專利名稱：自適應(yīng)輪廓制動裝置的制作方法
自適應(yīng)輪廓制動裝置
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明通常涉及制動轉(zhuǎn)子(brake rotor)，且更具體地i兌，涉及一種制 動轉(zhuǎn)子裝置(brake rotor arrangement),其上設(shè)有槽，這些槽纟皮設(shè)置來改善 制動襯塊表面(brake pad surface)的清潔，并減少制動器使用期間轉(zhuǎn)子的 變形和老化。
相關(guān)技術(shù)描述
市售交通工具上使用的大多數(shù)制動轉(zhuǎn)子裝置在轉(zhuǎn)子片(rotorplate)上 具有相當光滑且連續(xù)的制動表面。 一些適用于嚴格使用條件的制動轉(zhuǎn)子具 有設(shè)置在相對的轉(zhuǎn)子面之間的通風道，而另一些制動轉(zhuǎn)子具有切入轉(zhuǎn)子面 自身內(nèi)的槽。
市售制動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子面上的槽的當前用途無法解決關(guān)于當前交通工 具制動系統(tǒng)的許多問題。例如，當交通工具制動時，從制動襯塊上磨損的 污垢、碎片和微粒都積累在襯塊上，包括制動襯塊和轉(zhuǎn)子之間的界面區(qū)域， 從而導(dǎo)致制動性能顯著下降。因此，需要一種消除這種雜質(zhì)積累的不良影 響的制動裝置。
除了前述內(nèi)容外，如果不拆卸和檢查制動系統(tǒng)，也難以確定光滑轉(zhuǎn)子 表面上的轉(zhuǎn)子磨損程度。這樣做的代價高，并且通常會導(dǎo)致忽視了必要的 維護，直至出現(xiàn)嚴重的故障。即使是開有槽的制動轉(zhuǎn)子也只能通過失效來 提供磨損的容易辨別的可視指示。
另外，還需要減小制動轉(zhuǎn)子的跳動(runout)以及在使用期間因轉(zhuǎn)子 反復(fù)加熱和冷卻而引起的厚度變化的影響。這種轉(zhuǎn)子尺寸上的變化會導(dǎo)致出現(xiàn)危險的不均勻性和脈動式制動特性，并且，對轉(zhuǎn)子施加的熱的最終不 均勻分布將進一步引起轉(zhuǎn)子的扭曲，并加劇不期望的制動狀況。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于交通工具制動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子，其有 助于盤式制動襯塊的自清潔。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于交通工具制動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子，其有 助于根據(jù)視覺檢查來判斷轉(zhuǎn)子的磨損，而無需拆卸系統(tǒng)或測量所拆卸轉(zhuǎn)子 的厚度。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種用于交通工具制動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子，其能 減小制動轉(zhuǎn)子的跳動以及因使用制動而引起的厚度變化。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種用于交通工具制動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子，其能 消除在使用制動期間出現(xiàn)的不均勻制動特性。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種用于交通工具制動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子，其能 夠容易地安裝在現(xiàn)有的交通工具制動系統(tǒng)中。
本發(fā)明的更進一個目的是提供一種用于交通工具制動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子，其 具有視覺吸引力，并且能增強安裝有該轉(zhuǎn)子的交通工具的外觀。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于設(shè)計切入制動轉(zhuǎn)子制動表面的 槽的方法。
發(fā)明概述
為了實現(xiàn)上述及其它目的，本發(fā)明提供了一種制動轉(zhuǎn)子，所述類型的 制動轉(zhuǎn)子具有軸向相對的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和外側(cè)轉(zhuǎn)子面。根據(jù)本發(fā)明，所述制 動轉(zhuǎn)子配備有切入外側(cè)轉(zhuǎn)子面的至少第 一槽和第二槽。在本發(fā)明的這個實 施方式中的第 一槽具有由制動轉(zhuǎn)子的預(yù)定使用年限確定的深度特性。
在本發(fā)明的具體示例性實施方式中，所述第 一槽的尺寸制定成足夠 大，以實現(xiàn)對其進行目視觀察。
在另外一個實施方式中，還設(shè)置有切入內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面內(nèi)的至少第一槽和 第二槽。切入內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面的第一槽和第二槽分布在內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面上，以防止與切入外側(cè)轉(zhuǎn)子面的第 一 槽和第二槽發(fā)生橫軸位干涉(transaxial interference )。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，設(shè)置有切入內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和外側(cè)轉(zhuǎn)子面內(nèi) 的相同數(shù)目的槽，這些槽等角度地分布在第一轉(zhuǎn)子面和第二轉(zhuǎn)子面上，以 防止在切入各自內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和外側(cè)轉(zhuǎn)子面的槽之間橫軸位干涉，用于限定 各個轉(zhuǎn)子部分。各個轉(zhuǎn)子部分按角度地限定為響應(yīng)于使用制動而相互獨立 地變形。
在其它的實施方式中，切入內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和外側(cè)轉(zhuǎn)子面的多個槽都具有 相同的深度。優(yōu)選地，每一個這樣的切入深度由制動轉(zhuǎn)子的預(yù)定使用年限 確定。切入內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和外側(cè)轉(zhuǎn)子面的多個槽中的每一個槽都具有細長的 弓形結(jié)構(gòu)，并且還具有徑向確定的截面結(jié)構(gòu)。這些槽可另外地設(shè)置成影響 制動轉(zhuǎn)子的平衡。
通過此處所提供的能夠持續(xù)清潔制動襯塊表面的槽，本發(fā)明轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn) 子磨損特性在整個轉(zhuǎn)子使用年限期間得以改善。另外，至少一些槽:沒置成 具有切入轉(zhuǎn)子面內(nèi)的深度，這將提供轉(zhuǎn)子磨損的可視指示，且優(yōu)選為必須 更換轉(zhuǎn)子的指示。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，當槽是轉(zhuǎn)子磨損指示器時， 槽深度由轉(zhuǎn)子使用年限確定。因此，當槽消失時，提供必須更換轉(zhuǎn)子的可 視指示。
除了前述之外，通過減小轉(zhuǎn)子的跳動和厚度變化，改善了本發(fā)明轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)子性能。本發(fā)明轉(zhuǎn)子證實了其性能比未開槽制動片(brake plate )的轉(zhuǎn) 子退化更少。本發(fā)明的槽能夠使得制動片部分相互獨立地變形，由此更好 地適應(yīng)制動〗吏用。
本發(fā)明的特定優(yōu)點是這些槽容易加工，并且能夠借助許多方法添加到 現(xiàn)有設(shè)計中。槽的樣式增強常規(guī)光面轉(zhuǎn)子的美觀，并且非常值得在高性能 交通工具上使用。
根據(jù)本發(fā)明的另一個裝置方面，提供了一種制動轉(zhuǎn)子，該類型的制動 轉(zhuǎn)子具有軸向相對的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和外側(cè)轉(zhuǎn)子面，所述制動轉(zhuǎn)子具有切入轉(zhuǎn) 子面內(nèi)的第一槽和第二槽。第一槽和第二槽各自具有徑向內(nèi)端點和徑向外端點，這些端點界定相對于制動片中心的各個槽的角掃描(angleswe印)， 以及相對于徑向內(nèi)側(cè)切向基準(radially inner tangential reference)的攻角， 所述徑向內(nèi)側(cè)切向基準與其各個徑向內(nèi)端點相交，每一個所述攻角都大致 上處于15。到54。之間的范圍內(nèi)，第一槽和第二槽的各自槽深度小于制動轉(zhuǎn) 子的預(yù)定最大磨損特性。
在本發(fā)明的該另 一個裝置方面的一個實施方式中，制動轉(zhuǎn)子的預(yù)定最 大磨損特性由制動轉(zhuǎn)子的預(yù)定使用年限決定。此外，第一槽和第二槽各自 設(shè)置成具有小于3mm的槽寬度。
在一個實施方式中，第一槽的徑向內(nèi)端點和徑向外端點都位于制動轉(zhuǎn) 子的制動表面上。然而，在另一個實施方式中，第一槽的徑向內(nèi)端點和徑 向外端點中至少 一個位于制動轉(zhuǎn)子的制動表面之外。
根據(jù)本發(fā)明的方法方面，提供了 一種設(shè)計用于制動轉(zhuǎn)子制動表面的槽 的方法。所4是供的方法具有以下步驟
確定Y軸基準線，所述Y軸基準線從制動轉(zhuǎn)子的中心點徑向延伸；
確定X軸基準線，所述X軸基準線從制動轉(zhuǎn)子的中心點徑向延伸，并 且設(shè)置成與Y軸基準線正交；
界定槽在Y軸基準線上的第 一端點；
界定切向基準線，所述切向基準線與槽在Y軸基準線上的第一端點相 交，并且與Y軸基準線正交；
界定槽的第二端點；
確定端點基準線，所述端點基準線由第一端點和第二端點的相交線界 定，并且將在所述端點基準線和切向基準線之間的攻角保持于15。到54。 之間；以及
確定槽的深度特性，該深度特性小于制動轉(zhuǎn)子的預(yù)定最大磨損特性。
在本發(fā)明的方法方面的一個實施方式中，4是供的另一個步驟為確定大 致上呈圓形的槽的截面輪廓特性。這種圓形輪廓將減少制動轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)裂 紋的可能性。在另一個實施方式中，第一端點和第二端點中的至少一個^皮設(shè)置在制 動轉(zhuǎn)子的制動表面外。在這樣的實施方式中，確定端點基準的所述步驟定 義為槽的中心線與制動轉(zhuǎn)子的制動表面的最內(nèi)側(cè)和最外側(cè)圓周中可選擇 的一個圓周相交的點。在一些實施方式中，這些端點^皮設(shè)置在制動轉(zhuǎn)子的 制動表面外。
在又一個實施方式中，提供的另一步驟為確定槽的截面寬度特性，該
截面寬度特性相對于制動轉(zhuǎn)子的制動表面小于或等于3mm。在其它實施方 式中，提供的另一步驟為在制動轉(zhuǎn)子的制動表面上沿直徑方向彼此相對地 設(shè)置第一槽和第二槽。此外，在制動轉(zhuǎn)子具有另一個制動表面的實施方式 中，根據(jù)在此描述的本發(fā)明方法能夠?qū)⒉矍腥胫亮硪粋€制動表面上。
附圖簡述
通過閱讀如下的詳細描述，結(jié)合附圖，有助于理解本發(fā)明，其中


圖1是根據(jù)本發(fā)明的配置有槽的制動轉(zhuǎn)子裝置的平面簡圖表示；
圖2是圖1實施方式的示意性簡圖表示，進一步顯示了制動轉(zhuǎn)子裝置 的兩個制動表面上的槽之間的關(guān)系；
圖3是圖2部分3-3的放大表示；
圖4是顯示槽之間角度關(guān)系的示意性簡圖表示；
圖5是全寬度槽結(jié)構(gòu)的示意性簡圖表示；
圖6a和圖6b分別是基本轉(zhuǎn)子槽幾何形狀的筒化圖示和截面表示；
圖7是條形圖形式的圖示，說明了在前制動轉(zhuǎn)子的撓曲(deflection) /變形測試中的跳動測量；
圖8是條形圖形式的圖示，說明了在后制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試中的 浪包動測量；
圖9a和圖9b分別是由內(nèi)側(cè)制動片和外側(cè)制動片的撓曲/變形測試所產(chǎn) 生的跳動測量數(shù)據(jù)的表格表示；
圖IO是條形圖形式的圖示，說明了在前制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試中 的厚度變化測量；圖11是條形圖形式的圖示，說明了在后制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試中
的厚度變化測量；
圖12是在撓曲/變形測試期間所獲取的厚度變化數(shù)據(jù)的表格表示；
圖13是條形圖形式的圖示，說明了在前制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期 間獲取的制動片到制動片的平行度數(shù)據(jù)；
圖14是條形圖形式的圖示，說明了在后制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期 間獲取的制動片到制動片的平行度數(shù)據(jù)；
圖15是在制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期間獲取的制動片到制動片的平 行度數(shù)值數(shù)據(jù)的表格表示；
圖16是條形圖形式的圖示，說明了在前制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期 間獲取的內(nèi)側(cè)制動表面到內(nèi)側(cè)安裝表面的平行度數(shù)據(jù)；
圖17是條形圖形式的圖示，說明了在后制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期 間獲取的內(nèi)側(cè)制動表面到內(nèi)側(cè)安裝表面的平行度數(shù)據(jù)；
圖18是在后制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期間獲取的內(nèi)側(cè)制動表面到內(nèi) 側(cè)安裝表面的平行度數(shù)據(jù)的表格表示；
圖19是條形圖形式的圖示，說明了噪聲評估測試的結(jié)果；
圖20a和圖20b分別是未達到制動片邊緣就終止的制動表面槽以及穿 過制動片邊緣的制動表面槽的簡化表示；
圖21是說明槽制動片到制動片(slot-brake-plate-to-brake-plate)的方
位的示意性簡圖表示；
圖22是本發(fā)明理想化執(zhí)行方式的槽設(shè)計特性的表格表示；以及 圖23a、圖23b和圖23c是各個槽設(shè)計的示意性簡圖表示。
詳述
圖1是根據(jù)本發(fā)明設(shè)置有槽的制動轉(zhuǎn)子裝置10的平面簡圖表示。如 這張圖所示，制動轉(zhuǎn)子裝置10具有常規(guī)的輪轂區(qū)域12，穿過輪轂區(qū)域12開設(shè)有用于安裝交通工具軸(未顯示)的孔14。輪轂區(qū)域12在其周邊與 轉(zhuǎn)子片16相連^^委，轉(zhuǎn)子片16在其上開有槽18。
每個槽18都具有圓形截面，且半徑大約為5mm。在本發(fā)明的實施中， 槽深度限制為轉(zhuǎn)子制動片的最大磨損量(通常為lmm)。槽圍繞著轉(zhuǎn)子片 16的轉(zhuǎn)子面呈均勻角度間隔開。槽的數(shù)量取決于所需要的摩擦材料重磨量 以及所選擇的加工方法。
圖2是圖1制動轉(zhuǎn)子裝置10的示意性簡圖表示，進一步顯示了制動 轉(zhuǎn)子裝置兩個制動面上的槽之間的關(guān)系。如前所述，槽18和在相對的轉(zhuǎn) 子面上的槽18a(用虛線表示)等角度地間隔開。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選 實施方式中，槽18和槽18a相互偏置足夠遠，以至于在相對的轉(zhuǎn)子面上的 槽沒有交疊。
圖3是圖2部分3-3的》文大表示。如所示，每個槽都具有圓形截面。 在本發(fā)明的一些實施方式中，可借助CNC機器的一組坐標(未顯示)將 槽磨制到轉(zhuǎn)子面內(nèi)。還可以通過控制工具的速度和工件的轉(zhuǎn)動在車床上將 槽切入制動片。可選擇地，可以將槽澆鑄至轉(zhuǎn)子片。
圖4是顯示了制動轉(zhuǎn)子裝置10的槽之間角度關(guān)系的示意性簡圖表示。 在這個實施方式中，各槽的總的角掃描大約在10。到30。之間。在本發(fā)明的 這個具體示例性實施方式中，所示的每個槽都延伸遍及大約10?；〉慕蔷?br> 離。如所示，在本發(fā)明的這個具體示例性實施方式中，槽18和槽18a之間 的角距離大約為9。。因此，在制動轉(zhuǎn)子裝置10的相對轉(zhuǎn)子面上的槽之間 沒有4黃軸位交疊。
圖5是具有根據(jù)本發(fā)明設(shè)置的全寬度槽54的制動轉(zhuǎn)子裝置50的示意 性簡圖表示。如圖中所示，槽54可延伸出制動片(如所示)。在本發(fā)明的 另一些實施方式中，槽延伸未達到轉(zhuǎn)子面邊緣的周邊(如圖1和圖2的實 施方式f斤示)。
下面的信息及數(shù)據(jù)將構(gòu)建本發(fā)明的理想執(zhí)行方式。這些數(shù)據(jù)基于發(fā)明 人所進行的測試，且如在此所描述的，開發(fā)和測試了多種^:計迭代。所提 供的這些設(shè)計迭代支持在此提出的結(jié)論。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明的自適應(yīng)輪廓制動(Adaptive Profile Brake) (APB)是一種在制動轉(zhuǎn)子上開槽的方法，其將使得該制動轉(zhuǎn)子的 性能顯著優(yōu)于沒有開槽的制動轉(zhuǎn)子。根據(jù)這個方法的方面，將一個或多個 槽切入制動轉(zhuǎn)子的制動表面。槽可被設(shè)置成終止于制動片表面，或者超出 制動片表面。對槽基本幾何形狀的如下描述有助于理解其具體特性。
圖6a和圖6b分別是基本轉(zhuǎn)子槽幾何形狀的簡化圖示和截面表示。如 這些圖所示，代表兩種視圖。圖6a的視圖是在每個轉(zhuǎn)子制動片上的槽幾何 形狀的二維表示。圖6b的視圖是截面表示，指示槽寬度和與制動片表面 相距的槽深度。應(yīng)當理解，不應(yīng)把這些槽的表示看作是對可能的槽設(shè)計范 圍的限定，根據(jù)此處的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠構(gòu)造這些可能的槽設(shè)計。
再次參見圖6a，描述了彎曲和直線槽輪廓。在圖6a中所示的兩種視 圖說明了槽幾何形狀的基本要素，并且以與整個下面的描述保持一致的方 式確定了這些基本要素。如下是圖6a的特征要素
X軸:這條基準線表示水平方向，但它只是穿過制動片中心的筆直的 虛構(gòu)線；
Y軸:這條基準線表示圖中的垂直方向，并定義為垂直于X軸，并且 相交于制動片中心；
制動片中心:這個點被定義為在二維視圖中的制動片外徑和內(nèi)徑的中 心，以及在三維視圖中轉(zhuǎn)子的軸線；
槽端點:這些點;陂定義為槽終止的點。因為在本發(fā)明的實施中，利用 工具(未顯示)將槽切入轉(zhuǎn)子內(nèi)，所以端點凈皮i殳置在槽自身的中心線上， 并且位于槽終點處切削工具的中心處，而不是位于槽的物理才及限位置。應(yīng) 當指出，最內(nèi)部的槽端點應(yīng)靠在Y軸上。
槽掃描角度:這表示從一個槽端點到另一個槽端點的角位移；
槽端點直徑:這些是槽端點所駐留的直徑。盡管在圖1中這些直徑所 示為同心的，但本發(fā)明的實施不要求同心。
槽中心線:這是從一個槽端點拉伸到另一個槽端點的虛構(gòu)的基準線。 雖然根據(jù)所期望的槽形狀，典型的中心線可為直線或曲線，但為了適合設(shè) 計，這條虛構(gòu)的中心線應(yīng)當總是為直線；基準線:這相當于一條虛構(gòu)線，其垂直于Y軸，且平行于X軸，并且 穿過最內(nèi)部的槽端點；
攻角:這對應(yīng)于槽中心線和基準線之間的角度；以及
槽深度:這是槽切入轉(zhuǎn)子制動片的深度。這個深度是最大值，并且其 確定與槽的截面結(jié)構(gòu)無關(guān)。
關(guān)于已知的未開槽制動轉(zhuǎn)子設(shè)計及其性能，確定了本發(fā)明的如下特征 和特性。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)子制動系統(tǒng)的第一個顯著優(yōu)勢在于，其有助于制動襯塊的 自清潔。通常，制動片表面上的槽具有當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時將接觸和刮擦制動襯 塊的邊緣。隨著槽的每一次經(jīng)過，這種刮擦動作具有清潔制動襯塊的作用。 因為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)是基本的制動系統(tǒng)功能，所以當系統(tǒng)運行并且運用制動時， 清潔動作一直進行。
此外，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子制動系統(tǒng)有助于磨損的目測，而無需拆卸系統(tǒng)。 在所有的轉(zhuǎn)子設(shè)計中，存在著制動片厚度的臨界磨損標準。通常，此臨界 磨損為每個制動片lmm (對于總的制動片到制動片的厚度為2mm)。雖然 各種深度的槽都能起作用，但是當轉(zhuǎn)子完全磨損時，具有深度等于或小于 臨界磨損深度的槽將從轉(zhuǎn)子表面上消失。因為槽是制動片上相當顯著的特 征，所以由目測可以很明顯地看出(無需移開單個部件)，槽已經(jīng)消失， 且因此這時轉(zhuǎn)子已經(jīng)磨損到其功能性壽命的終點。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)子制動系統(tǒng)的又一個優(yōu)點是，轉(zhuǎn)子能夠容易地安裝在現(xiàn)有 制動系統(tǒng)上。如此處所述，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子制動系統(tǒng)包括在轉(zhuǎn)子制動片上的 一個或多個槽。由于槽不會對制動片添加材料，且根據(jù)本發(fā)明的原理，這 些槽也不要求轉(zhuǎn)子任意其它部分的結(jié)構(gòu)變化以便運行，所以容易將本發(fā)明 的轉(zhuǎn)子制動系統(tǒng)的開槽轉(zhuǎn)子提供給現(xiàn)有的制動系統(tǒng)。此外，由于本發(fā)明的 執(zhí)行方式改善了轉(zhuǎn)子的性能，所以本發(fā)明的轉(zhuǎn)子制動系統(tǒng)的增強性能不會 對轉(zhuǎn)子與現(xiàn)有制動系統(tǒng)或其部件的兼容性產(chǎn)生負面影響。
應(yīng)指出，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子制動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子具有^L覺吸引力，并且可用來 增強其所安裝的交通工具的外觀。根據(jù)交叉開孔轉(zhuǎn)子(cross-drilledrotor)關(guān)于其視覺吸引力的成功，以及已經(jīng)進行的關(guān)于制造廠商的概念及展示交 通工具的已知市場研究，開槽制動轉(zhuǎn)子能增強交通工具的視覺效果，且是 獨特的、有趣的以及令人滿意的。
本發(fā)明的轉(zhuǎn)子制動系統(tǒng)的另 一個優(yōu)點和顯著特征是，制動轉(zhuǎn)子將減小 跳動和伴隨使用的厚度變化。此處，由發(fā)明人在此對本發(fā)明的轉(zhuǎn)子制動系 統(tǒng)進行的測試顯示出在各種槽設(shè)計的跳動和厚度變化性能上的巨大差異。 由于撓曲/變形測試提供在使用期間轉(zhuǎn)子變形的最佳指示，所以如此處所寺艮 告的，進行這種測試來確定開槽和未開槽轉(zhuǎn)子的性能。下文詳細描述的所 有圖示包括在每個條形圖上的條狀標記，指示在測試中的零件的預(yù)測試情 況。這提供了對轉(zhuǎn)子性能更為全面的觀察。
圖7是條形圖形式的圖示，說明了在前制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試中的 跳動測量。圖中所示的數(shù)據(jù)比較了在撓曲/變形測試中各種前轉(zhuǎn)子的跳動性 能。圖8是條形圖形式的圖示，說明了在后制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試中的 跳動測量，利用了相同的撓曲/變形測試。
圖7中，在每列末端處所包括的條形圖是指測試前的跳動等級。對于 未開槽轉(zhuǎn)子，這個條位于每列的底部，指示在測試期間轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了比其開 始時更多的跳動。對于記為"C"(也就是，"APBv2")的開槽轉(zhuǎn)子，柱形 通常小于那些未開槽轉(zhuǎn)子的柱形，表示這兩種開槽轉(zhuǎn)子在測試期間出現(xiàn)較 少的跳動。在一些測量位置，條形出現(xiàn)在列的頂部，這表示這兩種開槽轉(zhuǎn) 子在測試之后的跳動確實小于它們測試之前的跳動。這個特征是本發(fā)明 APB的核心，因為當轉(zhuǎn)子制動片適當?shù)亻_槽時，其將適應(yīng)于在轉(zhuǎn)子使用壽 命期間內(nèi)的磨損狀況，而不是簡單地變形。
還應(yīng)當指出，測試了另外兩個槽設(shè)計"E"和"F，，(分別記為APBv4 和APBv5),并且這些轉(zhuǎn)子都顯示出更為糟糕的跳動特征。這表示在槽的 設(shè)計中存在著明確具體的特征，其能夠控制或消除制動片自適應(yīng)性的益 處。
參見圖8，觀察到與圖7中大體上相同的趨勢。然而，應(yīng)指出，APBv2 ("C")設(shè)計幾乎沒有顯示出在跳動上的巨大變化，而產(chǎn)品("D，，)設(shè)計則 有很大程度的變化。還應(yīng)當指出，APBv4 ( "E")和APBv5 ( "F")設(shè)計大部分是與APBv2 ("C")和產(chǎn)品("D")進行比較。同時，雖然在一些實 例中也可見到未開槽轉(zhuǎn)子的性能與開槽轉(zhuǎn)子設(shè)計的性能非常接近，但是后 轉(zhuǎn)子經(jīng)歷較輕的工作循環(huán)，因此很少指示真實的性能增量。然而，即使包 括這些警告，當與未開槽轉(zhuǎn)子相比較時，適當開槽的轉(zhuǎn)子在性能上還是有 顯著且巨大的提高。
圖9a和圖9b分別是由內(nèi)側(cè)和外側(cè)制動片的撓曲/變形測試所產(chǎn)生的跳 動測量數(shù)據(jù)的表格表示。這些圖中所代表的數(shù)值數(shù)據(jù)對應(yīng)于圖7、圖8中 所示的條形圖。
跳動不是轉(zhuǎn)子變形特征的唯一量度。轉(zhuǎn)子厚度變化也同樣關(guān)鍵，并且 必須檢測。圖IO是條形圖形式的圖示，說明了在前制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形 測試中的厚度變化測量。圖ll是條形圖形式的圖示，說明了在后制動轉(zhuǎn)子 的撓曲/變形測試中的厚度變化測量；以及圖12是在撓曲/變形測試期間所 獲取厚度變化數(shù)據(jù)的表格表示。圖10、圖11和圖12表示在上面所提及的 撓曲/變形測試期間的厚度變化測量結(jié)果。
圖10中最為突出的是所有未開槽例子的厚度變化在撓曲/變形測試期 間增加，而開槽轉(zhuǎn)子顯示出在相同的測試后大大減少了厚度變化或甚至是 厚度變化上的減少。同樣著重指出，每一個開槽轉(zhuǎn)子的性能并不相同，這 表明需要正確的槽設(shè)計來實現(xiàn)最大的益處。這些槽的設(shè)計將在下面提出。
圖11說明了后轉(zhuǎn)子的相同測試，且在很大程度上顯示出開槽轉(zhuǎn)子的相 同趨勢的性能提升。多個不一致的數(shù)據(jù)部分，例如APBv5 ("F")設(shè)計表 示在一個測量位置處更大的厚度變化，但是根據(jù)在其它地方(以及甚至是 在這張圖的相同圖形上的其它位置處)此轉(zhuǎn)子的性能，這個讀數(shù)是由于外 部因素，而非槽設(shè)計自身。跳動性能最好的兩種設(shè)計APBv2 ("C")和產(chǎn) 品("D")同樣在此處表現(xiàn)最佳。因此，得出的結(jié)論是，具有理想的槽結(jié) 構(gòu)的轉(zhuǎn)子將比未開槽轉(zhuǎn)子性能更好。
圖12以表格形式提供了對應(yīng)于圖IO和圖11中的條形圖的數(shù)值數(shù)據(jù)。 正如這些數(shù)據(jù)所示，設(shè)計將大大改善在正常4吏用期間在每個制動轉(zhuǎn)子上出 現(xiàn)的跳動和厚度變化的開槽轉(zhuǎn)子是可能的。這些數(shù)據(jù)還表示，根據(jù)具體的 槽結(jié)構(gòu)，可能具有各種性能，且由于這個緣故，基于此處所測試的槽設(shè)計， 要求理想的執(zhí)行方式，并且將在此文的結(jié)論處提出。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子制動系統(tǒng)的另一個有利特征是，開槽轉(zhuǎn)子在正常使用期 間將減少不均勻制動特性。不均勻制動特性描述為針對制動系統(tǒng)的影響轉(zhuǎn) 子性能的特性，不像厚度變化和跳動，雖然都影響系統(tǒng)的性能，但它們是 轉(zhuǎn)子變形的實際量度。
用來測量不均勻制動特性影響的 一種特征是內(nèi)側(cè)制動表面平行度對 外側(cè)制動表面平行度的測量。這一測量反映每個制動片相互平行的程度。 這直接影響轉(zhuǎn)子相對制動襯塊自身的方位。應(yīng)當指出，這個平行度是關(guān)鍵 的，并且應(yīng)當受控于每個制動轉(zhuǎn)子。下面的圖將詳述同樣來自撓曲/變形測 試的這些平行度結(jié)果。
圖13是條形圖形式的圖示，說明了在前制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期 間所獲取的制動片到制動片的平^f亍度數(shù)據(jù)。此圖的圖形表示所測試的四種 槽的設(shè)計(C、 D、 E和F)，其中三種(C、 D和F)的性能要優(yōu)于未開槽 轉(zhuǎn)子。所有這三個開槽轉(zhuǎn)子或出現(xiàn)更少的不平行度增量，或從測試開始到 結(jié)束其不平行度確實在下降(這種情況在未開槽轉(zhuǎn)子中還未見到)。APBv4 ("E")轉(zhuǎn)子的糟糕性能證實了正確的槽設(shè)計能控制制動片之間的平行度。
圖14是條形圖形式的圖示，說明了在后制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期 間所獲取的制動片到制動片的平行度數(shù)據(jù)。這個圖著重強調(diào)了開槽轉(zhuǎn)子的 性能提高。兩種未開槽轉(zhuǎn)子顯示出從測試開始到結(jié)束期間其平行度增量上 的極大增加。開槽轉(zhuǎn)子APBv2 ("C，，)和產(chǎn)品("D")也顯示出在制動片 平行度上的極大變化，但是在整個測試的過程中，對于這兩種槽的設(shè)計， 平行度確實顯著減少。根據(jù)APBv4 ( "E")和APBv5 ( "F，，)設(shè)計再一次 證實了不正確的槽設(shè)計能消除可能得到的性能優(yōu)勢。
圖15是在制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期間所獲取的制動片到制動片的 平行度數(shù)值數(shù)據(jù)的表格表示。圖中的數(shù)據(jù)是對應(yīng)于圖13和圖14中圖形表 示的數(shù)值數(shù)據(jù)，并且支持這些圖表中所觀測到的趨勢。
用于測量轉(zhuǎn)子對制動系統(tǒng)的影響的另 一個特征是內(nèi)側(cè)制動表面平行 度對內(nèi)側(cè)安裝表面平行度。這決定了制動片相對于轉(zhuǎn)子安裝面的方位，并 由此確定了與制動系統(tǒng)本身的接觸面。圖16是條形圖形式的圖示，說明了在前制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期 間所獲取的內(nèi)側(cè)制動表面到內(nèi)側(cè)安裝表面的平行度數(shù)據(jù)。該圖說明了基于 撓曲/變形測試的前轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)制動表面與內(nèi)側(cè)安裝表面的平行度。這個圖 清楚地顯示了未開槽零件之間的顯著差異，但在測試期間所有情況下都出 現(xiàn)了不平行度的正向增長，并且對于一種轉(zhuǎn)子(E),其不平行度一直嚴重。
對于開槽轉(zhuǎn)子，再一次明顯的是，不正確設(shè)計的開槽轉(zhuǎn)子可表現(xiàn)出的 性能甚至要差于未開槽轉(zhuǎn)子。然而，另外明顯的，正確設(shè)計的轉(zhuǎn)子的性能
將大大優(yōu)于未開槽轉(zhuǎn)子。更具體地說，可見到APBv2 ( "C，，)和產(chǎn)品("D") 轉(zhuǎn)子從測試開始到結(jié)束期間或不平行度增長最小，或不平行度消失。這清 楚地表明，轉(zhuǎn)子實際上適應(yīng)了其在正常使用期間所經(jīng)歷的變形。
圖17是條形圖形式的圖示，說明了在后制動轉(zhuǎn)子的撓曲/變形測試期 間所獲取的內(nèi)側(cè)制動表面到內(nèi)側(cè)安裝表面的平行度數(shù)據(jù)。該圖說明了在撓 曲/變形測試期間的后制動轉(zhuǎn)子的制動片到安裝表面的平行度。在這個圖中 顯示，雖然未開槽轉(zhuǎn)子之間再次存在差異，但是它們?nèi)匀槐硎境鲭S著測試 的進行而不平行度增加的特性。
在圖17中，當與圖16相比較時，顯示出開槽設(shè)計之間的巨大差異， 但是也可見到利用正確設(shè)計的槽，此處所公開的本發(fā)明顯著地減少平行度 數(shù)值。應(yīng)當指出，雖然所有經(jīng)測試的轉(zhuǎn)子都處于可接受的性能范圍內(nèi)，但 是將平行度降低到APBv2 ( "C，，)設(shè)計所顯示的等級將使轉(zhuǎn)子經(jīng)歷較重的 工作循環(huán)，并且使轉(zhuǎn)子在其整個使用壽命期間運行更好。
內(nèi)側(cè)安裝表面的平行度數(shù)據(jù)的表格表示。該圖所示數(shù)值數(shù)據(jù)來自于圖16 和圖17的圖表。
在系統(tǒng)等級上測量的轉(zhuǎn)子性能的又一個特征是噪聲和/或振動。利用實 驗室測試難以捕獲這種量度，并且即使在實驗室中發(fā)現(xiàn)了問題，幾乎也不 可能對應(yīng)于"真實的世界"，即對應(yīng)于交通工具性能。由于這些困難，所 以為了實現(xiàn)本發(fā)明的不產(chǎn)生振動或噪聲的理想執(zhí)行方式，進行了交通工具 測試。圖19是條形圖形式的圖示，說明了噪聲評估測試的結(jié)果。該圖表示 了 1000英里交通工具測試的結(jié)果，所進行的測試評估了關(guān)于振動和噪聲 的不同槽的設(shè)計。根據(jù)這個圖可知，能夠針對變形設(shè)計出運行很好的槽， 但從實際交通工具的振動和/或噪聲觀點看其運行很糟。相反地，對于變形 來，說運行很差的一些轉(zhuǎn)子能夠在噪聲和振動方面做得很好。產(chǎn)品的設(shè)計 說明了在變形性能和交通工具性能兩者之間可能要實現(xiàn)兼顧，并且要考慮 到在本發(fā)明的理想化執(zhí)行方式中這種兼顧是有效的。
盡管本發(fā)明的特征是切入制動轉(zhuǎn)子的制動表面的 一個或多個槽，但是 從上文可知，對于在具體特征內(nèi)設(shè)計的槽存在不同的性能優(yōu)勢。下面將建 立可確保開槽轉(zhuǎn)子的最佳性能的標準，而同時允許可能的其它結(jié)構(gòu)，且根 據(jù)具體的應(yīng)用，其它結(jié)構(gòu)甚至可能是理想的。理想化執(zhí)行方式還允許可存 在具體到某種應(yīng)用的其它約束，這種應(yīng)用可能會對槽的設(shè)計施加其它限 制，并且進一步理解到，這種附加的約束太多以至于無法在此處列舉。
圖20a和圖20b分別是未達到制動片邊緣就終止的制動表面槽的筒化 表示，以及穿過制動片邊緣的制動表面槽的簡化表示。圖21是說明槽制 動片到制動片的方位的示意性簡化圖示。圖la、圖lb、圖20a、圖20b和 圖21描述了槽的基本特征，根據(jù)本發(fā)明，需要這些基本特征來定義理想 化的執(zhí)行方式?；谒鶞y試的設(shè)計和上文提供的結(jié)果，如下面所描述的， 與上面概述的權(quán)利要求相一致的槽設(shè)計的理想化執(zhí)行方式概述于圖22中。
圖22是本發(fā)明理想化執(zhí)行方式的槽設(shè)計特性的表格表示。槽設(shè)計的 關(guān)鍵特征中最重要的是攻角。必須指出，如果不能確實地觀察到如圖la 所界定的已定義的槽"中心線"，那么在彎曲部分和槽端點上的稍微變化 都可能決定性地改變攻角。
如圖22的表格數(shù)據(jù)所表示的，并不認為槽的彎曲和形狀對制動轉(zhuǎn)子 的性能有著顯著的影響。然而，槽深度應(yīng)當保持等于或小于預(yù)定的最大轉(zhuǎn) 子磨損。槽寬度應(yīng)當?shù)扔诨蛐∮?mm，而攻角應(yīng)當在15。到54。之間的范 圍內(nèi)。通過確保槽的底部呈圓形來減少制動轉(zhuǎn)子裂紋的可能性，大體上如 圖6b所示。槽端點，如圖6a所界定的，可處于或不處于制動轉(zhuǎn)子的表面。應(yīng)當指出，轉(zhuǎn)子特性和所有性能的關(guān)鍵在于控制轉(zhuǎn)子開槽的靈敏度。 如果轉(zhuǎn)子表現(xiàn)出變形、振動或噪聲的傾向，那么開槽可有助于控制這種行 為，但是轉(zhuǎn)子也可能顯示在一定程度上的這些特性，即增加槽并不能獲得
期望的結(jié)果。而且，還存在著必須或期望偏離圖22所概述的理想執(zhí)行方
式的應(yīng)用。根據(jù)本文的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠識別這些應(yīng)用，并且確 定本發(fā)明原理的應(yīng)用能夠獲得可接受結(jié)果的把握。
圖23a、圖23b和圖23c是各個槽設(shè)計的示意性簡化圖示。這些圖表 示槽設(shè)計的實例。然而，這些實例并不構(gòu)成窮舉指南，因為它們不是用來 顯示包含在本發(fā)明范圍內(nèi)的每一種可能結(jié)構(gòu)。
圖23a說明了其中槽是直線的一種槽的設(shè)計。另外，所示的兩個制動 表面的槽相互間隔。槽端點都位于預(yù)定的圓周上，如上文結(jié)合圖la所描述 的。
圖23b說明在制動表面上的彎曲槽。所示的這些槽整體地保持于制動 表面內(nèi)。另一方面，圖23c的槽延伸出制動表面的周邊界限。
盡管根據(jù)具體實施方式
和應(yīng)用描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可依 據(jù)文中教導(dǎo)產(chǎn)生其它的實施方式，而不會超出范圍或偏離此處所描述和聲 明的本發(fā)明的精神。因此，應(yīng)當理解，在此公開內(nèi)容中所提供的附圖和描 述有助于理解本發(fā)明，而不應(yīng)理解為對其范圍的限制。
權(quán)利要求
1. 一種制動轉(zhuǎn)子，其具有軸向相對的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和外側(cè)轉(zhuǎn)子面，所述制動轉(zhuǎn)子包括切入所述外側(cè)轉(zhuǎn)子面的至少第一槽和第二槽，所述第一槽具有關(guān)于所述制動轉(zhuǎn)子的預(yù)定使用年限確定的深度特性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動轉(zhuǎn)子，其中所述第一槽的尺寸制定成 使得能夠?qū)ζ溥M行目視^r查。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動轉(zhuǎn)子，其中還設(shè)置有切入所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn) 子面的至少第 一槽和第二槽，切入所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面的第 一槽和第二槽分布 在所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面上，以防止與切入所述外側(cè)轉(zhuǎn)子面的第一槽和第二槽才黃 軸4立干涉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制動轉(zhuǎn)子，其中設(shè)置有切入所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子 面和所述外側(cè)轉(zhuǎn)子面的相同數(shù)目的多個槽，且所述槽等角度地分布在第一 轉(zhuǎn)子面和第二轉(zhuǎn)子面上，以防止在切入各自內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和外側(cè)轉(zhuǎn)子面的所 述槽之間橫軸位干涉，用以界定各個轉(zhuǎn)子部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制動轉(zhuǎn)子，其中所述各個轉(zhuǎn)子部分按角度 地限定成響應(yīng)于使用制動而相互獨立地變形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制動轉(zhuǎn)子，其中切入所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和所 述外側(cè)轉(zhuǎn)子面的所述多個槽全都具有相同的深度，所述深度關(guān)于所述制動 轉(zhuǎn)子的預(yù)定使用年限確定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制動轉(zhuǎn)子，其中切入所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和所 述外側(cè)轉(zhuǎn)子面的所述多個槽中的每一個槽都具有細長的弓形結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制動轉(zhuǎn)子，其中切入所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和所 述外側(cè)轉(zhuǎn)子面的所述多個槽中的每一個槽都具有徑向確定的截面結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制動轉(zhuǎn)子，其中切入所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和所 述外側(cè)轉(zhuǎn)子面的所述多個槽中的每一個槽的深度都被確定為影響所述制 動轉(zhuǎn)子的平衡。
10. —種制動轉(zhuǎn)子，其具有軸向相對的內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子面和外側(cè)轉(zhuǎn)子面，所 述制動轉(zhuǎn)子包括切入所述轉(zhuǎn)子面中的至少 一個轉(zhuǎn)子面的第 一槽和第二槽， 所述第一槽和第二槽各自具有徑向內(nèi)端點和徑向外端點，這些端點界定相 對于制動片中心的各個槽角掃描，以及相對于徑向內(nèi)側(cè)切向基準的攻角， 所述徑向內(nèi)側(cè)切向基準與其各個徑向內(nèi)端點相交，每一個攻角都大致上處于15°到54。之間的范圍內(nèi)，所述第一槽和第二槽的各自槽深度小于所述制 動轉(zhuǎn)子的預(yù)定最大磨損特性。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制動轉(zhuǎn)子，其中所述制動轉(zhuǎn)子的預(yù)定最大 磨損特性關(guān)于所述制動轉(zhuǎn)子的預(yù)定使用年限確定。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制動轉(zhuǎn)子，其中所述第一槽和第二槽各 自的槽寬度都小于3mm。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制動轉(zhuǎn)子，其中所述第一槽的徑向內(nèi)端 點和徑向外端點都位于所述制動轉(zhuǎn)子的制動表面上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的制動轉(zhuǎn)子，其中所述第一槽的徑向內(nèi)端 點和徑向外端點中的至少一個位于所述制動轉(zhuǎn)子的制動表面之外。
15. —種設(shè)計用于制動轉(zhuǎn)子制動表面的槽的方法，所述方法包括以下 步驟確定Y軸基準線，所述Y軸基準線從所述制動轉(zhuǎn)子的中心點徑向延伸；確定X軸基準線，所述X軸基準線從所述制動轉(zhuǎn)子的中心點徑向延伸， 并且設(shè)置成與所述Y軸基準線正交；界定所述槽在所述Y軸基準線上的第一端點；界定切向基準線，所述切向基準線與所述槽在所述Y軸基準線上的所 述第一端點相交，并且與所述Y軸基準線正交；界定所述槽的第二端點；確定端點基準線，所述端點基準線由所述第一端點和第二端點的相交 線界定，并且將所述端點基準線和所述切向基準線之間的攻角保持于15。 到54。之間的范圍內(nèi)；以及確定所述槽的深度特性，該深度特性小于所述制動轉(zhuǎn)子的預(yù)定最大磨 損特性。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中還提供的步驟為確定所述槽 的截面輪廓，其大致上呈圓形。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第一端點和第二端點中 的至少一個被設(shè)置在所述制動轉(zhuǎn)子的制動表面外，并且確定端點基準線的 所述步驟由所述槽的中心線與所述制動轉(zhuǎn)子的制動表面的最內(nèi)側(cè)和最外 側(cè)圓周中可選擇的一個圓周相交的點界定。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中還提供的步驟為確定所述槽 的截面寬度特性，其相對于所述制動轉(zhuǎn)子的制動表面小于或等于3mm。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中提供的另一個步驟為在所述 制動轉(zhuǎn)子的制動表面上沿直徑方向彼此相對地設(shè)置第 一槽和第二槽。
20. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述制動轉(zhuǎn)子具有另一個制 動表面，且提供的另一個步驟為設(shè)計用于所述制動轉(zhuǎn)子的另一個制動表面 的槽。
全文摘要
一種用于交通工具制動系統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)子配備有多個槽，這些槽被加工到通氣或?qū)嵭闹苿愚D(zhuǎn)子的制動片內(nèi)。槽具有圓形截面，并且限制其深度，使之與轉(zhuǎn)子的磨損極限相對應(yīng)。槽可以被定向成多種多樣的構(gòu)型，并且優(yōu)選彎曲的，且分布在轉(zhuǎn)子表面上，以至于不會在內(nèi)側(cè)制動片和外側(cè)制動片之間橫軸位交疊。槽有助于制動襯塊的清潔，并提供轉(zhuǎn)子磨損的指示。
文檔編號F16D65/12GK101432544SQ200780015734
公開日2009年5月13日 申請日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者艾倫·保羅·布亞克 申請人:瑞錫尼弗萊諾斯可變資本股份公司