CN115076271A - 一种带有传热强化结构的高效能制动装置 - Google Patents

一种带有传热强化结构的高效能制动装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种带有传热强化结构的高效能制动装置，它包括摩擦片组件、异形制动盘；该摩擦片组件是与异形制动盘以面接触的，异形制动盘是与旋转设备的旋转轴一同旋转，当需要制动时摩擦片组件压紧异形制动盘以使异形制动盘减速或停止转动，进而实现对设备的减速及制动功能；本发明在异形制动盘上开设传热强化结构，避免了异形制动盘因受热不均匀导致变形甚至使该制动盘面开裂的问题，与实体制动盘相比，本发明的壳体结构将节省一部分的制作材料，降低该制动盘的成本；这样的结构，应用到现有高速旋转设备制动系统上，将更好地发挥制动盘的制动的优势，明显增强制动效能及稳定性，大大延长其使用寿命；本发明所述装置结构科学，工艺性好，具有广阔推广应用价值。

Description

一种带有传热强化结构的高效能制动装置
技术领域
本发明提供一种带有传热强化结构的高效能制动装置，具体地说，它是一种在制动盘体上开设一定数量的型槽及盘体上开设气体导流孔，属于旋转轴制动技术领域；适用于各种机载设备、工程机械、列车、汽车等机械设备旋转轴的制动装置。
背景技术
制动装置是具有使运动部件(或运动机械)减速、停止或保持停止状态等功能的机械零件，俗称刹车、闸；制动装置广泛地应用于机载设备、工程机械、列车和汽车等设备上；随着科学技术的不断进步，实际生产应用中对制动装置提出了更高的要求，要求制动装置能适应在高温、高速、频繁制动等极端工况条件下良好运行，这样就对制动装置的性能提出了更高的要求；
目前，国内外许多专家学者研究制动装置主要是正向直观的研究：如重量轻，制动力大、制动稳定性好、摩擦磨损小，使用寿命长、工作可靠等方面展开，并已取得了很好的成效；同时也为制动装置设计积累了大量的理论依据及设计方法等；而对于制动装置的制动盘、摩擦片自身的散热研究并不多见；传统的制动装置的制动盘与摩擦片之间因运转产生的摩擦热不能得到很好的散热，使得端面因受热不均而产生变形，严重时制动盘及摩擦片会产生龟裂，使制动装置的制动性能大大降低；甚致会使制动装置过早失效；过高的端面温度成为制约制动装置向长寿命、高可靠性发展的瓶颈，因此如何降低制动装置端面温度成了亟待解决的问题。
发明内容
(一)目的
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带有传热强化结构的高效能制动装置，它是一种端面导热能力强、均温性能好、抗扰动吸纳性能强且制动效能较好的新型制动装置；本制动装置可以有效地解决现有的制动装置在工作时由于端面温度过高及受热不均匀而导致的端面变形，从而提高制动装置的制动性能。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种带有传热强化结构的高效能制动装置，如图1所示，包括摩擦片组件、异形制动盘；它们相互之间的关系是：摩擦片组件是与异形制动盘以面接触的，异形制动盘是与旋转设备的旋转轴一同旋转，当需要制动时摩擦片组件压紧异形制动盘以使异形制动盘减速或停止转动，进而实现对设备的减速及制动功能；
所述的摩擦片组件，如图3所示，是由摩擦片支架1、承载钢球2、摩擦片3组成；它们之间的关系是：该摩擦片3通过其背面的球形凹槽32与承载钢球2及摩擦片支架1里面球形凹坑11与摩擦片支架1组合在一起形成摩擦片组件；
该摩擦片支架1的结构形状如图3及图4所示，摩擦片支架1是一段圆环形结构，内环半径为R1，里面有4个球形凹坑11，四周有四个限位挡块12；此四个限位挡块12与摩擦片3有一定的间隙其距离为L2，L2＝2mm～3mm；
该承载钢球2的结构形状如图3及图4所示，是一个圆球形钢球，承载钢球2的直径为
Figure BDA0003729897070000021
该摩擦片3的结构形状如图3及图4所示；整体结构是一段圆环形结构，摩擦片3的内环半径为R2，与摩擦片支架1的内环半径R1相等，即R1＝R2；摩擦片3正面加工出等腰梯形凸台31，等腰梯形凸台31两腰边的夹角为θ1，等腰梯形凸台31的个数为3～6个，沿内环向外环均匀分布；具体个数因整个制动装置的大小而定；该摩擦片3的背面加工有四个球形凹槽32，球形凹槽32是用于装配时安装承载钢球2的；装配后的摩擦片组件中的摩擦片3与摩擦片支架1的轴向距离为L1，L1＝3mm～5mm；
所述的异形制动盘4，如图5所示，由径向气流通孔41、轴向气流通孔42、等腰梯形凹槽43、制动盘安装的螺栓孔44、周向气流通孔45组成，他们都是在异形制动盘4的盘体上不同位置加工而成的与异形制动盘4是一体的结构；
该径向气流通孔41，如图6所示，是沿异形制动盘4的半径方向开设的圆形气流通孔，其径向气流通孔41的直径为
Figure BDA0003729897070000022
该径向气流通孔41沿周向均匀布置10～16个，具体个数因制动装置的结构大小而定；
该轴向气流通孔42，如图6所示，是沿异形制动盘4的轴向也就是盘面上开设圆形通孔；其轴向气流通孔42的直径为
Figure BDA0003729897070000023
轴向气流通孔42沿异形制动盘4的径向分布3～6个，沿周向分布布置10～16个，具体个数因制动装置的结构大小而定；
该轴向气流通孔42与径向气流通孔41是相互贯通的，如图6所示，也就是两通孔轴线是相互正交流，这样有助于气流的流通；
该等腰梯形凹槽43，如图6所示，是在异形制动盘4的盘面上加工出来的，并沿径向分布3～6个；等腰梯形凹槽43的两腰边夹角为θ2，与摩擦片3的等腰梯形凸台31的夹角θ1，θ1-θ2＝2°～3°，工作时等腰梯形凹槽43与等腰梯形凸台31进行接触大大增加了摩擦面提高了制动效能，同时这种接触方式也增大了散热面积有助于降低制动装置温度；
该制动盘安装的螺栓孔44，如图6所示，是在异形制动盘4的中间加工出来的通孔，是将异形制动盘4安装于所需制动设备的旋转轴的螺栓通孔；本发明有4个制动盘安装的螺栓孔44，其个数的多少因制动装置的结构大小而定；
该环形气流通孔45，如图6所示，是沿异形制动盘4的圆周方向开设于盘体内部的圆形气流通孔，其通孔直径为
Figure BDA0003729897070000031
它与径向气流通孔41的直径
Figure BDA0003729897070000032
的大小相等，即
Figure BDA0003729897070000033
这样有助于汽流的流动可以带走盘体的更多热量。
(三)优点及功效
本发明的有益效果是：(1)在异形制动盘4上开设传热强化结构，避免了异形制动盘4因受热不均匀导致变形甚至使该制动盘面开裂的问题，同时,开设了这种传热强化结构后大大地提高了该制动盘的散热面积；(2)当气体进入该制动盘结构体内与腔内壁面接触进行传导散热，同时气流也在该制动盘体内产生旋涡流动起到更好对流散热，使该制动盘体得到良好的热交换和冷却作用；(3)基于摩擦学原理，该制动装置在制动时是通过异形制动盘4的盘体及摩擦片3相互间的梯形凹面槽及凸台进行面接触摩擦大大增加了制动时的摩擦面及散热面，提高了制动效能，整体空间结构上可以做得更小些，节省材料及装置空间；(4)根据材料力学原理，壳体结构的刚度明显优于实体的结构，扰流结构可起到加强筋也可起到增加散热面积及提高异形制动盘4的刚度降低受力变形量；(5)与实体制动盘相比，壳体结构将节省一部分的制作材料，降低该制动盘的成本；这样的结构，应用到现有高速旋转设备制动系统上，将更好地发挥制动盘的制动的优势，明显增强制动效能及稳定性，大大延长其使用寿命；本发明所述装置结构科学，工艺性好，具有广阔推广应用价值。
附图说明
图1为本发明带有传热强化结构的高效能制动装置示意图。
图2为本发明带有传热强化结构的高效能制动装置的分解结构示意图。
图3为摩擦片组件的分解结构示意图。
图4为摩擦片组件的装配结构示意图。
图5为异形制动盘A-A的剖视图。
图6为异形制动盘局部结构的放大视图。
图7为本发明散热气流的流动方向示意图。图中的箭头是异形制动盘工作时散热气流的流动方向示意。
图中标号说明如下：
1为摩擦片支架，2为承载钢球，3为摩擦片，4为异形制动盘，12为限位挡块，
31为等腰梯凸台，32为球形凹槽，41为径向气流通孔，42为轴向气流通孔，
43为等腰梯形凹槽，44为螺栓孔，45为环形气流通孔；
L1为摩擦片3与摩擦片支架1的装配间隙，L2为限位挡块12与摩擦片3的间隙，
R1为摩擦片支架1的内环半径，R2为摩擦片的内环半径，
θ1为等腰梯形凸台31的两个腰边的夹角，θ2为等腰梯形凹槽两腰边的夹角，
Figure BDA0003729897070000041
为承载钢球2的直径，
Figure BDA0003729897070000042
为径向气流通孔41的直径，
Figure BDA0003729897070000043
为环形气流通孔直径，
Figure BDA0003729897070000044
为轴向气流通孔直径，
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作具体说明；
本发明实施例的结构如图1～图7所示；
本发明一种带有传热强化结构的高效能制动装置，如图1所示，包括摩擦片组件、异形制动盘；它们相互之间的关系是：摩擦片组件是与异形制动盘以面接触的，异形制动盘是与旋转设备的旋转轴一同旋转，当需要制动时摩擦片组件压紧异形制动盘以使异形制动盘减速或停止转动，进而实现对设备的减速及制动功能；
所述的摩擦片组件，如图3所示，是由摩擦片支架1、承载钢球2、摩擦片3组成；它们之间的关系是：摩擦片3通过其背面的球形凹槽32与承载钢球2及摩擦片支架1里面球形凹坑11与摩擦片支架1组合在一起形成摩擦片组件；其摩擦片3与摩擦片支架1装配后的轴向距离为L1，L1＝3mm～5mm；如图3及图4所示，摩擦片支架1是一段圆环形结构，内环半径为R1，里面有四个球形凹坑11，四周有四个限位挡块12；此四个限位挡块12与摩擦片3有一定的间隙其距离为L2，L2＝2mm～3mm；承载钢球2的形状如图3及图4所示，是一个圆球形钢球，承载钢球2的直径为
Figure BDA0003729897070000045
摩擦片3的结构形状如图3及图4所示；整体结构是一段圆环形结构，摩擦片3的内环半径为R2，摩擦片3正面加工出等腰梯形凸台31，等腰梯形凸台31两腰边的夹角为θ1，等腰梯形凸台31的个数为3～6个，沿内环向外环均匀分布；具体个数因整个制动装置的大小而定；摩擦片3的背面加工有四个球形凹槽32，球形凹槽32是用于装配时安装承载钢球2的；
所述的异形制动盘4，如图5所示，由径向气流通孔41、轴向气流通孔42、等腰梯形凹槽43、制动盘安装的螺栓孔44、环形气流通孔45组成，他们都在异形制动盘4的盘体上不同位置加工而成的与异形制动盘4是一体的结构；该径向气流通孔41，如图6所示，是沿异形制动盘4的半径方向开设的圆形气流通孔，其径向气流通孔41的直径为
Figure BDA0003729897070000051
该气流通孔41沿周向均匀布置10～16个，具体个数因制动装置的结构大小而定；该轴向气流通孔42，如图6所示，是沿异形制动盘4的轴向也就是盘面上开设圆形通孔；其轴向气流通孔的直径为
Figure BDA0003729897070000052
轴向气流通孔42沿异形制动盘4的径向分布3～6个，沿周向分布布置10～16个，具体个数因制动装置的结构大小而定；该轴向通气孔42与径向通气孔41是相互贯通的，如图5所示，也就是两轴线是正交流，这样有助于气流的流通；该等腰梯形凹槽43，如图6所示，是在异形制动盘4的盘面上加工出来的，并径向分布3～6个；等腰梯形凹槽43的两边夹角为θ2，与摩擦片3的等腰梯形凸台31的夹角θ1，θ1-θ2＝2°～3°，工作时等腰梯形凹槽43与等腰梯形凸台31进行接触大大增加了摩擦面提高了制动效能，同时这种接触方式也增大了散热面积有助于降低制动装置温度；该制动盘安装的螺栓孔44，如图6所示，是在异形制动盘4的中间加工出来的通孔，是将异形制动盘4安装于所要制动设备的旋转轴的螺栓孔；本发明有四个制动盘安装的螺栓孔44，其个数的多少因制动装置的结构大小而定；该环形气流通孔45，如图6所示，是沿异形制动盘4的圆周方向开于盘体内部的圆形气流通孔，其通孔直径为
Figure BDA0003729897070000053
它与径向气流通孔41的直径
Figure BDA0003729897070000054
的大小相等，即
Figure BDA0003729897070000055
这样有助于汽流的流动可以带走盘体的更多热量；
本制动装置结构可以按一定的尺寸及加工余量，先制作好模型，然后浇铸而成毛坯，再进行机加工，得到带传热强化结构的制动装置及异形制动盘面；制动装置组装时，应使气流入口及气流出口露出，以便散热气流能够循环流通，达到预期的效果；对于不同大小的制动装置，各气流通孔及梯形结构的个数多少及制动装置轴向厚度，可根据实际情况确定；
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种带有传热强化结构的高效能制动装置，其特征在于：它包括摩擦片组件、异形制动盘；该摩擦片组件是与异形制动盘以面接触的，异形制动盘是与旋转设备的旋转轴一同旋转，当需要制动时摩擦片组件压紧异形制动盘以使异形制动盘减速及停止转动，实现对设备的减速及制动功能；
所述的摩擦片组件，它是由摩擦片支架(1)、承载钢球(2)及摩擦片(3)组成；该摩擦片(3)通过其背面的球形凹槽(32)与承载钢球(2)及摩擦片支架(1)里面球形凹坑(11)与摩擦片支架(1)组合在一起形成摩擦片组件；
该摩擦片支架(1)的结构形状是一段圆环形结构，内环半径为R1，里面有4个球形凹坑(11)，四周有四个限位挡块(12)；此四个限位挡块(12)与摩擦片(3)有一间隙，距离为L2，L2取值2mm～3mm；
该承载钢球(2)的结构形状是一个圆球形钢球，承载钢球(2)的直径为
Figure FDA0003729897060000013
该摩擦片(3)的整体结构形状是一段圆环形结构，摩擦片(3)的内环半径为R2，与摩擦片支架(1)的内环半径R1相等，即R1＝R2；摩擦片(3)正面加工出等腰梯形凸台(31)，等腰梯形凸台(31)两腰边的夹角为θ1，等腰梯形凸台(31)的个数为3～6个，沿内环向外环均匀分布；具体个数因整个制动装置的大小而定；该摩擦片(3)的背面加工有四个球形凹槽(32)，球形凹槽(32)用于装配时安装承载钢球(2)；装配后的摩擦片组件中的摩擦片(3)与摩擦片支架(1)的轴向距离为L1，L1取值3mm～5mm；
所述的异形制动盘(4)是由径向气流通孔(41)、轴向气流通孔(42)、等腰梯形凹槽(43)、制动盘安装的螺栓孔(44)及周向气流通孔(45)组成；它们都是在异形制动盘(4)的盘体上不同位置加工而成的与异形制动盘(4)是一体的结构；
该径向气流通孔(41)是沿异形制动盘(4)的半径方向开设的圆形气流通孔，其径向气流通孔(41)的直径为
Figure FDA0003729897060000011
该径向气流通孔(41)沿周向均匀布置10～16个，具体个数因制动装置的结构大小而定；
该轴向气流通孔(42)是沿异形制动盘(4)的轴向也就是盘面上开设圆形通孔；其轴向气流通孔(42)的直径为
Figure FDA0003729897060000012
轴向气流通孔(42)沿异形制动盘(4)的径向分布3～6个，沿周向分布布置10～16个，具体个数因制动装置的结构大小而定；
该轴向气流通孔(42)与径向气流通孔(41)是相互贯通的，就是两通孔轴线是相互正交流，有助于气流的流通；
该等腰梯形凹槽(43)是在异形制动盘(4)的盘面上加工出来的，并沿径向分布3～6个；等腰梯形凹槽(43)的两腰边夹角为θ2，与摩擦片(3)的等腰梯形凸台(31)的夹角θ1，θ1-θ2取值为2°～3°，工作时等腰梯形凹槽(43)与等腰梯形凸台(31)进行接触，增加了摩擦面，提高了制动效能；同时这种接触方式也增大了散热面积，降低制动装置温度；
该制动盘安装的螺栓孔(44)是在异形制动盘(4)的中间加工出来的通孔，是将异形制动盘(4)安装于所需制动设备的旋转轴的螺栓通孔；这里选择4个制动盘安装的螺栓孔(44)，具体多少因制动装置的结构大小而定；
该环形气流通孔(45)是沿异形制动盘(4)的圆周方向开设于盘体内部的圆形气流通孔，其通孔直径为
Figure FDA0003729897060000021
它与径向气流通孔(41)的直径
Figure FDA0003729897060000022
的大小相等，即
Figure FDA0003729897060000023
这样有助于汽流的流动能带走盘体的更多热量。
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