CN112178092A - 制动盘组件 - Google Patents

Abstract

本发明题为“制动盘组件”。本发明公开了一种制品，所述制品包括结构芯、一个或多个摩擦垫和多个细长紧固件。所述结构芯包括两个芯表面和在所述芯表面之间延伸的多个凹坑。每个摩擦垫包括垫表面和与所述垫表面相对的摩擦表面。每个垫表面包括平坦垫表面和多个凸台，所述平坦垫表面被构造成接触所述芯表面，所述多个凸台从所述第一平坦垫表面延伸并包括孔。每个平坦垫表面为所述相应第一垫表面和所述相应第二垫表面的表面积的至少约50％。所述多个凸台与所述多个凹坑接合以相对于所述结构芯定位所述相应第一摩擦垫和所述相应第二摩擦垫。所述多个细长紧固件穿过摩擦垫的对应凸台的孔以将所述摩擦垫紧固到所述结构芯。

Description

制动盘组件

技术领域

本公开涉及制动盘。

背景技术

飞机制动系统可用于各种目的，诸如用于在地面上操纵时使飞机减速或停止。例如，当喷射动力飞机着陆时，飞机制动系统、各种空气动力学阻力源(例如，翼片、扰流板等)和飞机推力反向器可用于使飞机在期望的跑道距离内减速。一旦飞机充分减速并从跑道朝向其地面目的地滑行，飞机制动系统就可用于使飞机减速并使其在其最终地面目的地处停止。

发明内容

本公开描述了包括结构芯和一个或多个摩擦垫的制动盘组件。摩擦垫包括凸起结构(“凸台”)和垫表面，该凸起结构配合到结构芯的嵌入结构(“凹坑”)中并与其机械地连接，该垫表面接触结构芯的芯表面并与其热连接。摩擦垫可被构造成为制动盘组件提供摩擦表面，而结构芯可被构造成为制动盘组件提供强度并从摩擦垫移除热量。

在一个示例中，制品包括结构芯、第一摩擦垫、第二摩擦垫和多个细长紧固件。结构芯包括第一芯表面、第二芯表面、以及在该第一芯表面和该第二芯表面之间延伸的多个凹坑。第一摩擦垫包括第一垫表面和与该第一垫表面相对的第一摩擦表面。第一垫表面包括被构造成接触第一芯表面的第一平坦垫表面和从该第一平坦垫表面延伸的第一多个凸台，其中该第一多个凸台中的每一个包括第一孔。类似地，第二摩擦垫包括第二垫表面和与该第二垫表面相对的第二摩擦表面。第二垫表面包括被构造成接触第二芯表面的第二平坦垫表面和从该第二平坦垫表面延伸的第二多个凸台，其中该第二多个凸台中的每一个包括第二孔。每个细长紧固件被构造成穿过该第一多个凸台中的对应一个的第一孔和该第二多个凸台中的对应一个的第二孔，以将第一摩擦垫和第二摩擦垫紧固到结构芯。该第一多个凸台和该第二多个凸台被构造成与该多个凹坑接合以相对于结构芯定位相应的第一摩擦垫和第二摩擦垫。第一平坦垫表面和第二平坦垫表面中的每一个包括相应的第一垫表面和第二垫表面的表面积的至少约50％。

又如，方法包括将从第一摩擦垫的第一平坦垫表面延伸的第一多个凸台定位到在结构芯的第一芯表面和第二芯表面之间延伸的多个凹坑中，以使该第一平坦垫表面与该第一芯表面接触。第一摩擦垫包括第一垫表面和与该第一垫表面相对的第一摩擦表面。类似地，方法包括将从第二摩擦垫的第二平坦垫表面延伸的第二多个凸台定位到在结构芯的第一芯表面和第二芯表面之间延伸的多个凹坑中，以使该第二平坦垫表面与该第二芯表面接触。第二摩擦垫包括第二垫表面和与该第二垫表面相对的第二摩擦表面。方法还包括使多个细长紧固件穿过该第一多个凸台中的相应一个的第一孔和该第二多个凸台中的相应一个的第二孔。方法还包括固定该多个细长紧固件以将第一摩擦垫和第二摩擦垫紧固到结构芯。

又如，制动盘包括结构芯和可附接到该结构芯的多个可移除摩擦垫。结构芯的一个或多个结构特征部被构造成与该多个可移除摩擦垫的一个或多个结构特征部配对。因此，结构芯的该一个或多个结构特征部和该多个可移除摩擦垫的该一个或多个结构特征部被构造成将负载从该多个摩擦垫转移到结构芯。结构芯的一个或多个表面被构造成接触该多个可移除摩擦垫的一个或多个表面。结构芯被构造成通过该多个可移除摩擦垫的该一个或多个表面从该多个可移除摩擦垫移除热量。

本公开的一个或多个示例的细节在以下附图和说明书中阐述。本公开的其他特征、目的和优点将从描述和附图以及从权利要求书中显而易见。

附图说明

图1是示出示例性车轮和制动器组件的概念图，该车轮和制动器组件可包括根据本公开的技术形成的制动盘组件。

图2A是根据本公开的示例的示例性制动盘组件的示意性前视图。

图2B是根据本公开的示例的示例性制动盘组件的示意性横截面侧视图。

图2C是根据本公开的示例的示例性结构芯的示意性横截面侧视图。

图2D是根据本公开的示例的示例性摩擦垫的示意性横截面侧视图。

图3是示出根据本公开的示例的组装制动盘组件的示例性技术的流程图。

具体实施方式

本公开描述了制动盘组件，该制动盘组件包括结构芯和与该结构芯连接的一个或多个摩擦垫。

在示例性飞机制动系统中，一个或多个可旋转制动盘(“转子”)可机械地连接到车辆的一个或多个车轮，并且一个或多个静止制动盘(“定子”)可机械地连接到飞机的主体。可旋转制动盘和静止制动盘可交替地花键连接到飞机车轮的扭矩管或车轮边缘以限定制动盘堆叠。为了产生期望的制动力，制动致动器可接合可旋转制动盘和静止制动盘，该旋转制动盘和该静止制动盘可彼此接合。制动盘之间的摩擦将移动的飞机的动能转换为热能，从而使得飞机减速或停止。

根据本公开的原理，制动盘包括结构芯和一个或多个摩擦垫。结构芯包括延伸穿过该结构芯的多个凹坑。每个摩擦垫包括多个凸起的凸台，该多个凸起的凸台配合到结构芯的凹坑中并且将在制动期间由该摩擦垫接收的扭矩的至少一部分转移到该结构芯。每个摩擦垫还可包括与结构芯接触的摩擦垫的高比例诸如大于50％的总表面积，以将热能转移到结构芯以进行耗散。在包括相对的摩擦垫的制动盘中，相对的摩擦垫的对应凸台可使用受到主要拉伸应力的凹陷紧固件直接配合并固定。可针对期望的摩擦特性选择用于该一个或多个摩擦垫的材料，同时可针对期望的机械、腐蚀性和/或热特性选择用于结构芯的材料。

图1是示出根据本公开的示例的示例性车轮和制动器组件10的概念图，该车轮和制动器组件可包括一个或多个制动盘组件。为了便于描述，将主要关于飞机制动器组件来描述本公开的示例。然而，本公开的制品可用于形成除飞机制动盘之外的制动器部件。例如，制动器部件可用作其他类型的制动应用和车辆中的摩擦材料。

在图1的示例中，车轮和制动器组件10包括车轮12、致动器组件14、制动器堆叠16和轴18。车轮12包括轮毂20、车轮支腿凸缘22、凸缘密封件24A和24B、凸耳螺栓26和凸耳螺母28。致动器组件14包括致动器壳体30、致动器壳体螺栓32和柱塞34。制动器堆叠16包括交替的转子制动盘36和定子制动盘38；转子制动盘36构造成相对于定子制动盘38移动。转子制动盘36通过梁键40安装在车轮12上，并且特别是轮毂20上。定子制动盘38通过齿条44安装到轴18，并且特别是扭矩管42。车轮和制动器组件10可支承任何种类的私人、商业或军用飞机或其他类型的车辆。

车轮和制动器组件10包括车轮12，在图1的示例中，车轮12由轮毂20和车轮支腿凸缘22限定。车轮支腿凸缘22可通过凸耳螺栓26和凸耳螺母28机械地固定到轮毂20上。车轮12限定了凸缘密封件24A和24B。在组装期间，可充气轮胎(未示出)可放置在轮毂20上方并通过车轮支腿凸缘22固定在相对侧上。此后，可将凸耳螺母28紧固在凸耳螺栓26上，并且可充气轮胎可用凸缘密封件24A和24B充气，从而为可充气轮胎提供气密密封。

车轮和制动器组件10可经由扭矩管42和轴18安装到车辆上。在图1的示例中，扭矩管42通过多个螺栓46固定到轴18上。扭矩管42支承致动器组件14和定子制动盘38。轴18可安装在起落架(未示出)的撑条或车辆的其他合适的部件上，以将车轮和制动器组件10连接到车辆。

在车辆运行期间，可能需要不时地进行制动，诸如在飞机的着陆和滑行过程期间。车轮和制动器组件10被构造成经由致动器组件14和制动器堆叠16向车辆提供制动功能。致动器组件14包括致动器壳体30和柱塞34。致动器组件14可包括不同类型的致动器，诸如例如电气-机械致动器、液压致动器、气动致动器等中的一个或多个。在操作期间，柱塞34可延伸远离致动器壳体30，以针对压缩点48轴向压缩制动器堆叠16以进行制动。

制动器堆叠16包括交替的转子制动盘36和定子制动盘38。转子制动盘36安装在轮毂20上，以便通过梁键40进行共同旋转。定子制动盘38通过齿条44安装到扭矩管42上。在图1的示例中，制动器堆叠16包括四个转子和五个定子。然而，在其他示例中，可在制动器堆叠16中包括不同数量的转子和/或定子。

在一些示例中，转子制动盘36和定子制动盘38可分别通过梁键40和齿条44安装在车轮和制动器组件10中。在一些示例中，梁键40可围绕轮毂20的内部部分周向地间隔开。例如，梁键40可成形为具有相对的端部(例如，矩形的相对侧)，并且可具有机械地固定到轮毂20的内部部分的一个端部和机械地固定到轮毂20的外部部分的相对端部。梁键40可与轮毂20一体形成，或者可与轮毂20分离并机械固定到轮毂20，例如，以在转子制动盘36与轮毂20之间提供热障。为此，在不同的示例中，车轮和制动器组件10可包括隔热罩(未示出)，其径向向外延伸并向外围绕制动器堆叠16，例如，以限制在制动器堆叠16与车轮12之间的热转移。

在一些示例中，齿条44可围绕扭矩管42的外部部分周向地间隔开。照此，定子制动盘38可包括沿制动盘的内径的多个径向向内设置的凸耳槽，该凸耳槽构造成与齿条44接合。类似地，转子制动盘36可包括沿制动盘的外径的多个径向向内设置的凸耳槽，该凸耳槽构造成与梁键40接合。照此转子制动盘36将随着车轮的运动而旋转，而定子制动盘38保持静止，允许相邻的定子制动盘38和转子制动盘36的摩擦表面彼此接合，从而使车轮12的旋转减速。

转子制动盘36和定子制动盘38可提供用于制动飞机的相对的摩擦表面。随着移动的飞机的动能在制动器堆叠16中转换成热能，制动器堆叠16中的温度可能快速升高。照此，形成制动器堆叠16的转子制动盘36和定子制动盘38可包括能够在非常高的温度下操作并快速散热的坚固的热稳定材料。随着将扭矩施加到制动器堆叠16，制动器堆叠16中的应力可增大。照此，形成制动器堆叠16的转子制动盘36和定子制动盘38可包括能够在非常高的应力下操作的高强的耐腐蚀材料。然而，这些热特性和结构特性可能不可在单一材料中获得。例如，具有高热稳定性的材料可能不会有效地转移热量或提供高强度。

在一些示例中，转子制动盘36的至少一个转子制动盘和/或定子制动盘38的至少一个定子制动盘由结构芯和在该结构芯的一个或多个侧面上的一个或多个摩擦垫形成。图2A是根据本公开的示例的示例性制动盘组件100的示意性前视图，而图2B是根据本公开的示例的图2A的示例性制动盘组件100的示意性横截面侧视图。制动盘组件100包括结构芯102和在结构芯102的一个或多个侧面上的多个摩擦垫。在图2A和图2B的示例中，该多个摩擦垫包括第一摩擦垫104A和第二摩擦垫104B(单独地称为“摩擦垫104”且共同地称为“多个摩擦垫104”)。

制动盘组件100可用于转子制动盘36和/或定子制动盘38中的任何一个或多个。制动盘组件100可用作例如图1的转子制动盘36或定子制动盘38。如本文所用，“制动盘”和“制动盘组件”可互换使用以描述转子盘或定子盘中的任一者。同样，术语“摩擦垫”和“结构芯”用于描述转子盘或定子盘中的任一者的摩擦垫和结构芯，并且不旨在赋予特定于一个或另一个的几何构型。

结构芯102可以为具有第一芯表面124A和第二芯表面124B(单独地称为“芯表面124”且共同地称为“多个芯表面124”)的盘或环面，该第一芯表面和该第二芯表面彼此相对地取向并且被构造成接收对应的摩擦垫104A和摩擦垫104B并与其连接。相应地，每个摩擦垫104可以为具有彼此相对地取向的对应的垫表面115A和垫表面115B(单独地称为“垫表面115”且共同地称为“多个垫表面115”)和对应的摩擦表面112A和摩擦表面112B(单独地称为“摩擦表面104”且共同地称为“多个摩擦表面104”)的盘或环面。摩擦垫104的每个垫表面115被构造成由结构芯102接收并且与结构芯102的相同侧上的芯表面124和结构芯102的相对侧上的支撑结构诸如另一个摩擦垫104连接。

通过将结构芯102和摩擦垫104形成为独立部件，形成该部件的材料可被定制为表现出不同的机械、化学和/或热特性，诸如摩擦垫104的改善的摩擦特性以及结构芯102的改善的强度、耐腐蚀性和/或热转移特性。此外，结构芯102和摩擦垫104可包括各种结构和表面特征部，这些结构和表面特征部被构造成减轻应力并且/或者从摩擦垫104移除热量，以允许进一步区分结构芯102和摩擦垫104之间的材料特性。所得制动盘组件100可表现出底层结构芯102内的改善的强度和与摩擦垫104相关联的改善的摩擦性能两者。

结构芯102的第一芯表面和第二芯表面124可包括被构造成与一个或多个摩擦垫104配对并连接的一个或多个结构特征部。对应地，摩擦垫104的第一垫表面和第二垫表面115可包括被构造成与结构芯102的该一个或多个结构特征部配对并连接的一个或多个结构特征部。结构芯102和摩擦垫104的结构特征部可提供改善的负载分布、更好的摩擦垫保持、与制造和组装相关联的降低的成本以及下文进一步详细描述的其他益处。结构芯102的结构特征部可包括例如几何互补的凹坑110(以虚线示出)和对应凸台116中的一个或多个，以用于在结构芯102和相应摩擦垫104之间配对并分配扭矩负载力。

结构芯102的第一芯表面和第二芯表面124还可包括被构造成热接触摩擦垫104的垫表面115的高百分比的表面积。第一芯表面和第二芯表面124可通过足够靠近摩擦垫104而热接触摩擦垫104，使得摩擦垫104将热量转移到第一芯表面和第二芯表面124，诸如通过直接接触或通过中间层或体积接触。对应地，摩擦垫104的第一垫表面和第二垫表面115可包括被构造成热接触结构芯102的高百分比的表面积。热接触的结构芯102和摩擦垫104的高百分比表面积可提供从摩擦垫104到结构芯102的改善的热量移除和耗散(例如，更高的热量移除速率、更低的温度和/或更均匀的温度分布)。摩擦垫104热接触结构芯102的表面积的比例可以为例如大于面向结构芯102的相应摩擦垫104的垫表面115的总表面积的50％，诸如大于垫表面115的总表面积的70％，或大于垫表面115的总表面积的90％。

摩擦垫104可包括被构造成将相对的摩擦垫104彼此固定的一个或多个固定特征部。摩擦垫104的固定特征部可提供改善的安装和制造便利性。摩擦垫104的固定特征部可包括例如用于在摩擦垫104之间延伸并固定紧固件108的一个或多个孔106。

结构芯102包括在第一侧面上的第一芯表面124A和在第二侧面上的第二芯表面124B。结构芯102也包括在第一芯表面124A和第二芯表面124B之间延伸的多个凹坑110。第一摩擦垫104A包括第一摩擦表面112A、第一平坦垫表面114A和从第一平坦垫表面114A延伸的第一多个凸台116A。第二摩擦垫104B包括第二摩擦表面112B、第二平坦垫表面114B和从第二平坦垫表面114B轴向向外(例如，沿结构芯102的预期旋转轴线)延伸的第二多个凸台116B。第一多个凸台116A中的每一个包括第一孔106A，并且第二多个凸台116B中的每一个包括第二孔106B。

如图2B所示，当组装制动盘组件100时，第一平坦垫表面114A接触第一芯表面124A，并且第二平坦垫表面114B接触第二芯表面124B。第一多个凸台116A和第二多个凸台116B与结构芯102的多个凹坑110接合，以相对于结构芯102定位相应的第一摩擦垫104A和第二摩擦垫104B。多个细长紧固件108中的一个细长紧固件穿过第一多个凸台116A中的对应一个的第一孔106A和第二多个凸台116B中的对应一个的第二孔106B，以将第一摩擦垫104A和第二摩擦垫104B紧固到结构芯102。

在制动期间，针对摩擦垫104施加的扭矩和由摩擦垫104产生的热量可被转移到结构芯102。例如，第一摩擦表面112A和第二摩擦表面112B(单独地称为“摩擦表面112”且共同地称为“多个摩擦表面112”)可从相邻摩擦表面接收扭矩，并且将该扭矩的至少一部分通过摩擦垫104的第一多个凸台116A和第二多个凸台116B(单独地称为“多个凸台116”且共同地称为“多个凸台116”)转移到结构芯102，到结构芯102的多个凹坑110。摩擦表面112还可在制动期间产生热量，并且将该热量的至少一部分从结构芯102的芯表面124耗散到结构芯102，到摩擦垫104的第一平坦垫表面114A和第二平坦垫表面114B(单独地称为“平坦垫表面114”且共同地称为“多个平坦垫表面114”)。固定摩擦垫104A和摩擦垫104B的紧固件108可接收拉伸力并将该拉伸力转移到相对的一个摩擦垫104以及相应地结构芯102的相对的芯表面。这样，制动期间产生的扭矩和热量可从摩擦垫104转移到结构芯102，使得摩擦垫104可以在比不包括盘式制动组件100的结构和表面特性的盘式制动组件更低的应力和/或更低或更均匀的温度下操作。

图2C是根据本公开的示例的示例性结构芯102的示意性横截面侧视图。结构芯102包括第一芯表面124A、第二芯表面124B、以及在第一芯表面124A和第二芯表面124B之间延伸的多个凹坑110。结构芯102被构造成使用多个凹坑110相对于结构芯102定位摩擦垫104。多个凹坑110中的每个凹坑被构造成与至少一个摩擦垫104的多个凸台116中的凸台接合，以相对于结构芯102定位相应摩擦垫104。在摩擦垫104附接到结构芯102期间，多个凹坑110可接收至少一个摩擦垫104的多个凸台116，使得摩擦垫104可相对于结构芯102快速地并且/或者容易地定位。

结构芯102被构造成通过多个凹坑110从至少一个摩擦垫104接收制动力或扭矩。多个凹坑110中的每个凹坑均被构造成接收至少一个摩擦垫104的多个凸台116中的凸台，并且包括与每个芯表面124的平面相交的凹坑壁138。在制动期间，凹坑壁138的至少一部分可从对应摩擦垫104的凸台接收制动力的一部分。照此，制动力可分布在多个凹坑110上。在一些示例中，多个凹坑110中的每个凹坑可被构造成从第一摩擦垫(例如，第一摩擦垫104A)接收第一凸台(例如，第一凸台116A)并且从第二摩擦垫(例如，第二摩擦垫104B)接收第二凸台(例如，第二凸台116B)，使得第一凸台的表面和第二凸台的表面可接触。

除了支撑摩擦垫104之外，结构芯102还被构造成通过芯表面124中的至少一个从至少一个摩擦垫104接收热能。每个芯表面124可被构造成接触至少一个摩擦垫104的平坦垫表面114。相应摩擦垫104的平坦垫表面114与相应芯表面124之间的接触可提供由摩擦垫104产生的热量到相应芯表面124的热传导。在一些示例中，每个芯表面124可被构造成使得相应摩擦垫或摩擦垫的组合的垫表面的至少50％可接触相应芯表面124。例如，每个芯表面124可具有形状和/或尺寸，使得未定位在多个凹坑110中的相应摩擦垫的垫表面的基本上全部均可接触相应芯表面124。这样，热量可更快速地并且/或者更均匀地从摩擦垫104移除，使得摩擦垫104可具有比不具有接触结构构件的高表面积的摩擦垫更低和/或更均匀的温度。

在一些示例中，结构芯102包括在结构芯102的外边缘上的边缘136。边缘136限定轴向延伸超过第一芯表面124A的第一边缘表面126A和轴向延伸超过第二芯表面124B的第二边缘表面126B。虽然未示出，但边缘136可包括用于联接到梁键的驱动区域。例如，结构芯102可通过驱动区域与梁键连接，而不是将摩擦垫104联接到梁键，使得摩擦垫104的制造可不太复杂。附加地或另选地，边缘136可被构造成增加接触梁键的驱动区域，这可更有效地将负载分配给梁键。在一些示例中，边缘136可被构造成使得在相应摩擦垫的外边缘和边缘136的内径向表面之间存在间隙。该间隙可通过减少转子和定子的摩擦表面与外径/内径界面的接触来降低随着摩擦垫磨损而产生的振动。

结构芯102可以为限定内径(ID)和外径(OD)的具有第一芯表面124A和第二芯表面124B的盘或环面，该第一芯表面和该第二芯表面彼此相对地取向并且被构造成接收摩擦垫104。结构芯102可具有各种尺寸(例如，外径、内径、厚度等)，这可取决于其用途(例如，制动负载)。结构芯102的厚度可取决于结构芯102的设计的强度和热方面，以及结构芯102的材料特性。在一些示例中，结构芯102可具有第一芯表面124A和第二芯表面124B之间的厚度，该厚度介于约0.125英寸和约2英寸之间。

在一些示例中，可选择结构芯102的尺寸以提供与摩擦垫104的改善的热接触。例如，随着结构芯102的表面与摩擦垫104之间的接触面积增加，由于结构芯102与摩擦垫104之间的给定温度梯度，可从摩擦垫104转移到结构芯102的热能的量增加。在一些示例中，结构芯102可具有内径和外径，使得当摩擦垫104被接收在相应芯表面124上时，摩擦垫104的平坦垫表面114的基本上全部(例如，大于95％)可与芯表面124A或芯表面124B中的一者接触。

在一些示例中，多个凹坑110以及相应地多个凸台116可被构造成使得结构芯102和摩擦垫104的结构完整性可得到改善。例如，多个凸台116和多个凹坑110的尺寸可被设定成具有平行于摩擦表面112的面积，以克服施加在多个凸台上的剪切负载应力。又如，多个凸台116和多个凹坑的尺寸可被设定成使得结构芯102上的剪切负载可不超过完整性阈值。照此，多个凹坑110和多个凸台116的尺寸可在结构芯102的结构完整性与摩擦垫104的结构完整性之间取得平衡。又如，多个凹坑110和多个凸台116可具有足以克服支承负载应力的厚度。

多个凹坑110可被构造成具有基于多种因素的尺寸、取向和分布，这些因素包括但不限于每个凹坑的表面积、多个凹坑的表面积、切向表面积(例如，每个凹坑在与结构芯102的旋转方向相切的方向上的表面积)与轴向表面积的比率等。在一些示例中，多个凹坑110的尺寸、形状和位置可被标准化，使得具有不同特性的各种摩擦垫104可与结构芯102一起使用。例如，结构芯102的使用寿命可显著长于摩擦垫104的使用寿命，使得摩擦垫104可被替换，并且在一些情况下，可用其他摩擦垫104更新。又如，通用的摩擦垫104可与多种结构芯102一起使用。例如，在外径上具有驱动区域的转子的结构芯可与在内径上具有驱动区域的定子的结构芯略微不同，但是转子和定子都可使用相同的摩擦垫。这种交叉兼容性可减少用于形成制动器的摩擦垫104的多种设计。

多个凹坑110可具有多种大小和尺寸。在一些示例中，该多个凹坑中的每个凹坑均具有介于约0.25英寸(诸如对于大量凹坑110和/或摩擦垫104)和约12英寸(诸如对于少量凹坑110和/或摩擦垫104)之间的周向尺寸(例如，从每个凹坑的中心沿平行于结构芯102的旋转方向的旋转弧测量)。在一些示例中，该多个凹坑中的每个凹坑均具有介于约0.25英寸和约8英寸之间的径向尺寸(例如，从每个凹坑的中心沿结构芯102的中心的径向方向测量)。多个凹坑110可具有各种数量。在一些示例中，多个凹坑110的数量介于3(诸如对于具有各自具有高表面积的少量摩擦垫104的设计)和36(诸如对于具有各自具有低表面积的大量摩擦垫104的设计)之间。

多个凹坑110可在径向平面中具有多种形状，这些形状包括但不限于矩形、圆角矩形、圆形、楔形等。在一些示例中，多个凹坑110可具有切向表面积高的形状和取向。例如，如图2A所示，可施加基本上与结构芯102相切的制动力，该制动力平行于结构芯的主表面(例如，芯表面124A或芯表面124B)。照此，被成形和取向成使得凹坑壁138具有面向制动力方向的高表面积的凹坑可将所接收的力分布在更大的表面积上。

多个凹坑110可具有多种构型和图案。在一些示例中，数量和/或切向表面积对应于从距结构芯102的中心的径向距离接收的力的大小。在一些示例中，多个凹坑110可在至少一个平面中对称。在一些示例中，多个凹坑110中的每个凹坑可位于距结构芯102的中心相同的径向距离处，使得多个凹坑110中的每个凹坑可接收基本上相同的扭矩。在一些示例中，多个凹坑110可位于距结构芯102的中心不同的径向距离处。

结构芯102可由多种材料制成，这些材料包括但不限于金属，诸如铝、不锈钢和钛合金；碳复合材料(例如，碳-碳复合材料)；等。在一些示例中，结构芯102可由能够翻新的一种或多种材料制成，使得结构芯102的使用寿命可基本上长于摩擦垫104。

在一些示例中，结构芯102可由具有高强度的材料制造，特别是在周向方向上。例如，如上所述，结构芯102可被构造成从摩擦垫104接收制动力。照此，结构芯102可由具有高强度的材料制造，以承受由于所接收的制动力而在结构芯上产生的各种力。在一些示例中，结构芯102在制动期间经历的高温下具有高强度(拉伸、压缩和/或剪切)。

在一些示例中，结构芯102可由具有接收和/或存储大量热量的能力的材料制造。例如，如上所述，结构芯102可被构造成从摩擦垫104接收热量。照此，结构芯102可由具有高比热容以接收大量热量和/或其他热特性诸如高热溢散率或高热扩散率的材料制造。在一些示例中，结构芯102包括在室温下具有大于200J/kg·K，诸如大于475J/kg·K的比热容的材料。例如，碳化钨可具有大于200J/kg·K的比热，钢可具有大于475J/kg·K的比热容，并且氮化硼可具有大于1500J/kg·K的比热容。在一些示例中，结构芯102包括在室温下具有大于7W/m·K，诸如大于20W/m·K的热导率的材料。例如，钛合金可具有大于7W/m·K的热导率。在一些示例中，结构芯102包括具有大于碳(约23W/m·K)的热导率的材料。

在一些示例中，结构芯102包括碳复合材料。例如，结构芯102可由碳-碳复合材料形成，该碳-碳复合材料由致密碳材料制成。在一些示例中，碳材料可包括多种碳纤维和致密材料。碳纤维可由碳或碳前驱体材料诸如聚丙烯腈(PAN)或人造丝构成，该碳前驱体材料可通过碳化过程转化成碳。用于形成芯结构102的碳纤维可作为单层或多层结构中的任一者布置在织造物或非织造物中。在结构芯102和摩擦垫104两者均为碳复合材料的一些示例中，根据期望的机械或摩擦特性，结构芯102和/或摩擦垫104可包括相同的底层碳结构(例如，均为织造的)，或者可包括不同的碳纤维结构(例如，织造芯结构和非织造摩擦垫)。在一些示例中，针对改善的强度方面而定制的碳-碳复合材料可包括织造碳纤维和增强材料(例如，碳化沥青或树脂)。与非织造结构相比，碳纤维基质的织造结构可改善结构芯102的所得强度特性。

在一些示例中，结构芯102可通过相对简单的制造工艺诸如切割(例如，铣削、钻孔)和铸造(例如，压铸)工艺来制造。例如，结构芯102的结构特征部诸如多个凹坑110和边缘136可涉及相对简单的几何形状(例如，芯表面124和凹坑壁138之间的大致为正方形的角度)，这些几何形状制造起来相对简单。照此，适用于这些简单几何形状的标准机加工和制造工艺可用来更快速地并且/或者廉价地制造结构芯102。附加地或另选地，此类简单几何形状可允许更易于整修或修理结构芯102，使得结构芯102的使用寿命可更容易地并且/或者廉价地延长。

图2D是根据本公开的示例的示例性摩擦垫104的示意性横截面侧视图。摩擦垫104包括垫表面115和与垫表面115相对的摩擦表面112。垫表面115包括平坦垫表面114和从平坦垫表面114延伸的多个凸台116中的每个凸台的凸台表面118。平坦垫表面114被构造成与芯表面124中的一个接触并热交接。

多个凸台116中的每个凸台被构造成与结构芯102的多个凹坑110中的凹坑接合，以相对于结构芯102定位相应摩擦垫104。例如，多个凸台116中的每个凸台可具有与多个凹坑110中的凹坑互补的尺寸或形状。在摩擦垫104附接到结构芯102期间，多个凸台116可配合到结构芯102的多个凹坑110中，使得摩擦垫104可相对于结构芯102快速地并且/或者容易地定位。

摩擦垫104被构造成通过多个凸台116将制动力或扭矩转移到结构芯102。多个凸台116中的每个凸台被构造成由结构芯102的多个凹坑110中的凹坑接收，并且包括与平坦垫表面114的平面相交的凸台壁134。在制动期间，凸台壁134的至少一部分被构造成当多个凸台116与多个凹坑110接合时接触对应凹坑壁138的至少一部分，使得凸台壁134的至少一部分可将制动力的一部分转移到结构芯102的凹坑。这样，可通过多个凸台116的凸台壁134的表面积将制动力施加到结构芯102。

除了转移制动力之外，摩擦垫104还被构造成将动能转换成热能并将该热能的至少一部分通过垫表面114转移到结构芯102。平坦垫表面114被构造成接触结构芯102的芯表面124。芯表面124与平坦垫表面114之间的接触可提供由摩擦垫104的摩擦表面112产生的热量到相应芯表面124的热传导。在一些示例中，结构芯102与摩擦垫104之间的热接触可表示为被构造成接触结构芯102(例如，平坦垫表面114)的摩擦垫104的总表面积的一部分(例如，百分比)。平坦垫表面114包括垫表面115的表面积的至少约50％。在一些示例中，平坦垫表面114包括垫表面115的表面积的至少约70％，诸如至少约95％。

摩擦垫104被构造成使用紧固件诸如紧固件108固定到结构芯102。多个凸台116中的每一个包括孔106。孔106被构造成接收紧固件108并让紧固件108穿过以到达结构芯102的相对侧上的结构，诸如制动盘堆叠16中间的两侧盘式制动器中的另一个摩擦垫104或制动盘堆叠16端部处的一侧盘式制动器中的支撑结构。

在一些示例中，摩擦垫104可被构造成通过使孔106凹陷而在摩擦垫104的寿命内具有增大的摩擦表面112的可用深度。例如，摩擦表面112的深度可由结构芯102的更靠近的芯表面124(例如，更靠近摩擦表面112)或在孔106中的紧固件108来限制，使得通过使孔106凹陷，紧固件108可不限制摩擦表面112的深度。在一些示例中，每个孔106的内孔表面122延伸凹陷距离128超过平坦垫表面114的平面。在一些示例中，凹陷距离128大于紧固件108的头部高度，诸如大于约0.1英寸。在使用期间，摩擦垫104的摩擦表面112可不磨损紧固件108，使得摩擦垫104可保持固定到结构芯102。在一些示例中，边缘136在边缘表面126与平坦芯表面124之间的厚度132约为摩擦垫104在摩擦表面112与平坦垫表面114之间的厚度130，其中厚度130表示摩擦垫104的寿命内摩擦表面112的可用深度。

摩擦垫104可以为限定预成型外径(OD)和预成型内径(ID)的盘或环面的形状。在一些示例中，摩擦垫104的外径(OD)可以为约12英寸(例如，约37cm)至约25英寸(例如，约64cm)，并且摩擦垫104的预成型内径(ID)可以为约4.5英寸(例如，约12cm)至约15英寸(例如，约38cm)。

多个凸台116可被构造成具有基于多种因素的尺寸、取向和分布，这些因素包括但不限于凸台和/或凹坑的热膨胀、凸台和/或凹坑的支承面积、凸台和/或凹坑的剪切面积、每个凹坑的表面积、多个凹坑的表面积、切向表面积(例如，每个凸台在与摩擦垫104的旋转方向相切的方向上的表面积)与轴向表面积的比率等。多个凸台116可具有与多个凹坑110互补的尺寸、取向或分布。

多个凸台116可具有多种大小和尺寸。在一些示例中，多个凸台116中的每个凸台具有介于约0.25英寸和约12英寸之间的周向尺寸(例如，从每个凸台的中心沿平行于摩擦垫104的旋转方向的旋转弧测量)。在一些示例中，多个凸台116中的每个凸台具有介于约0.25英寸和约8英寸之间的径向尺寸(例如，从每个凹坑的中心沿摩擦垫104的中心的径向方向测量)。

多个凸台116可具有对应于结构芯102的多个凹坑110的形状的多种形状，这些形状包括但不限于矩形、圆角矩形、圆形、楔形等。在一些示例中，多个凸台116可具有切向表面积高的形状和取向。例如，如图2A所示，可施加基本上与结构芯102相切的制动力。照此，被成形和取向成使得凸台壁134具有面向制动力方向的高表面积的凸台可将力转移到更大的表面积上。在一些示例中，每个凸台表面118被构造成当多个凸台116和第二多个凸台与多个凹坑110接合时，接触另一个摩擦垫的第二多个凸台中的另一个凸台的对应凸台表面118。照此，两个相对的摩擦垫的多个凸台可延伸穿过对应凹坑110并且接触对应凹坑110的基本上整个内表面。

多个凸台116可具有多种构型和图案。在一些示例中，数量和/或切向表面积对应于从距摩擦垫104的中心的径向距离接收的力的大小。在一些示例中，多个凹坑116可在至少一个平面中对称。在一些示例中，多个凹坑116可具有距摩擦垫104的中心的相同径向距离，使得多个凸台116中的每个凸台可转移基本上相同的扭矩。在一些示例中，多个凸台116可具有距摩擦垫104的中心的不同径向距离。

在一些示例中，摩擦垫104可与转子制动盘和定子制动盘两者交叉兼容。例如，转子、定子和端板可使用附接到不同样式的结构芯102的相同的摩擦垫104。只要用于定子、转子或端板的每个结构芯102的多个凹坑110与摩擦垫104的多个凹坑116对应，此类摩擦垫就可与对应结构芯102一起使用，尽管结构芯102的其他部分的设计不同。此类交叉相容性可减少要制造的部件的数量，这可减少库存并允许制造更便宜。

摩擦垫104可由多种材料制造，这些材料包括但不限于陶瓷；金属或含金属材料；碳复合材料；等。在一些示例中，摩擦垫104可由具有高热稳定性、高耐磨性和/或稳定摩擦特性的材料制造。例如，如上所述，摩擦垫104被构造成将动能转换成热能。照此，摩擦垫104可由具有高热稳定性的材料制造以承受高温。在一些示例中，摩擦垫104包括具有大于约1100℃，诸如大于约1700℃的操作温度阈值的材料。例如，碳可承受大于约1725℃的操作温度。

在一些示例中，摩擦垫104包括碳复合材料。例如，摩擦垫104可由碳-碳复合材料形成，该碳-碳复合材料由致密碳材料制成。在一些示例中，碳材料可包括多种碳纤维和致密材料。碳纤维可由碳或碳前驱体材料诸如聚丙烯腈(PAN)或人造丝构成，该碳前驱体材料可通过碳化过程转化成碳。用于形成摩擦垫104的碳纤维可作为单层或多层结构中的任一者布置在织造物或非织造物中。在一些示例中，针对改善的摩擦方面而定制的碳-碳复合材料可包括非织造碳纤维和增强材料(例如，碳化沥青或树脂)。与织造结构相比，碳纤维基质的非织造结构可改善摩擦垫104的所得摩擦特性。

图3是示出根据本公开的示例的组装示例性制动盘组件100的示例性技术的流程图。图3将参考图2A至图2D的制动盘组件100进行描述。然而，应当理解，图3的技术可用于组装其他制品。图3的技术包括将第一摩擦垫104A的第一多个凸台116A定位到结构芯102的多个凹坑110中以使第一平坦垫表面114A与第一芯表面124A接触，以及将第二摩擦垫104B的第二多个凸台116B定位到结构芯102的多个凹坑110中，以使第二平坦垫表面114B与第二芯表面124B接触。图3的技术还包括使多个细长紧固件108穿过第一多个凸台116A中的相应一个的第一孔106A和第二多个凸台116B中的相应一个的第二孔106B。图3的技术还包括固定多个细长紧固件108以将第一摩擦垫104A和第二摩擦垫104B紧固到结构芯102。

已经描述了各种示例。这些示例和其他示例在以下权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种制品，包括：

结构芯，所述结构芯包括第一芯表面、第二芯表面以及在所述第一芯表面和所述第二芯表面之间延伸的多个凹坑；

第一摩擦垫，所述第一摩擦垫包括第一垫表面和与所述第一垫表面相对的第一摩擦表面，其中所述第一垫表面包括：

第一平坦垫表面，所述第一平坦垫表面被构造成接触所述第一芯表面；和

第一多个凸台，所述第一多个凸台从所述第一平坦垫表面延伸，其中所述第一多个凸台中的每一个包括第一孔；

第二摩擦垫，所述第二摩擦垫包括第二垫表面和与所述第二垫表面相对的第二摩擦表面，其中所述第二垫表面包括：

第二平坦垫表面，所述第二平坦垫表面被构造成接触所述第二芯表面；和

第二多个凸台，所述第二多个凸台从所述第二平坦垫表面延伸，其中所述第二多个凸台中的每一个包括第二孔；和

多个细长紧固件，每个细长紧固件被构造成穿过所述第一多个凸台中的对应一个的所述第一孔和所述第二多个凸台中的对应一个的所述第二孔，以将所述第一摩擦垫和所述第二摩擦垫紧固到所述结构芯，

其中所述第一多个凸台和所述第二多个凸台被构造成与所述多个凹坑接合以相对于所述结构芯定位所述相应第一摩擦垫和所述相应第二摩擦垫，并且

其中所述第一平坦垫表面和所述第二平坦垫表面中的每一个包括所述相应第一垫表面和所述相应第二垫表面的表面积的至少约50％。

2.根据权利要求1所述的制品，

其中所述结构芯还包括边缘，所述边缘限定轴向延伸超过所述平坦表面的边缘表面，并且

其中所述边缘在所述边缘表面与所述平坦芯表面之间的厚度约为所述摩擦垫在所述摩擦表面与所述平坦垫表面之间的厚度。

3.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一孔和所述第二孔中的每一个的内孔表面延伸超过所述相应第一平坦垫表面和所述相应第二平坦垫表面的平面。

4.根据权利要求1所述的制品，其中为了与所述多个凹坑接合以相对于所述结构芯定位所述相应第一摩擦垫和所述相应第二摩擦垫，所述第一多个凸台和所述第二多个凸台中的每个凸台被构造成配合在所述多个凹坑中的对应凹坑内。

5.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一平坦垫表面和所述第二平坦垫表面中的每一个包括所述相应第一垫表面和所述相应第二垫表面的表面积的至少约90％。

6.根据权利要求1所述的制品，

其中所述第一多个凸台中的每个凸台包括第一凸台表面，其中所述第二多个凸台中的每个凸台包括第二凸台表面，并且其中每个第一凸台表面被构造成当所述第一多个凸台和所述第二多个凸台与所述多个凹坑接合时接触对应第二凸台表面，并且

其中所述第一多个凸台中的每个凸台包括第一凸台壁，其中所述第二多个凸台中的每个凸台包括第二凸台壁，其中所述多个凹坑中的每个凹坑包括凹坑壁，并且其中每个第一凸台壁和第二凸台壁的至少一部分被构造成当所述第一多个凸台和所述第二多个凸台与所述多个凹坑接合时接触对应凹坑壁的至少一部分。

7.根据权利要求1所述的制品，

其中所述结构芯包括金属或碳/碳复合材料中的至少一种，并且

其中所述结构芯包括具有大于200J/kg·K的比热容的材料或具有大于7W/m·K的热导率的材料。

8.根据权利要求1或权利要求7所述的制品，其中所述第一摩擦垫和所述第二摩擦垫包括具有大于1100℃的操作温度阈值的材料。

9.一种方法，包括：

将从第一摩擦垫的第一平坦垫表面延伸的第一多个凸台定位到在结构芯的第一芯表面和第二芯表面之间延伸的多个凹坑中，以使所述第一平坦垫表面与所述第一芯表面接触，其中所述第一摩擦垫包括第一垫表面和与所述第一垫表面相对的第一摩擦表面；

将从第二摩擦垫的第二平坦垫表面延伸的第二多个凸台定位到在结构芯的第一芯表面和第二芯表面之间延伸的所述多个凹坑中，以使所述第二平坦垫表面与所述第二芯表面接触，其中所述第二摩擦垫包括第二垫表面和与所述第二垫表面相对的第二摩擦表面；

使多个细长紧固件穿过所述第一多个凸台中的相应一个的第一孔和所述第二多个凸台中的相应一个的第二孔；以及

固定所述多个细长紧固件以将所述第一摩擦垫和所述第二摩擦垫紧固到所述结构芯。

10.一种制动盘，包括：

结构芯；和

多个可移除摩擦垫，所述多个可移除摩擦垫能够附接到所述结构芯，

其中所述结构芯的一个或多个结构特征部被构造成与所述多个可移除摩擦垫的一个或多个结构特征部配对，

其中所述结构芯的所述一个或多个结构特征部和所述多个可移除摩擦垫的所述一个或多个结构特征部被构造成将负载从所述多个摩擦垫转移到所述结构芯，

其中所述结构芯的一个或多个表面被构造成接触所述多个可移除摩擦垫的一个或多个表面，并且

其中所述结构芯被构造成通过所述多个可移除摩擦垫的所述一个或多个表面从所述多个可移除摩擦垫移除热量。

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