制動盤及制動器的制作方法

本發(fā)明涉及車輛制動系統(tǒng)，具體涉及一種制動盤及具有該種制動盤的制動器。

背景技術(shù)：

近年來，盤式制動器的熱翹曲變形成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。具體的，2006年Toshikazu O,Hiroyuki Y.研究了盤帽厚薄對熱翹曲的影響。2008年黃健萌，高誠輝等人指出了盤面力學(xué)性能的周期性變化是由于摩擦熱源產(chǎn)生的熱流沖擊和對流換熱影響的交替作用所引起的。2010年楊智勇，韓建民通過直接耦合法實(shí)現(xiàn)了制動盤溫度應(yīng)力的耦合模擬，并通過實(shí)驗(yàn)對比證實(shí)了數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性。此外，陳璐，張立軍等人定量研究了盤帽的熱傳導(dǎo)、盤帽的螺栓預(yù)緊力以及盤壁厚差對制動盤熱翹曲量大小的影響。2011年蘇海賦，曲杰指出不均勻分布的熱應(yīng)力引起制動盤產(chǎn)生向盤轂內(nèi)側(cè)翹曲和厚度變化的熱變形，并由此導(dǎo)致接觸狀態(tài)和接觸壓力發(fā)生變化，引起制動時的熱抖動。Cho H J,Cho C D.提出熱翹曲變形的周期性變化是影響制動盤低頻振動的主要原因。2016年楊源，楊俊英等人研究了盤面厚度與摩擦半徑對溫度梯度場的影響。

雖然很多學(xué)者認(rèn)識到制動盤的熱翹曲變形會帶來一系列的問題，如熱抖動，低頻噪音，拖滯等，并以此在實(shí)驗(yàn)和數(shù)值上開展了大量的研究；然而，針對這些問題所對制動盤進(jìn)行的改進(jìn)卻很罕見。常用的制動盤及采用這些制動盤的制動器仍存在上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種能夠降低熱翹曲變形的制動盤，定量研究結(jié)構(gòu)對制動盤熱翹曲變形的影響。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

制動盤包括盤體，所述盤體具有相對設(shè)置的第一表面和第二表面；所述第一表面和所述第二表面之間的距離限定了所述盤體的厚度；所述盤體上開設(shè)有溝槽，所述溝槽經(jīng)配置以自所述盤體上的第一表面的所在一側(cè)向所述第二表面的所在一側(cè)開設(shè)。

優(yōu)選地，所述溝槽自所述盤體上的第一表面的所在一側(cè)向所述第二表面的所在一側(cè)開設(shè)的距離與所述第一表面和所述第二表面之間的距離的比值L1/L2在2/5～1/2范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述盤體具有圓周表面；所述圓周表面自所述第一表面的周邊延伸至所述第二表面的周邊，所述圓周表面界定所述盤體的直徑；所述溝槽呈圓周方向延伸，并位于所述盤體的中心軸線和所述圓周表面之間。

優(yōu)選地，還包括盤帽，所述盤帽包括側(cè)壁和頂蓋；所述側(cè)壁自所述第二表面向所述第一表面所在一側(cè)延伸，并超出所述第一表面；所述頂蓋的周邊與所述側(cè)壁的超出所述第一表面的一端連接或一體設(shè)置。

優(yōu)選地，所述溝槽環(huán)繞所述側(cè)壁。

優(yōu)選地，所述溝槽自所述側(cè)壁沿所述盤體的徑向向外延伸。

優(yōu)選地，所述第一表面經(jīng)配置以被第一摩擦片按壓，所述頂蓋經(jīng)配置以與輪轂連接；所述側(cè)壁沿所述盤體的徑向凸出輪轂的周邊的距離與第一摩擦片與輪轂的周邊之間的距離的比值L3/L4在1/5～1/4范圍內(nèi)。

優(yōu)選地，所述頂蓋上設(shè)有至少兩個安裝孔；所述至少兩個安裝孔呈圓周方向分布，所述至少兩個安裝孔經(jīng)配置用以安裝輪轂。

本發(fā)明的另一目的是提供一種能夠降低熱翹曲變形的制動器。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

制動器，其特征在于，包括：

上述的制動盤；

第一摩擦片，其經(jīng)配置以向所述制動盤的第一表面施壓；及

第二摩擦片，其經(jīng)配置以向所述制動盤的第二表面施壓。

優(yōu)選地，還包括活塞缸，所述活塞缸的活塞與所述第二摩擦片連接；所述活塞經(jīng)配置以在制動液注入所述活塞缸時在制動液的推動下朝向所述第二表面壓緊所述第二摩擦片，以使所述第二摩擦片向所述第二表面施壓。

優(yōu)選地，還包括卡鉗，所述卡鉗與所述第一摩擦片連接；所述卡鉗經(jīng)配置以在制動液注入所述活塞缸時在制動液的推動下整體向所述第一表面移動，以帶動所述第一摩擦片向所述第一表面施壓。

本發(fā)明提供的制動盤，通過在盤體上的第一表面所在一側(cè)開設(shè)溝槽，有效降低制動盤在車輛連續(xù)制動過程中所產(chǎn)生的熱翹曲變形，避免制動盤拖滯現(xiàn)象的發(fā)生，減小制動盤熱抖動的幅度。溝槽設(shè)置在第一表面所在一側(cè)，即朝向安裝在頂蓋的輪轂，可有效改善制動盤向輪轂所在一側(cè)熱變形翹曲的問題。

本發(fā)明提供的制動盤，通過將溝槽自盤體上的第一表面的所在一側(cè)向第二表面的所在一側(cè)開設(shè)的距離L1與第一表面和第二表面之間的距離L2的比值L1/L2限定在2/5～1/2范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)在量級上改善制動盤在制動過程中熱翹曲變形角大的問題，使得制動盤及使用該制動盤的制動器的熱翹曲變形大大降低。

本發(fā)明提供的制動盤，進(jìn)一步將其側(cè)壁凸出輪轂的距離L3與第一摩擦片與輪轂之間的距離L4的比值L3/L4限定在1/5～1/4范圍內(nèi)，以進(jìn)一步降低甚至完全避免制動盤在車輛連續(xù)制動過程中所產(chǎn)生的熱翹曲變形。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的制動盤的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為本發(fā)明中的制動盤的局部剖面圖；

圖3為本發(fā)明中的具有圖1所示制動盤的制動器的結(jié)構(gòu)主視圖；

圖4為安裝有輪轂的制動盤的剖面圖；

圖5為本發(fā)明的制動盤與常用制動盤的局部剖面對比圖；

圖6-12為圖5中的A-G方案的制動盤的盤面有效半徑處溫度隨時間的變化曲線；

圖13為制動盤熱變形示意圖；

圖14-20為圖5中的A-G方案的制動盤的盤面位移及翹曲角隨時間的變化曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述：

如圖1和2所示，制動盤100包括盤體10，盤體10具有第一表面12、第二表面14和圓周表面16。第一表面12和第二表面14相對設(shè)置，并且第一表面12和第二表面14之間的距離限定了盤體10的厚度，即，第一表面12和第二表面14之間的垂直距離L2即為盤體10的厚度。圓周表面16自第一表面12的周邊12a延伸至第二表面14的周邊14a，圓周表面16界定盤體10的直徑。若盤體10的中心部位為鏤空狀(如圖2所示)，則圓周表面16所界定的盤體10的直接為外直徑。

盤體10上開設(shè)有溝槽18，溝槽18自盤體10上的第一表面12所在一側(cè)向第二表面14的所在一側(cè)開設(shè)。溝槽18呈圓周方向延伸，并位于盤體10的中心軸線X和圓周表面16之間。溝槽18能夠有效降低制動盤100在車輛連續(xù)制動過程中所產(chǎn)生的熱翹曲變形，避免制動盤拖滯現(xiàn)象的發(fā)生，減小制動盤100熱抖動的幅度。

如圖2所示，溝槽18自盤體10上的第一表面12的所在一側(cè)向第二表面14的所在一側(cè)的開設(shè)距離L1與第一表面12和第二表面14之間的垂直距離L2的比值L1/L2在2/5～1/2范圍內(nèi)。從而實(shí)現(xiàn)在量級上改善制動盤100在制動過程中熱翹曲變形角大的問題，使得制動盤100及使用該制動盤100的制動器的熱翹曲變形大大降低。

如圖1和2所示，制動盤100還包括盤帽20，盤帽20包括側(cè)壁22和頂蓋24。側(cè)壁22自第二表面14向第一表面12的所在一側(cè)延伸，并超出第一表面12。頂蓋24的周邊24a與側(cè)壁22的超出第一表面12的一端22a一體設(shè)置。其他實(shí)施例中，頂蓋24的周邊24a與側(cè)壁22的超出第一表面12的一端22a也可通過機(jī)械連接的方式連接。溝槽18環(huán)繞側(cè)壁22。溝槽18自側(cè)壁22沿盤體10的徑向向外延伸，并與圓周表面16之間間隔第一表面12。頂蓋24上設(shè)有多個安裝孔26，多個安裝孔26呈圓周方向分布，用以將輪轂30安裝至頂蓋24上。溝槽18設(shè)置在第一表面12所在一側(cè)，從而朝向輪轂30(如圖4所示)，可有效改善制動盤100向輪轂30所在一側(cè)熱變形翹曲的問題。

如圖3所示，為使用上述制動盤100的制動器200，制動器200包括上述制動盤100、第一摩擦片40、第二摩擦片50、活塞缸(圖中未示出)和卡鉗60。其中，第一摩擦片40經(jīng)配置以向制動盤100的第一表面12施壓，第二摩擦片50經(jīng)配置以向制動盤的第二表面14施壓?；钊椎幕钊c第二摩擦片50連接，卡鉗60與第一摩擦片40連接。

制動器200的制動原理如下：腳踩制動踏板，制動液通過入口70注入活塞缸，由于壓強(qiáng)的作用，制動液推動活塞缸的活塞的一端壓緊第二摩擦片50，從而使第二摩擦片50達(dá)到施壓制動盤100的第二表面14的作用。另一方面，根據(jù)作用力反作用定理，制動液推動液缸內(nèi)壁另一端(即活塞的另一端)，致使卡鉗60整體向第一表面12移動，卡鉗60的移動驅(qū)使第一摩擦片40壓緊制動盤100的第一表面12。從而實(shí)現(xiàn)第一摩擦片40和第二摩擦片50同時夾緊制動盤100的作用，實(shí)現(xiàn)制動效果。

如上所述，將制動盤100應(yīng)用于制動器200中時，制動盤100的第一表面12經(jīng)配置以被第一摩擦片40按壓，頂蓋24經(jīng)配置以與輪轂30連接。制動盤100的盤帽20的尺寸限定體現(xiàn)在，側(cè)壁22沿盤體10的徑向凸出輪轂30的周邊30a的距離L3與第一摩擦片40與輪轂30的周邊30a之間的距離L4的比值L3/L4在1/5～1/4范圍內(nèi)(如圖4所示)，以進(jìn)一步降低甚至完全避免制動盤100在車輛連續(xù)制動過程中所產(chǎn)生的熱翹曲變形。

如圖5所示，為本發(fā)明提供的制動盤100的溝槽18的開設(shè)位置以及盤帽20的尺寸與常用的制動盤的對比視圖，其中B方案為本發(fā)明實(shí)施例提供的制動盤100。由圖5可以看出，A方案、D方案和G方案的制動盤的盤帽的徑向尺寸要大于本發(fā)明實(shí)施例提供的制動盤100的盤帽的徑向尺寸，即L3/L4超出了1/5～1/4范圍的上限。C方案和F方案則相反，盤帽的徑向尺寸較小，即L3/L4超出了1/5～1/4范圍的下限。此外，除了盤帽的徑向尺寸存在差異之外，D方案、E方案和F方案的制動盤不僅在第一表面所在一側(cè)開設(shè)溝槽，還在第二表面所在一側(cè)開設(shè)溝槽，而G方案則僅在第二表面所在一側(cè)開設(shè)溝槽。

將圖5中所示的A-G方案的制動盤進(jìn)行制動試驗(yàn)，例如采用摩擦片夾緊制動盤后摩擦以升溫。摩擦參數(shù)如下：初始速度95.56Km/h，減速度0.46g，加速時間5.86秒，巡航時間48.22秒。如此連續(xù)制動15次后，對制動盤進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，采取C3D8，C3D4，C3D6單元，通過有限元計(jì)算軟件ABAQUS顯式算法計(jì)算出上述連續(xù)制動結(jié)束后A-G方案的制動盤的盤面有效半徑處的溫度隨時間的變化曲線(如圖6-12所示)。

制動盤溫度升高會產(chǎn)生熱膨脹，以制動盤為灰鑄鐵材料為例，其熱膨脹系數(shù)為1.06e-5。由熱彈性力學(xué)基本原理可知：溫度梯度場的存在，會引起熱變形，變形包括制動盤的圓周表面16的位移ds和溝槽18的側(cè)面18a的位移dx(如圖13所示，該圖以圖5中的E方案的制動盤為例)。以先前ABAQUS顯式算法計(jì)算出的制動盤的溫度作為再次ABAQUS計(jì)算的輸入條件，利用ABAQUS隱式算法計(jì)算出了在上述溫度場條件下的制動盤的圓周表面16的位移ds隨時間的變化曲線(如圖14-20所示的曲線圖中的由上至下的第一條曲線)和溝槽18的側(cè)面18a的位移dx隨時間的變化曲線(如圖14-20所示的曲線圖中的由上至下的第二條曲線)。最后根據(jù)公式：翹曲角＝180×arctan[(圓周表面16的位移ds-溝槽18的側(cè)面18a的位移dx)/第一表面12的徑向長度L]/π，計(jì)算出制動盤的熱翹曲角度隨時間的變化曲線(如圖14-20所示的曲線圖中的由上至下的第四條曲線)。圖14-20所示的曲線圖中的由上至下的第三條曲線為ds與dx的差值。

下表所示為圖14-20所示的曲線圖中時間點(diǎn)為900s時的熱翹曲角數(shù)據(jù)。

注：上表中的熱翹曲角的單位為°，且數(shù)值的正負(fù)代表熱翹曲角的翹曲方向，熱翹曲角為正，代表翹曲方向朝向第一表面12所在一側(cè)，熱翹曲角為負(fù)，代表翹曲方向朝向第二表面14所在一側(cè)。

根據(jù)上表的數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的制動盤100，所產(chǎn)生的熱翹曲角的絕對值最小。也就是說，相較于普通的制動盤和制動器，本發(fā)明實(shí)施例提供的制動盤100及使用制動盤100的制動器能夠有效減小制動盤在車輛連續(xù)制動過程中所產(chǎn)生的熱翹曲變形，從而避免制動盤拖滯現(xiàn)象的發(fā)生，減小制動盤熱抖動的幅度。

本發(fā)明實(shí)施例提供的制動盤100所產(chǎn)生的熱翹曲角為負(fù)值，即說明溝槽18設(shè)置在第一表面12所在一側(cè)，即朝向安裝在頂蓋24的輪轂30，可有效改善制動盤100向輪轂30所在一側(cè)的熱翹曲變形。

根據(jù)上述B方案、E方案和G方案的數(shù)據(jù)可知，相較于溝槽18既設(shè)置在第一表面12的所在一側(cè)又第二表面14的所在一側(cè)的制動盤、以及溝槽18僅設(shè)置在第二表面14的所在一側(cè)的制動盤，本發(fā)明實(shí)施例提供的制動盤100，即溝槽18僅設(shè)置在第一表面12的所在一側(cè)的制動盤的熱翹曲角的絕對值大大減小。

根據(jù)上述A方案、B方案和C方案的數(shù)據(jù)可知，相較于側(cè)壁22凸出輪轂30的距離L3與第一摩擦片40與輪轂30之間的距離L4的比值L3/L4在1/5～1/4范圍之外的制動盤，本發(fā)明實(shí)施例提供的制動盤100，即側(cè)壁22凸出輪轂30的距離L3與第一摩擦片40與輪轂30之間的距離L4的比值L3/L4限定在1/5～1/4范圍內(nèi)的制動盤，能夠進(jìn)一步降低甚至幾乎完全避免制動盤在車輛連續(xù)制動過程中所產(chǎn)生的熱翹曲變形。

溝槽18設(shè)置在制動盤100的第一表面12所在一側(cè)的情況下，溝槽18向第二表面14的所在一側(cè)開設(shè)的距離L1越大，制動盤100的熱翹曲角越小。但L1越大，制動盤100所對應(yīng)的強(qiáng)度越弱。本發(fā)明實(shí)施例提供的制動盤100，通過將溝槽18自盤體上的第一表面12的所在一側(cè)向第二表面14的所在一側(cè)開設(shè)的距離L1與第一表面12和第二表面14之間的垂直距離L2的比值L1/L2限定在2/5～1/2范圍內(nèi)，能夠在既確保制動盤100的強(qiáng)度滿足使用要求的同時，又能夠盡可能地在量級上改善制動盤100在制動過程中熱翹曲變形角大的問題，使制動盤100及使用該制動盤的制動器的熱翹曲變形大大降低。

本發(fā)明中的實(shí)施例僅用于對本發(fā)明進(jìn)行說明，并不構(gòu)成對權(quán)利要求范圍的限制，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以想到的其他實(shí)質(zhì)上等同的替代，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。