CN213628608U - 粉末冶金铝基复合材料制动盘体及包括该盘体的制动盘 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及粉末冶金铝基复合材料制动盘体及包括该盘体的制动盘，该盘体通过设置弧形加强筋，使弧形加强筋与其相邻的连接柱之间保留一定的空间，可提高其成形能力和散热能力，通过各独立散热筋、曲形加强筋、连接筋和定位筋内外侧倾斜角度的设置，可使盘体与轮辐安装孔两侧接触面积达到合适的比例，提高盘体的抗热变形能力，通过均匀分布在散热面上具有特殊结构的第一组合筋、第二组合筋和第三组合筋，以确保制动盘动平衡的同时，进一步增加空气流通，缓解散热压力和成形压力，从而使其能够在满足铝基复合材料制动盘常规指标的同时，具有良好的成形能力和散热能力，适用于更小的车轮直径。
Description
技术领域
本实用新型涉及制动盘技术领域，特别是涉及粉末冶金铝基复合材料制动盘体及包括该盘体的制动盘。
背景技术
制动盘体，作为制动系统中的安全A类件，是轨道交通车辆制动系统的重要组成部分，与车辆运行的可靠性和安全性直接相关。目前，轨道交通车辆制动盘体主要以传统的铸铁、铸钢、锻钢及铸铁-锻钢组合材料为主。随着轨道交通车辆轻量化要求的日益提高，制动盘体的轻量化设计及其应用技术越来越受到业内重视。
铝基复合材料是以金属铝及其合金为基体，以金属、非金属颗粒、晶须或纤维为增强体的非均质混合物，具有密度小，导电、导热性好，比强度、比模量高，耐高温，耐磨损，热膨胀系数小，尺寸稳定等优点，因此，采用铝基复合材料替代传统制动盘体材料，成为目前轨道交通车辆轻量化的主要研究方向之一。也正因为此，当前大部分研究成果主要集中在轻量化材料的开发及制备方面，针对制动盘体结构设计方面的研究相对较少。而不同材质制动盘体的结构并不能通用，比如铸造铝合金制动盘体结构并不适用于粉末冶金铝基复合材料制动盘体，这是因为铸造铝合金制动盘体筋位结构复杂，需要外部较大的压力才能勉强成形，且容易产生根部裂纹；传统的锻钢制动盘体结构也不适用于粉末冶金铝基复合材料制动盘体，这是因为，传统的锻钢制动盘体结构不利于粉末冶金铝基复合材料制动盘体的散热，容易积聚热量增加盘体负荷，而高反差交替的冷热温度容易产生冷热疲劳破坏，导致盘体开裂，降低盘体寿命。
因此，有必要开发研究适合粉末冶金铝基复合材料制动盘体的结构。本申请发明人之前研究开发了一种粉末冶金铝及复合材料制动盘体的结构，申请号为202020838368.6，但该结构较适合于车轮直径较大(如Φ860)的动车组，对于车轮直径较小(如Φ840)的动车组无法安装。若将该结构同比例缩小，盘体总质量就会减小，盘体热容也会同步减少，而目前适用于车轮直径Φ840的城市轨道交通制动盘均要求一个盘与紧固件总质量不超过40kg。更小质量的制动盘对结构的散热性能要求更高，成形难度也较大，因此研究开发一种适用于更小车轮直径(≤Φ840)的粉末冶金铝基复合材料制动盘体成为当务之急。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种适用于更小车轮直径(≤Φ840)粉末冶金铝基复合材料制动盘体，该制动盘体在满足铝基复合材料制动盘常规指标的同时，具有良好的成形能力和散热能力，适用于粉末冶金工艺进行生产。
请参阅图1～3，一种粉末冶金铝基复合材料制动盘体，包括具有摩擦面12和散热面14的摩擦环10，所述散热面14上设有第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340；所述第二组合筋240包括两连接筋242和连接柱244，所述连接柱244内设有贯穿所述摩擦环10的通孔246；所述第三组合筋340包括两个定位筋342和定位柱344，所述定位柱344内设有径向键槽346；
所述第一组合筋140包括两曲形加强筋144和设置在两曲形加强筋144之间的一个以上的独立散热筋142，每个所述独立散热筋142设有凹形通风口，每个所述曲形加强筋144包括两径向端部1442和连接两径向端部1442的弧形部1444，所述弧形部1444向远离与其相邻的连接柱244的方向凸起；
所述独立散热筋142、曲形加强筋144、连接筋242和定位筋342在径向内侧的倾斜角度均为44°，在径向外侧的倾斜角度相同，且比径向内侧的倾斜角度小2°～6°；
所述第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340在散热面14上的分布规律为：以所述第一组合筋140、第二组合筋240、第三组合筋340、第二组合筋240为一大组，共6大组，沿所述散热面14的周向均匀分布。
上述粉末冶金铝基复合材料制动盘体，通过设置弧形加强筋，使弧形加强筋与其相邻的连接柱之间保留一定的空间，可提高其成形能力和散热能力，通过各独立散热筋、曲形加强筋、连接筋和定位筋内外侧倾斜角度的设置，可使盘体与轮辐安装孔两侧接触面积达到合适的比例，提高盘体的抗热变形能力，通过均匀分布在散热面上具有特殊结构的第一组合筋、第二组合筋和第三组合筋，以确保制动盘动平衡的同时，进一步增加空气流通，缓解散热压力和成形压力，从而使其能够在满足铝基复合材料制动盘常规指标的同时，具有良好的成形能力和散热能力，适用于更小的车轮直径。
在其中一个实施例中，所述弧形部1444的曲率中心线为与其相邻的连接柱244的中心轴线，所述弧形部1444的曲率半径为37mm～45mm。
进一步的，通过控制弧形部的曲率半径为37mm～45mm，使其与相邻连接柱的形状相适应，可进一步提高其成形能力和散热能力。
在其中一个实施例中，所述独立散热筋142、曲形加强筋144、连接筋242、连接柱244、定位筋342和定位柱344的拔模角度相同，均为3°～7°。
由于铝基复合材料刚度偏低，通过设置拔模角度为3°～7°，有利于产品脱模，防止出现磕碰损伤以及产生划痕的情况，提高产品成形的成功率。
在其中一个实施例中，相邻所述曲形加强筋和独立散热筋142之间的分布角度为7°～11°。
在其中一个实施例中，所述凹形通风口深15mm～20mm。
通过在独立散热筋上开设凹形通风口，可便于气流流通，保证热耗散能力。进一步，通过控制凹形通风口深15mm～20mm，可进一步增强气流的流通能力，而不损伤制动盘的其他性能。
在其中一个实施例中，所述独立散热筋142、曲形加强筋144、连接筋242和定位筋342的宽度相同，均为8mm～9mm。
在其中一个实施例中，每个所述第二组合筋240中连接柱244顶部椭圆面的短直径为35mm～45mm，长直径为45mm～55mm。
在其中一个实施例中，每个所述第三组合筋340中两定位筋342与定位柱344的连接面为圆弧面，所述圆弧面的直径为50mm～70mm。
在其中一个实施例中，所述摩擦环10、第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340一体成形。
本实用新型还提供一种制动盘，该制动盘包括上述任一项所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体。
附图说明
图1为一实施方式的粉末冶金铝基复合材料制动盘体的立体结构图；
图2为图1中粉末冶金铝基复合材料制动盘体的俯视图；
图3为图1中粉末冶金铝基复合材料制动盘体的仰视图；
图4为实施例1的制动盘在初速度120km/h下紧急制动最大应力云图；
图5为实施例1的制动盘在初速度120km/h下紧急制动最高温度云图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
实施例1
如图1～3所示的粉末冶金铝基复合材料制动盘体，包括具有摩擦面12和散热面14的摩擦环10，摩擦面12和散热面14均为平面结构；散热面14上设有第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340；
第一组合筋140包括两曲形加强筋144和一独立散热筋142，该独立散热筋142设有凹形通风口，凹形通风口深18.5mm，径向两侧壁的倾斜角度为70°，相邻曲形加强筋144和独立散热筋142之间的分布角度为8.5°；第二组合筋240包括两连接筋242和连接柱244，连接柱244内设有贯穿摩擦环10的通孔246，连接柱244为椭圆形，短半径20mm，长半径25mm；第三组合筋340包括两定位筋342和定位柱344，定位柱344内设有径向键槽346，两定位筋342和定位柱344的连接面为圆弧面，圆弧面的直径为50mm。
独立散热筋142、曲形加强筋144、连接筋242和定位筋342在径向内侧的倾斜角度均为44°，在径向外侧的倾斜角度均为41°。
第一组合筋140、第二组合筋240和第三组合筋340在散热面14上的分布规律为：以第一组合筋140、第二组合筋240、第三组合筋340、第二组合筋240为一大组，共6大组，沿散热面14的周向均匀分布。
经测试，实施例1的粉末冶金铝基复合材料制动盘体具有以下效果：
(1)结构重量约为传统钢制材料制动盘的39％，大大减轻了簧下重量，满足列车轻量化要求。
(2)结构简单易于粉末冶金成形，成形效果良好，不易产生裂纹，适用于铝基复合材料的粉末冶金制造。
将实施例1的粉末冶金铝基复合材料制动盘体装在车轮轮辐两侧，并与闸片组合，即可得到粉末冶金铝基复合材料轮装制动盘，将该制动盘进行120km/h紧急制动应力计算，结果如图4所示。将该制动盘进行热负荷测试，结果如图5所示。
图4说明该粉末冶金铝基复合材料制动盘结构所能承受的最大应力满足铝基复合材料在该温度下的性能要求；
图5说明该粉末冶金铝基复合材料制动盘结构所能承受的最大温度满足120km/h运营速度下的使用要求。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种粉末冶金铝基复合材料制动盘体，包括具有摩擦面(12)和散热面(14)的摩擦环(10)；所述散热面(14)上设有第一组合筋(140)、第二组合筋(240)和第三组合筋(340)；所述第二组合筋(240)包括两连接筋(242)和连接柱(244)，所述连接柱(244)内设有贯穿所述摩擦环(10)的通孔(246)；所述第三组合筋(340)包括两定位筋(342)和定位柱(344)，所述定位柱(344)内设有径向键槽(346)；其特征在于，
所述第一组合筋(140)包括两曲形加强筋(144)和设置在两曲形加强筋(144)之间的一个以上的独立散热筋(142)，每个所述独立散热筋(142)设有凹形通风口，每个所述曲形加强筋(144)包括两径向端部(1442)和连接两径向端部(1442)的弧形部(1444)，所述弧形部(1444)向远离与其相邻的连接柱(244)的方向凸起；
所述独立散热筋(142)、曲形加强筋(144)、连接筋(242)和定位筋(342)在径向内侧的倾斜角度均为44°，在径向外侧的倾斜角度相同，且比径向内侧的斜角度小2°～6°；
所述第一组合筋(140)、第二组合筋(240)和第三组合筋(340)在散热面(14)上的分布规律为：以所述第一组合筋(140)、第二组合筋(240)、第三组合筋(340)、第二组合筋(240)为一大组，共6大组，沿所述散热面(14)的周向均匀分布。
2.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体，其特征在于，所述弧形部(1444)的曲率中心线为与其相邻的连接柱(244)的中心轴线，所述弧形部(1444)的曲率半径为37mm～45mm。
3.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体，其特征在于，所述独立散热筋(142)、曲形加强筋(144)、连接筋(242)、连接柱(244)、定位筋(342)和定位柱(344)的拔模角度相同，均为3°～7°。
4.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体，其特征在于，相邻所述曲形加强筋和独立散热筋之间的分布角度为7°～11°。
5.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体，其特征在于，所述凹形通风口深15mm～20mm。
6.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体，其特征在于，所述独立散热筋(142)、曲形加强筋(144)、连接筋(242)和定位筋(342)的宽度相同，均为8mm～9mm。
7.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体，其特征在于，所述连接柱(244)顶部椭圆面的短直径为35mm～45mm，长直径为45mm～55mm。
8.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体，其特征在于，每个所述第三组合筋(340)中两定位筋(342)与定位柱(344)的连接面为圆弧面，所述圆弧面的直径为50mm～70mm。
9.根据权利要求1所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体，其特征在于，所述摩擦环(10)、第一组合筋(140)、第二组合筋(240)和第三组合筋(340)一体成形。
10.一种包括权利要求1～9任一项所述的粉末冶金铝基复合材料制动盘体的制动盘。
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| CN202022464474.5U CN213628608U (zh) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | 粉末冶金铝基复合材料制动盘体及包括该盘体的制动盘 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114087301A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-02-25 | 湖南金天铝业高科技股份有限公司 | 热压整形制备制动盘过程中工艺参数的估算方法及估算系统 |
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| CN114087301B (zh) * | 2021-11-11 | 2023-09-05 | 湖南湘投轻材科技股份有限公司 | 热压整形制备制动盘过程中工艺参数的估算方法及估算系统 |
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