Результат интеллектуальной деятельности: ФРИКЦИОННЫЙ ДИСК

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к фрикционным дискам, например тормозным дискам дисковых тормозов тракторов, и т.д., имеющим на поверхности трения углубления (канавки).

Аналогом заявляемого изобретения является фрикционный диск, содержащий металлический каркас с восемью выемками по наружному контуру каркаса и восемью отверстиями, на котором зафиксированы композиционные фрикционные накладки, на поверхности трения которых выполнены восемь канавок, при этом отверстия и выемки чередуются по окружности диска, а канавки размещены в зонах отверстий (см. патент РФ №2192571, МПК⁷ F 16 D 69/02, 2002). Существенные признаки аналога «металлический каркас с восемью выемками по наружному контуру каркаса и восемью отверстиями, на котором зафиксированы композиционные фрикционные накладки, на поверхности трения которых выполнены канавки, при этом отверстия и выемки чередуются по окружности диска» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является возможность разрушения фрикционных накладок при больших угловых скоростях вращения диска из-за значительных центробежных нагрузок, поскольку все канавки расположены в зонах отверстий, что обуславливает неравномерное распределение масс по окружности диска и способствует трещинообразованию и разрушению материала накладок.

Другим аналогом заявляемого изобретения является фрикционный диск, содержащий металлический каркас с восемью выемками по наружному контуру каркаса и восемью отверстиями, на котором зафиксированы композиционные фрикционные накладки, на поверхности трения которых выполнены восемь канавок, при этом отверстия и выемки чередуются по окружности диска, а канавки размещены в зонах выемок (см. патент РФ №2203442, МПК⁷ F 16 D 69/02, 2003). Существенные признаки аналога «металлический каркас с восемью выемками по наружному контуру каркаса и восемью отверстиями, на котором зафиксированы композиционные фрикционные накладки, на поверхности трения которых выполнены канавки, при этом отверстия и выемки чередуются по окружности диска» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком аналога является возможность разрушения фрикционных накладок при больших угловых скоростях вращения диска из-за значительных центробежных нагрузок, поскольку все канавки расположены в зонах выемок, что обуславливает неравномерное распределение масс по окружности диска и способствует трещинообразованию и разрушению материала накладок.

Прототипом заявляемого изобретения является фрикционный диск, содержащий металлический каркас с восемью выемками по наружному контуру каркаса и восемью отверстиями, на котором зафиксированы композиционные фрикционные накладки, на поверхности трения которых выполнены восемь канавок, при этом отверстия и выемки чередуются по окружности диска, а канавки размещены вне зоны выемок и отверстий (см. патент РФ №2202057, МПК⁷ F 16 D 69/02, 2003). Существенные признаки прототипа «металлический каркас с восемью выемками по наружному контуру каркаса и восемью отверстиями, на котором зафиксированы композиционные фрикционные накладки, на поверхности трения которых выполнены канавки, при этом отверстия и выемки чередуются по окружности диска» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является возможность разрушения фрикционных накладок при больших угловых скоростях вращения диска из-за значительных центробежных нагрузок, поскольку в зонах выемок и отверстий, где накладки не армированы каркасом, находятся значительные массы фрикционных накладок (снижающие массы канавки расположены вне зон отверстий и выемок). В результате эти участки подвергаются повышенным центробежным нагрузкам, что способствует трещинообразованию и разрушению материала накладок.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение возможности разрушения диска с канавками при центробежных нагрузках, повышение угловых скоростей за счет сохранения равномерного распределения масс накладок по окружности диска, сохранение эффекта армирования накладок в зонах канавок и снижения массы накладок в зонах выемок и отверстий в каркасе.

Для достижения указанного технического результата во фрикционном диске, содержащем металлический каркас с восемью выемками по наружному контуру каркаса и восемью отверстиями, на котором зафиксированы композиционные фрикционные накладки, на поверхностях трения которых выполнены канавки, при этом отверстия и выемки чередуются по окружности диска, на поверхности трения каждой накладки выполнено по двенадцать канавок, при этом для каждой накладки четыре канавки размещены в зонах выемок, а остальные - вне зон выемок и отверстий каркаса; или четыре канавки размещены в зонах отверстий, а остальные - вне зон отверстий и выемок каркаса; или четыре канавки размещены в зонах выемок, четыре канавки размещены в зонах отверстий, а остальные - вне зон отверстий и выемок каркаса. Существенные признаки заявляемого изобретения «на поверхности трения каждой накладки выполнено по двенадцать канавок, при этом для каждой накладки четыре канавки размещены в зонах выемок, а остальные - вне зон выемок и отверстий каркаса; или четыре канавки размещены в зонах отверстий, а остальные - вне зон отверстий и выемок каркаса; или четыре канавки размещены в зонах выемок, четыре канавки размещены в зонах отверстий, а остальные - вне зон отверстий и выемок каркаса» являются отличительными от признаков прототипа.

Фрикционный диск включает две фрикционные накладки, выполненные из композита, например полимерного композита, металлокерамического и др., и зафиксированные (например, приформовкой) на противоположных сторонах металлического каркаса, имеющего форму диска с центральным отверстием (для посадки на вал). На поверхности трения каждой из фрикционных накладок выполнены 12 канавок, имеющие глубину в пределах рабочей толщины накладки (то есть толщины, изнашиваемой при эксплуатации до штатной замены фрикционного изделия). По наружному контуру металлического каркаса в пределах площади, занимаемой накладками, выполнены восемь выемок, чередующиеся с восемью отверстиями, также находящимися в пределах площади, занимаемой накладками. Канавки в накладках могут быть размещены симметрично друг другу (напротив каждой канавки одной из накладок находится канавка другой накладки) или со сдвигом относительно друг друга. В случае несимметричного расположения канавки на одной поверхности трения диска расположены не напротив канавок на другой поверхности трения (со сдвигом), при этом напротив канавок одной из накладок находится ровная поверхность другой накладки (и наоборот). Канавки могут иметь различные размеры и форму, выемки и отверстия в каркасе также могут иметь различные размеры и форму. Для каждой из накладок четыре канавки размещены в пределах выемок каркаса (в зонах выемок), а остальные - вне этих зон.

Альтернативным вариантом взаимного расположения канавок и выемок (отверстий) каркаса является размещение четырех канавок в пределах отверстий, расположенных в каркасе в пределах площади, занимаемой накладками. Остальные канавки при этом расположены вне зон отверстий.

Другим альтернативным вариантом взаимного расположения канавок и выемок (отверстий) каркаса является размещение четырех канавок в пределах выемок и четырех канавок в пределах отверстий. Остальные канавки при этом размещены вне зон выемок и отверстий.

Изготавливаться фрикционный диск может известными методами, например, приформовыванием к каркасу полимерного композита с последующими термообработкой, механической обработкой и т.п.

Конкретным примером заявляемого изобретения является тормозной диск трактора МТЗ, включающий металлический каркас и фрикционный элемент из двух фрикционных накладок, изготовленных из полимерного фрикционного композита, содержащего 22 мас.% матрицы из вулканизата каучука и термоотверждаемой смолы, 50 мас.% порошкообразных наполнителей и 28 мас.% волокнистых наполнителей. На рабочих поверхностях фрикционного элемента выполнены канавки, делящие поверхности элемента на радиальные секторы. Канавки размещены равномерно по дуге окружности фрикционного элемента.

Изготовление фрикционного диска с канавками, часть которых размещена в зонах некоторых выемок каркаса, или часть которых размещена в зонах некоторых отверстий каркаса, или часть которых размещена одновременно и в зонах некоторых выемок, и в зонах некоторых отверстий каркаса, и во всех случаях остальная часть канавок размещена вне этих зон, позволяет сохранить равномерное распределение масс накладок по окружности диска, сохранить армирующий эффект каркаса для накладок в местах канавок и одновременно снизить массу накладок, приходящуюся на области чередующихся отверстий и выемок в каркасе. В результате снижается возможность трещинообразования и разрушения накладок, что повышает прочность диска и его стойкость к центробежным нагрузкам.