CN113236692A - 一种梯度多孔金属橡胶制动盘及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种梯度多孔金属橡胶制动盘，包括夹设在两片制动盘本体之间的多孔金属散热件，多孔金属散热件为梯度多孔金属橡胶，梯度多孔金属橡胶从中心至边缘的孔隙度不断增大，以抑制涡流扩大的趋势。不同车速下，制动盘通风流道内存在涡流现象，而空气在涡流区域流速较低，不利于制动盘的对流换热；并且制动盘的涡流区域从中心至边缘呈不断扩大的趋势，本发明采用梯度多孔金属橡胶，从中心至边缘的孔隙度不断增大，以抑制涡流扩大的趋势。

Description

一种梯度多孔金属橡胶制动盘及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种梯度多孔金属橡胶制动盘及其工作方法，涉及车辆技术领域。

背景技术

随着高速列车、汽车的速度不断提升，其安全性能备受关注，而制动性能是极其重要的一点。在制动过程中，列车、汽车的动能主要通过制动器中的制动盘与摩擦衬片间的摩擦作用转换成内能，使制动盘与摩擦衬片的温度急剧升高，而过高的温度会使制动器产生热衰退现象，甚至会导致制动失效。因此，制动盘的散热问题决定了制动器制动效能恒定性。

大量研究表明，制动产生的高温以及温度在制动盘上分布不均会导致制动磨损以及失效，制动产生的热应力场可能导致制动盘的低周疲劳、破裂等后果。为解决这些问题，需采用多孔结构引发强制的对流空气流来达到降温的目的。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种梯度多孔金属橡胶制动盘及其工作方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种梯度多孔金属橡胶制动盘，包括夹设在两片制动盘本体之间的多孔金属散热件，多孔金属散热件为梯度多孔金属橡胶，梯度多孔金属橡胶从中心至边缘的孔隙度不断增大，以抑制涡流扩大的趋势。

优选的，多孔金属散热件的投影面积与所述制动盘本体的轴线方向上的投影面积一致。

优选的，梯度多孔金属橡胶的孔隙度为10%~90%。

优选的，多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的轻质高孔隙率金属橡胶环、中孔隙率金属橡胶环、低孔隙率金属橡胶环，使其夹在上摩擦盘、下摩擦盘之间，梯度多孔结构不仅限制了涡流现象，还提高了热传递。

优选的，多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的大扇形高孔隙率金属橡胶环组、大扇形低孔隙率金属橡胶环组，大扇形高孔隙率金属橡胶环组由多个轻质的大扇形高孔隙率金属橡胶环组成，大扇形低孔隙率金属橡胶环组由多个轻质的大扇形低孔隙率金属橡胶环组成，使其夹在上摩擦盘、下摩擦盘之间，多孔金属散热件具有很强的抗压能力，在制动时承受频繁的高压应力。

优选的，多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的高孔隙率小扇形金属橡胶环组、中孔隙率小扇形金属橡胶环组、低孔隙率小扇形金属橡胶环组，高孔隙率小扇形金属橡胶环组由多个轻质的高孔隙率小扇形金属橡胶组成，中孔隙率小扇形金属橡胶环组由多个轻质的中孔隙率小扇形金属橡胶组成，低孔隙率小扇形金属橡胶环组由多个轻质的低孔隙率小扇形金属橡胶组成，其中多个高孔隙率小扇形金属橡胶环向间隔设置，多个中孔隙率小扇形金属橡胶环向间隔设置，多个低孔隙率小扇形金属橡胶环向间隔设置，使其夹在上摩擦盘、下摩擦盘之间；多个高孔隙率小扇形金属橡胶、中孔隙率小扇形金属橡胶、低孔隙率小扇形金属橡胶数量相同且一一对应。

优选的，多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的多圈圆柱金属橡胶环组，圆柱金属橡胶环组均由多个轻质的圆柱金属橡胶环向间隔组成，自内而外的多圈圆柱金属橡胶环组孔隙度不断增大。

一种梯度多孔金属橡胶制动盘的工作方法，按以下步骤进行：采用梯度多孔金属橡胶，从中心至边缘的孔隙度不断增大，以抑制涡流扩大的趋势；通过调整改变梯度多孔金属橡胶内部金属丝的空隙大小、孔隙分布、孔隙率以及多孔金属橡胶的布置方式：不同的入口角、出口角、金属橡胶直径及数量，获得合适的梯度孔隙度；将传统结构中空气的二维流动转化为三维混合流动，从而产生径向和周向热量传递，进而减小最小化径向和周向温度梯度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、不同车速下，制动盘通风流道内存在涡流现象，而空气在涡流区域流速较低，不利于制动盘的对流换热；并且制动盘的涡流区域从中心至边缘呈不断扩大的趋势，本发明采用梯度多孔金属橡胶，从中心至边缘的孔隙度不断增大，以抑制涡流扩大的趋势。

2、本发明采用的梯度多孔金属橡胶，可通过调整改变金属丝的空隙大小、孔隙分布、孔隙率以及多孔金属橡胶的布置方式（不同的入口角、出口角、金属橡胶直径及数量等），获得合适的梯度孔隙度；将传统结构中空气的二维流动转化为三维混合流动，从而产生径向和周向热量传递，进而减小最小化径向和周向温度梯度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例1的构造示意图一。

图2为本发明实施例1的构造示意图二。

图3为本发明实施例2的构造示意图。

图4为本发明实施例3的构造示意图。

图5为本发明实施例4的构造示意图

图6为成型方向扇形的高孔隙率金属橡胶构造示意图。

图7为成型方向扇形的低孔隙率金属橡胶构造示意图。

图8为非成型方向扇形的高孔隙率金属橡胶构造示意图。

图9为非成型方向扇形的低孔隙率金属橡胶构造示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1~9所示，本实施例提供了一种梯度多孔金属橡胶制动盘，包括夹设在两片制动盘本体3之间的多孔金属散热件，多孔金属散热件为梯度多孔金属橡胶4，梯度多孔金属橡胶从中心至边缘的孔隙度不断增大，以抑制涡流扩大的趋势。

在本发明实施例中，多孔金属散热件的投影面积与所述制动盘本体的轴线方向上的投影面积一致。

在本发明实施例中，梯度多孔金属橡胶的孔隙度为10%~90%。

在本发明实施例中，制动盘本体包括轮毂1和盘2（或转子），制动盘本体由铝、铝镁或钛等轻质合金制成；梯度多孔金属橡胶由金属丝经过编织、铺设、缠绕等多种工艺制成，并放入模具中冷冲压成型；金属丝为铁丝、不锈钢丝、铝丝、铜丝、钽丝、锆丝或钛丝等中的一种或几种复合丝，金属丝直径为0.05mm-5mm。梯度多孔金属橡胶分为沿成型方向上金属橡胶和非成型方向上金属橡胶。两片制动盘本体和多孔金属散热件通过钎焊、固相焊接、熔化焊接等工艺形成夹层结构。

在本发明实施例中，多孔金属散热件含有诸多空气流动的通道4a。必须指出，制动盘在使用时，还需要两个制动片（图中未表示）夹住上摩擦盘、下摩擦盘才能产生制动效果。

在本发明实施例1中，多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的轻质高孔隙率金属橡胶环5a、中孔隙率金属橡胶环5b、低孔隙率金属橡胶环5c，使其夹在上摩擦盘2a、下摩擦盘2b之间，梯度多孔结构不仅限制了涡流现象，还提高了热传递。

在本发明实施例2中，多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的大扇形高孔隙率金属橡胶环组、大扇形低孔隙率金属橡胶环组，大扇形高孔隙率金属橡胶环组由多个轻质的大扇形高孔隙率金属橡胶环6a组成，大扇形低孔隙率金属橡胶环组由多个轻质的大扇形低孔隙率金属橡胶环6b组成，使其夹在上摩擦盘、下摩擦盘之间，多孔金属散热件具有很强的抗压能力，在制动时承受频繁的高压应力。

在本发明实施例3中，多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的高孔隙率小扇形金属橡胶环组、中孔隙率小扇形金属橡胶环组、低孔隙率小扇形金属橡胶环组，高孔隙率小扇形金属橡胶环组由多个轻质的高孔隙率小扇形金属橡胶7a组成，中孔隙率小扇形金属橡胶环组由多个轻质的中孔隙率小扇形金属橡胶7b组成，低孔隙率小扇形金属橡胶环组由多个轻质的低孔隙率小扇形金属橡胶7c组成，其中多个高孔隙率小扇形金属橡胶环向间隔设置，多个中孔隙率小扇形金属橡胶环向间隔设置，多个低孔隙率小扇形金属橡胶环向间隔设置，使其夹在上摩擦盘、下摩擦盘之间；多个高孔隙率小扇形金属橡胶、中孔隙率小扇形金属橡胶、低孔隙率小扇形金属橡胶数量相同且一一对应。环向间隔设置形成第一间隔通道8。

在本发明实施例4中，多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的多圈圆柱金属橡胶环组，圆柱金属橡胶环组均由多个轻质的圆柱金属橡胶9环向间隔组成，自内而外的多圈圆柱金属橡胶环组孔隙度不断增大。不仅以高孔隙率金属橡胶代替了传统的承压结构，还具有更高孔隙水平，可以采用成型方向或非成型方向来承受高压夹紧力。在制动时，盘的平均应力从中心至边缘不断变化，采用梯度金属橡胶，可以更好承受压力，保证上下摩擦盘平面上变形一致。圆柱金属橡胶环组具有四圈。环向间隔设置形成第二间隔通道10。

在本发明实施例5中，以上述实施例1和2中呈梯度变化的三维空间结构为基体，将强化相通过压力铸渗、无压浸渗或吸渗工艺浸入基体中，再采用化学腐蚀方法进行选择性腐蚀由金属丝构成的三维空间结构，形成与基体结构互补的梯度多孔金属结构。所述强化相为熔点比基体金属丝的熔点低的金属，一般选择镁及镁合金、钛及钛合金、锌及锌合金等。所述腐蚀剂为盐酸、硫酸或硝酸。

一种梯度多孔金属橡胶制动盘的工作方法，按以下步骤进行：采用梯度多孔金属橡胶，从中心至边缘的孔隙度不断增大，以抑制涡流扩大的趋势；通过调整改变梯度多孔金属橡胶内部金属丝的空隙大小、孔隙分布、孔隙率以及多孔金属橡胶的布置方式：不同的入口角、出口角、金属橡胶直径及数量，获得合适的梯度孔隙度；将传统结构中空气的二维流动转化为三维混合流动，从而产生径向和周向热量传递，进而减小最小化径向和周向温度梯度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种梯度多孔金属橡胶制动盘，其特征在于：包括夹设在两片制动盘本体之间的多孔金属散热件，多孔金属散热件为梯度多孔金属橡胶，梯度多孔金属橡胶从中心至边缘的孔隙度不断增大，以抑制涡流扩大的趋势。

2.根据权利要求1所述的梯度多孔金属橡胶制动盘，其特征在于：多孔金属散热件的投影面积与所述制动盘本体的轴线方向上的投影面积一致。

3.根据权利要求1所述的梯度多孔金属橡胶制动盘，其特征在于：梯度多孔金属橡胶的孔隙度为10%~90%。

4.根据权利要求1所述的梯度多孔金属橡胶制动盘，其特征在于：多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的轻质高孔隙率金属橡胶环、中孔隙率金属橡胶环、低孔隙率金属橡胶环，使其夹在上摩擦盘、下摩擦盘之间，梯度多孔结构不仅限制了涡流现象，还提高了热传递。

5.根据权利要求1所述的梯度多孔金属橡胶制动盘，其特征在于：多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的大扇形高孔隙率金属橡胶环组、大扇形低孔隙率金属橡胶环组，大扇形高孔隙率金属橡胶环组由多个轻质的大扇形高孔隙率金属橡胶环组成，大扇形低孔隙率金属橡胶环组由多个轻质的大扇形低孔隙率金属橡胶环组成，使其夹在上摩擦盘、下摩擦盘之间，多孔金属散热件具有很强的抗压能力，在制动时承受频繁的高压应力。

6.根据权利要求1所述的梯度多孔金属橡胶制动盘，其特征在于：多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的高孔隙率小扇形金属橡胶环组、中孔隙率小扇形金属橡胶环组、低孔隙率小扇形金属橡胶环组，高孔隙率小扇形金属橡胶环组由多个轻质的高孔隙率小扇形金属橡胶组成，中孔隙率小扇形金属橡胶环组由多个轻质的中孔隙率小扇形金属橡胶组成，低孔隙率小扇形金属橡胶环组由多个轻质的低孔隙率小扇形金属橡胶组成，其中多个高孔隙率小扇形金属橡胶环向间隔设置，多个中孔隙率小扇形金属橡胶环向间隔设置，多个低孔隙率小扇形金属橡胶环向间隔设置，使其夹在上摩擦盘、下摩擦盘之间；多个高孔隙率小扇形金属橡胶、中孔隙率小扇形金属橡胶、低孔隙率小扇形金属橡胶数量相同且一一对应。

7.根据权利要求1所述的梯度多孔金属橡胶制动盘，其特征在于：多孔金属散热件包含自外往内依次同轴设置的多圈圆柱金属橡胶环组，圆柱金属橡胶环组均由多个轻质的圆柱金属橡胶环向间隔组成，自内而外的多圈圆柱金属橡胶环组孔隙度不断增大。

8.一种如权利要求1-7任一所述的梯度多孔金属橡胶制动盘的工作方法，其特征在于，按以下步骤进行：采用梯度多孔金属橡胶，从中心至边缘的孔隙度不断增大，以抑制涡流扩大的趋势；通过调整改变梯度多孔金属橡胶内部金属丝的空隙大小、孔隙分布、孔隙率以及多孔金属橡胶的布置方式：不同的入口角、出口角、金属橡胶直径及数量，获得合适的梯度孔隙度；将传统结构中空气的二维流动转化为三维混合流动，从而产生径向和周向热量传递，进而减小最小化径向和周向温度梯度。

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