RU2250397C1

RU2250397C1 - Friction unit

Info

Publication number: RU2250397C1
Application number: RU2003128444/11A
Authority: RU
Inventors: М.З. Левит (RU); М.З. Левит; Н.А. Крайнова (RU); Н.А. Крайнова; Е.Г. Пивень (RU); Е.Г. Пивень
Original assignee: Открытое акционерное общество "ТИИР"
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; friction units containing reinforcing metal framework, for example blocks for automobile disk brakes; friction units for various machines and mechanisms.

SUBSTANCE: proposed friction unit has metal framework with holes and friction member molded to it and provided with projections corresponding to holes in framework; projections are received by these holes. Novelty of invention consists in height of projections which is lesser than depth of holes; surface which is not brought in contact with framework inside holes has recesses in at least one of projections. Proposed friction unit enhances resistance of joint of framework with friction member to shear loads.

EFFECT: enhanced resistance to shear loads; reduced mass; low requirements for strength of composite material; facilitated procedure of manufacture.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным изделиям, содержащим армирующий металлический каркас, например, колодкам дисковых тормозов автомобилей, фрикционным изделиям для различных машин и оборудования и т.д.The invention relates to mechanical engineering, namely to friction products containing a reinforcing metal frame, for example, brake disc pads of cars, friction products for various machines and equipment, etc.

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее металлический каркас и приформованный к нему полимерный композиционный фрикционный элемент, слой которого, примыкающий к каркасу, дополнительно армирован просечно-вытяжным металлическим листом, зафиксированном на каркасе (см. патент РФ № 2005619, МПК В 29 D 9/00, 1994). Существенные признаки аналога “металлический каркас, приформованный к нему фрикционный элемент” совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.An analogue of the claimed invention is a friction product containing a metal frame and a polymer composite friction element formed on it, the layer of which adjacent to the frame is additionally reinforced with expanded metal sheet fixed on the frame (see RF patent No. 2005619, IPC B 29 D 9 / 00, 1994). The essential features of the analogue “metal frame, a friction element molded to it” coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком аналога является сложность изготовления изделия, обусловленная необходимостью фиксации дополнительного армирующего просечно-вытяжного листа (например, болтовым соединением, сваркой и др.), а также, в ряде случаев, и невозможностью изготовления изделия (например, для имеющих небольшие размеры и толщину колодок дисковых тормозов малолитражных легковых автомобилей).The disadvantage of the analogue is the complexity of manufacturing the product, due to the need to fix an additional reinforcing expanded metal sheet (for example, bolting, welding, etc.), as well as, in some cases, the inability to manufacture the product (for example, for disc pads with small sizes and thickness passenger car brakes).

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, содержащее армирующий металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему полимерный композиционный фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе и размещенными внутри отверстий, при этом высота выступов соответствует глубине отверстий (см. М.М. Бородулин и др. Асбестовые технические изделия. Каталог-справочник. М., ЦНИИТЭНефтехим, 1984, с.с. 74, 75, 79). Существенные признаки прототипа “металлический каркас с отверстиями, приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям и размещенными внутри отверстий” совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.The prototype of the claimed invention is a friction product containing a reinforcing metal frame with holes and a polymer composite friction element molded to it, provided with protrusions corresponding to the holes in the frame and placed inside the holes, while the height of the protrusions corresponds to the depth of the holes (see M.M. Borodulin and other Asbestos technical products. Directory-directory. M., TSNIITENeftekhim, 1984, S. 74, 75, 79). The essential features of the prototype “a metal frame with holes, a friction element molded thereto, provided with protrusions corresponding to the holes and placed inside the holes” coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком прототипа является недостаточная прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к характерным для фрикционных узлов усилиям, сдвигающим фрикционный элемент относительно каркаса в условиях переменных термических нагрузок (последовательных нагревов и охлаждений изделия). Прочность фрикционного изделия по прототипу к этим усилиям (деформациям) сдвига обусловлена адгезией материала фрикционного элемента к поверхности металлического каркаса, а также прочностью “на срез” выступов фрикционного элемента. При этом прочность “на срез” зависит не только от прочности фрикционного материала. В результате того, что выступы фрикционного элемента находятся в отверстиях каркаса без зазора (в результате приформовки), а их высота соответствует глубине отверстий, отсутствует возможность компенсации напряжений, возникающих в условиях переменных термических нагрузок из-за разницы коэффициентов теплового расширения металла каркаса и полимерного композита, из которого изготовлен фрикционный элемент. Причем возможность компенсации отсутствует как со стороны выступов из полимерного композита, которые окружены металлом по всей высоте, так и со стороны отверстий в каркасе, поскольку стенки отверстий контактируют с выступами из полимерного композита по всей глубине. В результате, в условиях переменных тепловых нагрузок возможно растрескивание выступов, выкрашивание из них материала и т.п., что приводит к снижению прочности выступов “на срез” и делает опасной дальнейшую эксплуатацию изделия.The disadvantage of the prototype is the insufficient strength of the connection between the frame and the friction element to the forces characteristic of the friction units, shifting the friction element relative to the frame under conditions of variable thermal loads (sequential heating and cooling of the product). The strength of the friction product of the prototype to these shear forces (deformations) is due to the adhesion of the material of the friction element to the surface of the metal frame, as well as the shear strength of the protrusions of the friction element. Moreover, the “shear” strength depends not only on the strength of the friction material. Due to the fact that the protrusions of the friction element are in the holes of the frame without a gap (as a result of shaping), and their height corresponds to the depth of the holes, there is no possibility of compensating for stresses arising under conditions of variable thermal loads due to the difference in the thermal expansion coefficients of the metal of the frame and the polymer composite from which the friction element is made. Moreover, the compensation is absent both from the side of the protrusions from the polymer composite, which are surrounded by metal over the entire height, and from the holes in the frame, since the walls of the holes are in contact with the protrusions from the polymer composite over the entire depth. As a result, under conditions of variable thermal loads, cracking of the protrusions, chipping of material from them, etc., is possible, which leads to a decrease in the strength of the protrusions “in shear” and makes further operation of the product dangerous.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение прочности соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам в условиях переменных термических нагрузок в процессе эксплуатации фрикционного изделия. Другим техническим результатом, получение которого может обеспечить заявляемое изобретение, является снижение массы фрикционного элемента и изделия в целом, что снижает себестоимость изделия, а также снижение требований к прочности композита, из которого изготовлены выступы фрикционного элемента, что упрощает технологию изготовления изделия.The problem to which the invention is directed, is to increase the strength of the connection of the frame and the friction element to shear loads under variable thermal loads during operation of the friction product. Another technical result, the receipt of which can be achieved by the claimed invention, is to reduce the mass of the friction element and the product as a whole, which reduces the cost of the product, as well as reducing the strength requirements of the composite from which the protrusions of the friction element are made, which simplifies the manufacturing technology of the product.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, содержащем металлический каркас с отверстиями и приформованный к нему фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими отверстиям в каркасе и размещенными внутри отверстий, фрикционный элемент выполнен с высотой выступов, меньшей глубины отверстий, а неконтактирующая с каркасом находящаяся внутри отверстий поверхность выступов снабжена углублениями. Существенные признаки заявляемого изобретения “фрикционный элемент выполнен с высотой выступов, меньшей глубины отверстий, а неконтактирующая с каркасом находящаяся внутри отверстий поверхность выступов снабжена углублениями”, являются отличительными от признаков прототипа.To achieve the specified technical result in a friction product containing a metal frame with holes and a friction element molded to it, provided with protrusions corresponding to holes in the frame and placed inside the holes, the friction element is made with a height of protrusions less than the depth of the holes, and non-contacting with the frame inside holes surface protrusions provided with recesses. Salient features of the claimed invention “the friction element is made with the height of the protrusions, less than the depth of the holes, and the surface of the protrusions non-contacting with the frame located inside the holes is provided with recesses”, are distinctive from the features of the prototype.

Фрикционное изделие содержит металлический каркас, который может быть плоским или криволинейным (например, в виде части цилиндрической обечайки или более сложной формы). В каркасе выполнены отверстия (одно или несколько). Отверстия могут быть круглой, овальной, прямоугольной или другой формы. К каркасу приформован фрикционный элемент, снабженный выступами, соответствующими по своему месторасположению отверстиям в каркасе. Количество выступов может равняться количеству отверстий в каркасе или быть меньшим. Форма выступов может повторять форму отверстий или отличаться от нее, при этом высота выступов меньше глубины отверстий. Фрикционный элемент может изготавливаться, например, из полимерного композиционного фрикционного материала, содержащего полимерную матрицу и дисперсные, в том числе волокнистые наполнители. На поверхности выступов, не контактирующих с металлом каркаса и находящейся внутри отверстий, выполнены углубления. Углубления могут быть выполнены на всех выступах, на некоторых из них или на одном из выступов. Возможно выполнение на одном выступе одного углубления, но целесообразно несколько углублений, имеющих щелевидную форму или форму прорези. Углубления могут быть независимыми или соединяться друг с другом. Предпочтительными являются углубления Z-образной, М-образной, F-образной, Т-образной и других форм, состоящих из нескольких пересекающихся щелевых элементов.The friction product contains a metal frame, which can be flat or curved (for example, in the form of a part of a cylindrical shell or more complex shape). Holes are made in the frame (one or more). The holes can be round, oval, rectangular or other shape. A friction element is molded to the frame, provided with protrusions corresponding in their location to the holes in the frame. The number of protrusions may be equal to the number of holes in the frame or be less. The shape of the protrusions may repeat the shape of the holes or differ from it, while the height of the protrusions is less than the depth of the holes. The friction element can be made, for example, of a polymer composite friction material containing a polymer matrix and dispersed, including fibrous, fillers. On the surface of the protrusions that are not in contact with the metal of the frame and located inside the holes, recesses are made. The recesses can be made on all protrusions, on some of them or on one of the protrusions. It is possible to perform one recess on one protrusion, but it is advisable to have several recesses having a slit-like shape or a slot form. The recesses may be independent or connected to each other. Preferred are the recesses of the Z-shaped, M-shaped, F-shaped, T-shaped and other forms consisting of several intersecting slot elements.

На фиг.1 представлено сечение части фрикционного изделия по конкретному примеру. На фиг.2 - вид со стороны каркаса (содержащей отверстие в каркасе) части фрикционного изделия по конкретному примеру.Figure 1 presents a cross section of a portion of the friction product according to a specific example. Figure 2 is a view from the side of the frame (containing the hole in the frame) of the friction product according to a specific example.

Конкретным примером заявляемого изобретения является колодка дискового тормоза автомобиля ВАЗ-2123, содержащая плоский металлический каркас 1 с отверстиями 2, 3. Каркас содержит четыре отверстия, толщина Н каркаса ~5 мм, глубина L отверстий соответственно ~5 мм, К каркасу приформован фрикционный элемент 4, снабженный выступами 5, соответствующими отверстиям в каркасе. Элемент выполнен из полимерного фрикционного композита ТИИР-240, высота h выступов ~4 мм (около 80% от глубины отверстий). Выступы размещены внутри отверстий каркаса и соответствуют им по форме. На выступе, размещенном в отверстии 3, выполнено углубление 6, имеющее Т-образную форму, глубина 1 углубления ~0,5 мм.A specific example of the claimed invention is a VAZ-2123 automobile disc brake shoe containing a flat metal frame 1 with holes 2, 3. The frame contains four holes, the thickness H of the frame ~ 5 mm, the depth L of the holes, respectively ~ 5 mm, A friction element 4 is molded to the frame equipped with protrusions 5 corresponding to the holes in the frame. The element is made of a TIIR-240 polymer friction composite, the height h of the protrusions is ~ 4 mm (about 80% of the depth of the holes). The protrusions are placed inside the holes of the frame and correspond to them in shape. On the protrusion located in the hole 3, a recess 6 having a T-shape is made, the depth 1 of the recess ~ 0.5 mm.

Изготавливаться заявляемое фрикционное изделие может известными методами. Например, в пресс-форму помещают полимерную композицию и металлический каркас. Далее осуществляют формование и изготовление колодки известными методами, при этом выступы фрикционного элемента образуются в процессе формования за счет выдавливания в отверстия каркаса полимерной композиции. Высота выступов, меньшая глубины отверстий, обеспечивается за счет использования пресс-формы с выступами или специальной дополнительной металлической вставки, также снабженной выступами. Эти выступы при формовании заходят в отверстия каркаса на часть глубины, в результате чего в оставшейся части отверстия выформовываются выступы. Впадины в поверхности выступов фрикционного элемента образуются за счет выполнения на поверхности выступов вставки (пресс-формы) дополнительных выступов нужной формы и высоты.The inventive friction product can be manufactured by known methods. For example, a polymer composition and a metal frame are placed in a mold. Next, molding and manufacturing of the block is carried out by known methods, while the protrusions of the friction element are formed in the molding process by extruding the polymer composition into the holes of the frame. The height of the protrusions, less than the depth of the holes, is achieved through the use of a mold with protrusions or a special additional metal insert also provided with protrusions. These projections during molding go into the holes of the frame to a part of the depth, as a result of which the protrusions are formed in the remaining part of the hole. Depressions in the surface of the protrusions of the friction element are formed by performing on the surface of the protrusions of the insert (mold) additional protrusions of the desired shape and height.

Изготовление фрикционного изделия с металлическим армирующим каркасом, отверстия в котором не полностью заполнены фрикционным композитом (выступы на композиционном полимерном элементе не доходят до поверхности каркаса, то есть на тыльной части колодки - “утопленные” отверстия) повышает возможность компенсации деформаций, возникающих в металлическом каркасе (особенно в его части, близкой к поверхности) в результате термических деформаций металлического каркаса. В результате снижается воздействие этой части каркаса на поверхность выступов, что снижает возможность растрескивания и выкрашивания выступов и, как следствие, повышает прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам. Выполнение углублений на поверхности выступа, размещенного внутри отверстия, позволяет за счет появления возможности (свободного места) для теплового расширения материала выступа снижать внутренние напряжения в выступе и, соответственно, снижается возможность трещинообразования и разрушения поверхности и тела выступа, то есть также повышается прочность соединения каркаса и фрикционного элемента к сдвиговым нагрузкам в процессе эксплуатации. При этом достаточно сложная форма углубления (М-образная, F-образная, Т-образная и т.д.) имеет больше возможностей для компенсации напряжений.The manufacture of a friction product with a metal reinforcing frame, the holes in which are not completely filled with a friction composite (the protrusions on the composite polymer element do not reach the surface of the frame, that is, “recessed” holes on the back of the block) increases the possibility of compensating for deformations that occur in the metal frame ( especially in its part close to the surface) as a result of thermal deformations of the metal frame. As a result, the effect of this part of the carcass on the surface of the protrusions is reduced, which reduces the possibility of cracking and chipping of the protrusions and, as a result, increases the strength of the connection of the carcass and the friction element to shear loads. The implementation of the recesses on the surface of the protrusion located inside the hole allows, due to the possibility (free space) for the thermal expansion of the material of the protrusion, to reduce internal stresses in the protrusion and, accordingly, the possibility of cracking and destruction of the surface and body of the protrusion is reduced, that is, the frame connection strength also increases and friction element to shear loads during operation. At the same time, a rather complex form of the depression (M-shaped, F-shaped, T-shaped, etc.) has more possibilities for compensating for stresses.

Claims

A friction product comprising a metal frame with holes and a friction element formed thereon, provided with protrusions corresponding to holes in the frame and placed inside the holes, characterized in that the friction element is made with a height of protrusions less than the depth of the holes, and the surface non-contacting with the frame is inside the holes protrusions (or some protrusions, or one of the protrusions) is provided with recesses.