CN115929820A - 用于车辆的鼓和鼓式制动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于车辆的鼓和鼓式制动器。一种用于鼓式制动器的鼓由铝合金制成为单个部件并且包括：中心轴线、用于连接到车轮并且垂直于中心轴线延伸的后壁、平行于中心轴线延伸的周向壁以及将周向壁与后壁附接的过渡区域；周向壁具有内面和外面，内面限定了用于与鼓式制动器的制动蹄接触的制动表面，并且外面具有从外面径向伸出的散热块，周向壁在外面中具有第一区段和第二区段，第一区段不含散热块并且从过渡区域延伸，散热块布置在第二区段中并从第一区段延伸，使得周向壁在第二区段中比在第一区段中厚。

Description

用于车辆的鼓和鼓式制动器

技术领域

本发明涉及用于车辆的鼓(drum)和鼓式制动器(drum brake)。

背景技术

车辆包括制动系统，借助于该制动系统，车辆的使用者可以主动使车辆停止或减速。制动系统包括与车辆的各个车轮相关联的鼓式制动器或盘式制动器。为了提供所需的制动，盘式制动器包括制动盘和相对于该盘的外制动表面摩擦的制动衬块，鼓式制动器包括鼓和相对于该鼓的内制动表面摩擦的制动蹄(braking shoe)。

假定制动材料必须承受制动期间产生的热量，则必须使用除了相对硬度之外还具有高热阻的材料，以承受相对于制动表面的摩擦。在鼓式制动器的情况下，散热是特别有意义的，因为热量的集中是在封闭环境中产生的，其中，制动蹄作用在鼓的内制动表面上。

通常，为了实现所需的阻力，鼓例如由合金铁(诸如铸铁)制成为单个部件，并且为了改善制动时产生的热量向大气中的耗散，鼓可以包括径向伸出到鼓之外的散热片(fin)的形式的散热块(heat dissipating mass)。例如，专利文献EP3181936A1、EP3175135A1或EP2326854A1示出了具有用于散热的径向散热片的被制造为单个部件的鼓。

然而，用于制造鼓的铸铁是具有相对高密度的材料。鼓的重量与非悬挂质量(non-suspended mass)有关，因此其减小不仅减少了CO₂排放，而且改善了车辆的动态性能。已知使用铝来减小重量，铝是轻质材料并且还具有良好的散热热性能。然而，标准铝合金不具有必要的电阻；因此，如专利文献US20140144735A1的示例所示，已知鼓被制造成两部分：由铁制成的内环，其限定制动蹄作用的制动表面并提供必要的硬度；以及由铝制成的外壳，其减小重量并有助于耗散内环中产生的热量。尽管这种解决方案满足了硬度和热耗散要求，但是将由铁制成的环集成在由铝制成的外壳中使得制造鼓变得复杂并且代价增加。

EP3181936A1示出了由铸铁并且优选地通过砂型铸造制成的作为单个部件的鼓，尽管也建议其可以由钢或铝制造。所述鼓包括中心轴线、用于连接到车轮并垂直于所述中心轴线延伸的后壁、平行于中心轴线延伸的周向壁(circumferential wall)以及将周向壁与后壁附接的过渡区域，周向壁具有内面和与内面相反的外面，内面限定用于与制动蹄接触的制动表面，并且外面具有从外面径向伸出的散热块。

如在EP3181936A1的图6的截面图中详细观察到的，散热块直接从将后壁与周向壁附接的过渡区域延伸，使得散热块被布置成完全覆盖鼓的外面，使得散热块加强过渡区域与周向壁之间的附接。在一些实施方式中，诸如图2和图4的实施方式中，散热块甚至包括多个散热片，这些散热片覆盖周向壁和过渡区域以及后壁。在这种情况下，散热块加强了过渡区域与周向壁之间的附接，以及过渡区域与后壁之间的附接。

发明内容

本发明的目的是提供用于车辆的鼓和鼓式制动器。

本发明的一个方面涉及一种鼓，所述鼓由铝合金制成为单个部件并且包括：中心轴线、用于连接到车轮并且垂直于所述中心轴线延伸的后壁、平行于所述中心轴线延伸的周向壁以及将所述周向壁与所述后壁附接的过渡区域；所述周向壁具有内面和与所述内面相反的外面，所述内面限定了用于与制动蹄接触的制动表面，并且所述外面具有从所述外面径向伸出的散热块。所述周向壁在所述外面中具有第一区段和第二区段，所述第一区段不含散热块并且从所述过渡区域延伸，所述散热块布置在所述第二区段中并从所述第一区段延伸，使得所述周向壁在所述第二区段中比在所述第一区段中厚。

因此，所述鼓被制造为单个部件，由此相对于被制造为两个部件(由铁制成的内环必须被集成在由铝制成的外壳中)的现有技术的鼓简化了其制造。

此外，所述鼓由减小重量并改善散热的铝合金制成。所述合金被限定成使得所述鼓能够在铸造过程中制造而无需任何后续涂覆，从而确保该应用所需的阻力和摩擦性能。

具体地，在所述周向壁的所述第一区段中没有散热块允许所述周向壁与所述过渡区域之间的附接是柔性的。因此，当所述制动靴作用在所述制动表面上从而在垂直于所述中心轴线的推动方向上施加力时，所述附接略微变形，并使所述鼓的所述内面保持基本平行于所述鼓的所述中心轴线，因此使所述制动靴与所述制动表面之间的接触表面最大化。这种效果是由加热所述鼓时引起的变形产生的，所提出的设计使这种变形最小化，从而改善了制动能力并提供了所述制动靴的摩擦材料的均匀磨损。

例如，在示出了制造为单个部件的鼓的现有技术的专利文献(诸如EP3181936A1)中，散热块完全覆盖周向壁的外面，使得周向壁与过渡区域之间的附接变硬，并且当制动蹄作用在制动表面上时，周向壁的内面趋向于在周向壁与过渡区域之间的所述附接上枢转。因此，在制动期间，内面相对于鼓的中心轴线倾斜地布置，并且制动蹄不会作用在整个制动表面上，而是趋向于在靠近过渡区域的区域中施加更大的压力，从而增加所述区域中的温度、降低制动功效并产生制动蹄的摩擦材料的不成比例磨损，这随时间推移甚至进一步降低了制动功效。

本发明的另一方面涉及一种用于车辆的鼓式制动器，所述鼓式制动器具有如上所述的鼓。

根据本发明的附图和详细描述，本发明的这些和其它优点和特征将变得显而易见。

附图说明

图1示出了本发明的鼓的示例的后立体图。

图2是图1的鼓的前立体图。

图3示出了图1的鼓的侧视图。

图4示出了图3中所示的截面III-III的径向截面图。

图5示出了图4的截面图的上端的放大细节。

图6示出了包括图1的鼓的制动鼓的局部截面图。

图7示意性地示出了在制动期间由鼓的具有完全覆盖周向壁的外面的散热块的周向壁承受的变形。

图8示意性地示出了在制动期间由前述附图的鼓的周向壁承受的变形。

图9示出了图7的描述的在制动期间由周向壁承受的变形相对于图8的描述的比较图。

具体实施方式

图1至图6示出了本发明的鼓100的非限制性示例。

鼓100包括中心轴线X、用于连接到车轮并垂直于中心轴线X延伸的后壁10、平行于中心轴线X延伸的周向壁20以及将周向壁20与后壁10附接的过渡区域30。

鼓100具有围绕中心轴线X的轴向对称形状，并且当鼓100安装在车轮中时，所述中心轴线X与车轮的旋转轴线重合。鼓100限定了用于布置支承鼓式制动器的操作元件的板300的壳体。

用于将后壁10与周向壁20附接的过渡区域30可以呈现不同的几何形状。后壁10甚至可以与周向壁20直接附接，从而形成90°附接，因为后壁与中心轴线X垂直，并且周向壁与中心轴线X平行。在这种情况下，过渡区域30直接附接在壁10与20之间。

如图4和图5详细所示，周向壁20具有内面21和与内面21相反的外面22。内面21限定用于与制动蹄200(参见图6)接触的制动表面，并且周向壁20的外面22具有从外面22径向伸出的散热块40。当制动蹄200根据垂直于中心轴线X的推动方向作用在制动表面上时，散热块40将制动期间产生的热量向外传导。

周向壁20在外面22中具有第一区段23和第二区段24，该第一区段23不含散热块40并且从过渡区域30延伸，散热块40布置在该第二区段24中并从第一区段23延伸，使得周向壁20在第二区段24中比在第一区段23中厚。

散热块40是周向壁20的从外面22围绕中心轴线X径向伸出的突出部，其增加了所述壁20的第二区段24的厚度e2。散热块40增加了周向壁20的第二区段24的刚度，以便承受制动期间由制动蹄200施加的压力，并将集中在鼓内部的制动表面中的热量引向周向壁20的自由端。此外，第一区段23中不存在散热块40使得周向壁20与过渡区域30之间的附接更具柔性，这允许改善制动期间的制动蹄200在制动表面上的接触，如以下关于图7、图8和图9所解释的。

内面21平行于中心轴线X并且从附接到过渡区域30并且包含在垂直于中心轴线X的第一假想平面i中的第一点p1延伸，并且散热块40具有壁42，该壁42从第一区段23、从限定在壁42与第一区段23之间的交点p3延伸，其中交点p3包含在垂直于中心轴线X的第二假想平面i’中，并且其中，第一假想平面i与第二假想平面i’分开至少5mm的距离D1。参见图5。

实验发现，5mm的距离D1是合适的最小距离，不含散热块40的第一区段23必须具有该最小距离，以便改善周向壁20与过渡区域30之间的附接的柔性，同时鼓100保持合适的机械强度性能。

内面21在与第一点p1对应的第一端p1和与第一端p1相反的第二自由端p2之间沿预定轴向方向延伸，其中第一点p1附接到过渡区域30。限定在内面21中的制动表面完全或部分地占据内面21。当制动发生时，制动表面与在制动蹄200和内面21之间建立的接触表面重合。参见图6。

优选地，周向壁20在第一区段23中具有至少3mm的平均厚度e1。平均厚度e1对应于周向壁20在两个假想平面i与i’之间的中点处的高度。

甚至更优选地，周向壁20在第二区段24中具有至少8mm cm的平均厚度e2。平均厚度e2对应于周向壁20在第二假想平面i’和垂直于中心轴线X的穿过内面21的第二自由端p2的假想平面之间的中点处的高度。

距离D1和厚度e1以及另外的厚度e2的结合效果允许改善周向壁20与过渡区域30之间的附接的柔性，同时鼓100保持合适的机械强度和散热性能。

优选地，如在图5中详细观察到的，散热块40的壁42是垂直于中心轴线X从第一区段23延伸的垂直壁42，其中垂直壁42包含在垂直于中心轴线X的第二假想平面i’中。因此，在两个假想平面i与i’之间没有散热块40，并且该散热块40从周向壁20的区段23与24之间的附接(即，从交点p3)垂直且直接地伸出。由此，使得第二区段24中散热块40的存在最大化。在任何情况下，为了使第一区段23更具柔性，壁42不必垂直伸出，并且它可以是针对中心轴线X以相对于第二假想平面i’的倾斜角倾斜延伸的壁42。

优选地，如附图的示例中所示，散热块40包括从周向壁20的外面22径向伸出并且围绕中心轴线X在周向上连续地布置的多个散热片41。

散热块40还包括用于空气循环的通道43，所述用于空气循环的通道43在周向上连续地围绕中心轴线X布置在散热片41之间。通道43有利于散热片41之间的气流，从而改善了散热。

另选地，散热块40可以是环形块，其没有圆周地包围周向壁20的外面22的第二区段24的通道或散热片。

各个散热片41具有垂直于中心轴线X从第一区段23延伸的垂直壁42和以基本平行于中心轴线X的方式从垂直壁42延伸的水平壁44。散热片41的垂直壁42对应于散热块40的垂直壁42，并包含在垂直于中心轴线X的第二假想平面i’中。

散热片41的水平壁44具有三角形形状，散热片41的厚度朝着垂直壁42减小。因此，散热片41在靠近壁20的第一区段23的区域中具有较小的厚度。所述三角形形状有利于散热片41之间的气流，因此改善了散热。此外，轴向朝着第一区段23减小散热片41的厚度改善了周向壁20与过渡区域30的附接的柔性，因为在该区域中散热块40较小。

如图1和图3所示，用于空气循环的通道43在散热片41的垂直壁42之间径向延伸，并在散热片41的水平壁44之间轴向延伸。因此，通道43在相对于中心轴线X的径向方向上和在平行于中心轴线X的方向上限定散热块40的凹部。除了有利于散热之外，通道43还有利于周向壁20与过渡区域30的附接的柔性，因为通道43产生散热块40中的空间隙。

后壁10具有用于连接到车轮的外面11和与外面11相反的内面12。后壁10的外面11包含在垂直于中心轴线X的第三假想平面i”中，并且内面12包含在垂直于中心轴线X的第四假想平面i”’中。第三假想平面i”与第四假想平面i”’之间的间隔对应于后壁10的厚度。

鼓100具有由周向壁20的内面21和后壁10的内面12形成的内部空间，其用于容纳制动蹄200和鼓式制动器的其它操作元件。

过渡区域30在第一假想平面i与第四假想平面i”’之间延伸。在后壁10与周向壁20直接附接而形成90°附接的情况下，第一假想平面i和第四假想平面i”’是共面的。

图1至图6所示的鼓100用于9英寸的鼓式制动器；然而，本发明的鼓100可应用于其它尺寸的鼓式制动器，而不改变本发明的概念。

优选地，第二假想平面i’与第三假想平面i”分开至少27mm的距离D2。

附图示例的散热块40具有环形槽45，该环形槽45布置在散热片41的水平壁44与周向壁20之间，该环形槽45用于布置支承鼓式制动器的操作元件的板300。参见图6。

环形槽45具有突出部46，该突出部46从周向壁20的外面22径向伸出并平行于中心轴线X延伸穿过环形槽45的内部。

图6示出了包括图1至图5所示的鼓100的用于车辆的鼓式制动器的局部图。鼓式制动器包括鼓100以及具有制动蹄200和鼓式制动器的其它操作元件(诸如操作制动蹄200的液压缸和用于在施加制动之后恢复制动蹄200的备用位置的弹簧)的板300。鼓式制动器可以具有不同的构造，诸如单工、双工、双联或双伺服。鼓式制动器的操作元件及其结构在现有技术中是已知的，因此不再描述。

鼓100由铝合金制成为单个部件。鼓100优选地由过共晶铝硅合金制造。所述合金允许鼓100作为单个部件获得，具有减小的重量、良好的散热性能，并且具有合适的硬度以便承受在制动蹄200与制动表面之间产生的摩擦。使用这种类型的合金来制造用于车辆盘式制动器的盘是已知的，但是它们还没有用于在制动期间产生的应力不同的鼓中，因此鼓的结构设计和散热要求也不同。铝合金的弹性模量小于铸铁的弹性模量；因此，需要不含散热块40的第一区段23来实现制动期间制动蹄200与壁20的内面21的制动表面的紧密接触。

过共晶铝硅合金具有13％至21％重量份的硅含量和0.3％重量份的最大铜含量。即使在制动期间在鼓的内部空间中产生的高温下，高硅含量也增加制动表面的硬度和耐磨性。合金的组分具有良好的耐腐蚀性，使得不需要鼓的表面处理来减少腐蚀。

优选地，过共晶铝硅合金具有：

介于13％至21％重量份的硅，优选地介于16％至20％重量份的硅，

介于0.2％至0.7％重量份的镁，

最多0.001％重量份的锶，

最多0.2％重量份的铁，

介于0.06％至0.1％重量份的钛，

最多0.3％重量份的铜，以及

剩余的铝。

过共晶铝硅合金优选地具有均匀分布的硅颗粒。所述颗粒具有30μm至100μm并且优选地30μm至50μm并且更优选地最大50μm的初生(primary)硅颗粒尺寸。

由过共晶铝硅合金制成为单个部件的鼓优选地借助于铸造获得。鼓可以另外被机加工以抛光表面并消除铸造缺陷。

图7和图8示出了由过共晶铝硅合金制成的作为单个部件的鼓100的周向壁20承受的变形(参见图8)与由相同合金制成的鼓的具有完全覆盖周向壁的外面22的散热块的周向壁所承受的变形(参见图7)的比较的示例。

在制动期间，制动蹄200作用在周向壁20的内面21的制动表面上，在垂直于中心轴线X的推动方向上施加力F。假定壁20通过过渡区域30(即，在内面21的第一端p1处)刚性地附接到壁10，并且在第二端p2处是自由的，则当制动蹄200作用在制动表面上时，周向壁20趋向于在第一端p1上枢转，使得制动蹄200不会有效地接触制动表面，并且趋向于在第一端p1处施加比在第二端p2处更大的压力，其中热量还趋于集中。

过共晶铝硅合金具有比铸铁合金低的弹性模量，因此圆周地包围鼓100的、加强壁40的散热块40是必要的；然而，通过从第一区段23去除散热块40，过渡区域30与壁20之间的附接变得更具柔性，并且内面21在制动期间保持基本平行于鼓的中心轴线。因此，制动蹄200与制动表面之间的接触表面被最大化。

如图7和图8的比较图所示，当制动蹄200作用在制动表面上时，产生具有垂直分量的变形。在观察壁20的内面21的第一端p1的情况下，图7中的变形小于图8中的变形。壁20在第一区段23中的较小厚度允许壁20变形，从而改善与制动蹄200的接触。

图9示出了图7的描述的在制动期间由周向壁承受的变形相对于图8的描述的比较图。当制动蹄200作用在制动表面上时在点p1和p2上产生的垂直变形分量被表示为位移矢量d1和d2，图7的鼓的矢量d1与d2之间的位移差被描绘为增量1Δ1，并且图8的鼓的矢量d1与d2之间的位移差被描绘为增量2Δ2。可以看出，图8的鼓的矢量d1明显大于图7的鼓的矢量d1，因此增量1Δ1大于增量2Δ2。

变形的效果在图7、图8和图9中被稍微放大，使得可以观察壁20的内面21相比于制动蹄200的接触表面的倾斜。在使用中，板300插入环形槽45中并加强第二端p2，使得制动蹄200与图8的鼓100的制动表面之间的接触基本平行于中心轴线X。

Claims (15)

1.一种用于鼓式制动器的鼓，所述鼓由铝合金制成为单个部件并且包括：中心轴线(X)、用于连接到车轮并且垂直于所述中心轴线(X)延伸的后壁(10)、平行于所述中心轴线(X)延伸的周向壁(20)以及将所述周向壁(20)与所述后壁(10)附接的过渡区域(30)，所述周向壁(20)具有内面(21)和与所述内面(21)相反的外面(22)，所述内面(21)限定了用于与所述鼓式制动器的制动蹄(200)接触的制动表面，并且所述外面(22)具有从所述外面(22)径向伸出的散热块(40)，其特征在于，所述周向壁(20)在所述外面(22)中具有第一区段(23)和第二区段(24)，所述第一区段(23)不含散热块(40)并且从所述过渡区域(30)延伸，所述散热块(40)布置在所述第二区段(24)中并从所述第一区段(23)延伸，使得所述周向壁(20)在所述第二区段(24)中比在所述第一区段(23)中厚。

2.根据权利要求1所述的鼓，其中，所述内面(21)平行于所述中心轴线(X)并且从附接到所述过渡区域(30)并且包含在垂直于所述中心轴线(X)的第一假想平面(i)中的第一点(p1)延伸，并且其中，所述散热块(40)具有壁(42)，所述壁(42)从所述第一区段(23)、从限定在所述壁(42)与所述第一区段(23)之间的交点(p3)延伸，其中，所述交点(p3)包含在垂直于所述中心轴线(X)的第二假想平面(i’)中，并且其中，所述第一假想平面(i)与所述第二假想平面(i’)分开至少5mm的距离(D1)。

3.根据权利要求1或2所述的鼓，其中，所述周向壁(20)在所述第一区段(23)中具有至少3mm的平均厚度(e1)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的鼓，其中，所述周向壁(20)在所述第二区段(24)中具有至少8mm的平均厚度(e2)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的鼓，其中，所述散热块(40)的所述壁(42)是垂直于所述中心轴线(X)从所述第一区段(23)延伸的垂直壁(42)，所述垂直壁(42)包含在所述第二假想平面(i’)中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的鼓，其中，所述散热块(40)包括多个散热片(41)，所述多个散热片(41)从所述周向壁(20)的所述外面(22)径向伸出并且围绕所述中心轴线(X)在周向上连续地布置。

7.根据权利要求6所述的鼓，其中，所述散热块(40)还包括用于空气循环的通道(43)，所述用于空气循环的通道(43)在周向上连续地围绕所述中心轴线(X)布置在所述散热片(41)之间。

8.根据权利要求6或7所述的鼓，其中，各个散热片(41)具有垂直壁(42)和水平壁(44)，所述垂直壁(42)垂直于所述中心轴线(X)从所述第一区段(23)延伸并包含在所述第二假想平面(i’)中，并且所述水平壁(44)以基本平行于所述中心轴线(X)的方式从所述垂直壁(42)延伸。

9.根据权利要求8所述的鼓，其中，所述水平壁(44)具有三角形形状，所述散热片(41)的厚度朝着所述垂直壁(42)减小。

10.根据权利要求8或9所述的鼓，其中，所述用于空气循环的通道(43)在所述散热片(41)的所述垂直壁(42)之间径向延伸，并且在所述散热片(41)的所述水平壁(44)之间轴向延伸。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的鼓，其中，所述后壁(10)具有外面(11)，所述后壁(10)的所述外面(11)用于连接到所述车轮并且包含在垂直于所述中心轴线(X)的第三假想平面(i”)中，并且其中，所述第二假想平面(i’)与所述第三假想平面(i”)分开至少27mm的距离。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的鼓，其中，所述鼓由过共晶铝硅合金制成，所述过共晶铝硅合金具有13％至21％重量份的硅含量和0.3％重量份的最大铜含量。

13.根据权利要求12所述的鼓，其中，所述过共晶铝硅合金具有：

介于13％至21％重量份的硅，

介于0.2％至0.7％重量份的镁，

最多0.001％重量份的锶，

最多0.2％重量份的铁，

介于0.06％至0.1％重量份的钛，

最多0.3％重量份的铜，以及

剩余的铝。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的鼓，其中，所述过共晶铝硅合金具有初生硅颗粒尺寸为30μm至100μm并且优选地为30μm至50μm并且更优选地为最大50μm的硅颗粒。

15.一种用于车辆的鼓式制动器，所述鼓式制动器包括根据权利要求1至14中任一项所述的鼓(100)。

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