RU2710132C1

RU2710132C1 - Disc brake pad

Info

Publication number: RU2710132C1
Application number: RU2018145637A
Authority: RU
Inventors: Герас Ильич Мамити; Марат Савкузович Льянов; Алан Ермакович Гагкуев; Заури Тамазович Кочиев; Сослан Аликович Сланов; Руслан Аликович Сланов
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2019-12-24

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to transport machine building and can be used in production of friction pads of disc brakes of vehicles. At braking to the rotating disk the power hydraulic cylinder located in the floating bracket the friction pad of the disc brake pad is pressed, in which grooves are made for withdrawal of wear products from annular surface of friction of the pad and brake disk. Due to structural design of friction pad shoe with grooves, which are made with angle of inclination to continuation of radius passing through rotation axis of brake disc, removal of wear products from friction surfaces on periphery, with their further removal from surface of rotating brake disc, and thereby increasing stability, serviceability and durability of disc brake.

EFFECT: invention increases stability, efficiency, durability and serviceability of disc brake pad by making groove or grooves friction pads with inclination of 45° to continuation of radius passing through brake disk axis of rotation.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано при производстве фрикционных колодок дисковых тормозов автомобилей.The invention relates to the field of transport engineering and can be used in the manufacture of friction pads for disc brakes of automobiles.

Известна колодка дискового тормоза, состоящая из стального каркаса и фрикционной накладки, в которой выполнена канавка (паз), служащая для различных целей: сохранения гибкости колодки (RU 2154207), устранения скрипа (RU 2098686), снижения напряжения в накладке (RU 2640381) и др.Known disk brake pad, consisting of a steel frame and a friction lining, in which a groove (groove) is made, which serves for various purposes: to maintain the flexibility of the pad (RU 2154207), eliminate squeaking (RU 2098686), reduce stress in the pad (RU 2640381) and other

Во время торможения кинетическая энергия автомобиля превращается в процессе работы тормозного механизма в теплоту [1; 2], что приводит к нагреву тормозного диска и колодок. При этом происходит износ фрикционных накладок колодок и кольцевой поверхности трения тормозного диска. Возникает необходимость удаления продуктов износа с трущихся поверхностей для обеспечения стабильности торможения.During braking, the kinetic energy of the car turns into heat during the operation of the brake mechanism [1; 2], which leads to heating of the brake disc and pads. When this occurs, the wear of the friction linings of the pads and the annular friction surface of the brake disc. There is a need to remove wear products from rubbing surfaces to ensure braking stability.

Аналогом заявляемого технического решения является (RU 2454576) в котором для устранения продуктов износа предложено выполнить во фрикционной накладке колодки дискового тормоза продольные прямоугольные канавки, названные углублениями.An analogue of the claimed technical solution is (RU 2454576) in which, in order to eliminate wear products, it is proposed that longitudinal rectangular grooves called recesses be made in the friction lining of the disc brake pads.

Недостатком аналога является продольное прямоугольное выполнение канавки во фрикционной накладке колодки дискового тормоза, которое затрудняет вывод из нее продуктов износа, так как они прижимаются центробежными силами инерции к стенкам продольных канавок.A disadvantage of the analogue is a longitudinal rectangular groove in the friction lining of the disc brake pads, which makes it difficult to remove wear products from it, since they are pressed by centrifugal inertia forces to the walls of the longitudinal grooves.

Наиболее близким к заявленному изобретению аналогом взятому в качестве прототипа, является колодка дискового тормоза автомобилей ВАЗ [3; 4] и др., состоящая из стального каркаса и фрикционной накладки, в которой выполнена вертикальная канавка, служащая для отвода продуктов износа.Closest to the claimed invention, an analog taken as a prototype is a disc brake pad of VAZ cars [3; 4] and others, consisting of a steel frame and a friction lining, in which a vertical groove is made, which serves to divert wear products.

Недостатком прототипа является вертикальное выполнение канавки во фрикционной накладке колодки дискового тормоза, которое не обеспечивает максимально возможное очищение тормозного механизма от продуктов износа.The disadvantage of the prototype is the vertical execution of the grooves in the friction lining of the disc brake pads, which does not provide the maximum possible cleaning of the brake mechanism from wear products.

Задачей изобретения является повышение стабильности, эффективности, долговечности и работоспособности колодки дискового тормоза путем увеличения очищающей способности тормозных колодок за счет выполнения канавки или канавок фрикционных накладок с наклоном к радиальной линии, исходящей из центра вращения диска, для уменьшения сопротивления трения частичек продуктов износа о стенки канавки при их выдавливании на поверхность вращающегося диска и удаляемых с нее центробежными силами инерции самих частичек.The objective of the invention is to increase the stability, efficiency, durability and performance of the disc brake pads by increasing the cleaning ability of the brake pads by making grooves or grooves of the friction linings inclined to the radial line emanating from the center of rotation of the disk to reduce the friction resistance of particles of wear products on the groove walls when they are squeezed onto the surface of a rotating disk and particles removed from it by centrifugal inertia forces.

Согласно изобретению, в дисковом тормозе, смонтированном на поворотном кулаке, установленную на нем подвижную скобу, охватывающую тормозной диск, которая может перемещаться параллельно оси вращения тормозного диска (плавающая скоба), две колодки, закрепленные на поворотном кулаке и размещенные в скобе, из которых левая колодка, близкая к колесу автомобиля неподвижна относительно скобы, что позволяет перемещаться ей вместе со скобой, а правая колодка дискового тормоза перемещается под действием силового гидроцилиндра, расположенного в правой части скобы, зажимая тормозной диск между левой и правой колодками при торможении, канавки накладок выполнены с наклоном к радиальной линии, исходящей из центра вращения диска.According to the invention, in a disk brake mounted on a knuckle, a movable bracket mounted thereon, covering the brake disc, which can be moved parallel to the axis of rotation of the brake disc (floating bracket), two pads mounted on the knuckle and placed in the bracket, of which the left the block close to the car wheel is stationary relative to the bracket, which allows it to move together with the bracket, and the right block of the disk brake moves under the action of a power hydraulic cylinder located in ravoy part of the bracket, clamping the brake disc between the right and left pads during braking, pad grooves are inclined to a radial line emanating from the center of rotation of the disc.

При равномерном вращении тормозного диска с угловой скоростью ω на каждую частицу продуктов износа, попавшую на поверхность диска, будет действовать центробежная сила инерции, направленная радиально от оси вращения диска, равная [5]With a uniform rotation of the brake disk with an angular velocity ω, a centrifugal inertia force radially directed from the axis of rotation of the disk equal to [5] will act on each particle of wear products that hit the surface of the disk [5]

где m - масса частицы, кг; ρ - текущий радиус (радиус расположения частицы от оси вращения), м; ω - угловая скорость вращения тормозного диска (колеса автомобиля), 1/с.where m is the particle mass, kg; ρ is the current radius (the radius of the particle from the axis of rotation), m; ω is the angular velocity of rotation of the brake disc (car wheel), 1 / s.

Так как в равенстве (1) при принятом режиме вращения диска m и ω² постоянны, то его можно записать какSince in equality (1) with the adopted mode of rotation of the disk m and ω ^{2 are} constant, it can be written as

где А - коэффициент пропорциональности, равный А=mω².where A is the coefficient of proportionality equal to A = mω ² .

Из выражения (2) следует, что выполнение канавок с наклоном к радиальному направлению позволит использовать центробежные силы инерции для лучшего очищения дискового тормоза от продуктов износа, которое достигается за счет уменьшения сил трения об стенки канавок.From the expression (2) it follows that the implementation of the grooves with an inclination to the radial direction will allow the use of centrifugal inertia forces to better clean the disc brake from wear products, which is achieved by reducing the friction forces on the walls of the grooves.

Выполнение днищ канавок во фрикционной накладке колодок дискового тормоза с галтелями, облегчит их очищение от продуктов износа.The implementation of the bottoms of the grooves in the friction lining of the disc brake pads with fillets, will facilitate their cleaning from wear products.

Выполнение канавок фрикционной накладки колодки дискового тормоза с наклоном уменьшит возможность возникновения скрипа тормозов.Performing grooves on the friction lining of the disc brake pads with an inclination will reduce the possibility of brake creaking.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями барабанных и дисковых тормозов автомобилей и мотоциклов [1; 2 и др.] установлена основная причина возникновения скрипа тормозов - недостаточная жесткость основных элементов механизма, колодок и барабана или тормозного диска.Theoretical and experimental studies of drum and disc brakes of cars and motorcycles [1; 2, etc.], the main cause of the creaking of the brakes is established - insufficient rigidity of the main elements of the mechanism, pads and drum or brake disc.

Выполнение стального каркаса колодки дискового тормоза достаточно жестким позволит устранить изгибные напряжения фрикционной накладки.The implementation of the steel frame pads disc brakes hard enough to eliminate the bending stresses of the friction lining.

Выполнение каркаса из стального листа толщиной ≥5 мм методом холодной вырубки обеспечит прочность и параллельность плоскостей, необходимые для правильной работы колодки [6].The implementation of the frame from a steel sheet with a thickness of ≥5 mm by cold cutting will ensure the strength and parallelism of the planes necessary for the correct operation of the block [6].

Выполнение каркаса колодок дискового тормоза и тормозного диска достаточно жесткими устранит возможность возникновения высокочастотных вибраций (скрип тормозов).The implementation of the frame of the pads of the disc brake and brake disc is sufficiently rigid to eliminate the possibility of high-frequency vibrations (creaking of brakes).

Практика эксплуатации дисковых тормозов и фрикционных сцеплений показала, что накладки со стороны воздействия нажимных устройств изнашиваются больше, чем со стороны колеса автомобиля или маховика [7].The practice of operating disc brakes and friction clutches has shown that the lining on the impact side of the pressure devices wears out more than on the side of the car wheel or flywheel [7].

Это вызвано с одной стороны тем, что в начале торможения происходит выборка зазоров между тормозным диском и фрикционными накладками колодок дискового тормоза. Продолжительность выборки зазора со стороны силового гидроцилиндра больше из-за сопротивлений перемещением деталей механизма и, следовательно, больше работа трения, изнашивающая фрикционную накладку колодки дискового тормоза.On the one hand, this is due to the fact that at the beginning of braking, gaps are selected between the brake disc and the friction linings of the disc brake pads. The duration of the clearance sampling from the side of the power hydraulic cylinder is longer due to resistance to movement of the mechanism parts and, therefore, more friction work that wears out the friction lining of the disc brake pads.

С другой стороны, такое изнашивание фрикционных накладок колодок дискового тормоза с плавающей скобой характерно для них в процессе торможения. Следовательно, для увеличения пробега автомобиля с первоначально установленными колодками дискового тормоза и продуктивного использования фрикционных материалов, фрикционные накладки колодок дисковых тормозов со стороны силового гидроцилиндра должны быть толще.On the other hand, such wear of the friction linings of the disc brake pads with a floating bracket is characteristic of them during braking. Therefore, in order to increase the mileage of a car with originally installed disc brake pads and the productive use of friction materials, the friction linings of disc brake pads on the side of the power hydraulic cylinder should be thicker.

Для обеспечения взаимозаменяемости, общая толщина обеих фрикционных накладок колодок дискового тормоза, как в случае одинаковых толщин, так и в случае разных, должна быть одинаковой [7].To ensure interchangeability, the total thickness of both friction linings of the disc brake pads, both in the case of the same thicknesses and in the case of different ones, should be the same [7].

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен дисковый тормоз с плавающей скобой, которым оснащаются передние колеса всех отечественных легковых автомобилей (фиг. 1) [3; 4].The invention is illustrated by the drawing, which shows a disc brake with a floating bracket, which are equipped with the front wheels of all domestic cars (Fig. 1) [3; 4].

Дисковый тормоз передних колес отечественных автомобилей смонтирован на поворотном кулаке 5. Состоит из тормозного диска 1, прикрепленного к ступице 6 колеса, к которому при торможении прижаты левая 2 и правая 3 колодки, охваченные плавающей скобой 4, имеющей направляющие скосы, связанные с поворотным кулаком 5, по которым она перемещается параллельно оси вращения диска 1, зажимая диск 1 колодками 2 и 3, образуя на кольцевой поверхности трения, заключенной между наружным и внутренним радиусами фрикционной накладки, момент, увеличивающий силу трения между шинами заторможенного колеса и дорогой. Эта внешняя сила, называемая тормозной, возникает между колесом и дорогой в результате того, что тормозной механизм, препятствует его вращению.The front wheel disc brake of domestic cars is mounted on the knuckle 5. It consists of a brake disc 1 attached to the wheel hub 6, to which the left 2 and right 3 pads are pressed while braking, covered by a floating bracket 4 having guide bevels connected to the knuckle 5 , along which it moves parallel to the axis of rotation of the disk 1, clamping the disk 1 pads 2 and 3, forming on the annular surface of friction enclosed between the outer and inner radii of the friction lining, a moment that increases the force t eniya braked wheels between tires and the road. This external force, called the braking force, arises between the wheel and the road as a result of the fact that the braking mechanism prevents its rotation.

Сила сопротивления воздуха, являющаяся естественным ограничителем скорости движения наземных транспортных средств [8], находится в квадратичной зависимости от скорости движения. После достижения 90…100 км/ч (25 27,8 м/с), мощность двигателя автомобиля затрачивается, главным образом, на преодолении резко возрастающих сил сопротивления воздуха. Поэтому за оптимальный режим движения примем 95 км/ч (26 м/с), исходя из которого, определим угол наклона канавок фрикционных накладок к радиальному направлению, воспользовавшись равенствами (1) и (2).The air resistance force, which is a natural speed limiter for ground vehicles [8], is in quadratic dependence on the speed of movement. After reaching 90 ... 100 km / h (25 27.8 m / s), the engine power of the car is spent mainly on overcoming the sharply increasing forces of air resistance. Therefore, we will take 95 km / h (26 m / s) for the optimal mode of movement, based on which we determine the angle of inclination of the grooves of the friction linings to the radial direction, using equalities (1) and (2).

На массу продуктов износа, к примеру, m=0,0001 кг, на внутреннем r_ƒ = 0,21 м, среднем r_m = 0,23 м и наружном R_ƒ = 0,25 м радиусах ρ трения пары колодка - тормозной диск будут действовать центробежные силы инерции, определяемые по формуле (2)For the mass of wear products, for example, m = 0.0001 kg, on the inner r _ƒ = 0.21 m, the average r _m = 0.23 m and the outer R _ƒ = 0.25 m, the radii ρ of the friction pair of the block - brake disc centrifugal inertia forces determined by the formula (2) will act

I_R=0,25A, H; I_R-I_r=0,04A, H;I _R = 0.25A, H; I _R —I _r = 0.04A, H;

I_m=0,23A, Н; I_m-I_r=0,02A, H;I _m = 0.23A, H; I _m -I _r = 0.02A, H;

I_r=0,22A, H; I_r-I_r=0.I _r = 0.22A, H; I _r -I _r = 0.

Сократив по правилам математики эти результаты на одну и ту же величину А, получимHaving reduced these results by the same value of A by the rules of mathematics, we obtain

I_R-I_r=0,04 м;I _R —I _r = 0.04 m;

I_m-I_r=0,02 м;I _m -I _r = 0.02 m;

I_r-I_r=0.I _r -I _r = 0.

Эти результаты можно представить в виде прямоугольного треугольника с равными катетами I_R-I_r и R_ƒ-r_ƒ (фиг. 2).These results can be represented as a right triangle with equal legs I _R -I _r and R _ƒ -r _ƒ (Fig. 2).

У прямоугольного треугольника с равными катетами I_R-I_r и R_ƒ-r_ƒ угол х наклона равен 45°.In a right triangle with equal legs I _R -I _r and R _ƒ -r _ƒ , the inclination angle x is 45 °.

Воспользовавшись математическими таблицами [9], можем выразить угол наклона канавок для отвода продуктов износа и в радианахUsing the mathematical tables [9], we can express the angle of inclination of the grooves for the removal of wear products and in radians

x=45°=0,7854 рад.x = 45 ° = 0.7854 rad.

Выполнение канавок во фрикционной накладке колодке дискового тормоза не повлияет на величину развиваемого им момента трения [10], хотя несколько увеличит удельное давление и износ накладок из-за сокращения площади соприкосновения накладки с тормозным диском.The grooves in the friction lining of the disk brake pad will not affect the amount of friction moment developed by it [10], although it will slightly increase the specific pressure and wear of the lining due to the reduction in the area of contact between the lining and the brake disk.

Колодка 3 дискового тормоза работает следующим образом.Block 3 disc brakes works as follows.

Силовой гидроцилиндр, размещенный в состоящей из частей скобе 4, охватывающей тормозной диск 1, смонтированной на поворотном кулаке 5 с возможностью перемещаться параллельно оси вращения диска 1, во время торможения воздействует на правую колодку дискового тормоза 3, прижимая ее к вращающемуся диску 1, к которому с левой стороны прижимается колодка 2, закрепленная на плавающей скобе 4.The power hydraulic cylinder, placed in a partly mounted bracket 4, covering the brake disk 1, mounted on the rotary cam 5 with the ability to move parallel to the axis of rotation of the disk 1, during braking acts on the right shoe of the disk brake 3, pressing it to the rotating disk 1, to which block 2 is pressed on the left side, mounted on a floating bracket 4.

При прижатии колодки 3 дискового тормоза к вращающемуся тормозному диску 1 происходит износ фрикционной накладки колодки 3 и кольцевой поверхности трения диска 1.When the brake shoe pads 3 are pressed against the rotating brake disk 1, the friction lining of the shoe 3 and the annular friction surface of the disk 1 wear.

Образовавшиеся продукты износа нарушают стабильность, эффективность, долговечность и работоспособность дискового тормоза, для отвода которых во время свободного движения автомобиля, к примеру, со скоростью 95 км/ч, предложено во фрикционной накладке колодки 3 дискового тормоза выполнить канавки с наклоном к радиальному направлению. При этом выдавливаемые центробежными силами инерции по наклонным канавкам продукты износа на поверхность свободно вращающегося тормозного диска 1 отбрасываются на периферию, очищая кольцевую поверхность трения между колодкой 3 дискового тормоза и тормозным диском 1.The resulting wear products violate the stability, effectiveness, durability and performance of the disk brake, for which during the free movement of the car, for example, at a speed of 95 km / h, it is proposed to make grooves with an inclination towards the radial direction in the friction lining of the disk brake pad 3. In this case, the wear products squeezed out by centrifugal inertia along inclined grooves onto the surface of a freely rotating brake disk 1 are discarded to the periphery, cleaning the annular friction surface between the disk brake block 3 and the brake disk 1.

Выполнение канавок с наклоном во фрикционной накладке колодки 3 дискового тормоза, может одновременно с улучшением отвода продуктов износа, снизить или полностью устранить скрип тормозов.The implementation of the grooves with an inclination in the friction lining of the disc brake pad 3, can simultaneously with the improvement of the removal of wear products, reduce or completely eliminate the creaking of the brakes.

Источники информацииSources of information

1. Мамити Г.И. Проектирование тормозов автомобилей и мотоциклов. - Минск: Дизайн ПРО, 1997. - 112 с. 1. Mamiti G.I. Design brakes for cars and motorcycles. - Minsk: Design ABM, 1997. - 112 p.

2. Мамити Г.И., Льянов М.С. Функциональный и прочностной расчет тормозов мотоцикла. - Владикавказ: Рухс, 2002. - 219 с. 2. Mamiti G.I., Lyanov M.S. Functional and strength calculation of motorcycle brakes. - Vladikavkaz: Rukhs, 2002 .-- 219 p.

3. Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета. -М.: Машиностроение, 1989. - 304 с. 3. Osepchugov VV, Frumkin A.K. Car: Structural analysis, calculation elements. -M.: Engineering, 1989 .-- 304 p.

4. Вершигора В.А., Игнатов А.П., Новокшонов К.В., Пятков К.Б. Автомобиль «Нива» ВА3 - 2121: Устройство и ремонт. - М.: Транспорт, 1995. - 236 с.4. Vershigora V. A., Ignatov A. P., Novokshonov K. V., Pyatkov K. B. Car "Niva" VA3 - 2121: Device and repair. - M .: Transport, 1995 .-- 236 p.

5. Никитин Е.М. Теоретическая механика для техникумов. М.: Наука, 1966. - 520 с.5. Nikitin EM Theoretical mechanics for technical schools. M .: Nauka, 1966 .-- 520 p.

6. Обзор колодок переднего дискового тормоза подготовленный инженерами компании MetalPart. - 4 с. 6. Overview of the front disc brake pads prepared by MetalPart engineers. - 4 p.

7. Мамити Г.И. и др. Патент RU 2379559 С1, МПК F16D 13/64 (2006.01). Фрикционный диск. Опубл. 20.01.2010, Бюл. №2.7. Mamiti G.I. et al. Patent RU 2379559 C1, IPC F16D 13/64 (2006.01). Friction disc. Publ. 01/20/2010, Bull. No. 2.

8. Мамити Г.И. Прорыв в науке? Пусть ответит непредвзятый читатель // Автомобильная промышленность, 2017, №7. - С. 21-30.8. Mamiti G.I. A breakthrough in science? Let an unbiased reader respond // Automotive Industry, 2017, No. 7. - S. 21-30.

9. Милн-Томсон Л.М., Комри Л.Дж. Четырехзначные математические таблицы. Пер. с англ. - М.: Физматгиз, 1961. - 248 с.9. Milne-Thomson L.M., Comrie L.J. Four digit math tables. Per. from English - M .: Fizmatgiz, 1961 .-- 248 p.

10. Мамити Г.И., Кочиев З.Т. Определение момента трения дискового тормоза (функциональный расчет) // Труды НАМИ, 2017, №3. - С. 61-65.10. Mamiti G.I., Kochiev Z.T. Determining the friction moment of a disk brake (functional calculation) // Transactions of NAMI, 2017, No. 3. - S. 61-65.

Claims

A disk brake pad, consisting of a steel frame and a friction lining, in which a vertical groove (groove) is made, which serves to divert the wear products of the lining and the brake disc, characterized in that the steel frame of the pad is made of cold-rolled steel sheet ≥5 mm thick by cold cutting , to eliminate the possibility of high-frequency vibrations (creaking), and the groove, the depth of which at the same time serves as an indicator of its allowable wear, is made with fillets and with an angle x = 45 ° of inclination to the radial head leniyu passing through the axis of rotation of the brake disc.