Фрикционный элемент

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСЕСПУБЛИК 1784788(19 16 О 69/02, 65/10, 13/ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ АВТОРСКОМ смежных в окружном направлении несущих элементов расположены в торцевых участках рабочей поверхности, смещенных один относительно другого с образованием сплошной поверхности. При этом несущие элементы выполнены с площадью, увеличивающейся от зоны минимальной к зоне мак- симальной нагруженности фрикционного элемента, Покрытие может содержать дополнительные элементы из материала для коррозион ной. защиты и абразивного материала, расположенные между линиями контура микрорельефа, например по спиралям противоположного направления с несущими элементами, Последние могут иметь эллипсовидную форму в сечении, параллельном рабочей поверхности, а эле- Я менты из абразивного материала могут быть с сечением в форме окружности, В нормальном сечении последние могут иметь гиперболическую форму. 7 з,п. ф-лы, 7 ил,М%48й автомобильнститут проблем и мик нанесенным толщиной 0,3 менного напыления.Однако равномерное тие на рабочей поверхно эксплуатации его в усло полей напряжений не мож эквивалентного сопротив ствует гашению вибраци что в итоге преждевремен лие со строя.Наиболее близким к з ется фрикционный элеме матрицу, на рабочую пов наносят износостойкое по м путем пл евер вляемому являт, содержащий хность которой ытие в виде отГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Запорожски ый завод "Коммунар" и Ин рочности АН УССР(56) Авторское свидетельство СССР М 677549, кл. С 23 С 9/00, В 23 Р 1/18, 1977. (54) ФРИКЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ(57) Использование: в тормозных устройст, вах, в частности в тормозных дисках и барабанах легковых автомобилей, дисках сцепления муфт и т.п, Сущность изобретения; фрикционный элемент содержит матрицу и износостойкое покрытие в виде несущих элементов с развитой поверхностью, расположенных по контуру регулярного рорельефа. Траектории перемещения Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тормозных устройствах, в частности в тормозном диске и барабане легкового автомобиля, диске сцепления муфт и т.п, Кроме того, изобретение может быть использовано в различных опорных конструкциях, например подпятниках, корпусах подшипников и т,п., а также в штамповой оснастке и режущем инструменте.Известен тормозной элемент, содержащий опору из алюминиевого сплава, рабочая поверхность которой покрыта износостойким слоем хром-углерод-железо,сплошное покры- (О сти элемента при виях переменных ет обеспечить им ления, не способ- и и дребезжания,но выводит изде510 15 20 25 30 35 рорельеф 50 55 дельных не связанных друг с другом несущих островков-частиц, распределенных равномерно по поверхности с образсванием рельефа, в котором траектории перемещения смежных в окружном направлении несущих островков-частиц расположены на кольцевых участках рабочей поверхности, смещенных один относительно другого.Однако, поскольку несущие частицы выполйены из одного состава материала, одинаковыми по размерам и форме, и распределены равномерно по рабочей поверхности, а последняя подвергается в процессе эксплуатации переменным и неравномерным силовым и тепловым напряжениям, указанные частицы не могут обеспечить равномерный износ поверхности, устранить вибрацию и связанное с ней дребезжание, а также другие отрицательно влияющие на срок службьь изделия факторы,Цель изобретения - увеличение срока службы фрикционного элемента путем обеспечения равномерного износа.Поставленная цель достигается тем, что во фрикционном элементе, содержащем матрицу и износостойкое покрытие в виде частично закрепленных в теле матрицы несущих частиц с развитой поверхностью, расположенных на рабочей поверхности элемента по контуру регулярного микрорельефа, в котором траектории перемещения смежных в окружном направлении несущих частиц расположены на кольцевых участках рабочей поверхности фрикционно-. го элемента, смещенных один относительно другого, указанные кольцевые участки рабочей поверхности расположены с образованием сплошной поверхности, при этом несущие частицы выполнены с площадью, увеличивающейся от зоны минимальной к зоне максимальной нагруженности фрикционного элемента,Возможен вариант конструкции фрикционного элемента, в котором несущие частицы расположены по контуру регулярного микрорельефа в виде непрерывной линии.Кроме того, покрытие, кроме несущих частиц, может содержать дополнительные частицы, выполненные из материала для протекторной защиты и абразивного.При этом несущие частицы расположены с касанием между собой по контуру микрорельефа, а дополнительные частицы размещены между рядами микрорельефа, причем площадьнесущих частиц составляет не более 80 О площади рабочей поверхности,Несущие частицы в сечении, параллельном рабочей поверхности фрикционного элемента. выполнены эллипсовидной формы с малой осью, равной 0,001-3 мм, и с большей осью не более двух малых осей, а . их максимальный размер по нормали по крайней мере равен величине малой оси эллипса, при этом дополнительные частицы из абразивного материала и для протекторной защиты выполнены в плоскости, параллельной рабочей поверхности фрикционного элемента, с сечением в форме окружности с размерами 0.001 - 0,15 мм, а их размеры по нормали к рабочей поверхности равны 0,001 - О, 375 мм.Кроме того, те части несущих частиц и дополнительных, которые расположены в матрице, выполнены гиперболической формы в сечении, нормальном к рабочей поверхности.Предпочтительно несущие и дополнительные частицы из абразивного материала располагать по спирали с противоположным направлением,С целью улучшения эксплуатационных качеств целесообразно фрикционный элемент выполнять с дополнительной рабочей поверхностью с аналогичной с первой рабочей поверхностью структурой и с несущими частицами, отличающимися по жесткости от несущих частиц первой рабочей поверхности. На фиг.1 представлен фрикционный элемент дискового тормоза; на фиг.2 - то же, вид в плане; на фиг,3 - несущая частица из износостойкого материала, на фиг.4 - несущая частица из композиционного материала; на фиг.5 - частица из абразивного материала; на фиг,б - частица из материала протекторной защиты; на фиг.7 - вариант конструкции тормозного диска в плане.Рабочая поверхность 1 фрикционного элемента, например диска, армирована износостойким покрытием, выполненным в виде частично закрепленных в ней несущих частиц 2 и дополнительных частиц 3 и 4 с развитой поверхностью, образующих микМатериал частиц 2 имеет высокую теплоизносокоррозионную устойчивость, а материал матрицы 5 имеет большую, чем у частиц 2, пластичность. Для форМирования участков с разными коэффициентами трения при постоянном значении прижимного усилия и для исключения возможности возникновения узла стоячей волны вибрации износостойкое покрытие может быть выполнено из материала различного состава, имеющего различную жесткость. При этом на тормозных дисках различная жесткость может быть предусмотрена на противолежащих участках поверхностей трения 1 и б,Несущие частицы 2 (фиг,2) могут быть расположены по контуру в виде непрерывной линии, например по спирали с касанием вдоль нее.В направлении от зоны минимальной нагруженности диска к зоне его максимальной нагруженности, т,е., по мере приближения точек поверхностей 1 и 6 к оси вращения фрикционного элемента, плотность нанесения несущих частиц 2 и/или их размеры на поверхностях 1 и 6 увеличиваются. Другими словами площадь поверхности, контактирующей с сопрягаемым элементом пары трения, увеличивается пропорционально зонам нагруженности.Плотность частйц 2,3,4 покрытия по участкам площади рабочих поверхностей 1 и 6 составляет до 100%. При этом даже в зоне со стопроцентной плотностью частиц 2,3,4 на поверхностях 1 и 6 армирующее покрытие остается дискретным, т.е. образовано комбинацией частиц 2,3,4, отличающихся по свойствам материалов, по форме и размерам,Главным критерием выбора плотности нанесения несущих частиц 2, их размеров и расположения является обеспечение одинакового сопротивления разрушению различных участков поверхностей 1 и 6, т,е. обеспечение их равномерного износа.В соответствии с этим несущие частицы 2 нанесены таким образом, что траектории перемещения смежных в окружном направлении частиц, расположенных на кольцевых участках рабочей поверхности со смещением один относительно другого, образуют сплошную поверхность.Дополнительные частицы 3 выполнены, например, из абразивных материалов и расположены на поверхностях 1 и 6 фрикционного элемента между рядами несущих частиц 2 по спирали; направление которь 1 х противоположно направлению спиралей, по которым расположены несущие частицы.В качестве материалов для дополнительных частиц 3 из абразивного материала можно использовать, например, окись алюминия, карбид кремния и т.п,Дополнительные частицы выполнены из материала для протекторной защиты матрицы 5. Частицы 4 предпочтительно располагать равномерно по поверхности изделия.Защита материала матрицы 5 возможна также путем нанесения коррозионно-стойкого слоя (не изображен) известными методами, например электрохимическим.Площадь поверхности несущих частиц 2, выполненных одинаковыми по составу материала, не должна превышать 80 ф еди 5 10 20 25 сти трения, имеют форму, близкую к окруж 30 50 35 40 45 ничной поверхности, так как при превышении этого предела они образуют фрагментарное или сплошное покрытие с присущими ему недостатками,Площадь поверхности части: 3 из абразивного материала не должна превышать 15 О всей площади частиц 2 и 4 для выполнения функционального назначения изделия, так как при превышении этого предела поверхности 1 и 6 начинают работать как абразивные.Возможно выполнение несущих частиц 2 из композиционных материалов (фиг.4).Износостойкие частицы 2 в сечении, параллельном поверхностям 1 и 6 трения, имеют эллипсовидную (продолговатую) форму, малая ось которых составляет 0,001-3,0 мм, а большая ось - не более двух малых осей.Максимальный размер несущей частицы 2 по нормали соответствует величине малой оси эллипса.Частицы 3 из абразивного материала и частицы 4 из материала для протекторной защиты в сечении, параллельном поверхноности, с размерами 0,001 - 0,15 мм, а размеры частиц по нормали составляют 0,9 - 2,5 максимального размера в плане, т.е.0,001-0,3 15 мм, Те части несущих и дополнительных частиц, которые внедрены в основной материал изделия (матрицу 5), в сечении, нормальном поверхностям 1 и 6, имеют гиперболический (параболический) вид по аналогии с оптимальной формой типа теплообменника.Частицы 2, 3 и 4 образуют волнистый профиль неравномерной толщины на поверхностях 1 и 6 фрикционного элемента, т,е, микрорельеф, Причем выступающие над поверхностями 1 и 6 вершины несущих частиц 2 с целью сокращения времени приработки указанных поверхностей и получения равновесной шероховатости подвергают дополнительной обработке,Выступающая часть частиц 3 и 4 из абразивного материала и материала для протекторной защиты не должна превышать высоты микронеровностей приработанных поверхностей 1 и 6, имеющих равновесную шероховатость, Наносят покрытия любымизвестным способом, например электроискровым,Рабочая поверхность 1, например поверхность диска дискового тормоза транспортного средства, в процессе эксплуатации контактирует с колодками (на чертежах не показаны).Вследствие армирования поверхностей 1 и 6 выпуклым покрытием контакт их с колодками происходит по поверхностям частиц 2 и 3. При этом появляющиеся в процессе эксплуатации частицы "третьего" телаутапливаются между выступающими частицами 2, 3 и 4, что улучшает эксплуатационные качества фрикционного элемента.В качестве примера осуществления идля сравнения были изготовлены образцыв виде дисков диаметром 50 мм и шириной12 мм.Материал образцов - ковкий чугун мар-ки КЧ 50 - 5 и алюминиевый сплав марокАКЗОСХ и АЛ 12,Поверхность трения 1 на дисках из алюминиевого сплава была упрочнена износостойкими несущими частицами 2.Упрочнение было осуществлено на установке электроискрового нанесения покрытий модели "Тасабцг - 2000" (Швейцария)при рабочем токе, равном 10 А, единичнымиимпульсами электродом из стали 12 Х 18 Н 9 Тдиаметром 0,6 мм.В максимальном сечениидиаметр частицы 2 составлял 0,6 мм, часть, внедреннаяв матрицу, 0,4 мм. Площадь поверхностипокрытия частицами 2 составляла 25%,Колодка была изготовлена из асбокаучуковой массы, марка материала 3 - 2 - 58 ТУ 38114185-76. Площадь поверхности тренияколодки 3 см .2Испытания образцов были проведенына ь ашийе для испытания материалов натрейие и износ 2070 СМТпри удельномдавлении 2,7 кг/мм и частоте вращения2диска 1500 об/мин, Коэффициент трениядля обоих случаев равнялся 0,34.На образцах из ковкого чугуна объемная температура, равная 1600 С, устанавливалась при вышеприведенных условияхнагружений через 1,33 мин, на образцах изалюминиевого сплава объемная температура, равная 140 С, - через 2,5 мин,Для тормозных деталей, предназначенных для диссипации механической энергиидвижения, превалирующим параметром,определяющим стабильность, долговечность работы изделия является тепловая нагружен ность. Следовател ьно, уменьшениеинтенсивнастй нагрева поверхности, упрочненной износостайкими элементами, свидетельствует о повышении срока ее службы,посравнению с поверхностью, выполненной из ковкого чугуна.Формула изобретения1, Фрикционный элемейт, содержащийматрицу и износостойкое покрытие в виденесущих элементов с развитой поверхностью, частично закрепленйых в тале матрицы со стороны рабочей поверхностифрикцианного элемента по контуру регулярного микрорельефа, в котором траектории перемещения смежных в окружном направлении несущих элементов расположены накольцевых участках рабочей поверхностифрикционнаго элемента, смещенных один5 относительно другого, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения срока службыпутем обеспечения равномерного износа,указанные кольцевые участки рабочей поверхности расположены с образованием10 сплошной поверхности, при этом несущиеэлементы выполнены с площадью, увеличивающейся ат зоны минимальной к зоне максимальной нагруженности фрикционногоэлемента,15 2, Элемент по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что контуррегулярного микрорельефавыполнен в виде непрерывной линии.3. Элементпопп.1 и 2, атл ича ющи йс я тем, что покрытие выполнено с дополни 20 тельными элементами из материала длякоррозионной защиты и абразивного материала, закрепленными на рабочей поверхности.4. Элемент.по пп, 1 - 3, отл ича ю щи й 25 с я тем, что несущие элементы расположены с касанием между собой по линии контура регулярного микрорельефа, адополнительные элементы размещены между линиями контура микрорельефа, причем30 площадь несущих элементов не более 80%площади рабочей поверхности,5, Элемент па пп. 1 - 4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что несущие элементы в сечении,параллельном рабочей поверхности эле 35 мента, выполнены эллипсовидной формы смалой осью, равной 0,001 - 3 мм, и с большейосью не более двух малых осей, а их максимальный размер по нормали по крайней мере равен величине малой оси эллипса, при40 этом дополнительные элементы из абразивного материала выполнены в плоскости, параллельной рабочей поверхностиэлемента, с сечением в форме окружностис размерами 0,001-0,15 мм, а их размеры45 по нормали к рабочей поверхности равны0,001-0,375 мм.б. Элемент по пп, 1 - 5, отл ича ющи йс я тем, что дополнительные элементы ихабразивного материала частично располо 50 жены в матрице, при этом части несущихэлементов, расположенные в матрице, выполнены с гиперболической формой в сечении, нормальном к рабочей поверхности.7, Элемент по пп, 1-6, о т л и ч а ю щ и й 55 с я тем, чта несущие элементы и дополнительные элементы из абразивного материала расположены по спиралям спротивоположными направлениями,8. Элемент по пп. 1-7, о т л и ч а ю щ и йс я тем, чта., с целью улучшения эксплуатационных качеств, он выполнен с дополнительной рабочей поверхностью, снабжен расположенным на ней дополнительным износостойким покрытием, имеющим одина 5 ковую структуру с первым износостойким покрытием, при этом несущие элементы .указанных покрытий выполнены с различной жесткостью,1784788 ктор В,Фельдман ор.Н,МилюковаК ГКНТ ССС оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 аказ 4356 ВНИИП Ф .7Составитель В.МоргунТехред М.Моргентал Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5