PL182177B1

PL182177B1 - Zespól piasty kola i tarczy hamulca PL

Info

Publication number: PL182177B1
Application number: PL96324973A
Authority: PL
Inventors: Jan-Olof Bodin; Ingemar Dagh
Original assignee: Volvo Ab
Priority date: 1995-08-16
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 2001-11-30
Also published as: JPH11510766A; WO1997006965A1; SE504775C2; DK0844934T3; CZ289985B6; RU2197396C2; DE69610929D1; TR199800229T1; ATE197429T1; HU220942B1; AU713671B2; NO305390B1; CZ41298A3; BR9610249A; PL324973A1; ES2152038T3; HUP9901151A3; HUP9901151A2; NO980621L; SE9502854L

Abstract

1 . Zespól piasty kola i tarczy hamulca do kola pojazdu za- wierajacy piaste kola na czesci walowej osadzonej obrotowo w lozyskach na osi centralnej, majacy czesc o zewnetrznym pro- filu przekroju poprzecznego uksztaltowana z lezacymi na prze- mian wpustami i zebami z pochylonymi scianami bocznymi, oraz tarcze hamulcowa osadzona na piascie kola na wspo- mnianej czesci, majaca koncentryczny otwór z odpowiedni- mi zebami i wpustami pasujacymi do wpustów i zebów w piascie tak, ze tarcza hamulcowa jest zablokowana na pia- scie i nie moze sie obracac, oraz ze pomiedzy tarcza a piasta jest pasowanie suwliwe, znam ienny tym , ze w tarczy hamu- lcowej (12) dlugosc luku wierzcholka (B sl, Bs2) dla kazde- go zeba (20, 34) jest mniejsza niz dlugosc luku podstawy (Ss1, S1s2) dla co najmniej kazdego co drugiego wpustu (18, 36), który jest ograniczony dwiema lezacymi naprzeciwko siebie scianami bocznymi (30, 50) na sasiednich zebach, zas co najmniej jedna ze scian bocznych na kazdym zebie po stronie podstawy zeba przechodzi w pierwszy promien (Ra), oraz kazdy pierwszy promien (R a) przechodzi z kolei w dru- gi promien (Rb), który tworzy dno wpustu (18, 36) i jest J wspólny dla dwóch lezacych naprzeciwko siebie scian bocz- nych. FIG. 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół piasty koła i tarczy hamulca. Zespół jest montowany zwłaszcza w ciężkich pojazdach.

Dotychczas tarcze hamulcowe do hamulców tarczowych do ciężkich pojazdów mocowano głównie na piaście w ten sposób, że nakręcano na nią mocno kołowy kołnierz, co powodowało problemy, wynikające ze sztywnego połączenia pomiędzy tarczą a piastą przy bardzo dużych maksymalnych momentach hamowania, które mogły dochodzić w pojazdach ciężarowych najcięższej kategorii do wartości rzędu 2000 kpm, polegające na odkształcaniu tarczy wskutek silnego nagrzewania będącego konsekwencją dużych sił hamowania występujących w takich sytuacjach.

182 177

Zatem, korzystnie, zamiast sztywnego połączenia tarczy z piastą, połączono je ze sobą za pomocą zazębiających się profili. Dzięki takiej konstrukcji umożliwiono eliminację odkształcania będącego skutkiem nagrania się w wyniku hamowania, umożliwiając jednocześnie kontrolę przenoszenia ciepła pomiędzy tarczą hamulcową a piastą w zależności od kształtu piasty i rzeczywistej budowy pasujących do siebie zębów i wpustów.

Wspomniany powyżej typ konstrukcji koła i tarczy hamulcowej, znacznie zmniejszających wspomniane negatywne skutki, zaproponowano już wcześniej do stosowania w pojazdach ciężarowych o największej ładowności.

W opisie patentowym nr SE 9200202-1 (469 655) tego samego wynalazcy ujawniono i opisano konstrukcję, gdzie piasta kołajest osadzona obrotowo na części wału mającego część o zewnętrznym profilu przekroju poprzecznego z rozmieszczonymi na przemian zębami i wpustami ze skośnymi powierzchniami bocznymi, zaś tarcza hamulcowa, jest osadzona na piaście koła na wspomnianej części, z koncentrycznym otworem z odpowiednimi zębami i wpustami, tak dopasowanymi do zębów i wpustów w piaście, że tarcza hamulcowajest zablokowana na piaście a pomiędzy tarczą a piastą jest pasowanie suwliwe.

Liczba wpustów i zębów w tej konstrukcji mogła wynosić nawet trzydzieści. Otwory odciążające, z promieniowymi, biegnącymi do wewnątrz szczelinami, zapewniają wyrównanie naprężeń stycznych w tarczy, która jest chłodzona za pomocą uformowanych w niej otworów wentylacyjnych. W piaście, promieniowo do wewnątrz od zębów, znajduje się kołowy kanał umożliwiający wydłużenie drogi przenoszenia ciepła w materiale piasty.

Ta znana konstrukcja odznacza się nie tylko tą zaletą, że ogrzewana tarcza może rozszerzać się w kierunku promieniowym nie skręcając się ani wichrując, ale również taką istotną zaletą, jakąjest możliwość utrzymywania promieniowych sił rozrywających tarczę oraz naprężeń skrętnych i zginających występujących w profilach na dopuszczalnym poziomie z równoczesną eliminacją groźby szybkiego zaklinowania się nawet w przypadku bardzo dużych sił hamowania, jakie mogą wystąpić w pojazdach najcięższej klasy. Równocześnie możliwe jest ograniczenie przenoszenia ciepła na łożyska za pomocą kołowego kanału oraz uformowanych w tarczy hamulcowej kanałów wentylacyjnych.

Ze względu na znane z dotychczasowych rozwiązań konstrukcyjnych otwory odciążające, szczeliny i otwory kanałów wentylacyjnych znajdujące się w tarczy hamulcowej, formowane z myślą o osiągnięciu zamierzonego efektu, w części, która w kierunku promieniowym biegnie od swojego otworu centralnego na pewnej odległości w powierzchnię tarcia, nad tymi otworami leżą okładziny cierne, co oznacza zwiększone zużycie okładzin i gromadzenie się pyłu i brudu w otworach, a tym samym konieczność regularnego czyszczenia, oraz w skrajnych wypadkach groźbę pęknięcia tarczy.

W związku z tym, celem wynalazkujest zespół piasty koła i tarczy hamulca o konstrukcji z ulepszonym blokującym połączeniu profilowym pomiędzy piastą a tarczą hamulcową, która jest optymalna z punktu widzenia sił rozrywających oraz naprężeń skrętnych i zginających działających na profile, z równoczesnąmożliwościązmniejszenia naprężeń powodowanych rozkładem temperatur w tarczy do dopuszczalnego poziomu oraz możliwością ograniczenia w prosty i bardziej niezgodny sposób niż dotychczas przenoszenia ciepła do piasty, przy czym konstrukcja wymaga mniej intensywnej konstrukcji niż konstrukcje znane dotychczas.

Zespół piasty koła i tarczy hamulca do koła pojazdu zawierający piastę koła na części wałowej osadzonej obrotowo łożyskach na osi centralnej, mający część o zewnętrznym profilu przekroju poprzecznego ukształtowaną z leżącymi na przemian wpustami i zębami z pochylonymi ścianami bocznymi, oraz tarczę hamulcową osadzoną na piaście koła na wspomnianej części, mającą koncentryczny otwór z odpowiednimi zębami i wpustami pasującymi do wpustów i zębów w piaście tak, że tarcza hamulcowa jest zablokowana na piaście i nie może się obracać, oraz że pomiędzy tarczą a piastąjest pasowanie suwliwe, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w tarczy hamulcowej długość łuku wierzchołka dla każdego zęba jest mniejsza niż długość łuku podstawy dla co najmniej każdego co drugiego wpustu, który jest ograniczony dwiema leżącymi naprzeciwko siebie ścianami bocznymi na sąsiednich zębach, zaś co najmniej jedna ze

182 177 ścian bocznych na każdym zębie po stronie podstawy zęba przechodzi w pierwszy promień, oraz każdy pierwszy promień przechodzi z kolei w drugi promień, który tworzy dno wpustu i jest wspólny dla dwóch leżących naprzeciwko siebie ścian bocznych.

Korzystnie długość łuku wierzchołka dla każdego zęba na tarczy hamulcowej jest mniejsza niż długość łuku podstawy dla każdego wpustu.

Korzystnie długość łuku wierzchołka dla każdego zęba na wspomnianym profilu przekroju poprzecznego w piaście jest większa niż długość łuku podstawy dla każdego wpustu, który jest ograniczony dwiema leżącymi naprzeciwko siebie ścianami bocznymi sąsiednich zębów, zaś ściany boczne z odpowiedniej strony podstawy zęba w piaście przechodząw zaokrąglone dno we wpuście.

Korzystnie długość łuku podstawy dla każdego wpustu, który jest ograniczony dwiema leżącymi naprzeciwko siebie ścianami bocznymi na sąsiednich zębach wspomnianego profilu przekroju poprzecznego w piaście jest co najmniej równie duża jak długość łuku wierzchołka dla każdego zęba.

Korzystnie każdy ma płaskie ściany boczne oraz powierzchnię wierzchołka, która jest połączona z tymi planarnymi ścianami bocznymi i jest ukształtowana promieniowo względem osi centralnej.

Korzystnie na dnie co najmniej jednego wpustu w tarczy hamulcowej jest umieszczona anoda wykonana z materiału o niższej jakości niż materiał tarczy hamulcowej.

Korzystnie materiałem anody jest cynk.

Reasumując cel wynalazku osiągnięto za pomocą piast koła i tarczy hamulcowej stosując długość łuku wierzchołka każdego zęba na tarczy hamulcowej mniejsząniż długość łuku podstawy dla co najmniej co drugiego wpustu, który jest pomiędzy dwoma przeciwległymi ścianami bocznymi sąsiednich zębów; stosując dla co najmniej jednej ze ścian bocznych każdego zęba przy podstawie przejście o pierwszym promieniu; oraz stosując z kolei przej ście pierwszego promienia w drugi promień, który jest wspólny dla dwóch przeciwległych ścian bocznych i tworzy podstawę wpustu.

Rezygnując z otworów odciążających w piaście tarczy i stosując w niej w zamian duży koncentryczny otwór z zębami i wpustami o stosunku długości łuku wierzchołka zęba do długości łuku przy podstawie wpustu mniejszym od jedności, oraz minimalizując naprężenia styczne wywołane rozkładem temperatury za pomocą dużego promienia, który rozciąga się w zasadzie pomiędzy dwoma bokami podstawy dwóch sąsiednich zębów, a także minimalizując wytwarzane naprężenia mechaniczne za pomocą małego promienia łączącego duży promień ze ścianami bocznymi przy odpowiednim boku podstawy zęba, uzyskano mniejszą różnicę gradientu ciepła jak również poprawę zdolności do kompensacji naprężeń stycznych i promieniowych niż w przypadku stosowania otworów odciążających i towarzyszących im szczelin.

Przenoszenie ciepła pomiędzy tarcząa piastąjest wprost proporcjonalne do całego pola powierzchni ścian bocznych stykających się ze sobą we wpustach i na zębach i z tego względu zależy od liczby wpustów i zębów, więc istnieje możliwość kontrolowania przepływu ciepła do piasty poprzez zmienianie liczby wpustów i zębów.

Przedmiot wynalazku jest przestawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia wewnętrzną promieniowo część tarczy hamulcowej w rzucie od końca; fig. 2 część piast i tarczy według fig. 1, w powiększeniu; fig. 3 - odmiana wewnętrznej promieniowo części tarczy hamulcowej; oraz fig. 4 - część piasty i część tarczy według fig. 3, w powiększeniu.

Na rysunku pokazano centralnąoś 10 przechodzącą przez piastę 11 koła, która jest osadzona w znany sposób w łożyskach na, na przykład, nie pokazanej przedniej lub tylnej osi ciężarówki, przy czym oś ta ma, również nie pokazany, zespół zaciskowy hamulca tarczowego lub mechanizm uruchamiający. Na piaście 11 jest osadzona tarcza hamulcowa 12 i zamocowana na niej w znany sposób za pomocą zespołu blokującego. W tym celu piasta 11 ma zewnętrzną część z rozmieszczonymi na przemian zębami 14 i wpustami 16 z pochylonymi ścianami bocznymi. Na wewnętrznej części 17 tarczy hamulca tarczowego 12 są uformowane wpusty 18 i zęby 20, pasujące do zębów 14 i wpustów 16 piasty 11.

182 177

Jak można zauważyć na fig. 2 głębokość wpustów 16,18 jest nieco większa niż wysokość zębów 14,20. Zarówno w piaście 11 jak i w tarczy hamulcowej 12wpusty 16,18 mają zaokrąglone dno 22, 24, odpowiednio, natomiast zęby 14, 20 mają górną powierzchnię 26, 28, odpowiednio uformowaną promieniowo względem centralnej osi 10, która przechodzi w płaskie skośne ściany boczne 30 na odpowiednich zębach. Tego typu rozwiązanie zapewnia styczność powierzchni ścian bocznych zębów. Tarczę hamulcową 12 oraz piastę 11 wymiaruje się w takim przypadku w taki sposób, żeby w stanie nieobciążonym występował luz 0,2 - 0,3 mm pomiędzy współpracującymi powierzchniami ścian bocznych 30 tarczy hamulcowej 12 i piasty 11. W pokazanym przykładzie wykonania, zarówno w piaście jak i w tarczy jest 20 zębów i wpustów.

W pokazanych na figurach przykładach, we wpuście 18,36 tarczy hamulcowej 12 umieszcza się anodę protektorową 32 z cynku lub z innego, odpowiedniego do tego celu materiału, aby zapobiec szybkiemu rdzewieniu tarczy hamulcowej 12 na piaście 11. W razie konieczności, taką anodę protektorową można umieścić w kilku lub we wszystkich wpustach na tarczy hamulcowej. W pewnych zastosowaniach, o których będzie mowa później, lepiej jest nieco zwiększyć liczbę wpustów i zębów, ale nie należy przekraczać liczby dwadzieścia cztery. Zmieniając wspomniane liczby w powiązaniu z wielkością tarczy hamulcowej 12, głębokość wpustów kształtuje się w pobliżu około 7,5-9% promienia otworu w tarczy hamulcowej 12.

W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 1 i 2, wpusty 18 w tarczy hamulcowej 12 kształtuje się w taki sposób, żeby długość łuku podstawy wpustu wynosiła Ssl a długość łuku podstawy zęba 20 wynosiła Bsl. Zęby 20 są równomiernie rozmieszczone na obwodzie, a stosunek Bsl/Ssl<l. Przeciwnie niż w znanych konstrukcjach, zrezygnowano z otworów odciążających z odpowiednimi szczelinami. Naprężenia styczne występujące podczas hamowania, wywołane nierównomiernym rozkładem temperatury pomiędzy częścią cierną tarczy hamulcowej 12 a częścią promieniowo wewnętrzną, minimalizuje się zamiast tego zaokrąglając dno 24 każdego wpustu 18. Dno 24 wpustu 18 o promieniu Rb przechodzi zaokrągleniem o promieniu Ra w dwie przeciwległe ściany boczne 30 wpustu 18. Dzięki płomieniowi Ra minimalizuje się naprężenia mechaniczne, takie jak naprężenia skrętne i zginające w przekrojach poprzecznych. Rb> Ra, a zalecane wartości dla tych dwóch promieni, w celu optymalnego zmniejszenia zarówno naprężeń termicznychjak i mechanicznych, wynoszą według wynalazku Ra=5 i Rb = 24. W zależności od wielkości tarczy hamulcowej 12, dopuszcza się możliwość zmiany wartości promieni Ra i Rb w przedziale 3-8, odpowiednio 15-30 mm.

W porównaniu ze znanymi wcześniej technikami z trzydziestu zębami i wpustami, zmniejszono przewodzenie ciepła do piast stosując mniejszą liczbę zębów i wpustów. Zmieniając liczbę zębów i wpustów można zoptymalizować przenoszenie ciepła z tarczy hamulcowej 12 do piasty 11, tak, że nie niszczy się łożysk kół, z równoczesnym zapewnieniem odpowiedniego chłodzenia w celu eliminacji przegrzania podczas ogrzewania tarczy. W rezultacie, jeżeli tarcza nie jest odpowiednio chłodzona, trzeba zwiększyć liczę dwudziestu wpustów i zębów podanych w niniejszym przykładzie wykonania do, np. dwudziestu dwóch, lub, z drugiej strony, jeżeli występuje groźba uszkodzenia łożysk, należy zmniejszyć liczbę wpustów i zębów.

Drugi przykład wykonania pokazany na fig. 3 i 4 jest bardzo podobny do poprzedniego przykładu wykonania i działa w podobny sposób.. W związku z tym, w dalszej części opisu skoncentrowano się tylko na zagadnieniach charakterystycznych dla tego przykładu wykonania. Zatem wewnętrzna część 17' tarczy hamulcowej 12' ma również na przemian rozmieszczone zęby 34, wpusty szczelinowy przedzielające 36 i wpusty 38, przy czym wpusty 36 i 38 mają skośne ściany boczne. Natomiast zęby 34 sąrozmieszczone w grupach w układzie dwa i dwa, przy czym każda grupa jest oddzielona od grupy sąsiedniej wpustem szczelinowym 36. W każdej grupie zębów 34 sąoddzielone wpustem 38. Wpust szczelinowy 36 jest ukształtowany podobnie jak wpusty opisane wcześniej i pokazane na fig. 1i 2, tj. ma płaskie ściany boczne, i jest połączony z nimi pierwszym promieniem Ra, który przechodzi we wspólny drugi promień Rb.

Piasta 11' posiada na przemian ułożone zęby 40 i wpusty 42 przystosowane to tarcz hamulcowych 12, mających skośne ściany boczne i o takich wymiarach, że co czwarty ząb 40 pasuje do każdego wpustu 38. Środkowy ząb spośród trzech zębów 40 leżących pomiędzy co czwartym zę6

182 177 bem nie styka się ze środkiem każdego wpustu szczelinowego 36, natomiast każdy z pozostałych dwóch zębów styka się z jedną ściankąboczną szczelinowego wpustu. Każdy szczelinowy wpust 36 ma zaokrąglone dno 44, a zęby zarówno piastjak i tarczy majągórne powierzchnie, odpowiednio 46 i 48, ukształtowane promieniowo względem centralnej osi 10, i połączone, w sposób podobny do opisanego wcześniej przykładu wykonania, ze skośnymi ścianami bocznymi w kształcie płaskich ścianek bocznych 50 na odpowiednich zębach. W ten sposób osiągnięto odpowiednią współpracę pomiędzy stykającymi się ze sobą powierzchniami ścian bocznych 50 i 51, odpowiednio na tarczy hamulcowej 12' i piaście 11', jak opisano wcześniej dla powierzchni 30 ścian bocznych.

W przykładach wykonania pokazanych na fig. 3 i 4, szczelinowe wpusty 36 w tarczy hamulcowej 12 sąukształtowane w taki sposób, że mają długość łuku podstawy S l s2 oraz ząb 34 z długością łuku wierzchołka Bs2. Zęby te znajdują się w grupach równomiernie rozmieszczonych parami wokół obwodu i przedzielonych w każdej grupie długością łuku podstawy S2s2, przy czym stosunek Bs2/Sls2 <1, a stosunek Bs2/S2s2 =1. W tym ostatnim przykładzie wykonania prawdąjest, że liczba zębów i wpustów jest podwojona, ale tylko co drugi ząb 40 na piaście 11' styka się z powierzchniami 50 ścian bocznych na odpowiednim zębie 34 w tarczy hamulcowej 12'. Przepływ ciepła występuje tylko na powierzchniach ścian bocznych, więc łączna powierzchnia styku nie jest większa, ale taka sama jak w pierwszym przykładzie wykonania.

Ścianki boczne zębów i wpustów mogą być również powierzchniami krzywoliniowymi 30,50,51, na przykład mogą mieć kształt ewolwentowy, natomiast krzywoliniowe powierzchnie wierzchołków zębów mogą być płaskie, nawet jeżeli nie wskazano tego wyraźnie w opisie.

Jak można zauważyć na figurach, tarcza hamulcowa w obu przykładach wykonania jest całkowicie symetryczna oraz jest w znany sposób zamocowana na piaście za pośrednictwem wpustów (nie pokazanych) oraz pierścieni blokujących i podkładek sprężystych.

182 177

FIG. 3 ^7;

182 177

•10 FIG.2

182 177

/¹⁷

P d

FIG.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Zespół piasty koła i tarczy hamulca do koła pojazdu zawierający piastę koła na części wałowej osadzonej obrotowo w łożyskach na osi centralnej, mający część o zewnętrznym profilu przekroju poprzecznego ukształtowaną z leżącymi na przemian wpustami i zębami z pochylonymi ścianami bocznymi, oraz tarczę hamulcową osadzoną na piaście koła na wspomnianej części, mającą koncentryczny otwór z odpowiednimi zębami i wpustami pasującymi do wpustów i zębów w piaście tak, że tarcza hamulcowa jest zablokowana na piaście i nie może się obracać, oraz że pomiędzy tarczą a piastą jest pasowanie suwliwe, znamienny tym, że w tarczy hamulcowej (12) długość łuku wierzchołka (Bsl, Bs2) dla każdego zęba (20, 34) jest mniejsza niż długość łuku podstawy (Ss1, Sls2) dla co najmniej każdego co drugiego wpustu (18,36), który jest ograniczony dwiema leżącymi naprzeciwko siebie ścianami bocznymi (30,50) na sąsiednich zębach, zaś co najmniej jedna ze ścian bocznych na każdym zębie po stronie podstawy zęba przechodzi w pierwszy promień (Ra), oraz każdy pierwszy promień (Ra) przechodzi z kolei w drugi promień (Rb), który tworzy dno wpustu (18, 36) i jest wspólny dla dwóch leżących naprzeciwko siebie ścian bocznych.
2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że długość łuku wierzchołka (Bs1) dla każdego zęba (20,34) na tarczy hamulcowej (12) jest mniejsza niż długość łuku podstawy (Ss1) dla każdego wpustu (18, 36).
3. Zespół według zastrz. 1 łub 2, znamienny tym, że długość łuku wierzchołka dla każdego zęba (14) na wspomnianym profilu przekroju poprzecznego w piaście (11) jest większa niż długość łuku podstawy dla każdego wpustu (16), który jest ograniczony dwiema leżącymi naprzeciwko siebie ścianami bocznymi (30) sąsiednich zębów, zaś ściany boczne z odpowiedniej strony podstawy zęba w piaście (11) przechodzą w zaokrąglone dno (22) we wpuście (16).
4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że długość łuku podstawy dla każdego wpustu (42), który jest ograniczony dwiema leżącymi naprzeciwko siebie ścianami bocznymi (51) na sąsiednich zębach wspomnianego profilu przekroju poprzecznego w piaście jest co najmniej równie duża jak długość łuku wierzchołka dla każdego zęba (40).
5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy ząb (14,20,34,40) ma płaskie ściany boczne (30, 50,51) oraz powierzchnię wierzchołka (26,28,46,48), która jest połączona z tymi planarnymi ścianami bocznymi i jest ukształtowana promieniowo względem osi centralnej (10).
6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że na dnie co najmniej jednego wpustu (18,36) w tarczy hamulcowej (12,12) jest umieszczona anoda (32,32') wykonana z materiału o niższej jakości niż materiał tarczy hamulcowej.
7. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że materiałem anody jest cynk.

* * *