CN1332139C - 一种轴装式SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘 - Google Patents

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Abstract

一种轴装式SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘，由上下摩擦盘面、散热筋和法兰构成。散热筋分6种形式：5个T形散热柱均布在摩擦盘Φ600mm的圆上，每2个T形散热柱间均布5个柱状散热筋，30个柱状散热筋位于Φ532mm的圆周上，按6个一组分布于2个T形散热柱之间，10个板状散热筋位于Φ420mm的圆上，2个一组沿周向均布，20个板状散热筋位于Φ454mm的圆上，4个一组沿周向均布，5个弧形散热筋沿摩擦盘内圈均匀分布；制动盘法兰与弧形散热柱一体，轴向上位于弧形散热柱中部，并开设有与轮毂螺栓联接的通槽。本发明减小制动盘风阻损失，并改善散热效果，减少热应力，增强法兰与摩擦盘之间的机械强度。

Description

一种轴装式SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘
技术领域
本发明涉及一种轴装式铝基复合材料制动盘，适用于200km/h的高速列车。
技术背景
盘形制动是列车的重要制动方式之一，高速列车的发展对制动盘的材料质量、寿命和安全可靠性提出了更高的要求。目前制动盘大规模使用是钢铁类材料，存在着密度大的本质缺点，导热性较差，导致制动盘制动过程中产生的热应力较大，温升较高，盘面容易产生热斑；蠕铁材料、合金铸铁或蠕铁材料制动盘在制动过程中噪声很大。目前为了克服上述缺点，日本、法国、德国、英国、美国均在研发铝合金基复合材料制动盘，有文献报道日本、德国、美国等已开发出了铝基复合材料制动盘，然而各国对制动盘的结构及成型方法都加以保密。
有文献表明，当列车速度低于160km/h时，钢铁材料制动盘的散热筋目前都采用板状结构，以加强通风散热效果，但这种结构具有风阻损失大的缺点；当列车速度高于200km/h时散热筋多采用柱状结构，以降低风阻损失，但同时散热效果减弱。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题：提供一种满足200km/h制动条件的轴装式铝基复合材料制动盘。
本发明的技术方案：
本发明提供一种轴装式SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘，制动盘由上下摩擦盘面、散热筋和法兰构成。其中散热筋有6种结构形式：5个T形散热柱均布在摩擦盘Ф600mm的圆上，每2个T形散热柱间均布5个柱状散热筋，30个柱状散热筋分布在Ф532mm的圆周上，并按6个一组，分布于2个T形散热柱之间，10个板状散热筋位于Ф420mm的圆上，并按2个一组，分为5组沿周向均布，20个板状散热筋位于Ф454mm的圆上，按照4个一组，分为5组沿周向均布，5个弧形散热筋沿摩擦盘内圈均匀分布；制动盘法兰与弧形散热柱一体，轴向上位于弧形散热柱中部，并开设有用于和轮毂螺栓连接的通槽。
本发明的制动盘采用的材料为申请号2005 10011526.0，发明名称：“一种制备颗粒增强铝基复合材料的真空机械双搅拌铸造法”制备的SiC颗粒增强铝基复合材料；制动盘成型方法和设备为申请号2004 10009617.6，发明名称：“一种调压铸造方法及调压用坩埚”。
本发明的有益效果：
制动盘的散热筋外圈采用柱状结构，内部采用板状结构，散热筋板的分布形式使制动盘周围的空气流能够顺畅的流入和流出制动盘，在200km/h以下制动时，内圈的板状散热筋既不增加风阻损失，同时改善了通风散热效果，制动时制动盘面的温度由完全板状散热筋结构的320℃降至210℃；
法兰由5部分组成，分别与5个弧形散热筋连成一体，减少法兰各部分之间的周向连接刚度，减少制动过程中的热应力，同时法兰与摩擦盘之间采用R6圆角过渡连接，以增强法兰与摩擦盘之间的机械强度。通过200km/m制动条件下模拟计算，其应力降至131MPa；
T形散热筋的结构形状和尺寸的确定，充分考虑了制动盘铸造过程中壁厚尽量均匀的要求，通过制动盘成型及凝固模拟，可消除热节，最大限度消除制动盘的内部铸造缺陷。
附图说明
图1为轴装式SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘结构示意图。
图2为散热筋的分布结构示意图。
图3为T形散热筋截面轮廓示意图。
图4为弧形散热筋与法兰结构示意图。
图5为弧形散热筋截面轮廓示意图。
图6为法兰截面轮廓示意图。
图中，1上摩擦盘面，2下摩擦盘面，3，3aT形散热筋，4柱状散热筋，5，5a柱状散热筋，6，6a板状散热筋，7，7a板状散热筋，8，8a弧形散热筋，9法兰。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明：
一种轴装式SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘见图一，包括上下摩擦盘面1，2、散热筋3，4，5，6，7，8六种形式和法兰9。
上下摩擦盘面1，2的厚度32mm，所有散热筋的高度均为46mm，外径Ф640mm，内径Φ334mm；
散热筋分为6种形式，T形散热筋3，柱状散热筋4，柱状散热筋5，板状散热筋6、板状散热筋7和弧形散热筋8，高度均为46mm：
5个T形散热筋3均布于制动盘的外圈，T形散热筋3的中心对称线径向分布，截面形心位于Φ600mm的圆上，T形散热筋3的截面轮廓由R7-R21-R7-R35-R16-R35-R7-R21-R7的圆弧封闭连接而成，T形散热筋3与摩擦盘面1，2之间以R6圆角过渡连接；
25个柱状散热筋4五个一组，每组5个均布于两个T形散热筋3之间，截面轮廓为17mm×10mm的椭圆，其形心位于Φ608mm的圆周上，短轴径向分布，柱状散热筋4与上下摩擦盘面1，2之间以R6圆角过渡连接；
柱状散热筋5的截面轮廓为14mm×10mm的椭圆，其形心位于Φ532mm的圆周上，30个柱状散热筋5六个一组，分布于两个T形散热筋3之间，其中柱状散热筋5a的短轴与T形散热筋3a中心对称线夹角为10°，每两个柱状散热筋5的短轴夹角为10.28°，柱状散热筋5与上下摩擦盘面1，2之间以R6圆角过渡连接。
板状散热筋6截面轮廓为30m×7mm的椭圆，其截面形心位于Φ420mm的圆上，10个板状散热筋6两个一组，分为5组沿周向均布，每组两个板状散热筋6的截面长轴夹角为12°，其中板状散热筋6a截面长轴与T形散热筋3a中心对称线的夹角为30°，板状散热筋6与上下摩擦盘面1，2之间以R6圆角过渡连接。
板状散热筋7截面轮廓为20mm×5mm的椭圆，其截面形心位于Ф454mm的圆上，20个板状散热筋7四个一组，分为5组沿周向均布，每组2个板状散热筋7的截面长轴夹角为10.28°，其中板状散热筋7a截面长轴与T形散热筋3a中心对称线的夹角为5.14°，板状散热筋7与上下摩擦盘面1，2之间以R6圆角过渡连接。
5个弧形散热筋8沿周向均布，其中弧形散热筋8a与T形散热筋3a对称线重合，弧形散热筋8截面轮廓为弧形，由R13-R160-R13-R175圆弧封闭连接而成；弧形散热筋8与上下摩擦盘面之间以R6圆角过渡连接。
制动盘法兰9与弧形散热筋8以R6圆角过渡连接，高度为32mm，内径为Φ234mm，横截面轮廓为U形，中部开设深为40mm宽为23mm的通槽用于和轮毂螺栓连接。
未标注单位的尺寸，单位均为mm。

Claims (3)

1.一种轴装式SiC颗粒增强铝基复合材料制动盘，包括上下摩擦盘面、散热筋和法兰，其特征在于：
上下摩擦盘面(1，2)的厚度32mm，外径Φ640mm，内径Φ334mm；
散热筋分为六种形式，T形散热筋(3)，柱状散热筋(4)，柱状散热筋(5)，板状散热筋(6)、板状散热筋(7)和弧形散热筋(8)，高度均为46mm；
5个T形散热筋(3)均布于制动盘的外圈，T形散热筋(3)的中心对称线径向分布，截面形心位于Φ600mm的圆上，T形散热筋(3)与摩擦盘面(1，2)之间以R6圆角过渡连接；
25个柱状散热筋(4)5个一组，每组5个均布于2个T形散热筋(3)之间，截面轮廓为17mm×10mm的椭圆，其形心位于Φ608mm的圆周上，短轴径向分布，柱状散热筋(4)与上下摩擦盘面(1，2)之间以R6圆角过渡连接；
柱状散热筋(5)的截面轮廓为14mm×10mm的椭圆，其形心位于Φ532mm的圆周上，30个柱状散热筋(5)六个一组，分布于两个T形散热筋(3)之间，其中柱状散热筋(5a)的短轴与T形散热筋(3a)中心对称线夹角为10°，每2个柱状散热筋(5)的短轴夹角为10.28°，柱状散热筋(5)与上下摩擦盘面(1，2)之间以R6圆角过渡连接；
板状散热筋(6)截面轮廓为30mm×7mm的椭圆，其截面形心位于Φ420mm的圆上，10个板状散热筋(6)两个一组，分为5组沿周向均布，每组2个板状散热筋(6)的截面长轴夹角为12°，其中板状散热筋(6a)截面长轴与T形散热筋(3a)中心对称线的夹角为30°，板状散热筋(6)与上下摩擦盘面(1，2)之间以R6圆角过渡连接；
板状散热筋(7)截面轮廓为20mm×5mm的椭圆，其截面形心位于Φ454mm的圆上，20个板状散热筋(7)4个一组，分为5组沿周向均布，每组2个板状散热筋(7)的截面长轴夹角为10.28°，其中板状散热筋(7a)截面长轴与T形散热筋(3a)中心对称线的夹角为5.14°，板状散热筋(7)与上下摩擦盘面(1，2)之间以R6圆角过渡连接；
5个弧形散热筋(8)沿周向均布，其中弧形散热筋(8a)与T形散热筋(3a)对称线重合；弧形散热筋(8)与上下摩擦盘面之间以R6圆角过渡连接；
制动盘法兰(9)与弧形散热筋(8)以R6圆角过渡连接，高度为32mm，内径为Φ234mm，横截面轮廓为U形，中部开设深为40mm宽为23mm的通槽用于和轮毂螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于，T形散热筋(3)的截面轮廓由R7-R21-R7-R35-R16-R35-R7-R21-R7的圆弧封闭连接而成。
3.根据权利要求1所述的，其特征在于，弧形散热筋(8)截面轮廓为弧形，由R13-R160-R13-R175圆弧封闭连接而成。
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