Дисковый тормоз нормально-разомкнутого типа и способ регулирования температуры фрикционных дисков в дисковом тормозе

(5 Ц 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 63/25-27(54) ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ НОРМАЛЬНОРАЗОМКНУТОГО ТИПА И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ фРИКЦИОННЫХ ДИСКОВ В ДИСКОВОМ ТОРМОЗЕ.(5) 1. Дисковый тормоз нормальноразомкнутого типа, содержащий подвиж.ный фрикцнонный диск, установленныйс возможностью перемещений по окружности, опорный фрикционный дискс элементом его включения, установленный с возможностью перемещениявдоль оси, и терморегулирующий элемент, жестко закрепленный на опорномдиске, отличающийсятем; что, с целью повышения эффективности торможения путем улучшенияохлаждения взаимодействующих друг сдругом дисков, опорный диск выполования темпков в дискения темпе лементо(21) 3721 (22) 04.0 (46) 15. О (72) В,Я. тин, В.ф. и В.В. Ко (71) Пенз институт (53) 62-5 (56) Пате кл. Р 16Авторс637752,Патент 1972. енский политехнический ЯО 1178978 А нен из электротеплопроводного мриала, на его внешней торцовойповерхности выполнены равномернораспределенные кольцевые радиаторныеребра, а терморегулируемый элементвыполнен в виде жестко связанных.дру 1с другом и с сетью постоянного токаполупроводниковых концентричныхколец и коммутационных шайб, расположенных с обеих торцовых сторонукаэанных колец, причем на рабочихповерхностях коммутационной шайбы,сопряженной с подвижным фрикционнымдиском, выполнены равномерно по всейповерхности смещенные относительно друг друга концентричные сквозныепазы, а концентричные кольца и другая коммутационная шайба устаноцлены с кольцевым зазором относительно друг друга.2. Способ регулир ературы фрикционных дис овом : тормозе путем измен ратурыохлаждения упомянутых э вв зависимости от интенсивности выполняемого ими торможения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что . охлаждение выполняют за счет подвода постоянного электрического тока к фрикционным дискам, а изменение температуры их охлаждения осуществляют изменением величины и направления электрического тока в полупроводниковых термоэлектрических кольцах, 11 789 7.840 Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для торможения тяжело нагруженных вращающихся валов машин и механизмов,Цель изобретения - повышение эффективности торможения путем улучшения охлаждения взаимодействующих друг с другом фрикционных дисков в тормозе.На фиг. 1 изображен дисковый тормоз нормально-разомкнутого типа;на фиг. 2 - то же, вид с боку, на фиг. 3 - разрез А-А на фиг, 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг, 1, на фиг, 5 - схема дискового тормоза. Тормоз состоит из вращающегося 1 и невращающегося опорного 2 фрикционных дисков. Невращающийся диск 2 выполнен с элементом включения и имеет воэможность перемещатьсявдоль оси вращения и в него встроенполупроводниковый термоэлемент, выполненный в виде концентрично расположенных колец 3 и 4, материаломдля которых является, например,полупроводник теллурид висмута(ВгТеЬ), установленный с обеихсторон колец 3 и 4 и коммутационныхшайб. Невращающийся диск 2 выполнен из электротеплопроводногоматериала, например алюминия, и наего внешней торцовой стороне жесткозакреплен радиатор, выполненный ввиде кольцевых равномерно распределенных ребер. Соединение междуневращающимся диском 2 выполняетсяза счет склеивания эпоксидным компаундом круглой коммутационной шайбыили пластины 5, имеющей кольцевойвырез 6, с алюминиевым радиаторомопорного диска 2, на который предварительно нанесен слой окиси алюминия 7 (А 10), обладающего малымтепловым сопротивлением и большимэлектросопротивлением, С противоположной стороны концентрично расположенные кольца 3 и 4 термоэлемента скоммутированы шайбой или круглой пластиной 8 со смещенными относительно друг друга сквозными пазамиили пропилами, выполненными на пластине 8. Последние необходимы для снижения механических напряжений,возникающих в конструкции термоэлемента под действием возникающего наних перепада температур при работетормоза. Благодаря наличию пропилов,5 1 О 15 20 25 ЗО 35 в месте их встречи образуются достаточно тонкие перемычки небольшой длины, выполняющие роль упругой пластины. Незначительная длина перемычкине вносит большого электрическогосопротивления и, следовательно, неухудшает работу термоэлемента, Коммутационная пластина 8 выполняетодновременно и функции элемента трения, сопрягаемого с фрикционным диском 1 тормоза, На полупроводниковыйтермоэлемент через круглую коммутационную пластину 5 с кольцевым вырезом 6 по проводам подается электрический постоянный ток 5,Предлагаемое устройство работаетследующим образом.Для торможения к вращающемусявокруг своей оси фрикционному диску 1 перемещают другой фрикционныйдиск 2, в котором встроены полупроводниковые термоэлектрические элементы, Это перемещение осуществляютдо полного соприкосновения дискови останова вращающегося диска 1,Невращающийся, но не неподвижный,фрикционный диск 2 может возвратнопоступательно перемещаться вдольоси вращения под действием прикладываемого к нему усилия. Для осуществления такого перемещения междуневращающимся фрикционным диском 2и валом, на который он насажен, выполнено подвижное соединение с направляющей шпонкой, как показанона фиг. 1, или может быть выполненомежду ними шлицевое соединение.,В начальный момент работы тормоза, когда не осуществляют торможениеи тормоз разомкнут, между вращающимся 1 и невращающимся 2 фрикционнымидисками имеется зазор, При этомкоммутационная пластина 5, имеющаякольцевой вырез 6, и коммутационнаяпластина 8, имеющая смещенные относительно друг друга пропилы, спаяныс концентрично расположенными кольца.ми 3 и 4 полупроводникового термоэлектрического элемента. Все этосоединение (пластина 5 - кольца 3и 4, пластина 8) приклеивается эпоксидным компаундом к алюминиевомуневращающемуся диску 2, на которыйпредварительно нанесен слой окисиалюминия 7 (А 10). Этот слой обладает малым тепловым сопротивлениемдля осуществления хорошей теплоотдачи между радиатором неподвижного3 1178978 4компенсационной пластинойдиска 2 и компенса трения двух фрикционных дисков сопро и вместе с этим боль м лм е с этим большим электросо вождается выделением теплоты и попротивлением, чтобы внешняя и внут-.вышением температуры трущихся поренняя части пластины (между ними верхност " фверхностеи фрикционных дисков. Повыкольцевой вырез 6) были элект ически) электрически 5 шение температуры существенно интенизолированы во избежание ко откогоеж ние короткого сифицирует процесс термоокислительзамыкания электрической цепи между ной деструкции материалов в зоне ними, Таким образом, алюминиевый их трения. Напримих трения. апример, и случае трения радиатор 2, слой 1 окиси алюминия 7 фрикционных асбополимерных материакомпенсационная пластина 5, концент лов в паре с металлом влияние темперичные кольца 3 и 4, компенсационная ратуры в зоне трения имеет особо пластина 8 жестко соединены между со- выраженный характер. При повышении бой и представляют собой единый Узел . температуры в зоне касания пары невращающийся, но имеющий возмож" происходит разрушение связующего ность возвратно-поступательно пере (смола), входящего в состав асбопомещаться вдоль оси вращения фрик- лимера, и образование жидких продукционного диска 2 тормоза. Компенса- тов износа. Это значительно уменьционная пластина 8 является фрикци- шает коэффициент трения вследствие онным элементом, имея поверхность тре смазывающего действия образующейся ния, и служит для электрического 20 жидкости и существенно увеличивает соединения колец 3 и 4 полупроводни- при этом скорость износа фрикционкового термоэлектрического элемента. ных дисков.По ней протекает электрический ток В данной конструкции тормоза для и она выполняется из любого токопроснижения температуры, развиваемой водящего материала. Кольцевой зазор 25при трении, в неподвижный фрикционмежду кольцами 3 и 4 полупроводниконый диск встраиваются полупроводнивого термоэлектрического элемента ковый термоэлектрический элемент образуется благодаря тому, что кольЭпредставляющий собой электрически цо 4 выполнено с большим диаметром,соединенные последовательно два чем кольцо 3, и данные кольца распо концентрично расположенных кольца 3 ложены концентрично для обеспечения и 4 из полупроводника теллурида вискомпактного эффективного тормоза, мута. Одно из колец обладает электПри прохождении электрического токапо цепи встроенного в неподвижныйронной, а другое дырочной п овомостью. При прохождении через по фрикционный диск 2 полупроводнико проводниковый термоэлемент постоянвого термоэлектрического элемента вного электрического тока на его процессе замыкания тормоза и тормо- коммутационных пластинах 5 с одной жения упомянутого фрикционного дис- стороны и коммутационной пластине 8 ка 2 короткого замыкания не происхо- с другой стороны, осуществляющими дит, так как электрический ток от 40 спаи термоэлементов, возникает разисточника питания течет по следуюность температур, которая обусловлещей цепи: внешняя часть компенсаци- на выделением на коммутационной онной пластины 5 - кольцо 4, компен- пластине 5 и поглощением на пластисационная пластина 8, кольцо 3- не 8 теплоты Пельтье. В результате внутренняя часть компенсационной 45 организованного теплоотвода в окру- пластины 5. Следует добавить, что жающую среду через алюминиевый радиавращающийся фрикционный диск 1 может тор неподвижного диска 2 температубыть полностью выполнен из асбопо- ра соединенной с ним круглои коммулимерного материала или же иметь тационной пластины 5 с кольцевым фрикционную накладку иэ данного ма-,50 вырезом 6 остается приблизительно териала, удельное электрическое постоянной и равной температуре сопротивление которого очень высокое. окружающей среды (воздуха) . При этом В связи в этим, электрический ток температура коммутационной пластины не потечет по какой-либо другой, 8 понижается до требуемого уровня кроме указанной выше цепи, что 55 в зависимости от регулируемой сиобусловливает нормальное функциони- лы тока, проходящего через терморование тормоза без короткого замы- элемент. В результате развиваемая кания электрической цепи. Процесс в зоне трения температура уменьшает 1178978ся, что приводит к улучшению условийработы фрикционов, увеличиваетсрок их службы, уменьшает затратына их обслуживание, ремонт и восстановление,Устройство позволяет получатьнизкую температуру охлаждения дисков. Так, для однокаскадного полупроводникового термоэлектрическогоэлемента, встроенного в конструкциюпредлагаемого тормоза, получаетсямаксимальное снижение температуры.элемента трения диска на 70-75 С.При температуре соединенных междусобой радиатора 3 и коммутационнойпластины 5, равной температуре окружающей их среды, например= 25 С,температура круглой коммутационнойпластины 8, являющейся элементомтрения, равна= 25 -(70-7)== "45 - -50 С. Дальнейшее снижениетемпературы фрикционных элементовв предлагаемом способе осуществляется каскадным соединением термоэлементов и может достигать, как показали исследования, значенийдо - 125 С при температуре окружающей среды и элемента теплообменадиска= 25 С. Указанные значенияотемпературы элементов трения являются существенно более низкими,нежели в способе-прототипе, где температуру элементов трения можно поонижать до значений не ниже 0 - +5 Сдля водяного хладагента.1В предлагаемом способе, изменяя направление электрического тока 3 ра 4. в полупроводниковых элементах на обратное, осуществляют изменение температурного режима. В этом случае элемент трения фрикционного диска нагревается, а его элемент тепло- обмена охлаждается. Использование такого режима терморегулирования, т.е, нагревание элемента трения диска, необходимодля интенсификации износа поверхностей трения в начальный период их приработки, когда требуется обеспечить срез гребешков микронеровностей для увеличения площади фактического касания трущихся поверхностей дисков, что в свою очередь приводит к увеличению и стабилизации значения коэффициента трения. При повышенных температурах интенсификация процесса износа поверхностей трения дисков1 О 15 20 обусловливает сокращение сроков их приработки, повышение стабильности и эффективности работы тормоза.П р и м е р. Экспериментальные исследования зависимости коэффициента трения от температуры для асбополимерных материалов ФКл в паре с металлом без их начального нагрева показывают, что значения коэффициента трения нестабильны, изменяются в очень широких пределах от 0,042 до 0,18 при изменении температуры до 400 С. При предварительном фрикционном нагреве, т.е. термообработке при трении, зависимость коэффициента трения от температуры того же асбополимерного материала существенно улучшается.При этом коэффициент не только стабилизируется, но и повышается принимая значения от 0,42 до 0,45 прио,изменении температуры до 400 С. Предлагаемый способ обеспечивает пред 25 варительный нагрев фрикционных дисков не в результате их трения другс другом, а в результате их нагреваэлектрическим током, протекающимв полупроводниковых термоэлектричесЗО ких элементах, встроенных в одномиз дисков.Таким образом, использованиеизобретения по сравнению с тормозамивоздушного охлаждения, например,автомобилей ГАЗ позволяет не толькоболее глубже охлаждать элементы трения в процессе их основной работы,но также и .нагревать их в процессеприработки, стабилизируя и повышаякоэффициент трения дисков, повышаяэффективность работы тормоза.В способе в отличие от прототипалегко реализуется дистанционноеэлектрическое управление тепловымрежимом поверхностей треним фрикционных дисков. Это достигаетсяв результате изменения величиныэлектрического сигнала управленияЛупр01 пр), поступающего на управляемый источник электрическоготока от системы управления с применением в ней мини-ЭВМ, что также повышает эффективность торможения ирасширяет функциональные возможнос 55 ти ч область применения.Изобретение обладает большей универсальностью и может быть применимо для терморегуляции режима11 789 78 Фиг, 3 трения фрикционных элементов, выполненкых из различных конструкционных материалов, как металлических,так и неметаллических. Фрикционныеэлементы могут совершать при этомне только рассмотренное здесь вкачестве примера вращательное, нои поступательное, возвратно-поступательное или любое другое, болеесложное движение с трением. Таким образом, преимуществаизобретения заключаются в простоте и технологичности его конструктивной реализации, расширения функциональных возможностей, в повышении эффективности и улучшении условий работы фрикционного узла тормоза, что увеличивает его срок службы, 10 уменьшает затраты на обслуживание,ремонт и восстановление.1178978 Пп 3 ЦиносацПЧЗВИУЯ Составитель В. Розановедактор В.Ковтун ТехредМ.Пароцай орректор С . Шекмар Тираж 898ПИ Государственного к делам изобретений и 5, Москва, Ж, Рау аказ 563 НИИ 13 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная НЯращоющцосй ФрцюццОннац 1 ця Подписноемитета СССРткрытийская наб., д. 4