WO2017176167A1 - Вентилируемый ротор тормозного диска транспортного средства и способ его изготовления - Google Patents

Вентилируемый ротор тормозного диска транспортного средства и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
WO2017176167A1
WO2017176167A1 PCT/RU2017/000204 RU2017000204W WO2017176167A1 WO 2017176167 A1 WO2017176167 A1 WO 2017176167A1 RU 2017000204 W RU2017000204 W RU 2017000204W WO 2017176167 A1 WO2017176167 A1 WO 2017176167A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
adjacent layers
layers
adjacent
layer
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000204
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Игорь Георгиевич РУДОЙ
Original Assignee
Игорь Георгиевич РУДОЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Георгиевич РУДОЙ filed Critical Игорь Георгиевич РУДОЙ
Publication of WO2017176167A1 publication Critical patent/WO2017176167A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/02—Braking members; Mounting thereof
    • F16D65/12—Discs; Drums for disc brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/78—Features relating to cooling
    • F16D65/84—Features relating to cooling for disc brakes
    • F16D65/847—Features relating to cooling for disc brakes with open cooling system, e.g. cooled by air

Definitions

  • the claimed invention relates to rotors of brake discs of vehicles, including motorcycles, automobiles, aircraft.
  • the rotors of brake discs of vehicles are well known (friction elements of the brake system of a vehicle, brake pads also belong to friction elements), which are an annular body with a radially inner lateral surface, a radially outer lateral surface, an inward side and an outward side, and friction surfaces are the outwardly flat sides of the rotor.
  • Known rotors are solid and in this case it is possible to distinguish only the outward flat sides (friction surfaces) of the rotor, most often solid are aviation and motorcycle brake rotors.
  • continuous brake rotors are perforated, and the axis of the holes or grooves in the rotor is parallel to the axis of the rotor itself (this is common for motorcycle brake rotors), grooves are made on the friction surfaces of the rotor, passing from the radially inner to the radially outer side surface of the rotor and serving primarily for cleaning brake pads (such grooves are typical for brake rotors of cars).
  • brake rotors As a material for the manufacture of known brake rotors, cast iron, steel (for example, martensitic stainless steel type 20X13 in Russia or 420th steel according to AISI, USA), carbon-containing ⁇ - ⁇ and C-SiC materials are used.
  • the manufacturing technology of brake rotors can vary significantly, for example, cast-iron brake rotors for cars are made by casting, and brake rotors for motorcycles are made by processing a steel sheet of an appropriate thickness, including cutting or laser cutting.
  • Various methods are used for attaching the brake rotor to the wheel hub, for example, a rigid connection of the brake rotor to the hub or “floating contact”, which can significantly compensate for the difference in thermal expansion coefficients of the materials of the wheel hub or carrier of the rotor (carrier), which are often made of aluminum alloys, and the brake rotor itself.
  • the main function of the brake rotor is absorption of the kinetic energy of the vehicle during braking with the smallest possible weight of this element, especially since it belongs to the unsprung mass and significantly affects the dynamics of movement, especially motorcycles and cars.
  • the minimum possible mass of the brake rotor is determined by:
  • the mass of the brake rotor is determined for a given vehicle (for a given value of Q):
  • An additional important requirement for the material of the brake rotor is a sufficiently high and stable coefficient of friction ⁇ in pair with the brake shoe (usually ⁇ > 0.25-U, 3, preferably ⁇ > 0.35 - ⁇ - 0.4), which is small and small wear rates to provide an acceptable resource for the friction pair.
  • a larger coefficient of friction allows to reduce the pressure of the brake shoe against the rotor (pressure in the brake system), which in many cases increases the resource, as well as reduce the dimensions of the brake unit, which provides the required braking torque.
  • the main materials of modern brake rotors are steel / cast iron, as well as carbon-containing composite materials (C / C or C / SiC), which potentially can significantly reduce the weight of the rotor due to its greater specific heat and a longer operating temperature range.
  • Steel ventilated rotors including ventilated brake rotors for motorcycles and bicycles, are usually assembled from several (two, three or more— [4]: application US 201 1/0056777) prefabricated components-layers, which are then seamlessly connected between by itself, usually by soldering ([5]: GB patent 2437745) or welding.
  • the closest technical solution is the ventilated rotor of a vehicle’s brake disc described in JP 62-1 19540 ([3]), which includes two permanently connected prefabricated adjacent layers, each layer being an annular body with a radially inner side surface radially outer side surface, inward side and outward side, opposite annular friction surfaces formed by outward side and adjacent layers, the support portions formed on the inwardly facing side adjacent layers having a side surface and a contact area which is in direct contact with the contact area of the support portion and the adjacent layer serves for one-piece connection of layers, internal through cooling channels passing from radially internal to radially external lateral surfaces of the layers and formed by surfaces of the layers facing inwardly free from contact with the adjacent layer, as well as by the side surfaces of the supporting sections extending between the radially internal and external side surfaces and determining the length of the mentioned channels (see [3], Figs. 3, 5, 6).
  • JP 403249436 [7], Fig. 8.9
  • the friction surfaces of which are additionally modified, including using a special coating to ensure the required level of wear.
  • support sections on adjacent layers are usually machined by an initially flat billet, which allows a wide range to change the geometry of the through ventilated channels formed after assembly of the brake rotor, and one-piece assembly is carried out due to the production processes of welding or soldering.
  • This allows the manufacture of metal brake rotors (primarily steel) with high quality and performance, that is, with an acceptable cost.
  • the technical result of the claimed invention is optimal from the point of view of minimizing weight and maximum heat removal design of the composite ventilated brake rotor of the vehicle, as well as its manufacturing method, which allows to realize these advantages with a high level of reliability. Improving the cooling conditions of the rotor (heat removal efficiency) can reduce its weight without increasing the operating temperature, and while maintaining the weight, reduce the operating temperature, which, as a rule, provides an increase in resource, a combination of some reduction in the weight of the rotor with a simultaneous increase in its resource is also possible.
  • the ventilated rotor of the brake disc of the vehicle including two one-piece pre-connected adjacent layers, each layer being an annular body with a radially inner lateral surface, radially outer lateral surface, facing inward and facing outward party; opposite annular friction surfaces formed by the outwardly facing sides of adjacent layers; supporting sections made on the inward side of at least one of the layers, having a side surface and a contact region that directly contacts the inward side of the adjacent layer or the contact region of the supporting region of the adjacent layer, and which serve to permanently connect the layers; internal through cooling channels passing from radially internal to radially external lateral surfaces of adjacent layers and formed by surfaces of layers, which are inward-free from contact with an adjacent layer, as well as lateral surfaces of support sections extending between radially internal and external side surfaces and determining the length of said channels, moreover, both adjacent layers are made of carbon-containing material, the cross section of the internal through cooling channels increases as proximity to the radially outer and radially inner side
  • the ventilated brake rotor of minimum weight with optimally high efficiency of energy removal by air flow is made of two adjacent layers of a carbon-containing composite material, in particular a C / C or C / SiC composite.
  • the connection of these layers in an integral structure carried out through the contact areas of the supporting sections, which are made on at least one of the adjacent layers.
  • Internal through cooling channels passing from radially internal to radially external lateral surfaces of adjacent layers are formed by the lateral surfaces of the supporting sections and are free from contact with the adjacent layer with the inwardly facing surfaces of the adjacent layers.
  • An increase in the cross section of the internal through cooling channels as it approaches the radially external and radially internal lateral surfaces of the layers makes it possible to optimize the passage of the cooling air flow through the channels, on the one hand, collecting the cooling rotor air flow from a larger area and, on the other hand, ensuring the absence of an “air plug "When the air flow is inhibited and even blocked in the channel.
  • the growth of the channel cross section can be ensured both by expanding the channel (increasing the distance between the supporting sections) and by increasing the height of the channel (increasing the distance between the surfaces of adjacent layers that are free from contact with the adjacent layer, i.e., by reducing the thickness of the friction layer )
  • the most effective is even a small increase in the height of the channel for brake rotors of a relatively small thickness, especially of ventilated brake rotors of motorcycles.
  • the most effective heat exchange of the air flow and rotor flowing through the internal cooling channels is provided specifically for the confuser-diffuser system for any direction of air flow (both from the outer side surface of the rotor to the inner side surface, and vice versa) with not too significant " opening angle ”corresponding to an increase in the transverse and / or height dimensions of the channel, namely, the speed of increasing the width or height of the channel should not exceed 1.5 mm per 1 mm of the decrease in the distance up to the corresponding lateral surface of the rotor (internal or external), which corresponds to the opening angle arctgO, 75 ⁇ 37 °, while the optimal opening angle is -10-15 °, (0.2-0.5 mm increase in width and / or height channel by 1 mm reducing the distance to the side surface of the rotor).
  • the opening angle can vary along the channel, while remaining less than the indicated maximum value arctg0.75.
  • the ratio of the cross-sectional area of the channel at its inlet (outlet) and the minimum channel area be not too large - otherwise the pressure drop (pressure) will not be enough to provide the necessary speed ( required volumetric flow rate) air flow.
  • the maximum ratio of the cross-sectional area of the through cooling channels on the radially external and / or radially internal lateral surface of the rotor to the minimum cross-sectional area of the said channels does not exceed 5 (this, including the ratio of sound speed to typical speed ⁇ 250 km / h before braking of high-speed vehicles which use composite brake rotors), while the preferred value of this ratio does not exceed 2-2.5 and is determined experimentally for the passage of air through rotating channels when The desired rotational speed is comparable to the air speed.
  • internal through cooling channels can be made straight and extend substantially radially from radially external to radially internal lateral surface of the rotor.
  • the direction of the channels may differ from radial.
  • the axis of the internal through cooling channels can be directed at an angle to the radius vector directed from the axis of rotation of the rotor to the corresponding point of the axis of the channel - this effectively increases both the effective length of the channels and heat exchange with the incoming air flow.
  • the channels can be made indirect, they can be bent, taking into account, for example, a change in the peripheral speed of the rotor in proportion to the distance to the axis of rotation; in the case of curvilinear execution of internal through cooling channels, their length is additionally increased.
  • the cross section of the cooling channels increases, in the central region of the rotor, the cross section of the channels remains almost unchanged in the preferred embodiment, but to further improve heat transfer, it can vary to some extent along the length of the channel, including periodically changing.
  • the local value of the friction force generated in the contact zone of the friction surfaces of the rotor and the shoe, and, accordingly, the local heat release power and the wear rate is proportional to the local value of the pad pressure on the friction surface of the rotor.
  • the brake system In a friction pair, the brake system generates pressure on the opposite surface of the shoe (s) that is in contact with the brake rotor, pressing it (them) to the brake rotor (s).
  • the distance between adjacent supporting sections, determining the channel width does not exceed four times the thickness of the friction layer, preferably does not exceed three times the thickness of the friction layer, and the total area of the contact areas of the supporting sections of at least one layer is not less than 25% of the area of the annular friction surface of the specified layer, preferably at least 50% of the area of the annular friction surface of the specified layer.
  • a ventilated brake rotor with a large number of through cooling channels of relatively small width, with not too “thick” friction layers is preferred, and the width of the cooling channels in most of them should be comparable with the width of the supporting surfaces (if the average channel width and the average the width of the supporting sections the total area of the contact areas of the supporting sections will be ⁇ 50% of the area of the annular friction surface).
  • the width of the through cooling channels, or a decrease in the width of the supporting surfaces in comparison with the width of the cooling channels it is necessary to increase the thickness of the friction layers, as a result, the weight and dimensions of the brake rotor increase.
  • the effective braking time is ⁇ ⁇ 5-N ⁇ Georgia, with ⁇ ⁇ 0.1 -0.2, 2 cm ⁇ / s (primarily for temperatures close to the limit of the working range) and as a result, it is advisable to have a thickness of the friction layer, as a rule, of no more than 7- ⁇ ⁇ mm.
  • the minimum thickness of the friction layer is determined by the manufacturability of the manufacture of adjacent layers, the need to provide an adequate resource for the brake rotor, taking into account its allowable wear, as well as the requirements for the minimum allowable mass of the rotor to prevent its overheating even under conditions of effective heat removal during individual braking.
  • the characteristic friction layer thickness is 1.5-5-2.5 mm with a typical total rotor thickness of 6- ⁇ 8 mm, in the case of an automobile brake or aircraft brake disc, the preferred friction layer thickness is 5- ⁇ 8 mm at a typical total rotor thickness of 20-25 mm.
  • the preferred width of the main part of the through cooling channels (as well as the width of the main part of the supporting sections) is ⁇ 5 mm for ventilated composite motorcycle rotors and ⁇ 10 mm (7-I 5 mm) for ventilated brake rotors of cars and aircraft.
  • the radius of the corresponding transition is at least 0.3 mm, preferably at least 0.5 mm.
  • the connection of adjacent layers includes a connection of at least two studs.
  • the studs are made of carbon-containing material, including material that matches the material from which adjacent layers are made. In this case, heating of the rotor during braking and its cooling between braking will not lead to the emergence of critical thermal stresses in the contact zone of the rotor and the stud.
  • the studs are threaded and a similar thread is preliminarily made in said through holes in adjacent layers. In this case, it is advisable to perform the thread after tightly assembling adjacent layers, that is, simultaneously in both layers — then after installing the threaded rods, the tight contact of adjacent layers will be preserved.
  • the studs are tapered and a similar cone is preformed in said through holes in adjacent layers, while tapered holes in adjacent layers are also preferably made after assembly, that is, from one installation.
  • conical studs in a preferred embodiment of a ventilated brake rotor, it is advisable to alternate the direction of the increase in diameter in the cones, in particular, for at least two through holes in adjacent layers, the direction of increase in the diameter of the cone is opposite.
  • the angle of the cone with which the conical studs are made can vary within a fairly wide range, including depending on the total thickness of the rotor, in the preferred embodiment, the full angle at the top of the cone can vary in the range 1: 10 1: 30, for a cone 1: 20 change the diameter of the stud at its height (rotor thickness) of 20 mm will be 1 mm.
  • the number of studs N and their cross section in the contact zone of adjacent layers S is preferably determined from the condition
  • NSF sh R> M fr (1) where F sn is the shear strength of the stud material, R is the radius of the circle on which the studs are located, Mf r is the maximum braking torque that can be applied to the rotor. If the studs are located at different distances from the axis of symmetry of the rotor, then condition (1) is generalized naturally. Condition (1), obviously, guarantees the strength of the rotor during braking even if there is no additional (except for the studs) connection of adjacent layers.
  • one of the two adjacent layers can be made essentially flat with a thickness corresponding to the thickness of the friction layer (possibly with the exception of areas near the radially external and radially internal side surfaces of the rotor).
  • the supporting sections are performed only on one of the adjacent layers and the contact region of the supporting sections of the second adjacent layer, when the layers are connected, contacts directly with the inwardly facing side of the substantially flat adjacent layer.
  • the internal cooling channels are performed during the preliminary manufacture of one of the adjacent layers, which may simplify the manufacture of a ventilated rotor according to the claimed technical solution.
  • the inventive ventilated rotor of the vehicle can be made in the following way:
  • a binder including glue or glue-like substance on at least part of the contact area of the supporting sections of at least one of the adjacent layers
  • internal through cooling channels are formed, passing from radially internal to radially external lateral surfaces of the layers and formed by the inwardly facing surfaces of the layers, as well as the lateral surfaces of the support sections extending between the radially internal and external lateral surfaces of the layers, which are free from contact with the adjacent layer and determining the length of said channels.
  • FIG. 1a shows a general view of one of two mirror-symmetric adjacent layers with distinguished contact surfaces 1.
  • the annular body of the adjacent layer and the supporting sections in it are made by milling an initially flat C / C blank, directly during milling, holes are made for connecting the rotor to the holder 2, the radii 3 of the transition of the side surfaces of the support sections to the inwardly free surface of the layer (due to the radius at the end of the cutter), which is free from contact with the adjacent layer, as well as the region of variable thickness of the friction layer and a variable distance between adjacent supporting sections 4,5 (Fig. 16).
  • a thin layer is applied with an organic binder (bakelite varnish), while the contact areas of the second adjacent layer are also degreased (a binder can be applied to these contact areas).
  • organic binder bakinglite varnish
  • a binder can be applied to these contact areas.
  • adjacent layers in a specially made snap are tightly connected to each other through contact areas and compressed, holes 2 can be used for mutual positioning of adjacent layers.
  • the layers are until the binder is completely solidified, after which the rotor assembly (Fig. 1 c) is formed for subsequent processing.
  • a ventilated brake rotor is manufactured as follows:
  • studs are threaded or tapered and for threaded studs, a similar thread is preliminarily made in said openings in adjacent layers, and for conical studs a similar cone is preliminarily made in said openings in adjacent layers,
  • a binder including glue or glue-like substances, including organic glue or organic varnish on at least part of the side the surface of the studs and / or the side surface of the holes in adjacent layers and / or at least part of the contact area of the supporting sections of at least one of the adjacent layers,
  • internal through cooling channels are formed, passing from radially internal to radially external lateral surfaces of the layers and formed by the inwardly facing surfaces of the layers, as well as the lateral surfaces of the support sections extending between the radially internal and external lateral surfaces of the layers, which are free from contact with the adjacent layer and determining the length of said channels.
  • FIG. 2 shows a ventilated rotor manufactured by the described method (before connecting to the studs) with holes for installing the studs 6 (in the particular implementation of the inventive method in Fig. 2, 6 studs were used — the same number of holes 2 were made for connecting the rotor to the holder).
  • the studs are installed in an already assembled rotor with a binder (organic binder) applied to the contact areas at the initial stage of bonding adjacent layers.
  • a binder organic binder
  • the use of studs also provides a more tight contact of adjacent layers during the assembly (gluing) of the rotor, as well as a significant increase in the shear strength of the connection of adjacent layers, which is fundamental for the brake rotor.
  • conical studs it is possible to ensure a good tight fit of the side surface of the stud and the surface of the holes in adjacent layers over the entire contact area without stress concentrators, as in the case of a thread.
  • the optimal setting of the adhesive can be realized under pressure, while the adhesive layer everywhere is thin enough, which is preferable to achieve maximum adhesive strength.
  • at least one stage of heat treatment of the rotor assembly is carried out, including high-temperature heat treatment.
  • the high temperature heat treatment is carbonization and / or silicification.
  • Siliconization of the assembled rotor contributes to a similar increase in the bonding strength of adjacent layers; moreover, silicification makes it possible to dramatically expand the field of application of ventilated brake C / SiC rotors according to the invention, to use a ventilated brake rotor at relatively low ambient temperatures, i.e., in urban operation, and not only in sports mode with a preliminary heating of the rotor.
  • the final machining of the rotor is carried out by its final machining, for example, grinding is similar to the known method of manufacturing a composite C / SiC ventilated rotor as a whole [2].
  • finishing machining the required level of parallelism of the friction surfaces and the specified thickness of the rotor is provided.
  • a ventilated front brake rotor was made for a motorcycle with an outer diameter of 320 mm and a friction region width of 32 mm.
  • the thickness of the rotor is 8.0 mm, the thickness of each friction layer in the central region of the rotor is 2.0 mm.
  • an end milling cutter with a diameter of 5 mm (with a rounding of the edge with a radius of 0.5 mm) was performed 72 through ventilated channels, the width of the cooling channels in the central region of the rotor was 5 mm (the ratio of the channel length to its width in the central part was about 6.5) and increased to ⁇ 8.5 mm on the radially external and radially internal surfaces of the rotor, the channel width increased from "Speed" of about 0.5 mm per 1 mm of reducing the distance to the side surface of the rotor.
  • the height of the cooling channels increased from 4 mm to 6 mm on the radially external and radially internal surfaces of the rotor; the height of the channels increased with a “speed” of about 0.4 mm per 1 mm of reduction in the distance to the side surface of the rotor.
  • the total area of the contact areas was ⁇ 150 cm ⁇ - about 55% of the area of the annular friction surface.
  • bakelite varnish was used, as well as 6 studs M l 0x1, 25, the center of the holes for the studs was located at a diameter of 280 mm.
  • each adjacent layer was 4, 10 mm, after bonding and a complete heat treatment cycle, including high-temperature treatment in a methane atmosphere? the rotor thickness was 4.25 mm. After finishing grinding, the thickness of the finished ventilated rotor was 8.0 mm.
  • the ventilated rotor was 100 grams lighter than its solid dimensional counterpart (-425 g compared to -535 g). In tests, it heated less than the heavier solid composite brake rotor, and not only the average temperature of the rotor, but also heating in separate braking was lower, which proves the high efficiency of heat removal in the rotor according to the claimed technical solution.
  • a larger ventilated automobile rotor made in a similar fashion showed greater cooling efficiency at a lower weight (by ⁇ 12-15%) compared to the analogue made by the traditional method [2] without a confuser near the inner side surface of the rotor and with fewer internal cooling channels.
  • the height of the cooling channels increased from 12 mm to 16 mm on the radially external and radially internal surfaces of the rotor; the height of the channels increased with a “speed” of about 0.4 mm per 1 mm of reduction in the distance to the side surface of the rotor.
  • an additional 10 threaded rods M l 2 1, 25, or 10 tapered studs with a maximum diameter of 12 mm and a cone angle of 3 ° were used (in the latter case, the holes for the stud holes in the rotor were made with the corresponding tapered cutter), the use of the studs guaranteed the strength of the rotor shear at a braking moment of at least 4000 Nm, even without taking into account the strength of the connection of the contact areas of the supporting sections of adjacent layers during gluing and subsequent heat treatment.
  • the high cooling efficiency of the inventive ventilated rotor allows not only to further reduce its weight, but also to reduce the wear rate by lowering the working temperature of the friction pair, and the inventive methods for manufacturing the rotor are quite technologically advanced and ensure its high reliability.
  • a decrease in rotor weight also means a decrease in its moment of inertia; reducing these rotor parameters improves the dynamics of acceleration and braking of vehicles and is especially important in the case of application of the proposed technical solution for the manufacture of motorcycle brake rotors.
  • the technical result achieved allows us to simultaneously reduce such essentially mutually exclusive parameters as the weight of the rotor and its operating temperature — usually, to reduce the temperature of the rotor, its weight is increased. Reducing the temperature of the rotor due to its faster cooling improves its working conditions, as well as the working conditions of the brake pads (by lowering the temperature in the contact zone of the pads and the rotor), and the rotor resource also increases.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Вентилируемый ротор тормозного диска включает два, неразъемно соединенных между собой, смежных слоя. Каждый слой представляет собой кольцеобразное тело, содержащее опорные участки, служащие для неразъемного соединения слоев. Опорные участки образуют внутренние сквозные охлаждающие каналы. Сечение внутренних сквозных охлаждающих каналов увеличивается по мере приближения к радиально внешним и радиально внутренним боковым поверхностям слоев. Способ изготовления ротора включает изготовление двух смежных слоев с опорными участками и неразъемное соединение смежных слоев склеиванием. Достигается оптимальная минимизация веса и максимальная эффективность теплосъема.

Description

ВЕНТИЛИРУЕМЫЙ РОТОР ТОРМОЗНОГО ДИСКА ТРАНСПОРТНОГО
СРЕДСТВА И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
Заявляемое изобретение относится к роторам тормозных дисков транспортных средств, в том числе мотоциклов, автомобилей, самолетов.
Хорошо известны роторы тормозных дисков транспортных средств (фрикционные элементы тормозной системы транспортного средства, к фрикционным элементам также относятся тормозные колодки), представляющие собой кольцеобразное тело с радиально внутренней боковой поверхностью, радиально внешней боковой поверхностью, обращенной внутрь стороной и обращенной наружу стороной, причем фрикционными поверхностями являются обращенные наружу плоские стороны ротора. Известные роторы выполняют сплошными и в этом случае возможно выделить только обращенные наружу плоские стороны (фрикционные поверхности) ротора, чаще всего сплошными являются авиационные и мотоциклетные тормозные роторы. Во многих случаях сплошные тормозные роторы выполняют перфорированными, причем ось отверстий или пазов в роторе параллельна оси самого ротора (это общепринято для тормозных роторов мотоциклов), на фрикционных поверхностях ротора выполняют канавки, проходящие от радиально внутренней к радиально внешней боковой поверхности ротора и служащие прежде всего для очистки тормозных колодок (подобные канавки типичны для тормозных роторов автомобилей).
В качестве материала для изготовления известных тормозных роторов применяется чугун, сталь (например нержавеющая сталь мартенситного класса типа 20X13 в России или 420-я сталь по AISI, США), углеродсодержащие С-С и C-SiC материалы. Технология изготовления тормозных роторов может существенно отличаться, например чугунные тормозные роторы для автомобилей изготавливаются литьем, а тормозные роторы для мотоциклов изготавливаются обработкой стального листа соответствующей толщины, в том числе вырубкой или лазерной резкой. Используются различные способы крепления тормозного ротора к ступице колеса, например жесткое соединение тормозного ротора со ступицей или «плавающий контакт», позволяющий в значительной степени компенсировать различие в коэффициентах теплового расширения материалов ступицы колеса или держателя ротора (carrier), которые часто выполняются из алюминиевых сплавов, и самого тормозного ротора. Однако во всех случаях основная функция тормозного ротора — поглощение кинетической энергии транспортного средства во время торможения при возможно меньшем весе этого элемента, тем более, что он относится к неподрессоренной массе и существенно влияет на динамику движения, прежде всего мотоциклов и автомобилей.
Минимально возможная масса тормозного ротора определяется:
- кинетической энергией W, которую необходимо «поглотить» при торможении и которая, следовательно, преобразуется в тепло Q и нагревает ротор (Q < W, поскольку часть кинетической энергии при торможении расходуется на преодоление сопротивления воздуха). В предположении о незначительной эффективности охлаждения ротора воздушным потоком за короткое время отдельного торможения, величина изменения температуры ротора в единичном акте торможения, очевидно, составляет ΔΤ = Q/MC, где М
- масса ротора, С— удельная теплоемкость материала, из которого изготовлен. Отсюда масса тормозного ротора определяется для данного транспортного средства (при заданной величине Q):
- начальной температурой тормозного ротора перед торможением, которая может существенно превышать комнатную при периодических торможениях,
- максимально допустимой рабочей температурой компонентов фрикционной пары (обычно ротора).
С этой точки зрения очевидными способами снижения массы тормозного ротора являются:
1. Использование материалов с большей величиной теплоемкости в расчете на единицу веса (у стали характерная величина теплоемкости в рабочем интервале температур составляет -600 Дж/(кг*град), у углеродсодержащих материалов до 1200 Дж/(кг*град) и более, теплоемкость алюминиевых сплавов -1000 Дж/(кг*град).
2. Использование материалов с большей максимальной рабочей температурой, которая составляет у алюминиевых сплавов до -350 °С, у сталей и чугуна до -700 °С, у углеродсодержащих материалов до -1200 °С и более. Здесь, однако, необходимо заметить, что высокая предельная рабочая температура материала тормозного ротора совсем не означает, что близкой к ней может быть и его средняя температура, поскольку в этом случае может возникнуть недопустимый перегрев тормозной жидкости.
3. Использование дизайна роторов, обеспечивающего их лучшее охлаждение во время движения для снижения начальной температуры ротора перед очередным торможением и, соответственно, средней температуры тормозного ротора.
7 Дополнительным важнейшим требованием к материалу тормозного ротора является достаточно высокий и стабильный в широком интервале температур коэффициент трения μ в паре с тормозной колодкой (обычно принимают μ > 0,25-Ю,3, предпочтительно μ > 0,35-^-0.4) при малой скорости износа, чтобы обеспечить приемлемый ресурс фрикционной пары. Больший коэффициент трения позволяет уменьшить давление прижима тормозной колодки к ротору (давление в тормозной системе), что во многих случаях увеличивает ресурс, а также уменьшить габариты тормозного блока, обеспечивающего требуемый тормозной момент. В результате основными материалами современных тормозных роторов являются сталь/чугун, а также углеродсодержащие композитные материалы (С/С или C/SiC), которые потенциально позволяют значительно снизить вес ротора за счет большей удельной теплоемкости и большего интервала рабочих температур.
Существенным с точки зрения снижения веса и повышения надежности работы фрикционной пары является также дизайн ротора, который может обеспечить значительно уменьшение его средней температуры. Этот результат достигается при использовании вентилируемых тормозных роторов, когда ротор включает внутренние сквозные охлаждающие каналы, проходящие от радиально внутренних к радиально внешним боковым поверхностям ротора и/или составляющих его слоев. Наличие таких каналов увеличивает поверхность, с которой происходит теплопередача в окружающую среду и, кроме того, охлаждение внутренних сквозных каналов проходящим через них воздушным потоком во многих случаях происходит существенно эффективнее, чем наружной (фрикционной) поверхности ротора. Заметим при этом, что для распространенного дизайна авиационных тормозов, когда наподвижный элемент фрикционной пары («тормозная колодка») также представляет собой кольцеобразную поверхность, охлаждение поверхности тормозного ротора за счет передачи тепла в окружающий воздух фактически отсутствует, прежде всего за время торможения.
Известно большое количество способов изготовления вентилируемых тормозных роторов ранспортных средств, описанных например, а патентах и патентных заявках US 3,623,579, DE 1575826. US 4,263,992, JP 61 - 124738, US 2006/0219500, GB 2437745, US 201 1/0056777, EP 1016803, US 6,405,839, Ru 2454577 и др.
Автомобильные вентилируемые тормозные роторы изготавливаются литьем за одно целое: см. например чугунный вариант вентилируемых тормозных дисков Брембо с технологией столбчатой вентиляции, описанный на сайте компании ([ 1 ] http://brembo- russia.ru/?ch=gl&utm_source=gl&utm_me
%2B%D0%B 1 %D 1 %80%D0%B5%D0%BC%D0%B 1 %Р0%ВЕ) или карбонокерамический (C-SiC) композитный тормозной ротор, дизайн и способ изготовления которого описаны в [2]: http://vvww.youtube.com/watch?v=FOdPaOu_CC0. В последнем случае сквозные вентиляционные каналы формируются за счет извлекаемых алюминиевых вставок, что существенно ограничивает возможности изготовления вентиляционных каналов оптимальной для охлаждения формы, например изогнутых, как указано в известном техническом решении ([3]: патент JP 62-1 19540, фиг. 6), или с переменным сечением.
Стальные вентилируемые роторы, в том числе вентилируемые тормозные роторы для мотоциклов и велосипедов, как правило, собираются из нескольких (двух-трех и более— [4]: заявка US 201 1/0056777) предварительно изготовленных компонентов-слоев, которые затем неразъемно соединяются между собой, как правило пайкой ([5]: патент GB 2437745) или сваркой.
В некоторых случаях используется большее число компонентов, например в патенте ([6]: патент Fr 2927389) предложен вентилируемый тормозной ротор с внутренними сквозными охлаждающими каналами, когда кольцеобразные фрикционные поверхности представляют собой наружные поверхности двух параллельных стальных пластин, удерживаемых на расстоянии друг от друга отдельно и предварительно изготавливаемыми проставками, которые привариваются к внутренним поверхностям этих пластин, чем обеспечивается жесткое соединение элементов ротора друг с другом. В частности, эти проставки могут представлять собой стержни прямоугольного сечения, расположенные по существу радиально (фиг. 15 известного патента [6]), когда после сварки свободные от контакта с внутренней поверхностью внешних слоев грани проставок образуют боковые стенки внутренних сквозных охлаждающих каналов, проходящих от радиально внешней к радиально внутренней боковой поверхности ротора. Технологичность указанного технического решения, очевидно, низкая.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является описанный в JP 62- 1 19540 ([3]) вентилируемый ротор тормозного диска транспортного средства, включающий два неразъемно соединенных между собой предварительно изготовленных смежных слоя, причем каждый слой представляет собой кольцеобразное тело с радиально внутренней боковой поверхностью, радиально внешней боковой поверхностью, обращенной внутрь стороной и обращенной наружу стороной, противолежащие кольцеобразные фрикционные поверхности, образованные обращенными наружу сторонами смежных слоев, опорные участки, выполненные на обращенной внутрь стороне смежных слоев, имеющие боковую поверхность и контактную область, которая непосредственно контактирует с контактной областью опорного участка смежного слоя и служит для неразъемного соединения слоев, внутренние сквозные охлаждающие каналы, проходящие от радиально внутренних к радиально внешним боковым поверхностям слоев и образованные свободными от контакта со смежным слоем обращенными внутрь поверхностями слоев, а также боковыми поверхностями опорных участков, простирающимися между радиально внутренними и внешними боковыми поверхностями и определяющими длину упомянутых каналов (см. [3], фиг. 3, 5, 6).
Аналогичное техническое решение описано в JP 403249436 ([7], фиг. 8,9), для алюминиевого тормозного ротора, фрикционные поверхности которого дополнительно модифицированы, в том числе с помощью специального покрытия с целью обеспечения требуемого уровня износа.
В известных технических решениях опорные участки на смежных слоях, как правило, выполняются механической обработкой исходно плоской заготовки, что позволяет в широких пределах изменять геометрию образующихся после сборки тормозного ротора сквозных вентилируемых каналов, а неразъемная сборка выполняется за счет производительных процессов сварки или пайки. Это позволяет изготавливать металлические тормозные роторы (прежде всего стальные) с высокими качеством и производительностью, то есть с приемлемой стоимостью.
Однако возможности максимизации теплоотдачи для тормозного ротора минимально возможного веса, которым является композитный (на базе углеродсодержащего материала) вентилируемый тормозной ротор с внутренними сквозными охлаждающими каналами использованы далеко не полностью, как установлено автором заявляемого технического решения. Необходимо также указать, что процессы сварки или пайки не применимы к композитным вентилируемым тормозным роторам, которые потенциально позволяют реализовать минимальный вес этого изделия.
Техническим результатом заявляемого изобретения является оптимальный с точки зрения минимизации веса и максимальной эффективности теплосъема дизайн композитного вентилируемого тормозного ротора транспортного средства, а также способ его изготовления, позволяющий реализовать указанные преимущества при высоком уровне надежности. Улучшение условий охлаждения ротора (эффективности теплосъема) позволяет уменьшить его вес без увеличения рабочей температуры, а при сохранении веса снизить рабочую температуру, что, как правило, обеспечивает рост ресурса, возможна и комбинация некоторого снижения веса ротора с одновременным некоторым увеличением его ресурса. Технический результат достигается тем, что в вентилируемом роторе тормозного диска транспортного средства, включающем два неразъемно соединенных между собой предварительно изготовленных смежных слоя, при этом каждый слой представляет собой кольцеобразное тело с радиально внутренней боковой поверхностью, радиально внешней боковой поверхностью, обращенной внутрь стороной и обращенной наружу стороной; противолежащие кольцеобразные фрикционные поверхности, образованные обращенными наружу сторонами смежных слоев; опорные участки, выполненные на обращенной внутрь стороне по меньшей мере одного из слоев, имеющие боковую поверхность и контактную область, которая непосредственно контактирует с обращенной внутрь стороной смежного слоя или контактной областью опорного участка смежного слоя, и служащие для неразъемного соединения слоев; внутренние сквозные охлаждающие каналы, проходящие от радиально внутренних к радиально внешним боковым поверхностям смежных слоев и образованные свободными от контакта со смежным слоем обращенными внутрь поверхностями слоев, а также боковыми поверхностями опорных участков, простирающимися между радиально внутренними и внешними боковыми поверхностями и определяющими длину упомянутых каналов, причем оба смежных слоя выполнены из углеродсодержащего материала, сечение внутренних сквозных охлаждающих каналов увеличивается по мере приближения к радиально внешним и радиально внутренним боковым поверхностям слоев и скорость увеличения ширины и/или высоты упомянутых каналов составляет не более 1 ,5 мм на 1 мм уменьшения расстояния до боковой поверхности ротора, при этом упомянутое расстояние до боковой поверхности ротора составляет не более 30% длины охлаждающего канала, отношение площади сечения упомянутых охлаждающих каналов на радиально внешней и/или радиально внутренней боковой поверхности ротора к минимальной площади сечения упомянутых охлаждающих каналов не превышает 5, а расстояние между соседними опорными участками, определяющее ширину охлаждающего канала, не превышает четырехкратной толщины фрикционного слоя, определяемой как расстояние между обращенной наружу стороной одного слоя и обращенной внутрь стороной того же слоя, свободной от контакта со вторым слоем за исключением области, соответствующей упомянутому расстоянию до боковой поверхности ротора.
Согласно заявляемому техническому решению вентилируемый тормозной ротор минимального веса с оптимально высокой эффективностью энергосъема воздушным потоком выполнен из двух смежных слоев углеродсодержащего композитного материала, в частности С/С или C/SiC композита. Соединение этих слоев в неразъемную конструкцию осуществляется через контактные области опорных участков, которые выполнены на, по крайней мере, одном из смежных слоев. Внутренние сквозные охлаждающие каналы, проходящие от радиально внутренних к радиально внешним боковым поверхностям смежных слоев, образованы боковыми поверхностями опорных участков и свободными от контакта со смежным слоем обращенными внутрь поверхностями смежных слоев.
Увеличение сечения внутренних сквозных охлаждающих каналов по мере приближения к радиально внешним и радиально внутренним боковым поверхностям слоев позволяет оптимизировать прохождение охлаждающего воздушного потока сквозь каналы, с одной стороны, собирая охлаждающий ротор воздушный поток с большей площади и, с другой стороны, обеспечивая отсутствие «воздушной пробки», когда воздушный поток тормозится и даже стопорится в канале. Рост сечения канала может быть обеспечен как за счет расширения канала (увеличения расстояния между опорными участками), так и за счет увеличения высоты канала (увеличения расстояния между свободными от контакта со смежным слоем обращенными внутрь поверхностями смежных слоев, то есть за счет уменьшения толщины фрикционного слоя). Наиболее эффективно даже небольшое увеличение высоты канала для тормозных роторов относительно небольшой толщины, прежде всего вентилируемых тормозных роторов мотоциклов.
Наиболее эффективный теплообмен протекающего по внутренним охлаждающим каналам воздушного потока и ротора, как установлено автором, обеспечивается именно для системы конфузор-диффузор при любом направлении воздушного потока (как от внешней боковой поверхности ротора к внутренней боковой поверхности, так и наоборот) при не слишком значительном «угле раскрытия», соответствующего увеличению поперечных и/или высотных габаритов канала, а именно скорость увеличения ширины или высоты канала не должна превышать 1 ,5 мм на 1 мм уменьшения расстояния до соответствующей боковой поверхности ротора (внутренней или внешней), что соответствует углу раскрытия arctgO,75~37°, при этом оптимальный угол раскрытия составляет -10-15°, (0,2-0,5 мм увеличения ширины и/или высоты канала на 1 мм уменьшения расстояния до боковой поверхности ротора). Укажем также, что угол раскрытия может меняться вдоль канала, оставаясь при этом меньше указанного максимального значения arctg0,75.
Длина той части внутреннего охлаждающего канала, на которой происходит существенное увеличение его сечения не превышает 30% общей длины канала— не более 30% длины канала вблизи внешней боковой поверхности ротора и не более 30% длины канала вблизи внутренней боковой поверхности ротора, эти значения установлены экспериментально и обеспечивают, в том числе, достаточно однородное распределение напряжений по поверхности ротора (см. ниже).
Далее, для эффективного прохождения воздушного потока через канал в реальных условиях использования тормозного ротора необходимо, чтобы отношение площади сечения канала на его входе (выходе) и минимальной площади канала было не слишком велико — иначе перепада давления (напора) будет недостаточно для обеспечения необходимой скорости (необходимого объемного расхода) воздушного потока. Максимальное отношение площади сечения сквозных охлаждающих каналов на радиально внешней и/или радиально внутренней боковой поверхности ротора к минимальной площади сечения упомянутых каналов не превышает 5 (это, в том числе, отношение скорости звука к типичной скорости ~ 250 км/ч перед торможением скоростных транспортных средств, которые используют композитные тормозные роторы), при этом предпочтительная величина этого отношения не превышает 2-2,5 и определена экспериментально для прохождения воздуха через вращающиеся каналы, когда окружная скорость вращения сравнима со скоростью воздушного потока.
Согласно заявляемому изобретению внутренние сквозные охлаждающие каналы могут быть выполнены прямыми и проходить по существу радиально от радиально внешней к радиально внутренней боковой поверхности ротора. Однако в предпочтительном варианте осуществления изобретения направление каналов может отличаться от радиального. С целью дополнительного улучшения теплообмена, ось внутренних сквозных охлаждающих каналов может быть направлена под углом к радиус-вектору, направленному от оси вращения ротора в соответствующую точку оси канала — при этом фактически увеличивается и эффективная длина каналов, и теплообмен с набегающим потоком воздуха. Каналы могут быть выполнены непрямыми, они могут изгибаться, учитывая, например, изменение окружной скорости движения ротора пропорционально расстоянию до оси его вращения; в случае криволинейного выполнения внутренних сквозных охлаждающих каналов их длина дополнительно увеличивается. По мере приближения к радиально внешней и радиально внутренней боковым поверхностям ротора сечение охлаждающих каналов увеличивается, в центральной области ротора сечение каналов в предпочтительном варианте сохраняется практически неизменным, но для дополнительного улучшения теплообмена может до некоторой степени изменяться по длине канала, в том числе периодически изменяться.
Локальная величина силы трения, генерируемая в зоне контакта фрикционных поверхностей ротора и колодки, и, соответственно, локальные мощность тепловыделения и скорость износа пропорциональны локальному значению давления колодки на фрикционную поверхность ротора. В фрикционной паре тормозная система генерирует давление на противоположную контактной с тормозным ротором поверхность колодки (колодок), прижимая ее (их) к тормозному ротору (роторам). Численное моделирование и эксперименты показывают, что даже при равномерном распределении давления тормозной системы на поверхность колодки, контактные давления в паре колодка-ротор в случае вентилируемого ротора распределены неравномерно, причем степень неравномерности распределения давления увеличивается при уменьшении толщины фрикционного слоя (определяемой как расстояние между обращенной наружу стороной одного слоя и обращенной внутрь стороной того же слоя, свободной от контакта со вторым слоем, в центральной части ротора, поскольку вблизи его радиально внешней и радиально внутренней боковых поверхностей толщина фрикционного слоя может уменьшаться), увеличении расстояния между опорными поверхностями и уменьшении доли общей площади контактных областей по отношению к общей площади кольцеобразного фрикционного слоя. Здесь сразу предполагается, что под тормозной колодкой располагается по меньшей мере несколько сквозных охлаждающих каналов, что соответствует оптимальным условиям реализации заявляемого технического решения.
С точки зрения увеличения ресурса ротора и колодки (фрикционной пары) целесообразно, чтобы давление колодки на ротор изменялось не слишком значительно по контктной поверхности ротора и колодки. В связи с этим, согласно настоящему техническому решению, расстояние между соседними опорными участками, определяющее ширину канала, не превышает четырехкратной толщины фрикционного слоя, предпочтительно не превышает трехкратной толщины фрикционного слоя, а общая площадь контактных областей опорных участков по меньшей мере одного слоя составляет не менее 25% площади кольцеобразной фрикционной поверхности указанного слоя, предпочтительно не менее 50% площади кольцеобразной фрикционной поверхности указанного слоя.
Таким образом, предпочтительным является вентилируемый тормозной ротор с большим количеством сквозных охлаждающих каналов относительно небольшой ширины, с не слишком «толстыми» фрикционными слоями, причем ширина охлаждающих каналов в большей их части должна быть сопоставима с шириной опорных поверхностей (при равенстве усредненной ширины канала и усредненной ширины опорных участков общая площадь контактных областей опорных участков составит ~50% площади кольцеобразной фрикционной поверхности). При увеличении расстояния между опорными участками, то есть ширины сквозных охлаждающих каналов, или уменьшении ширины опорных поверхностей по сравнению с шириной охлаждающих каналов необходимо увеличивать толщину фрикционных слоев, в результате увеличивается вес и габариты тормозного ротора.
Отметим также, что при увеличении толщины фрикционного слоя δ, когда за время отдельного торможения τ размер распространения тепла от фрикционной поверхности вглубь фрикционного слоя ( τ)^2 < δ (χ— температуропроводность фрикционного слоя), эффект наличия внутренних сквозных охлаждающих каналов практически не проявляется во время торможения, хотя, как можно показать, именно для композитных вентилируемых роторов возможно некоторое охлаждение и за время отдельного торможения. Это означает, что целесообразно выбирать расстояние между опорными участками и общую площадь опорных участков таким образом, чтобы возможно было использовать толщину фрикционного слоя δ < (χτ)^2, в типичных условиях резкого торможения от достаточно больших скоростей эффективное время торможения τ ~ 5-Н О с, при этом χ ~ 0,1 -Ю,2 см^/с (прежде всего для температур, близких к пределу рабочего диапазона) и в результате целесообразно иметь толщину фрикционного слоя, как правило, не более 7-И О мм.
Минимальная толщина фрикционного слоя определяется технологичностью изготовления смежных слоев, необходимостью обеспечить достаточный ресурс тормозного ротора с учетом его допустимого износа, а также требованиями по минимально допустимой массе ротора, чтобы не допустить его перегрева даже в условиях эффективного теплосъема во время отдельного торможения. Для композитного вентилируемого тормозного ротора мотоцикла характерная толщина фрикционного слоя составляет 1 ,5^-2,5 мм при типичной общей толщине ротора 6-^8 мм, в случае автомобильного тормозного или авиационного тормозного диска предпочтительная толщина фрикционного слоя составляет 5-^8 мм при типичной общей толщине ротора 20-25 мм. Соотвественно, предпочтительная ширина основной части сквозных охлаждающих каналов (а также ширина основной части опорных участков) составляет ~ 5 мм для вентилируемых композитных роторов мотоциклов и ~10 мм (7-И 5 мм) для вентилируемых тормозных роторов автомобилей и самолетов.
Целесообразное отношение длины внутреннего сквозного охлаждающего канала к его ширине составляет не менее 2, предпочтительно соотношение не менее 3-=-4, в этом случае для типичных размеров тормозного ротора и шины транспортного средства за время пролета воздушного потока через внутренний охлаждающий канал он (канал) пройдет в радиальном направлении путь, превышающий (заметно превышающий) его ширину, что повышает эффективность теплообмена воздушного потока со стенками канала.
Численное моделирование вентилируемого ротора, на обе фрикционные поверхности которого действует сила (давление) со стороны тормозных колодок, также показало резкий рост напряжений в зоне перехода от боковой поверхности опорных участков слоя к свободной от контакта со смежным слоем обращенной внутрь поверхности упомянутого слоя, причем с увеличением радиуса перехода величина максимального напряжения уменьшается. В связи с этим в предпочтительном варианте реализации заявляемого технического решения радиус соответствующего перехода составляет не менее 0,3 мм, предпочтительно не менее 0,5 мм.
Для состоящего из двух частей углеродсодержащего (композитного) тормозного ротора, используемого в качестве ответственной высоконагруженной детали, отвечающей за безопасность процесса торможения, осоебенно важной является гарантия надежности неразъемного соединения компонентов (смежных слоев) ротора. В качестве основного способа соединения этих частей автором заявляемого технического решения предлагается склеивание слоев через контактные области опорных участков с последующей термической обработкой сборки (см. ниже). Однако для дополнительной надежности такой сборки, а также упрощения процесса склеивания, который целесообразно проводить при в условиях сжатия смежных слоев, согласно заявляемому изобретению, соединение смежных слоев включает соединение не менее, чем двумя шпильками. С целью установки указанных шпилек в каждом из смежных слоев предварительно выполнено не меньше двух сквозных отверстий, положение которых при неразъемном соединении смежных слоев совпадает, причем по меньшей мере в одном из двух смежных слоев отверстия выполнены в опорных участках. В общем случае используется N шпилек, для установки которых в каждом из смежных слоев выполнено N отверстий, положение которых при неразъемном соединении смежных слоев совпадает, причем по меньшей мере в одном из двух смежных слоев отверстия выполняются в опорных участках. Направление оси указанных отверстий совпадает с направлением оси тормозного ротора и перпендикулярно фрикционным поверхностям.
В предпочтительном варианте релизации заявлемого технического решения шпильки выполнены из углеродосодержащего материала, в том числе из материала, совпадающего с материалом, из которого изготовлены смежные слои. В этом случае нагрев ротора во время торможения и его охлаждение между торможениями не будет приводить к возникновению критических термических напряжений в зоне контакта ротора и шпильки. В одном из вариантов заявляемого технического решения шпильки выполнены с резьбой и аналогичная резьба предварительно выполнена в упомянутых сквозных отверстиях в смежных слоях. При этом целесообразно резьбу выполнять после плотной сборки смежных слоев, то есть одновременно в обоих слоях— тогда после установки резьбовых шпилек плотный контакт смежных слоев будет сохранен.
В другом варианте реализации вентилируемого ротора шпильки выполнены коническими и аналогичный конус предварительно выполнен в упомянутых сквозных отверстиях в смежных слоях, при этом конические отверстия в смежных слоях также предпочтительно выполнять после их сборки, то есть с одной установки. При использовании конических шпилек в предпочтительном варианте реализации вентилируемого тормозного ротора целесообразно чередовать направление увеличение диаметра в конусах, в частности, по меньшей мере у двух сквозных отверстий в смежных слоях направление увеличения диаметра конуса выполнять противоположным. Угол конуса , с которым выполняются конические шпильки может варьироваться в достаточно широких пределах, в том числе в зависимости от общей толщины ротора, в предпочтительном варианте полный угол при вершине конуса может изменяться в интервале 1 : 10 1 :30, для конуса 1 :20 изменение диаметра шпильки при ее высоте (толщине ротора) 20 мм составит 1 мм.
Количество шпилек N и их сечение в зоне контакта смежных слоев S предпочтительно определить из условия
NSFshR > Mfr (1 ), где Fsn— прочность материала шпильки на срез, R - радиус окружности, на которой расположены шпильки, Mfr— максимальный тормозной момент, который может быть приложен к ротору. Если шпильки рсположены на разных расстояниях от оси симметрии ротора, то условие (1) обобщается естественным образом. Условие ( 1 ), очевидно, гарантирует прочность ротора при торможении даже если нет никакого дополнительного (кроме шпилек) соединения смежных слоев.
Приведем пример. Для переднего тормозного ротора спортивного мотоцикла Mfr ~
420 Нм, R ~ 0, 135 м, прочность материала шпильки на срез в собранном и полностью термически обработанном роторе заведомо превышает 30+40 МПа. Тогда из условия ( 1 ) находим NS > 0,9 см^ (90 мм^). Таким образом, шести шпилек с эффективным диаметром в зоне контакта смежных слоев 6 мм достаточно для двухкратного превышения условия (1), а при увеличении диаметра шести шпилек до 10 мм запас по прочности шпилек на срез становится пятикратным и практически соответствует тормозному моменту для автомобильных тормозов и т.д.
В одном из возможных вариантов реализации заявлемого вентилируемого ротора один из двух смежных слоев может быть выполнен по существу плоским с толщиной, соответствующей толщине фрикционного слоя (возможно, за исключением областей вблизи радиально внешней и радиально внутренней боковых поверхностей ротора). В этом случае опорные участки выполняются только на одном из смежных слоев и контактная область опорных участков второго смежного слоя при соединении слоев контактирует непосредственно с обращенной внутрь стороной по существу плоского смежного слоя. В указанном варианте внутренние охлаждающие каналы выполняются при предварительном изготовлении одного из смежных слоев, что может упростить изготовление вентилируемого ротора по заявляемому техническому решению.
Заявляемый вентилируемый ротор транспортного средства может быть изготовлен следующим способом:
- предварительное изготовление двух смежных слоев, каждый из которых представляет собой кольцеобразное тело из углеродсодержащего материала с радиально внутренней боковой поверхностью, радиально внешней боковой поверхностью, обращенной внутрь стороной и обращенной наружу стороной, и обращенные наружу стороны формируют противолежащие кольцеобразные фрикционные поверхности,
- выполнение на обращенной внутрь стороне по меньшей мере одного из слоев опорных участков,
- нанесение связующего, в том числе клея или клееподобного вещества на по меньшей мере часть контактной области опорных участков по меньшей мере одного из смежных слоев,
- неразъемное соединение упомянутых смежных слоев склеиванием,
причем при указанном неразъемном соединении формируют внутренние сквозные охлаждающие каналы, проходящие от радиально внутренних к радиально внешним боковым поверхностям слоев и образованные свободными от контакта со смежным слоем обращенными внутрь поверхностями слоев, а также боковыми поверхностями опорных участков, простирающимися между радиально внутренними и внешними боковыми поверхностями слоев и определяющими длину упомянутых каналов.
Указанная последовательность операций поясняется фиг.1. На фиг. 1 а показан общий вид одного из двух зеркально симметричных смежных слоев с выделенными контактными поверхностями 1. Кольцеобразное тело смежного слоя и опорные участки в нем изготавливаются фрезеровкой первоначально плоской С/С заготовки, непосредственно во время фрезеровки выполняются отверстия для присоединения ротора к держателю 2, радиусы 3 перехода боковых поверхностей опорных участков к свободной от контакта со смежным слоем обращенной внутрь поверхности слоя (за счет радиуса на торце фрезы), а также области переменной толщины фрикционного слоя и переменного расстояния между соседними опорными участками 4,5 (фиг. 16).
Далее на все контактные области одного из двух смежных слоев после предварительного обезжиривания тонким слоем наносится органическое связующее (бакелитовый лак), при этом контактные области второго смежного слоя также обезжириваются (связующее может быть нанесено и на эти контктные области). Затем смежные слои в специально изготовленной оснастке плотно соединеняются друг с другом через контактные области и сжимаются, для взаимного позиционирования смежных слоев могут использоваться отверстия 2. В сжатом состоянии слои находятся до полного затвердевания связующего, после чего ротор в сборе (фиг. 1 в) сформирован для последующей обработки .
В другом варианте вентилируемый тормозной ротор изготавливается следующим образом:
- предварительное изготовление двух смежных слоев, каждый из которых представляет собой кольцеобразное тело из углеродсодержащего материала с радиально внутренней боковой поверхностью, радиально внешней боковой поверхностью, обращенной внутрь стороной и обращенной наружу стороной, и обращенные наружу стороны формируют противолежащие кольцеобразные фрикционные поверхности,
- выполнение на обращенной внутрь стороне по меньшей мере одного из слоев опорных участков,
- выполнение в каждом из предварительно изготовленных смежных слоев не менее 2 отверстий, положение которых при неразъемном соединении смежных слоев совпадает, причем по меньшей мере в одном из двух смежных слоев отверстия выполняют в опорных участках;
- предварительное изготовление шпилек из углеродсодержащего материала, причем шпильки изготавливаются с резьбой или коническими и для шпилек с резьбой аналогичная резьба предварительно выполняется в упомянутых отверстиях в смежных слоях, а для конических шпилек аналогичный конус предварительно выполняется в упомянутых отверстиях в смежных слоях,
- предварительное нанесение связующего, в том числе клея или клееподобного вещества, в том числе органического клея или органического лака на по меньшей мере часть боковой поверхности шпилек и/или боковой поверхности отверстий в смежных слоях и/или на по меньшей мере часть контактной области опорных участков по меньшей мере одного из смежных слоев,
неразъемное соединение упомянутых смежных слоев, в том числе шпильками,
причем при указанном неразъемном соединении формируют внутренние сквозные охлаждающие каналы, проходящие от радиально внутренних к радиально внешним боковым поверхностям слоев и образованные свободными от контакта со смежным слоем обращенными внутрь поверхностями слоев, а также боковыми поверхностями опорных участков, простирающимися между радиально внутренними и внешними боковыми поверхностями слоев и определяющими длину упомянутых каналов.
В указанном варианте предварительное изготовление смежных слоев производится аналогично описанному выше, при этом соединение смежных слоев производится не только за счет склеивания, но и за счет шпилек; на фиг. 2 показан изготавливаемый по описываемому способу вентилируемый ротор (до соединения со шпильками) с отверстими для установки шпилек 6 (в конкретной реализации заявляемого способа на фиг. 2 использовалось 6 шпилек— столько же, сколько выполнено отверстий 2 для соединения ротора с держателем). При изготовлении образца вентилируемого ротора для мотоцикла использовалось 6 выполненных из С/С композита шпилек с резьбой Ml Ох 1 ,25, аналогичная резьба была преварительно выполнена в тормозном роторе в сборе, при сборке смежные слои позиционировались за счет предварительно выполненных присоединительных отверстий 2. Бакелитовый лак наносился на поверхность выполненной на шпильках резьбы, а также на внутреннюю поверхность соответствующих отверстий в смежных слоях ротора.
Шпильки устанавливаюся в уже собранный ротор с нанесенным на контактные области связующим (органическим связующим) на начальной стадии склеивания смежных слоев. Применение шпилек обеспечивает также более плотный контакт смежных слоев при сборке (склеиваниии) ротора, а также значительный рост прочности соединения смежных слоев на сдвиг, что является основным для тормозного ротора. Отметим также, что для конических шпилек удается обеспечить качественное плотное прилегание боковой поверхности шпильки и поверхности отверстий в смежных слоях по всей площади контакта без возникновения концентраторов напряжений, как в случае резьбы. Более того, для клеевого неразъемного соединения слоев коническими шпильками может быть реализован оптимальный режим затвердевания клея под давлением, при этом слой клея везде оказывается достаточно тонким, что предпочтительно для достижения максимальной прочности клеевого соединения. После выполнения клеевого соединения смежных слоев согласно заявляемому техническому решению проводится по меньшей мере одна стадия термической обработки ротора в сборе, в том числе высокотемпературную термическую обработку. В предпочтительном варианте высокотемпературная термическая обработка представляет собой карбонизацию и/или силицирование.
Укажем, что после неразъемного соединения предварительно изготовленных слоев может быть проведено несколько этапов термической и других видов обработки, включая обработку давлением, то есть раздельное изготовление смежных слоев с их последующим соединением может быть произведено и на одном из промежуточных этапов изготовления композитного тормозного ротора.
При высокотемпературной обработке неразъемно соединенных смежных слоев происходит, в том числе, карбонизация клеевого слоя, что обеспечивает связь между смежными слоями и возможность эффективной работы ротора при высокой температуре. При проведении высокотемпературной термической обработки в атмосфере углеродсодержащего газа, например, метана, дополнительно происходит выделение пиролитического углерода, в том числе в контактных областях смежных слоев, что увеличивает прочность их соединения.
Аналогично повышению прочности соединения смежных слоев способствует силицирование ротора в сборе, кроме того силицирование позволяет резко расширить область применения вентилируемых тормозных C/SiC роторов согласно изобретению, использовать вентилируемый тормозной ротор при сравнительно низких температурах окружающей среды, то есть в городском режиме эксплуатации, а не только в спортивном режиме с предварительным прогревом ротора.
Укажем, что после проведения термической обработки в качестве последней стадии изготовления ротора проводится его финишная механическая обработка, например шлифование аналогично известному способу изготовления композитного C/SiC вентилируемого ротора, как единого целого [2]. При финишной механической обработке обеспечивается требуемый уровень параллельности фрикционных поверхностей и заданная тол ина ротора.
Согласно заявлемому техническому решению был изготовлен вентилируемый передний тормозной ротор для мотоцикла с наружным диаметром 320 мм и шириной фрикционной области 32 мм. Толщина ротора составляет 8,0 мм, толщина каждого фрикционного слоя в центральной области ротора 2,0 мм. В роторе концевой фрезой диаметром 5 мм (со скруглением кромки радиусом 0,5 мм) было выполнено 72 сквозных вентилируемых канала, ширина охлаждающих каналов в центральной области ротора составляла 5 мм (отношение длины канала к его ширине в центральной части около 6,5) и увеличивалась до ~ 8,5 мм на радиально внешней и радиально внутренней поверхностях ротора, увеличение ширины каналов происходило со «скоростью» около 0,5 мм на 1 мм уменьшения расстояния до боковой поверхности ротора. Высота охлаждающих каналов увеличивалась от 4 мм до 6 мм на радиально внешней и радиально внутренней поверхностях ротора, увеличение высоты каналов происходило со «скоростью» около 0,4 мм на 1 мм уменьшения расстояния до боковой поверхности ротора. Общая площадь контактных областей составляла ~ 150 см^ — около 55% площади кольцеобразной фрикционной поверхности.
Для соединения смежных слоев использовался бакелитовый лак, а также 6 шпилек M l 0x1 , 25, центр отверстий для шпилек располагался на диаметре 280 мм.
До склеивания толщина каждого смежного слоя составляла 4, 10 мм, после склеивания и полного цикла термической обработки, включая высотемпературную обработку в атмосфере метана? толщина ротора составляла 4,25 мм. После финишной шлифовки толщина готового вентилируемого ротора составила 8,0 мм.
Экспериментально установлено, что прочность соединения смежных слоев после термической обработки в среде метана заведомо превышает 1 МПа при рабочей температуре ротора (реально больше 2 МПа). Это гарантирует прочность ротора на срез при тормозном моменте 2000 Нм даже без учета использовавшихся шпилек, что в ~5 раз превышает тормозной момент, на который испытываются передние колесные диски спортивных мотоциклов.
Вентилируемый ротор был на 100 граммов легче своего сплошного размерного аналога (-425 г по сравнению с -535 г). В тестах он нагревался меньше, чем более тяжелый сплошной композитный тормозной ротор, причем меньшей была не только средняя температура ротора, но и нагрев в отдельном торможении, что доказывает высокую эффективность теплосъема в роторе согласно заявляемому техническому решению. Здесь особое значение имеет тот факт, что заявляемое техническое решение формирования внутренних охлаждающих каналов по схеме конфузор-диффузор как при движении воздуха от внешней боковой стороны ротора к его внутренней боковой стороне, так и наоборот, в случае ротора мотоцикла обеспечивает эффективный теплосъем набегающим потоком воздуха как с внешней стороны ротора (для той его половины, которая направлена в сторону движения мотоцикла — навстречу воздушному потоку), так и с внутренней стороны ротора (для той его половины, которая находится «за» осью вращения ротора по ходу движения мотоцикла).
При увеличении ширины охлаждающих каналов в центральной части тормозного ротора до 8 мм с увеличением ширины до 1 1 мм на внешней и внутренней боковых поверхностях ротора (число каналов было снижено до 60, остальные параметры ротора оставались без изменений) качество торможения и ресурс ротора значительно уменьшались.
Аналогично, большую эффективность охлаждения при меньшем весе (на ~ 12-15%) по сравнению с аналогом, выполненным традиционным способом [2] без конфузора вблизи внутренней боковой поверхности ротора и с меньшим количеством внутренних охлаждающих каналов, продемонстрировал вентилируемый автомобильный ротор, изготовленный по аналогичной описанной выше схеме при полной толщине ротора 22 мм, толщине фрикционного слоя 6 мм, ширине 60 внутренних охлаждающих каналов в центральной области ротора 8 мм (отношение длины канала к его ширине в центральной части около 6), ширина каналов увеличивалась до - 12 мм на радиально внешней и радиально внутренней поверхностях ротора, увеличение ширины каналов происходило со «скоростью» около 0,4 мм на 1 мм уменьшения расстояния до боковой поверхности ротора. Высота охлаждающих каналов увеличивалась от 12 мм до 16 мм на радиально внешней и радиально внутренней поверхностях ротора, увеличение высоты каналов происходило со «скоростью» около 0,4 мм на 1 мм уменьшения расстояния до боковой поверхности ротора.
При сборке ротора дополнительно использовались 10 резьбовых шпилек M l 2 1 , 25, либо 10 конических шпилек с максимальным диаметром 12 мм и углом конуса 3° (в последнем случае посадочные для шпилек отверстия в роторе выполнялись соответствующей конической фрезой), использование шпилек гарантировало прочность ротора на сдвиг при тормозном моменте не менее 4000 Нм даже без учета прочности соединения контактных областей опорных участков смежных слоев при их склевании и последующей термической обработке.
Большая эффективность охлаждения заявляемого вентилируемого ротора позволяет не только дополнительно снизить его вес, но и уменьшить скорость износа за счет снижения рабочей температуры фрикционной пары, а заявляемые способы изготовления ротора достаточно технологичны и обепечивают его высокую надежность. Снижение веса ротора означает и уменьшение его момента инерции; уменьшение этих параметров ротора улучшает динамику разгона и торможения транспортных средств и особенно важно в случае применения заявляемого технического решения для изготовления мотоциклетных тормозных роторов. Достигнутый технический результат позволяет одновременно уменьшить такие по существу взаимоисключающие параметры, как вес ротора и его рабочая температура— обычно для уменьшения температуры ротора увеличивают его вес. Снижение температуры ротора, обусловленное его более быстрым охлаждением, улучшает условия его работы, а также условия работы тормозных колодок (за счет снижения температуры в зоне контакта колодок и ротора), при этом увеличивается и ресурс ротора.
Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены и другие очевидные для квалифицированных специалистов в этой отрасли изменения описанных выше вариантов выполнения ротора дискового тормоза мотоцикла и способов его изготовления, а также их переделка или замена в них элементов на другие элементы, выполняющие эквивалентную функцию, без отклонения от защищаемых формулой изобретения положений. Например, могут быть использовано разное соотношение и различные составляющие матрицы и армирующих компонентов при создании С/С композита, различные способы формирования «зеленой заготовки», различные режимы и способы термической обработки и силицирования (например, описанные в обзоре [8]: Е.И. Крамаренко, В. В. Кулаков, A.M. Кенигфест, С.А. Ситников, В. В. Мозалев «Получение и свойства фрикционных углерод-керамических материалов класса С/SiC» - Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 201 1 , т. 13, N°4(3), с. 759-764), могут использоваться различные способы формирования опорных участков и комбинации шпилек, различные органические связующие (клеи) и режимы их затвердевания, охлаждающие каналы могут иметь различную (в том числе непрямолинейную) форму, и т.д.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Вентилируемый ротор тормозного диска транспортного средства, включающий:
два неразъемно соединенных между собой предварительно изготовленных смежных слоя, причем каждый слой представляет собой кольцеобразное тело с радиально внутренней боковой поверхностью, радиально внешней боковой поверхностью, обращенной внутрь стороной и обращенной наружу стороной,
противолежащие кольцеобразные фрикционные поверхности, образованные обращенными наружу сторонами смежных слоев,
опорные участки, выполненные на обращенной внутрь стороне по меньшей мере одного из слоев, имеющие боковую поверхность и контактную область, которая непосредственно контактирует с обращенной внутрь стороной смежного слоя или контактной областью опорного участка смежного слоя, и служащие для неразъемного соединения слоев, внутренние сквозные охлаждающие каналы, проходящие от радиально внутренних к радиально внешним боковым поверхностям смежных слоев и образованные свободными от контакта со смежным слоем обращенными внутрь поверхностями слоев, а также боковыми поверхностями опорных участков, простирающимися между радиально внутренними и внешними боковыми поверхностями и определяющими длину упомянутых охлаждающих каналов,
причем оба смежных слоя выполнены из углеродсодержащего материала,
причем сечение внутренних сквозных охлаждающих каналов увеличивается по мере приближения к радиально внешним и радиально внутренним боковым поверхностям слоев, и скорость увеличения ширины и/или высоты упомянутых охлаждающих каналов составляет не более 1 ,5 мм на 1 мм уменьшения расстояния до боковой поверхности ротора, при этом упомянутое расстояние до боковой поверхности ротора составляет не более 30% длины охлаждающего канала,
причем отношение площади сечения упомянутых охлаждающтх каналов на радиально внешней и/или радиально внутренней боковой поверхности ротора к минимальной площади сечения упомянутых охлаждающих каналов не превышает 5,
причем расстояние между соседними опорными участками, определяющее ширину охлаждающего канала, не превышает четырехкратной толщины фрикционного слоя, определяемой как расстояние между обращенной наружу стороной одного слоя и обращенной внутрь стороной того же слоя, свободной от контакта со вторым слоем за исключением области, соответствующей упомянутому расстоянию до боковой поверхности ротора.
2. Вентилируемый ротор по п. 1 , отличающийся тем, что расстояние между соседними опорными участками не превышает трехкратной толщины фрикционного слоя.
3. Вентилируемый ротор по п. 1 , отличающийся тем, что общая площадь контактных областей опорных участков по меньшей мере одного слоя составляет не менее 25% площади кольцеобразной фрикционной поверхности указанного слоя.
4. Вентилируемый ротор по п. 1 , отличающийся тем, что общая площадь контактных областей опорных участков по меньшей мере одного слоя составляет не менее 50% площади кольцеобразной фрикционной поверхности указанного слоя.
5. Вентилируемый ротор по п. 1 , отличающийся тем, что опорные участки выполнены со скругленными углами, причем радиус перехода от боковой поверхности опорных участков к свободной от контакта со смежным слоем обращенной внутрь поверхности упомянутого слоя составляет не менее 0,3 мм, предпочтительно не менее 0,5 мм.
6. Вентилируемый ротор по п. 1 , отличающийся тем, что в каждом из предварительно изготовленных смежных слоев выполнено не менее 2 сквозных отверстий, положение которых при неразъемном соединении смежных слоев совпадает, причем по меньшей мере в одном из двух смежных слоев отверстия выполнены в опорных участках.
7. Вентилируемый ротор по п. 6, отличающийся тем, что неразъемное соединение смежных слоев включает соединение шпильками, проходящими через предварительно выполненные в смежных слоях сквозные отверстия.
8. Вентилируемый ротор по п. 7, отличающийся тем, что шпильки выполнены из углеродсодержащего материала.
9. Вентилируемый ротор по п. 8, отличающийся тем, что шпильки выполнены из материала, совпадающего с материалом смежных слоев.
10. Вентилируемый ротор по п. 7, отличающийся тем, что шпильки выполнены с резьбой, и аналогичная резьба предварительно выполнена в упомянутых сквозных отверстиях в смежных слоях.
11. Вентилируемый ротор по п. 7, отличающийся тем, что шпильки выполнены коническими, и аналогичный конус предварительно выполнен в упомянутых сквозных отверстиях в смежных слоях.
12. Вентилируемый ротор по п. 1 1 , отличающийся тем, что по меньшей мере у двух сквозных отверстий в смежных слоях направления увеличения диаметра конуса выполнены противоположными.
13. Вентилируемый ротор по п. 1 , отличающийся тем, что один из упомянутых смежных слоев выполнен по существу плоским.
14. Способ изготовления вентилируемого ротора тормозного диска транспортного средства по любому из пунктов 1-13, включающий:
предварительное изготовление двух смежных слоев, каждый из которых представляет собой кольцеобразное тело из углеродсодержащего материала с радиально внутренней боковой поверхностью, радиально внешней боковой поверхностью, обращенной внутрь стороной и обращенной наружу стороной, и обращенные наружу стороны формируют противолежащие кольцеобразные фрикционные поверхности,
выполнение на обращенной внутрь стороне по меньшей мере одного из слоев опорных участков,
нанесение связующего, в том числе клея или клееподобного вещества на по меньшей мере часть контактной области опорных участков по меньшей мере одного из смежных слоев, неразъемное соединение упомянутых смежных слоев склеиванием,
причем при указанном неразъемном соединении формируют внутренние сквозные охлаждающие каналы, проходящие от радиально внутренних к радиально внешним боковым поверхностям слоев и образованные свободными от контакта со смежным слоем обращенными внутрь поверхностями слоев, а также боковыми поверхностями опорных участков, простирающимися между радиально внутренними и внешними боковыми поверхностями слоев и определяющими длину упомянутых каналов.
15. Способ изготовления вентилируемого ротора тормозного диска транспортного средства по п. 14, отличающийся тем, что связующее представляет собой органическое связующее, в том числе органический клей или органический лак.
16. Способ изготовления вентилируемого ротора транспортного средства по п. 14, отличающийся тем, что после неразъемного соединения смежных слоев, проводят по меньшей мере одну стадию термической обработки ротора в сборе.
17. Способ изготовления вентилируемого ротора тормозного диска транспортного средства по п. 6, включающий:
предварительное изготовление двух смежных слоев, каждый из которых представляет собой кольцеобразное тело из углеродсодержащего материала с радиально внутренней боковой поверхностью, радиально внешней боковой поверхностью, обращенной внутрь стороной и обращенной наружу стороной, и обращенные наружу стороны формируют противолежащие кольцеобразные фрикционные поверхности, выполнение на обращенной внутрь стороне по меньшей мере одного из слоев опорных участков,
выполнение в каждом из предварительно изготовленных смежных слоев не менее 2 отверстий, положение которых при неразъемном соединении смежных слоев совпадает, причем по меньшей мере в одном из двух смежных слоев отверстия выполняют в опорных участках;
предварительное изготовление шпилек из углеродсодержащего материала, причем шпильки изготавливаются с резьбой или коническими и для шпилек с резьбой аналогичная резьба предварительно выполняется в упомянутых отверстиях в смежных слоях, а для конических шпилек аналогичный конус предварительно выполняется в упомянутых отверстиях в смежных слоях,
предварительное нанесение связующего, в том числе клея или клееподобного вещества, в том числе органического клея или органического лака на по меньшей мере часть боковой поверхности шпилек и/ или боковой поверхности отверстий в смежных слоях и/или на по меньшей мере часть контактной области опорных участков по меньшей мере одного из смежных слоев,
неразъемное соединение упомянутых смежных слоев, в том числе шпильками,
причем при указанном неразъемном соединении формируют внутренние сквозные охлаждающие каналы, проходящие от радиально внутренних к радиально внешним боковым поверхностям слоев и образованные свободными от контакта со смежным слоем обращенными внутрь поверхностями слоев, а также боковыми поверхностями опорных участков, простирающимися между радиально внутренними и внешними боковыми поверхностями слоев и определяющими длину упомянутых каналов.
18. Способ изготовления вентилируемого ротора транспортного средства по п. 17, отличающийся тем, что после неразъемного соединения смежных слоев, в том числе шпильками, проводят по меньшей мере одну стадию термической обработки ротора в сборе.
19. Способ изготовления вентилируемого ротора транспортного средства по п. 16, отличающийся тем, что по меньшей мере одна стадия термической обработки ротора в сборе представляет собой карбонизацию и/или силицирование.
20. Способ изготовления вентилируемого ротора транспортного средства по п. 18, отличающийся тем. что по меньшей мере одна стадия термической обработки ротора в сборе представляет собой карбонизацию и/или силицирование.
21. Способ изготовления вентилируемого ротора транспортного средства по п. 19, отличающийся тем, что по меньшей мере одну стадию термической обработки ротора в сборе проводят в атмосфере углеродсодержащего газа, например метана.
22. Способ изготовления вентилируемого ротора транспортного средства по п. 20, отличающийся тем, что по меньшей мере одну стадию термической обработки ротора в сборе проводят в атмосфере углеродсодержащего газа, например метана.
PCT/RU2017/000204 2016-04-08 2017-04-05 Вентилируемый ротор тормозного диска транспортного средства и способ его изготовления WO2017176167A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016113366 2016-04-08
RU2016113366A RU2016113366A (ru) 2016-04-08 2016-04-08 Вентилируемый ротор тормозного диска транспортного средства и способ его изготовления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017176167A1 true WO2017176167A1 (ru) 2017-10-12

Family

ID=60000765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000204 WO2017176167A1 (ru) 2016-04-08 2017-04-05 Вентилируемый ротор тормозного диска транспортного средства и способ его изготовления

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2016113366A (ru)
WO (1) WO2017176167A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62119540U (ru) * 1986-01-20 1987-07-29
JP2009299887A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Endless Project:Kk ディスクロータ及びその製造方法
US20110056777A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Bimetallic Brake Rotor
RU2454577C1 (ru) * 2010-12-30 2012-06-27 Александр Юрьевич Романов Ротор тормозного диска мотоцикла

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62119540U (ru) * 1986-01-20 1987-07-29
JP2009299887A (ja) * 2008-06-13 2009-12-24 Endless Project:Kk ディスクロータ及びその製造方法
US20110056777A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Bimetallic Brake Rotor
RU2454577C1 (ru) * 2010-12-30 2012-06-27 Александр Юрьевич Романов Ротор тормозного диска мотоцикла

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016113366A (ru) 2017-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3679445B2 (ja) 各種フランジの組立を備える高エネルギ制動用複合材ディスク
JP7203462B2 (ja) 全炭素セラミック軸付きブレーキディスク
US20070199778A1 (en) Vented disc brake rotor
US7681698B2 (en) Disc brake
US20120090929A1 (en) Brake Disc and Method for Producing Such a Brake Disc
US10704134B2 (en) Aluminum clutch components with ferrous surface
EP2926022B1 (en) Nested composite brake drum
CN110914570B (zh) 制动盘和用于制造制动盘的方法
CN108431445B (zh) 用于车辆的制动盘
EP3825570B1 (en) Brake disc assembly
JP5123853B2 (ja) 脆性材料から形成されたブレーキディスクリングを備えたディスクブレーキおよびかかる種類の１または複数のディスクブレーキを取り付けた車両
US11242902B2 (en) Brake disc and method for producing a brake disc
US9188181B2 (en) Motorcycle brake disc rotor
US9488238B2 (en) Composite rotor
JP2000213572A (ja) 通気性を備えるブレ―キディスクの製造方法
US8925693B2 (en) Brake disc and disc brake
WO2017176167A1 (ru) Вентилируемый ротор тормозного диска транспортного средства и способ его изготовления
EP3899308B1 (en) Braking band of a disc for disc brake of ventilated type
EP1386094B1 (en) Disk brake for a heavy truck and a vehicle including such a disc brake
CS223816B2 (en) Method of making the metal wheels made from one piece for vehicles and dies for executing the said method
WO2021123755A1 (en) Brake disc, method of manufacturing the same, and an insert
WO2019097416A1 (en) Disc brake system
RU31827U1 (ru) Тормозной диск
JP2016023677A (ja) 制動部材

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17779421

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17779421

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1