RU2575971C1 - Brake pad - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: brake pad contains a metal framework and a polymer composite friction element made out of two layers. Each layer contains a polymer matrix, and filler/fillers. The layer of the polymer composite friction element located at the side of the metal framework has the weight ration of the matrix to the filler/fillers larger than in the working layer of the polymer composite friction element.

EFFECT: reduced thermal conductivity of the brake pad in relation to the brake cylinder, increased item resistance to thermal fatigue during sudden heating and cooling of the item during operation due to the increased smoothness of thermal conductivity change as per the layers from the working layer of the friction element to the metal framework.

Description

Заявляемое изобретение относится к машиностроению, а именно к тормозным колодкам дисковых тормозов, содержащим полимерный композиционный фрикционный элемент, совмещенный с металлическим каркасом, эксплуатирующимся во фрикционных узлах мототехники (мотоциклов, квадрациклов, мотвездеходов и т.п.).The claimed invention relates to mechanical engineering, namely to brake pads of disk brakes containing a polymer composite friction element combined with a metal frame operating in friction units of motor vehicles (motorcycles, ATVs, ATVs, etc.).

Аналогом заявляемого изобретения является колодка тормозная, включающая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, при этом между металлическим каркасом и полимерным композиционным фрикционным элементом размещен клеевой слой, фиксирующий элемент к каркасу (см. патент СССР №1277491, МПК⁴ B22F 7/04, 1994). Существенные признаки аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.An analogue of the claimed invention is a brake shoe comprising a metal frame and a polymer composite friction element, while between the metal frame and the polymer composite friction element there is an adhesive layer fixing the element to the frame (see USSR patent No. 1277491, IPC ⁴ B22F 7/04, 1994 ) The essential features of the analogue "metal frame, polymer composite friction element" coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком аналога является низкая прочность и термостойкость клеевого соединения, нетехнологичность процесса склеивания и недостаточные теплоизолирующие свойства клеевого слоя, практически не снижающего теплопроводность тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру, в результате чего возможно закипание тормозной жидкости и отказ тормозной системы при нагреве фрикционного элемента колодки в процессе торможения.The disadvantage of the analogue is the low strength and heat resistance of the adhesive joint, the low-tech bonding process and the insufficient heat-insulating properties of the adhesive layer, which practically does not reduce the thermal conductivity of the brake pad in relation to the brake cylinder, as a result of which boiling of the brake fluid and failure of the brake system during heating of the friction element of the pad during the process braking.

Другим аналогом заявляемого изобретения является колодка тормозная, содержащая металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента со стороны металлического каркаса имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, фрикционный элемент выполнен из трех слоев, причем слой, размещенный между рабочим слоем и слоем, контактирующим с металлическим каркасом, имеет соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое, но меньше, чем в слое, примыкающем к металлическому каркасу (см. патент РФ №2283974, МПК F16D 69/00, 2006 г.). Существенные признаки аналога «металлический каркас, полимерный композиционный фрикционный элемент выполнен из двух слоев, причем слой, размещенный со стороны металлического каркаса, имеет соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.Another analogue of the claimed invention is a brake shoe containing a metal frame and a polymer composite friction element located on a metal frame, consisting of layers, each of which consists of a polymer matrix and a filler (or fillers), while the layer of the friction element from the side of the metal frame has a mass the ratio of the matrix to the filler (or fillers) is greater than in the working layer, the friction element is made of three layers, and the layer placed between the working the layer and the layer in contact with the metal frame has a ratio of the matrix to the filler (or fillers) more than in the working layer, but less than in the layer adjacent to the metal frame (see RF patent No. 2283974, IPC F16D 69/00, 2006). The essential features of the analogue “metal frame, polymer composite friction element is made of two layers, and the layer placed on the side of the metal frame has a ratio of matrix to filler (or fillers) more than in the working layer” coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком аналога является неоптимальное соотношение размеров (толщин) отдельных элементов колодки (металлического каркаса и слоев полимерного композиционного фрикционного элемента), обуславливающее повышенную теплопроводность тормозной колодки и передачу значительного количества тепла к тормозному цилиндру при торможении. Вследствие этого возможен отказ тормозной системы в процессе эксплуатации при интенсивных торможениях.A disadvantage of the analogue is the non-optimal ratio of the sizes (thicknesses) of individual elements of the shoe (metal frame and layers of the polymer composite friction element), which leads to increased thermal conductivity of the brake shoe and the transfer of a significant amount of heat to the brake cylinder during braking. As a result, the brake system may fail during operation during intensive braking.

Прототипом заявляемого изобретения является колодка тормозная, содержащая металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из двух слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента со стороны металлического каркаса имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое (т.е. в слое, размещенном со стороны поверхности колодки, имеющей фрикционный контакт с металлическим контртелом) (см. патент РФ №2117197, МПК F16D 69/00, 1998). Существенные признаки прототипа «металлический каркас и расположенный на металлическом каркасе полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой фрикционного элемента со стороны металлического каркаса имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) больше, чем в рабочем слое» совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения.The prototype of the claimed invention is a brake shoe containing a metal frame and a polymer composite friction element located on a metal frame, consisting of two layers, each of which consists of a polymer matrix and a filler (or fillers), while the layer of the friction element from the side of the metal frame has a mass the ratio of the matrix to the filler (or fillers) is greater than in the working layer (i.e., in the layer placed on the side of the surface of the block having a friction contact with metal counterbody) (see. RF patent №2117197, IPC F16D 69/00, 1998). Salient features of the prototype “metal frame and polymer composite friction element located on a metal frame, consisting of layers, each of which consists of a polymer matrix and a filler (or fillers), while the layer of the friction element on the side of the metal frame has a mass ratio of matrix to filler ( or fillers) more than in the working layer "coincide with the essential features of the claimed invention.

Недостатком прототипа также является неоптимальное соотношение размеров элементов колодки тормозной, обуславливающее повышенную теплопроводность тормозной колодки при передаче тепла к тормозному цилиндру, в результате чего возможно закипание тормозной жидкости и отказ тормозной системы при нагреве фрикционного элемента колодки в процессе торможения.The disadvantage of the prototype is also the non-optimal size ratio of the elements of the brake pads, which leads to increased thermal conductivity of the brake pads during heat transfer to the brake cylinder, as a result of which boiling of the brake fluid and failure of the brake system when the friction element of the pads are heated during braking are possible.

Задачей, на решение которой направлена заявляемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик изделия путем снижения теплопроводности тормозной колодки по отношению к тормозному цилиндру. Другим видом технического результата, получение которого может обеспечить заявляемое изобретение, является повышение стойкости изделия к тепловой усталости при резких нагревах и охлаждениях изделия в процессе эксплуатации за счет повышения плавности изменения теплопроводности изделия по слоям от рабочего слоя фрикционного элемента к металлическому каркасу.The task to which the invention is directed is to improve the operational characteristics of the product by reducing the thermal conductivity of the brake pads with respect to the brake cylinder. Another type of technical result, which the claimed invention can provide, is to increase the resistance of the product to thermal fatigue during sudden heating and cooling of the product during operation by increasing the smoothness of the change in the thermal conductivity of the product in layers from the working layer of the friction element to the metal frame.

Для достижения указанного технического результата в колодке тормозной, содержащей металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, состоящий из двух слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя (или наполнителей), при этом слой полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенный со стороны металлического каркаса, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю (или наполнителям) большее, чем в рабочем слое, толщина колодки тормозной, толщина металлического каркаса и толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса, выбраны из соотношения: $$\mathrm{2,8}\le \frac{h}{h_1+h_2}\le \mathrm{3,0}$$

; где h - толщина колодки тормозной, h₁ - толщина металлического каркаса, h₂ - толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса.To achieve the specified technical result in the brake shoe containing a metal frame and a polymer composite friction element, consisting of two layers, each of which consists of a polymer matrix and a filler (or fillers), while the layer of the polymer composite friction element placed on the side of the metal frame has a mass ratio of the matrix to the filler (or fillers) greater than in the working layer, the thickness of the brake pads, the thickness of the metal frame and the thickness of the I polymeric composite friction element disposed to the side of the metal carcass is selected from the relation: $$\mathrm{2,8}\le \frac{h}{h_{\mathrm{one}}+h_2}\le 3.0$$

; where h is the thickness of the brake pads, h ₁ is the thickness of the metal frame, h ₂ is the thickness of the layer of the polymer composite friction element placed on the side of the metal frame.

Существенные признаки заявляемого изобретения «толщина колодки тормозной, толщина металлического каркаса и толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса, выбраны из соотношения: $$\mathrm{2,8}\le \frac{h}{h_1+h_2}\le \mathrm{3,0}$$

; где h - толщина колодки тормозной, h₁ - толщина металлического каркаса, h₂ - толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса» являются отличительными от признаков прототипа.The essential features of the claimed invention "the thickness of the brake pads, the thickness of the metal frame and the layer thickness of the polymer composite friction element placed on the side of the metal frame, are selected from the ratio: $$\mathrm{2,8}\le \frac{h}{h_{\mathrm{one}}+h_2}\le 3.0$$

; where h is the thickness of the brake pads, h ₁ is the thickness of the metal frame, h ₂ is the thickness of the layer of the polymer composite friction element placed on the side of the metal frame ”are distinctive from the features of the prototype.

Колодка тормозная содержит плоский металлический каркас, на котором зафиксирован (например, приформован) плоский фрикционный элемент, выполненный из композита (композитов) с полимерной матрицей. В качестве матрицы могут использоваться отвержденные смолы, вулканизованные каучуки, их смеси и другие полимерные материалы. В качестве наполнителей могут использоваться волокнистые материалы, например минеральные волокна, стальные волокна, полиарамидные волокна и др. или их смеси. Также в состав наполнителей могут входить дисперсные материалы, например технический углерод, другие углеродные материалы, барит и т.д. или их смеси. При этом для фрикционного композита рабочего слоя соотношения между матрицей и наполнителями меньше, чем соотношение между матрицей и наполнителями в слое, размещенном со стороны металлического каркаса (в рабочем слое меньшее содержание полимерной матрицы, чем в слое, размещенном со стороны металлического каркаса).The brake shoe contains a flat metal frame on which is fixed (for example, molded) a flat friction element made of a composite (s) with a polymer matrix. As the matrix can be used cured resins, vulcanized rubbers, mixtures thereof and other polymeric materials. As fillers, fibrous materials can be used, for example, mineral fibers, steel fibers, polyaramide fibers, etc., or mixtures thereof. The composition of the fillers may also include dispersed materials, for example carbon black, other carbon materials, barite, etc. or mixtures thereof. In this case, for the friction composite of the working layer, the ratios between the matrix and fillers are less than the ratio between the matrix and fillers in the layer placed on the side of the metal frame (in the working layer the content of the polymer matrix is lower than in the layer placed on the side of the metal frame).

Толщина колодки тормозной представляет собой сумму толщины металлического каркаса, толщины рабочего слоя и толщины слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного между металлическим каркасом и рабочим слоем. При этом толщины этих элементов колодки тормозной удовлетворяют соотношению: $$\mathrm{2,8}\le \frac{h}{h_1+h_2}\le \mathrm{3,0}$$

; где h - толщина колодки тормозной, h₁ - толщина металлического каркаса, h₂ - толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса.The thickness of the brake pads is the sum of the thickness of the metal frame, the thickness of the working layer and the thickness of the layer of the polymer composite friction element located between the metal frame and the working layer. The thickness of these elements of the brake pads satisfy the ratio: $$\mathrm{2,8}\le \frac{h}{h_{\mathrm{one}}+h_2}\le 3.0$$

; where h is the thickness of the brake pads, h ₁ is the thickness of the metal frame, h ₂ is the thickness of the layer of the polymer composite friction element placed on the side of the metal frame.

Изготавливаться заявляемое изделие может известными методами, например приформовыванием к металлическому каркасу формовочных смесей необходимого состава, после чего изделие может подвергаться механической обработке.The inventive product can be manufactured by known methods, for example, molding the required composition of molding mixtures to the metal frame, after which the product can be machined.

Конкретным примером заявляемой колодки тормозной является тормозная колодка для квадрацикла Bombardier, содержащая плоский металлический каркас (колодка дискового тормоза) и фрикционный элемент, состоящий из двух слоев полимерных фрикционных композитов. Слой со стороны металлического каркаса имеет толщину ≈1,0 мм, металлический каркас имеет толщину ≈3,0 мм. Толщина колодки ≈11,6 мм. $$\frac{h}{h_1+h_2}\approx \mathrm{2,9}$$

.A specific example of the inventive brake shoe is a Bombardier ATV brake shoe comprising a flat metal frame (disc brake shoe) and a friction element consisting of two layers of polymer friction composites. The layer on the side of the metal frame has a thickness of ≈1.0 mm, the metal frame has a thickness of ≈3.0 mm. Pad thickness ≈11.6 mm. $$\frac{h}{h_{\mathrm{one}}+h_2}\approx 2.9$$

.

Наличие в колодке тормозной указанного соотношения толщин ее конструктивных элементов снижает теплопроводность при передаче тепла от рабочей поверхности изделия до металлического каркаса, позволяет более надежно защитить тормозную жидкость от перегрева и повысить стойкость изделия к тепловой усталости в процессе эксплуатации за счет более плавного изменения теплопроводности по слоям, что улучшает эксплуатационные характеристики изделия.The presence in the brake shoe of the indicated ratio of the thicknesses of its structural elements reduces heat conductivity during heat transfer from the working surface of the product to the metal frame, allows you to more reliably protect the brake fluid from overheating and increase the resistance of the product to thermal fatigue during operation due to a smoother change in thermal conductivity across the layers, which improves product performance.

Claims (1)

Колодка тормозная, содержащая металлический каркас и полимерный композиционный фрикционный элемент, выполненный из двух слоев, каждый из которых состоит из полимерной матрицы и наполнителя/наполнителей, при этом слой полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенный со стороны металлического каркаса, имеет массовое соотношение матрицы к наполнителю/наполнителям большее, чем в рабочем слое полимерного композиционного фрикционного элемента, отличающаяся тем, что толщина колодки тормозной, толщина металлического каркаса и толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса, выбраны из соотношения:

, где h - толщина колодки тормозной, h₁ - толщина металлического каркаса, h₂ - толщина слоя полимерного композиционного фрикционного элемента, размещенного со стороны металлического каркаса. A brake shoe containing a metal frame and a polymer composite friction element made of two layers, each of which consists of a polymer matrix and filler / fillers, while the layer of polymer composite friction element placed on the side of the metal frame has a mass ratio of matrix to filler / fillers more than in the working layer of the polymer composite friction element, characterized in that the thickness of the brake pads, the thickness of the metal frame and the thickness of the layer of the polymer composite friction element, placed on the side of the metal frame, selected from the ratio:

where h is the thickness of the brake pads, h ₁ is the thickness of the metal frame, h ₂ is the thickness of the layer of the polymer composite friction element placed on the side of the metal frame.