本申請要求于2015年4月15日提交的英國專利申請?zhí)?506523.8的優(yōu)先權，該申請以引用的方式全文并入本文。

技術領域

本實用新型涉及用于車輛的制動盤。

背景技術：

車輛的制動盤包括隨著車輛的接地車輪旋轉(zhuǎn)并且由卡鉗致動的制動襯片夾緊以在需要時使車輛減速的摩擦環(huán)。該摩擦環(huán)必須能夠抵受來自制動襯片的磨損以及制動產(chǎn)成的熱量。由于這些原因，摩擦環(huán)通常由鑄鐵制成。

然而，眾所周知，鑄鐵對于跑車而言屬于相對較重的材料：例如，鑄鐵是鋁的大約2.5倍重。因此，為了總體上降低制動盤的重量，摩擦環(huán)由更輕的材料(例如，鋁或鋁合金)形成的合頭所承載。所述合頭，有時被稱為“頂帽(top hat)”，在使用中與接地輪或車輪的輪軸相連接。

這種所謂的“復合”形式的結(jié)構(不應與可能使用纖維增強的塑料材料混淆)與摩擦環(huán)和合頭由相同材料一體成型的一體形式形成了鮮明的對比，這是因為該“復合”形式的結(jié)構在合頭與摩擦環(huán)之間需要在制動(以及加速度)時抵抗旋轉(zhuǎn)力和轉(zhuǎn)彎時抵抗橫向力的連接。現(xiàn)有技術已提出了各種類型的這種連接。

例如，鑄鐵摩擦環(huán)可與輕得多的鑄造輕型鋁或者深拉薄鋼板制動盤合頭相連。摩擦環(huán)上的栓接合在合頭內(nèi)的關聯(lián)凹槽內(nèi)以傳輸旋轉(zhuǎn)力，并通過卡環(huán)固定此接合以抵抗橫向(軸向)力，但是仍推薦額外的螺釘連接。

然而，卡環(huán)和螺釘連接必然會增加這種結(jié)構的復雜性。一種更簡單的結(jié)構是將合頭鑄造在在摩擦環(huán)上，由此摩擦環(huán)和合頭上便形成了在摩擦環(huán)的平面內(nèi)互相嵌入的城堡形結(jié)構。該城堡形結(jié)構可額外形成可增大合頭與摩擦環(huán)之間連接強度的斜面和階梯。

技術實現(xiàn)要素：

一方面，本實用新型提供了一種車輛制動盤，該制動盤包括：

合頭，其可固定至車輛的車輪或輪軸以圍繞一軸線隨車輪或者輪軸旋轉(zhuǎn)；以及

制動元件，其包括具有內(nèi)半徑和外半徑的環(huán)形摩擦環(huán)，以及軸向延伸的具有內(nèi)表面和外表面的空心圓柱形凸緣；其中：

所述合頭由第一材料形成并且摩擦環(huán)由第二材料形成，并且第一材料具有比第二材料更低的密度、更低的熔點以及更高的線性熱膨脹系數(shù)；并且

所述合頭為一在所述凸緣的內(nèi)表面和外表面上延伸的鑄件。

優(yōu)選地，所述第一材料包括鐵或其合金。

優(yōu)選地，所述第二材料包括鋁或其合金。

優(yōu)選地，所述摩擦環(huán)和凸緣為一體成型的鑄件。

優(yōu)選地，所述凸緣包括一個或多個徑向向外延伸的小塊，所述小塊被封在所述合頭的鑄件內(nèi)。

優(yōu)選地，所述合頭進一步延伸穿過所述摩擦環(huán)的內(nèi)半徑并徑向朝外延伸。

優(yōu)選地，所述凸緣具有一個或多個徑向延伸穿過所述凸緣的孔，所述孔內(nèi)填充有第一材料。

優(yōu)選地，其中，所述凸緣具有一個或多個徑向延伸部分穿過所述凸緣的凹槽，所述凹槽內(nèi)填充有第一材料。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的制動盤101；

圖2A為現(xiàn)有技術制動盤101的側(cè)視圖；

圖2B為現(xiàn)有技術制動盤101的垂直橫截面；

圖3為現(xiàn)有技術制動盤101的在圖2A中沿W-W截取的橫截面；

圖4示出了根據(jù)本實用新型的制動盤401；

圖5A為制動盤401的側(cè)視圖；

圖5B為制動盤401的垂直橫截面；

圖6為制動盤401的在圖5A中沿X-X截取的橫截面；

圖7為還包括圓周通道701的制動盤401的垂直橫截面；

圖8為還包括穿過制動元件402并軸向朝外延伸的合頭鑄件801的制動盤401的垂直橫截面；

圖9為還包括徑向延伸的小塊901和902的制動盤401的垂直橫截面；

圖10為示出徑向延伸的小塊901和902的沿圖9的Y-Y截取的橫截面；

圖11為還包括孔1101和1102的制動盤401的垂直橫截面；

圖12為示出孔1101和1102的在圖11的Z-Z上的橫截面。

具體實施方式

圖1

圖1至圖4示出了根據(jù)現(xiàn)有技術的制動盤101。

制動盤101包括由鑄鐵制成的摩擦環(huán)102和由鑄鋁合金制成的合頭103，用于連接至車輛的車輪或輪軸(未顯示)。摩擦環(huán)102具有圍繞軸線A的環(huán)形形狀，在安裝到車輛中時，該軸線就是車輪或輪軸的旋轉(zhuǎn)軸線。

圖2A&2B

圖2A示出了制動盤101的側(cè)視圖，而圖2B則示出了制動盤101穿過其軸線A的垂直橫截面。

制動盤101具有由摩擦環(huán)102限定的內(nèi)半徑201以及由合頭103限定的外半徑202。合頭103鑄造在摩擦環(huán)102上，并且具有徑向延伸的凸緣203，凸緣203在摩擦環(huán)102的水平內(nèi)緣上鑄造。

圖3

圖3示出了制動盤101沿著圖2A中標識的線W-W截取的剖視圖。

如圖3所示，摩擦環(huán)102形成有指向內(nèi)部的城堡形結(jié)構301、302、303、304、305、306、307、308和309，在鑄造合頭103時，在這些城堡形結(jié)構之間具有由鋁合金填充的空間。需要理解的是，為了簡化說明，在圖3中僅僅示出了一些城堡形結(jié)構301-309，實際上，可具有更多的城堡形結(jié)構。

圖4

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的制動盤401，在此實施例中，制動盤為安裝到客運車輛中的固體盤式制動器。然而，本領域的技術人員可理解的是，本發(fā)明的原理可擴展到針對高性能應用的通風盤式制動器。

制動盤401具有圍繞軸線B(車輪或輪軸的旋轉(zhuǎn)軸線，未示出，與制動盤101一樣)呈環(huán)形的制動元件402，以及合頭403。

圖5A&5B

圖5A示出了制動盤401的端視圖，圖5B示出了穿過其軸線B的橫截面。具體而言，示出了參考圖1至圖4描述的本發(fā)明與現(xiàn)有技術制動盤101之間的差異。

制動元件402包括圍繞軸線B呈環(huán)形的摩擦環(huán)501。摩擦環(huán)501在內(nèi)半徑503和外半徑504之間的平面內(nèi)徑向延伸。制動元件進一步包括從摩擦環(huán)501軸向(即，與其平面正交地)延伸的空心圓柱形凸緣502。摩擦環(huán)501的內(nèi)半徑503與空心圓柱形凸緣502的內(nèi)表面相連。

合頭403在凸緣502的內(nèi)表面和外表面之上軸向延伸。即，合頭403與凸緣502的徑向相對的表面接合，從而在合頭403與制動元件402之間形成連接。

應注意的是，由于需要足夠離開摩擦環(huán)102以便為制動襯片(未顯示)留出空間，現(xiàn)有技術制動盤101的徑向凸緣203必然在面積上受限。這反過來限制了現(xiàn)有技術合頭103與現(xiàn)有技術摩擦環(huán)102之間的鑄造接合的強度。相比之下，在本發(fā)明的制動盤401中，合頭403鑄造在軸向延伸的凸緣502上，這在面積上沒有這種限制。因此，與現(xiàn)有技術制動盤101相比，根據(jù)本發(fā)明的制動盤401的強度大大提高。

再次參見圖5A，制動盤401的合頭403由第一材料形成，并且制動元件402由第二材料形成。在本實施方案中，適當?shù)剡x擇第一材料，以使第一材料相對于第二材料具有更低的密度、更低的熔點以及更高的線性熱膨脹系數(shù)。

在一個實施方案中，第一材料是鐵或其合金，并以滿足以上性能要求為條件選擇第二材料。在另一個實施方案中，第二材料是鋁或其合金，并以滿足以上性能要求為條件選擇第一材料。在一個特定的實施方案中，第一材料是鐵或其合金，而第二材料是鋁或其合金。

實際上，在根據(jù)以上約束條件選擇第一和第二材料之后，首先通過使用所選擇的第二材料預先制成制動元件402來制造本發(fā)明的制動盤401。在本實施方案中，這通過鑄造制動元件402實現(xiàn)，以便一體成型摩擦環(huán)501和凸緣502。然后，可對制動元件402進行加工。替代地，通過以已知方式將單獨鑄造的摩擦環(huán)501和凸緣502耦合在一起，可制成制動元件402。

然后，將制動元件402置于具有用于凸緣502的空腔的模具內(nèi)。然后，通過將熔融的第一材料傳送到空腔內(nèi)將合頭403鑄造在凸緣上，以填充凸緣并且與凸緣接合。然后，允許合頭403在模具內(nèi)冷卻和凝固?？蛇x地，在第一材料到達之前，可對制動元件402進行加熱以改進材料之間的接合面，并且減少因添加熔融的第二材料而造成的任何熱沖擊。

本領域的技術人員將理解，將合頭403鑄造在凸緣502上之后，在將包括合頭403的制動盤401加上制動元件402在安裝至車輛之前，可將其作為整體進一步對其進行加工。

選擇密度低于第二材料的第一材料的作用是減少制動盤401的總重量，從而幫助減少簧下重量，提高車輛性能和燃油經(jīng)濟性。

選擇熔點低于第二材料的第一材料的作用是允許將其鑄造在預成型的制動元件402上。

選擇線性熱膨脹系數(shù)高于第二材料的第一材料的作用是在合頭403與制動元件402之間提供更好的(并且受到更好保護的)接合。本領域的技術人員要理解的是，當存在電解質(zhì)時，電極電位不同的兩種材料之間的接合面上容易發(fā)生電化學腐蝕，例如，當在灰鑄鐵上鑄造鋁合金時容易發(fā)生這種情況。

在本發(fā)明中，合頭403的第二材料特別選擇為具有比制動元件402的第二材料更高的線性熱膨脹系數(shù)。因此，在制造期間，在鑄造之后冷卻時，合頭403比凸緣502縮小更多。與合頭403延伸覆蓋凸緣502的外表面和內(nèi)表面的設置相結(jié)合，使得合頭403與凸緣502之間能形成更緊的接合。

這不僅形成了可以經(jīng)受更大軸向力的更牢固的連接，而且在第一材料與第二材料之間形成了更好地受保護以免水分進入的接合面，而水分在這可以用作電解質(zhì)并引起電化學腐蝕。

相比之下，現(xiàn)有技術的合頭103在鑄造之后的主要收縮將遠離摩擦環(huán)102的內(nèi)半徑503。這可造成現(xiàn)有技術合頭103與現(xiàn)有技術摩擦環(huán)102之間的連接弱化，因此，在使用期間帶來水分滲透和電化學腐蝕的更大風險。

圖6

圖6示出了沿著圖5A中標識的線X-X截取的制動盤401的剖視圖。

如圖6所示，在本實施方案中，凸緣502上形成有包封在在合頭403的鑄件內(nèi)的軸向指向的城堡形結(jié)構601、602、603、604、605、606、607和608。需要理解的是，為了簡化說明，在圖6中僅僅示出了數(shù)個城堡形結(jié)構601-608，實際上，可具有更多的城堡形結(jié)構。

圖7

可在制動盤401上設置各種額外的特征件，以提高制動盤的總體性能，并且還可改善制動元件402與合頭403之間的接合面。

首先，圖7示出了制動盤401的一個實施方案，其中，在摩擦環(huán)501與凸緣502的連接處設置有一圓周通道701。圓周通道701包含的區(qū)域得以示出，其用于減少錐體化(coning)，該錐體化是摩擦環(huán)501的錐形變形，其作用迫使制動襯片略微分開，而改變制動襯片的壓力分布并且降低制動有效性。

圖8

其次，圖8示出了制動盤401的一個實施方案，其中，見801，合頭403的鑄件軸向延伸覆蓋在凸緣502的整個內(nèi)部上，穿過摩擦環(huán)501的內(nèi)半徑，并徑向朝外少量延伸。合頭403鑄件的這種延伸加強了與制動元件402的軸向連接，從而允許制動盤401抵抗施加在制動元件402上的更大軸向力。

圖9

第三，圖9示出了制動盤401的一個實施方案，其中，凸緣502上形成有朝外延伸的小塊(或團塊)901和902。小塊901和902包封在合頭403的鑄件內(nèi)以加強圓周上的連接。需要理解的是，為了簡化說明，在圖9中僅僅可看到2個小塊901和902，但是實際上，可具有更多的小塊。在替換實施方案中，小塊可以由單個圓周上的凸緣代替。

圖10

圖10示出了沿著圖9中標識的線Y-Y截取的制動盤401的剖視圖。

圖11

最后，圖11示出了制動盤401的一個實施方案，其中，凸緣502上形成有孔，例如，孔1101和1102。在一個實施方案中，通過使制動元件402的模具上包括適當?shù)目锥阼T造制動元件402時形成孔。在一個替換實施方案中，可在對制動元件402進行加工的期間形成所述孔。

圖12

圖12示出了沿著圖11中標識的線Z-Z截取的制動盤401的剖視圖。

可以看出，孔1101和1102軸向延伸，并且在本實施方案中，包括均勻徑向分布的孔。因此，在鑄造期間，孔1101和1102內(nèi)填充有合頭403的第一材料，這加強了合頭403與制動元件402的凸緣502之間的圓周連接。

在一個替換實施方案中，這些孔可由僅僅部分延伸穿過(而非像孔1101和1102一樣完全延伸穿過)凸緣502的徑向厚度的凹槽代替。這種凹槽可以是凸緣502的外表面上的凹槽或者其內(nèi)表面上的凹槽。

應理解的是，軸向城堡形結(jié)構601至608、圓周通道701、軸向延伸的鑄件801、小塊901和902(或圓周凸緣)以及孔1101和1102(或凹槽)可以任意組合一起使用。