Результат интеллектуальной деятельности: ФРИКЦИОННОЕ ИЗДЕЛИЕ

Заявляемое изобретение относится к фрикционным изделиям, предназначенным для эксплуатации в тормозных узлах различных машин и оборудования, где сила трения направлена по дуге окружности, по которой осуществляется относительное перемещение контртела и фрикционного изделия, например к колодкам дисковых тормозов легковых и грузовых автомобилей.

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, поверхность трения (рабочая поверхность) которого имеет выпуклые образования в виде рубчиков под углом к направлению трения (см. заявку DE №19614268, МПК F16D 69/00, 1997 г.). Существенные признаки аналога «рабочая поверхность, образования в виде рубчиков под углом к направлению трения» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является значительное время приработки изделия, обусловленное образованием поверхности трения в результате износа рубчиков, изготовленных из материала фрикционного элемента изделия.

Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, на поверхности трения (рабочей поверхности) которого выполнены канавки продольно направлению трения и под углом к направлению трения (см. патент РФ №40086, МПК⁷ F16D 69/00, 2004 г.). Существенные признаки аналога «на рабочей поверхности выполнены канавки» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является снижение коэффициента взаимного перекрытия контактирующих элементов пары трения, что может негативно сказаться на износостойкости фрикционного изделия.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционное изделие, включающее зафиксированную на металлическом каркасе фрикционную накладку, рабочая поверхность которой содержит канавки (в прототипе канавки названы «вогнутостями», однако конструктивно «вогнутость» для фрикционных изделий - отклонение от правильной геометрической формы, при котором удаление точек реальной поверхности (профиля) от прилегающей плоскости (прямой) увеличивается от краев поверхности к ее середине - принципиально отлична от канавки (см. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин. Киев, «Наукова думка», 1990 г., с.38), при этом глубина канавки, расположенной у края рабочей поверхности накладки, меньше, чем глубина канавки, расположенной в серединной области рабочей поверхности накладки (см. патент РФ №76089, МПК F16D 69/00, 2008 г.). Существенные признаки прототипа «зафиксированная на металлическом каркасе фрикционная накладка; рабочая поверхность содержит канавки; глубина канавки, расположенной у края рабочей поверхности накладки; глубина канавки, расположенной в серединной области рабочей поверхности накладки» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является неравномерное распределение напряжений, образующихся во фрикционной накладке под действием ударных механических и термических нагрузок в начальном периоде эксплуатации, по телу накладки из-за различной глубины канавок. Это способствует трещинообразованию в центральной части накладки и последующему ее разрушению. Кроме того, различная глубина канавок обуславливает неоднородность распределения эксплуатационных поверхностных напряжений по рабочей поверхности накладки, что в свою очередь способствует неоднородности напряжений в теле изделия и может привести к преждевременному разрушению отдельных участков накладки во фрикционном узле уже на начальном этапе эксплуатации.

Задачей, на решение которой направлена заявляемое изобретение, является снижение возможности трещинообразования тела фрикционной накладки путем снижения неравномерности напряжений, образующихся в накладке под действием эксплуатационных нагрузок в начальный период эксплуатации. Другим техническим результатом является повышение однородности фрикционных характеристик по поверхности накладки в начальный период эксплуатации, что улучшает ее эксплуатационные свойства.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном изделии, включающем зафиксированную на металлическом каркасе фрикционную накладку, имеющую рабочую и боковую поверхности, рабочая поверхность и часть боковой поверхности, неортогональная рабочей поверхности, содержат канавки, при этом глубина канавки, расположенной у края рабочей поверхности накладки, соответствует глубине канавки, расположенной в серединной области рабочей поверхности накладки, канавки рабочей поверхности накладки выполнены (по форме) по дугам соосных окружностей, соосных оси дуги силы трения фрикционной пары, а канавки части боковой поверхности накладки выполнены по прямым линиям, нерадиальным дуге силы трения фрикционной пары.

Существенные признаки заявляемого изобретения «часть боковой поверхности накладки содержит канавки, канавки у края рабочей поверхности и канавки в серединной области рабочей поверхности имеют одинаковую глубину, по форме канавки рабочей поверхности выполнены по дугам соосных окружностей, соосных оси дуги силы трения фрикционной пары, по форме канавки части боковой поверхности накладки выполнены по прямым линиям, нерадиальным дуге силы трения фрикционной пары» являются отличительными от признаков прототипа.

На фиг.1 представлено фрикционное изделие со стороны рабочей поверхности. На фиг.2 - вид фрикционного изделия со стороны боковой поверхности.

Фрикционное изделие содержит металлический каркас 1, на котором зафиксирована фрикционная накладка 2. На рабочей поверхности 3 фрикционной накладки выполнены канавки 4. Канавки на рабочей поверхности выполнены в виде частей соосных дуг окружностей и имеют приблизительно одинаковую глубину. Части 5 и 6 боковой поверхности фрикционной накладки выполнены ортогонально рабочей поверхности накладки, а части 7 выполнены не ортогонально рабочей поверхности накладки. На неортогональных рабочей поверхности частях боковой поверхности фрикционной накладки выполнены канавки 8. Эти канавки выполнены в виде прямых линий, нерадиальных дуге, по которой действует сила трения фрикционной пары. Направление силы трения определяется перемещением вращающегося контртела (тормозного диска) относительно фрикционного изделия (колодки дискового тормоза).

Заявленное изделие может быть изготовлено известными методами, например формованием в пресс-форме с последующей механической обработкой, в ходе которой на рабочую поверхность и часть боковой поверхности изделия наносятся канавки необходимого размера и формы.

Конкретным примером заявляемой полезной модели является колодка дискового тормоза автомобиля, содержащая металлический каркас и фрикционную накладку, выполненную из полимерного фрикционного композита, включающего полимерную матрицу (вулканизат каучука, резит смолы и т.д.) и дисперсные, в том числе волокнистые, наполнители (барит, сурик, кокс и др., полиарамидные волокна, минеральные волокна и др.). На рабочей поверхности накладки выполнены канавки, глубина которых приблизительно соответствует сжимаемости фрикционной накладки при эксплуатационных давлении и температуре. Эти канавки расположены по частям дуг соосных окружностей, ось вращения которых соосна оси дуги, по которой действует сила трения фрикционной пары, элементом которой является колодка дискового тормоза. Ширина канавок может соответствовать их глубине или отличаться от нее. На боковых поверхностях фрикционной накладки, не ортогональных рабочей поверхности накладки, выполнены канавки в виде отрезков прямых линий. Глубина и ширина этих канавок могут равняться или отличаться от параметров канавок на рабочей поверхности накладки.

Выполнение рабочей поверхности фрикционного изделия с канавками указанной формы и размеров способствует в начальный период эксплуатации изделия распределению поверхностных напряжений по площади контакта фрикционной накладки с контртелом (диском) и их компенсации, а также способствует распределению и компенсации напряжений и по боковой поверхности изделия. В результате снижается возможность концентрации напряжений на отдельных участках поверхности изделия и, соответственно, снижается возможность разрушения в начальный период эксплуатации отдельных участков фрикционной накладки, что повышает характеристики и работоспособность фрикционного изделия.