；
图中，1-盘体，2-压圈，3-盘毂，4-定位销，5-螺栓紧固系统，6-法兰I，7-法兰II，8-销槽，9-通孔，10-摩擦环，11-连接柱I，12-连接柱II，13-沉孔。
具体实施方式
结合附图对本发明作进一步说明：
实施例一
一种铝基复合材料轴装制动盘，见图1。该制动盘包括：盘体1、压圈2、盘毂3、定位销4、螺栓紧固系统5。
盘体1具有双层、环状法兰，分别为法兰I 6和法兰II 7，两层法兰分别与盘体1的两摩擦环连成一体，两个摩擦环之间通过柱状散热筋相连，散热筋以正六边形分布，在法兰I 6、法兰II 7、连接柱I 11和连接柱II 12上开设通孔9，在法兰I 6上均布销槽8，销槽8的数量为3个，通孔9的数量为12个，盘体1的摩擦环10变厚度，所在位置半径越大厚度越小，见图2和图3。
盘毂3采用环状法兰，法兰上均布12个安装孔，其中3个安装孔上开设沉孔13，用于安放定位销4，为了盘毂3和盘体1安装方便，盘毂3表面采用阶梯结构，盘毂3上开设定位孔，插入销钉，实现压圈的周向定位，见图4。
压圈2为环状结构，其上均布12个安装孔，开设一个定位槽，采用7050材料锻造成型，见图5。
定位销4采用中空柱状结构，与盘毂3和盘体1为过渡配合装配，材料为65Mn见图6。
盘体1和盘毂3通过定位销4实现周向定位并传递部分扭矩，盘体1、盘毂3和压圈2通过螺栓紧固系统5实现轴向定位。
盘体1的材料为颗粒增强铝基复合材料，采用真空调压铸造成型。

Claims (5)

1.一种铝基复合材料轴装制动盘，该制动盘包括：盘体(1)、压圈(2)、盘毂(3)、定位销(4)、螺栓紧固系统(5)，法兰I(6)和法兰II(7)位于盘体(1)内圈，沿径向与盘体的摩擦环(10)连成一体，通过连接柱I(11)和连接柱II(12)轴向连成一体，在法兰I(6)、法兰II(7)、连接柱I(11)和连接柱II(12)上开设通孔(9)，在法兰I(6)上均布销槽(8)，盘毂(3)上均布沉孔(13)，盘体(1)和盘毂(3)通过定位销(4)实现周向定位并传递部分扭矩，盘体(1)、盘毂(3)和压圈(2)通过螺栓紧固系统(5)实现轴向定位。
2.按照权利要求1所述一种铝基复合材料轴装制动盘，其特征在于，销槽(8)和沉孔(13)的数量均为3个。
3.按照权利要求1所述一种铝基复合材料轴装制动盘，其特征在于，盘体(1)的摩擦环(10)变厚度，所在位置半径越大厚度越小。
4.按照权利要求1所述一种铝基复合材料轴装制动盘，其特征在于，盘体采用柱状散热筋且沿线性分布，铸造工艺性好。
5.按照权利要求1所述一种铝基复合材料轴装制动盘，其特征在于，制动盘压圈(2)采用7050锻造成形。
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