CN114738403B - 制动盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制动盘，包括：盘毂，安装在车轴上；盘体，与盘毂连接，盘体上设有散热腔，散热腔沿盘体的径向贯穿盘体的外周面和内周面，散热腔内间隔排布有多个内凹散热筋，内凹散热筋的外周面上设有至少一向内凹陷的凹腔。本发明的制动盘，气流从盘体的内周面进入散热腔后，一部分气流穿过多个内凹散热筋之间的通道后从盘体的外周面流出，同时还有一部分气流会进入该凹腔中形成旋转的气窝，这两部分气流之间形成稳定的气体摩擦界面，降低气流流动阻力，增加了散热面积的同时增加了内凹散热筋表面气流的流动性，降低了制动盘旋转时受到的气流阻力；还减轻了散热筋的重量，降低了制动盘在列车加速过程和高速行驶过程中转动所消耗的能量。

Description

制动盘

技术领域

本发明涉及轨道车辆制动技术领域，特别地，涉及一种制动盘。

背景技术

随着城市轨道交通的快速发展，其中具有代表性的高速动车组有：时速350公里的标准动车组，时速250公里的标准动车组，时速160公里动力集中动车组等，均是采用同种功能的盘形制动。盘形制动方式是一种将列车动能转化成热能的形式，且盘形制动装置中均使用了一种轴装式制动盘，其需要承载车辆停车过程产生的热载荷、运行中的振动和冲击力、以及冷热交变应力。

轴装式制动盘经过冷压安装在车轴上并随车轴一起旋转。制动盘服役工况复杂，承受多种力场的耦合作用，在制动过程中轨道车辆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，为了承载车辆制动热载荷及交变热应力，制动盘的盘体、盘毂、压环设计的质量较重，制动盘的质量越大其在列车加速过程和高速行驶过程中随车轴一起转动时需要消耗较多的能量，并且由于盘体上散热筋的表面会和气流形成摩擦，形成较大风阻，随着速度的增大，也会消耗更多的能量。

发明内容

本发明的目的是提供一种制动盘，以解决目前制动盘的质量较大以及散热筋的表面会和气流形成摩擦而产生较大风阻，造成制动盘在列车加速过程和高速形式过程中消耗的能量过多的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种制动盘，包括：盘毂，安装在车轴上；盘体，与所述盘毂连接，所述盘体上设有散热腔，所述散热腔沿所述盘体的径向贯穿所述盘体的外周面和内周面，所述散热腔内间隔排布有多个内凹散热筋，所述内凹散热筋的外周面上设有至少一向内凹陷的凹腔。

本发明的实施方式中，所述内凹散热筋的外周面上设有多个所述凹腔，多个所述凹腔沿其周向均匀排布。

本发明的实施方式中，多个所述内凹散热筋沿所述盘体的周向均匀排布成散热筋环形阵列组，所述散热腔内由外至内间隔排布有至少两个所述散热筋环形阵列组，且至少两个所述散热筋环形阵列组中的所述内凹散热筋在所述盘体的周向上错位设置。

本发明的实施方式中，至少两个所述散热筋环形阵列组的所述内凹散热筋的径向尺寸由外至内地逐渐减小。

本发明的实施方式中，所述盘体的内周面上设有多个第一连接齿，多个所述第一连接齿沿所述盘体的周向均匀排布，多个所述第一连接齿与所述盘毂连接，相邻的两个所述第一连接齿之间形成进气通道，所述散热腔内间隔排布有多个导流散热筋，多个所述导流散热筋靠近所述盘体的内周面设置，所述导流散热筋引导所述进气通道内的气流进入所述散热腔内。

本发明的实施方式中，所述导流散热筋在所述盘体的径向上具有相连接的尖头端和圆头端，所述尖头端靠近所述盘体的内周面设置，所述圆头端朝向相邻的两个所述内凹散热筋之间的通道设置。

本发明的实施方式中，所述盘体包括沿其轴向间隔排布的上摩擦环和下摩擦环，所述上摩擦环和所述下摩擦环之间的间隙形成所述散热腔，所述第一连接齿设有导流端，所述导流端伸入所述散热腔内，多个所述导流端与多个所述导流散热筋沿所述盘体的周向交错排布，所述导流端与所述导流散热筋配合引导所述进气通道内的气流进入所述散热腔内，且所述上摩擦环和所述下摩擦环通过所述散热筋、所述导流散热筋以及所述导流端相连接。

本发明的实施方式中，所述盘毂的外周面上沿其周向间隔排布有多个第二连接齿，多个所述第二连接齿和多个所述第一连接齿通过多个紧固件对应连接，且相邻的两个所述第二连接齿之间形成第一齿槽，所述第一齿槽与所述进气通道相连通。

本发明的实施方式中，多个所述第二连接齿中的至少两个设有一限位凸台，至少两个所述限位凸台沿所述盘毂的周向均匀排布，多个所述第一连接齿中的至少两个设有一限位凹槽，所述限位凹槽与所述限位凸台相匹配；和/或多个所述第一连接齿中的至少两个设有一限位凸台，至少两个所述限位凸台沿所述盘体的周向均匀排布，多个所述第二连接齿中的至少两个设有一限位凹槽，所述限位凹槽与所述限位凸台相匹配。

本发明的实施方式中，所述制动盘还包括压环，所述压环的外周面上沿其周向均匀排布有多个第三连接齿，相邻的两个所述第三连接齿之间形成第二齿槽，所述第二齿槽与所述进气通道连通，所述第二连接齿、所述第一连接齿以及所述第三连接齿通过所述紧固件依次连接，所述压环将所述盘体压紧固定在所述盘毂上。

本发明的特点及优点是：

本发明的制动盘，通过在内凹散热筋的外周面上设置至少一向内凹陷的凹腔，气流从盘体的内周面进入散热腔后，一部分气流穿过多个内凹散热筋之间的通道后从盘体的外周面流出，同时还有一部分气流会进入该凹腔中形成旋转的气窝，这两部分气流之间形成稳定的气体摩擦界面，从而降低气流流动阻力，并且通过设置凹腔还增加了散热面积，同时由于内凹散热筋的外周面上气窝的存在，增加了内凹散热筋表面气流的流动性，从而降低了制动盘旋转时受到的气流阻力；此外，通过设置向内凹陷的凹腔，减轻了散热筋的重量，从而降低了制动盘在列车加速过程和高速行驶过程中转动所消耗的能量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的制动盘的俯视图。

图2为本发明的制动盘内气流的流动路径示意图。

图3为本发明的内凹散热筋的设计示意图。

图4为本发明的制动盘的爆炸图(省略螺栓)。

图5为本发明的制动盘的侧视图。

图6为本发明的盘体的结构示意图。

图7为本发明的盘毂的结构示意图。

图8为本发明的压环的结构示意图。

图中：

1、盘体；11、散热腔；12、散热筋环形阵列组；121、内凹散热筋；122、凹腔；13、导流散热筋；131、尖头端；132、圆头端；14、第一连接齿；141、导流端；142、限位凹槽；15、第一进气通道；16、导流散热通道；17、上摩擦环；18、下摩擦环；2、盘毂；21、第二连接齿；211、限位凸台；22、第一齿槽；3、压环；31、第三连接齿；32、第二齿槽；33、第二进气通道；4、紧固件；41、螺栓；42、螺母；43、垫圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明提供一种制动盘，包括：盘毂2，安装在车轴上；盘体1，与盘毂2连接，盘体1上设有散热腔11，散热腔11沿盘体1的径向贯穿盘体1的外周面和内周面，散热腔11内间隔排布有多个内凹散热筋121，内凹散热筋121的外周面上设有至少一向内凹陷的凹腔122。

本发明的制动盘，通过在内凹散热筋121的外周面上设置至少一向内凹陷的凹腔122，气流从盘体1的内周面进入散热腔11后，一部分气流穿过多个内凹散热筋121之间的通道后从盘体1的外周面流出，同时还有一部分气流会进入该凹腔122中形成旋转的气窝，这两部分气流之间形成稳定的气体摩擦界面，从而降低气流流动阻力，并且通过设置凹腔122还增加了散热面积，同时由于内凹散热筋121的外周面上气窝的存在，增加了内凹散热筋121表面气流的流动性，从而降低了制动盘旋转时受到的气流阻力；此外，通过设置向内凹陷的凹腔122，减轻了散热筋的重量，从而降低了制动盘在列车加速过程和高速行驶过程中转动所消耗的能量。

具体的，如图2所示，凹腔122的位置根据气流在散热腔11内多个内凹散热筋121之间的通道中流动的路径设置。本实施例中，两个凹腔122位于该路径的两侧，使得该气流在多个内凹散热筋121之间流动的同时，一部分气流在两侧的凹腔122中形成旋转的气窝，从而与多个内凹散热筋121之间穿过的气流之间形成稳定的气体摩擦界面。可选的，多个凹腔沿气流的流动路径间隔排布。本实施例中，如图3所示，以直径为D的圆形柱体为基础，通过将其外周面的至少一处向内凹陷，从而形成具有凹腔122的内凹散热筋121。可选的，以截面为椭圆形的柱体、圆弧过渡的多边形的柱体或者其他形状的柱体为基础设计内凹散热筋。

如图2和图3所示，本发明的实施方式中，内凹散热筋121的外周面上设有多个凹腔122，多个凹腔122沿其周向均匀排布。内凹散热筋121的外周均匀地形成多个旋转的气窝。具体的，内凹散热筋121大体呈具有三个凹腔122的三瓣梅花形、具有四个凹腔122的四瓣梅花形或具有五个凹腔122的五瓣梅花形，凹腔的深度太浅则上述效果不显著，凹腔的深度太深则容易造成一部分气流滞留在凹腔中，优选四瓣梅花形，凹腔122的数量和深度均合适，并且易于加工。此外，由于气流大体的流动趋势是沿盘体1的径向向外，因此，通过将四个凹腔122两两沿盘体1的径向间隔排布，与气流的流动路径更匹配，有利于气流经过时在凹腔122内形成气窝。

如图1所示，多个内凹散热筋121沿盘体1的周向均匀排布成散热筋环形阵列组12，散热腔11内由外至内间隔排布有至少两个散热筋环形阵列组12，且至少两个散热筋环形阵列组12中的内凹散热筋121在盘体1的周向上错位设置。气流从一散热筋环形阵列组12中多个内凹散热筋121之间穿过后再分流至下一散热筋环形陈列组中多个内凹散热筋121之间，因此气流流动的路径更曲折，气流能带走盘体1的各个位置的热量，散热效果更好。具体的，相邻的两个散热筋环形阵列组12之间的通道截面积与每个散热筋环形阵列组12中相邻的两个内凹散热筋121之间的通道截面积相近，从而使气流流动得更平稳。

如图1所示，至少两个散热筋环形阵列组12的内凹散热筋121的径向尺寸由外至内地逐渐减小。一方面使各个散热筋环形阵列组12中相邻的两个内凹散热筋121之间的通道截面积相同，气流流动更稳定，避免气流在局部节流而造成散热不均；另一方面由于盘体1通过盘毂2与车轴连接，盘体1的抗变形能力由内至外逐渐减小，且盘体1的线速度由内至外地逐渐增大，盘体1的发热趋势也由内至外地逐渐更大，使得盘体1的外圆部位相较于其内圆部位更容易变形，因此通过将至少两个散热筋环形阵列组12的内凹散热筋121的径向尺寸由内至外地逐渐增大，其结构强度也越大，从而提高了盘体1的整体强度。

如图1、图2以及图4所示，本发明的实施方式中，盘体1的内周面上设有多个第一连接齿14，多个第一连接齿14沿盘体1的周向均匀排布，多个第一连接齿14与盘毂2连接，相邻的两个第一连接齿14之间形成第一进气通道15，散热腔11内间隔排布有多个导流散热筋13，多个导流散热筋13靠近盘体1的内周面设置，导流散热筋13引导第一进气通道15内的气流进入散热腔11内。气流沿盘体1的轴向进入第一进气通道15后，在导流散热筋13的引导下沿盘体1的径向进入散热腔11内，导流散热筋13导流的同时还具有散热作用。

具体的，每个第一连接齿14通过紧固件4与盘毂2连接，在保证所有第一连接齿14与盘毂2连接的总面积符合要求，同时所有第一进气通道15的流通截面积符合要求的情况下，适当减小单个第一连接齿14的面积而增加第一连接齿14的数量，从而增大了多个紧固件4与第一连接齿14以及盘毂2之间的截面摩擦力，从而更有效地发挥多个紧固件4的紧固摩擦作用，盘体1和盘毂2之间连接更牢固。本实施例中，盘体1的内周面上设有12个第一连接齿14。可选的，盘体的内周面上设有9个第一连接齿、10个第一连接齿或者11个第一连接齿。

如图2所示，导流散热筋13在盘体1的径向上具有相连接的尖头端131和圆头端132，尖头端131靠近盘体1的内周面设置，圆头端132朝向相邻的两个内凹散热筋121之间的通道设置。气流从导流散热筋13的尖头端131的两侧流入散热腔11内，进而沿着圆头端132流入相邻的两个内凹散热筋121之间的通道中。具体的，导流散热筋13大体呈水滴形。导流散热筋13位于相邻的两个内凹散热筋之间的中线上。

本发明为便于描述，以图4为参照，盘体1包括沿其轴向间隔排布的上摩擦环17和下摩擦环18，上摩擦环17和下摩擦环18之间的间隙形成散热腔11，第一连接齿14设有导流端141，导流端141伸入散热腔11内，多个导流端141与多个导流散热筋13沿盘体1的周向交错排布，导流端141与导流散热筋13配合引导第一进气通道15内的气流进入散热腔11内，且上摩擦环17和下摩擦环18通过散热筋、导流散热筋13以及导流端141相连接。导流端141配合导流散热筋13导流的同时还能用于连接上摩擦环17和下摩擦环18，使盘体1的整体结构更稳定。

具体的，如图1和图2所示，导流端141的形状与导流散热筋13的圆头端132的形状相似，从而配合形成导流散热通道16。导流散热通道16的通道截面积沿气流流动的路径基本不变，且导流散热通道16的通道截面积，圆头端132和导流端141与最内侧的散热筋环形阵列组12之间的通道截面积，以及相邻的两个内凹散热筋121之间的通道截面积均相近，使气流流动更平稳。

本实施例中，多个导流端141与多个导流散热筋13沿盘体1的周向一一交错排布，导流端141与导流散热筋13配合引导第一进气通道15内的气流进入散热腔11内。导流端141和导流散热筋13之间形成导流散热通道16。可选的，相邻的两个导流散热筋之间形成导流散热通道。可选的，每两个导流散热筋与一导流端沿盘体的周向交错排布，即相邻的两个第一连接齿之间均匀地间隔排布有两个导流散热筋。可选的，每三个导流散热筋与一导流端沿盘体的周向交错排布，即相邻的两个第一连接齿之间均匀的间隔排布有三个导流散热筋。由此可知，本发明中导流散热筋的数量不具体限制，使导流散热通道16与相邻的两个内凹散热筋121之间的流通通道的宽度相近即可，即气流沿导流散热通道16流动至相邻的两个内凹散热筋121之间的流通通道的过程中其压力和速度的变化较小。

如图4所示，本发明的实施方式中，盘毂2的外周面上沿其周向间隔排布有多个第二连接齿21，多个第二连接齿21和多个第一连接齿14通过多个紧固件4对应连接，且相邻的两个第二连接齿21之间形成第一齿槽22，第一齿槽22与第一进气通道15相连通。具体的，盘毂2通过冷压的方式紧套在车轴上，盘毂2的外周面沿其径向向外凸伸形成第二连接齿21。多个第一连接齿14的下表面与下摩擦环18的内周面之间配合形成下安装凹槽，多个第二连接齿21配合安装在下安装凹槽内并与多个第一连接齿14相连接，使整个制动盘的结构更紧凑。

如图4、图5、图6以及图7所示，本实施例中，多个第二连接齿21中的至少两个设有一限位凸台211，至少两个限位凸台211沿盘毂2的周向均匀排布，多个第一连接齿14中的至少两个设有一限位凹槽142，限位凹槽142与限位凸台211相匹配。通过至少两个限位凸台211与至少两个限位凹槽142相配合，当盘体1受热膨胀时，限位凸台211配合限位凹槽142起到径向导向作用，同时还能限制盘体1和盘毂2之间在其径向上发生相对偏移以及在其周向上发生相对转动，确保盘体1与盘毂2在使用过程中轴对中，此外还增加了盘体1与盘毂2之间的连接面积，连接更稳固。具体的，四个第二连接齿21上设有限位凸台211，四个第一连接齿14的下表面设有限位凹槽。可选的，五个、六个或更多个第二连接齿上设有限位凸台，五个、六个或更多个第一连接齿的下表面设有限位凹槽。可选的，多个第一连接齿中的至少两个设有一限位凸台，至少两个限位凸台沿盘体1的周向均匀排布，多个第二连接齿中的至少两个设有一限位凹槽，限位凹槽与限位凸台相匹配。

如图4、图5以及图8所示，制动盘还包括压环3，压环3的外周面上沿其周向均匀排布有多个第三连接齿31，相邻的两个第三连接齿31之间形成第二齿槽32，第二齿槽32与第一进气通道15连通，第二连接齿21、第一连接齿14以及第三连接齿31通过紧固件4依次连接，压环3将盘体1压紧固定在盘毂2上。

具体的，盘体1和压板依次套设在盘毂2上。紧固件4包括螺栓41、螺母42以及垫圈43，螺栓41的一端依次穿过第二连接齿21、第一连接齿14、第三连接齿31以及垫圈43后与螺母42连接。结合图1所示，多个第一连接齿14与盘毂2的外周面之间形成第二进气通道17。压环3的外周面向内凹陷形成第二齿槽32，压环3的外周面与盘体1的内周面之间以及压环3的内周面与盘毂2的外周面之间形成两个第二进气通道33，第二进气通道33与第一进气通道15相连通。气流除了能依次经第二进气通道33进入第一进气通道15中，还能从第二齿槽32进入第一进气通道15中，从而使更多的气流从第一进气通道15进入散热腔11内，进而提高了散热的效果。多个第一连接齿14的上表面与上摩擦环17的内周面之间配合形成上安装凹槽，多个第三连接齿31配合安装在上安装凹槽内并与多个第一连接齿14相连接，使整个制动盘的结构更紧凑。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种制动盘，其特征在于，包括：

盘毂，安装在车轴上；

盘体，与所述盘毂连接，所述盘体上设有散热腔，所述散热腔沿所述盘体的径向贯穿所述盘体的外周面和内周面，所述散热腔内间隔排布有多个内凹散热筋，所述内凹散热筋的外周面上设有至少一向内凹陷的凹腔；

所述内凹散热筋的外周面上设有多个所述凹腔，多个所述凹腔沿其周向均匀排布；所述凹腔的位置根据气流在所述散热腔内多个所述内凹散热筋之间的通道中流动的路径设置；多个所述内凹散热筋沿所述盘体的周向均匀排布成散热筋环形阵列组，所述散热腔内由外至内间隔排布有至少两个所述散热筋环形阵列组，且至少两个所述散热筋环形阵列组中的所述内凹散热筋在所述盘体的周向上错位设置；

所述盘体的内周面上设有多个第一连接齿，多个所述第一连接齿沿所述盘体的周向均匀排布，多个所述第一连接齿与所述盘毂连接，相邻的两个所述第一连接齿之间形成进气通道；

所述散热腔内间隔排布有多个导流散热筋，多个所述导流散热筋靠近所述盘体的内周面设置，所述导流散热筋引导所述进气通道内的气流进入所述散热腔内；所述导流散热筋在所述盘体的径向上具有相连接的尖头端和圆头端，所述尖头端靠近所述盘体的内周面设置，所述圆头端朝向相邻的两个所述内凹散热筋之间的通道设置。

2.根据权利要求1所述的制动盘，其特征在于，

至少两个所述散热筋环形阵列组的所述内凹散热筋的径向尺寸由外至内地逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的制动盘，其特征在于，

所述盘体包括沿其轴向间隔排布的上摩擦环和下摩擦环，所述上摩擦环和所述下摩擦环之间的间隙形成所述散热腔，所述第一连接齿设有导流端，所述导流端伸入所述散热腔内，多个所述导流端与多个所述导流散热筋沿所述盘体的周向交错排布，所述导流端与所述导流散热筋配合引导所述进气通道内的气流进入所述散热腔内，且所述上摩擦环和所述下摩擦环通过所述散热筋、所述导流散热筋以及所述导流端相连接。

4.根据权利要求1所述的制动盘，其特征在于，

所述盘毂的外周面上沿其周向间隔排布有多个第二连接齿，多个所述第二连接齿和多个所述第一连接齿通过多个紧固件对应连接，且相邻的两个所述第二连接齿之间形成第一齿槽，所述第一齿槽与所述进气通道相连通。

5.根据权利要求4所述的制动盘，其特征在于，

多个所述第二连接齿中的至少两个设有一限位凸台，至少两个所述限位凸台沿所述盘毂的周向均匀排布，多个所述第一连接齿中的至少两个设有一限位凹槽，所述限位凹槽与所述限位凸台相匹配；和/或

多个所述第一连接齿中的至少两个设有一限位凸台，至少两个所述限位凸台沿所述盘体的周向均匀排布，多个所述第二连接齿中的至少两个设有一限位凹槽，所述限位凹槽与所述限位凸台相匹配。

6.根据权利要求4所述的制动盘，其特征在于，

所述制动盘还包括压环，所述压环的外周面上沿其周向均匀排布有多个第三连接齿，相邻的两个所述第三连接齿之间形成第二齿槽，所述第二齿槽与所述进气通道连通，所述第二连接齿、所述第一连接齿以及所述第三连接齿通过所述紧固件依次连接，所述压环将所述盘体压紧固定在所述盘毂上。