专利名称：盘制动衬块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种盘制动衬块(disk brake pad,盘式制动垫)，该盘制动衬块在新的时候、在逐渐适应的时候、以及在逐渐适应之后都具有理想的止动特性。本实用新型更具体地涉及这样一种盘制动衬块，该盘制动衬块在新的时候具有增加的有效摩擦材料半径，以补偿新的制动衬块典型的减小的摩擦系数。
背景技术：
制动系统设计中一个重要的考虑是制动衬块的新的或初始的有效性。随着新制造的制动衬块材料被“磨合(bedded) ”、“打磨(burnish)”、或“逐渐适应(break in) ”，制动衬块在压迫到制动转子上时产生摩擦的能力总体上增加了。摩擦的增加改变了驾驶者减慢车辆速度所需施加在制动踏板上的力。制动系统应该设计成使得在新的衬片状况和经打磨的衬片状况下，都要满足由联邦法律规定的止动要求和顾客的要求。制动系统还应该设计成在制动衬块的整个寿命期间，都给予驾驶者始终如一的制动踏板感觉。现存的用于增加初始制动衬片的摩擦的方法可包括在衬片剂型中加入大量磨料、 或者在制造过程中对衬片施加高热(通常称为“烧灼”)，以除去树脂进而增加摩擦。磨料的添加会具有不期望的长期副作用，这是在新车辆上实现理想的踏板感觉的代价。烧灼可能是不理想的，因为其是能量密集加工，涉及到使用火焰喷射流对制动衬块衬片的表面进行受控燃烧。
实用新型内容针对相关技术中存在的一个或多个问题，本实用新型的目的在于提供一种盘制动衬块，其能够保持驾驶者感受到的制动踏板力基本一致。本实用新型的目的在于提供一种构造成用来在车辆制动组件中使用的制动衬块， 其包括摩擦材料，具有最外侧边缘、最内侧边缘、以及在最外侧边缘与最内侧边缘之间延伸的第一侧边缘和第二侧边缘；以及台阶部分(或阶梯部分)，沿着摩擦材料的最内侧边缘从摩擦材料的第一侧边缘延伸至摩擦材料的第二侧边缘。优选地，台阶部分包括方形台阶。优选地，台阶部分包括倾斜的或有角度的表面。优选地，摩擦材料具有从摩擦材料的最内侧边缘延伸至摩擦材料的最外侧边缘的宽度，且台阶部分具有等于从摩擦材料的宽度的大约1/4到摩擦材料的宽度的大约1/3的宽度。优选地，台阶部分的深度等于在制动衬块的打磨或磨合过程期间所经受的磨损的
预期量。优选地，台阶部分具有大约0. 02英寸的深度。优选地，制动衬块在打磨或磨合过程期间的有效半径比打磨或磨合过程之后制动衬块的有效半径大大约12. 5%至大约16. 7%。[0012]本实用新型还提供了一种用于在制动衬块被打磨或磨合时保持车辆制动踏板感觉一致的方法，制动衬块包括具有最外侧边缘、最内侧边缘、以及在最外侧边缘与最内侧边缘之间延伸的第一侧边缘和第二侧边缘的摩擦材料。该方法包括将摩擦材料的有效曲率半径从制动衬块初始使用时的第一有效半径调整为磨合期完成时的第二有效半径。优选地，摩擦材料包括具有方形台阶的台阶部分。优选地，摩擦材料包括具有倾斜或有角度表面的台阶部分。优选地，台阶部分的深度等于在制动衬块的打磨或磨合过程期间所经受的磨损的预期量。优选地，制动衬块初始使用的有效半径比磨合周期完成时制动衬块的有效半径大大约12. 5%至大约16. 7%0本实用新型进一步提供了一种制造用于车辆制动组件的制动衬块的方法，该方法包括沿着制动衬块的摩擦材料的最内侧边缘成型或形成台阶部分，以使台阶部分从摩擦材料的第一侧边缘延伸至摩擦材料的第二侧边缘。优选地，该方法还包括模制或形成方形台阶部分。优选地，模制或形成具有倾斜或有角度表面的台阶部分。根据本实用新型，在制动衬块为新的状况下，台阶部分用作增加制动衬块的有效半径，从而在制动衬块摩擦材料具有减小的摩擦系数的情况下减小降低车辆速度所需的踏板力。随着制动的使用以及衬块被打磨，台阶部分磨损且制动组件的有效半径减小，从而平衡了衬块摩擦的增加，以保持驾驶者感受到的制动踏板力基本一致。此外，用于增加台阶部分的加工成本极少。本实用新型的其他目的和优点的一部分将在随后的说明中阐述，且一部分将从说明中变得显而易见，或者可以通过本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和优点将借助于在所附权利要求中具体指出的元件和组合来认识和实现。应理解，前面的总体描述和后面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并且不限制如权利要求中所声明的本实用新型。
附图结合在说明书中并构成说明书的一部分，附图与说明一起阐释了本实用新型的示例性实施方式，其用于解释本实用新型的原理。图1是示出了车轮旋转方向和由此产生的由制动系统施加的制动扭矩的方向的示意图，其中箭头A表示车轮旋转方向，箭头B表示制动扭矩的方向。图2示意性地示出了用于将扭矩施加至旋转盘的示例性机构，其中C表示摩擦材料，D表示旋转的盘。图3是根据本实用新型教导的台阶盘制动衬块的示例性实施例摩擦材料的剖切部分的立体图。图4是根据本实用新型教导的台阶盘制动衬块的另一示例性实施例的摩擦材料的剖切部分的立体图。图5示出了根据本实用新型教导的台阶盘制动衬块的示例性实施例的主视图。图6A是根据本实用新型教导的台阶盘制动衬块的示例性实施例的立体图。图6B是图6A的实施例的俯视图。[0032]图6C是沿线6C-6C截取的图6B的实施例的侧剖面图。图6D是沿线6C-6C截取的图6B的实施例的侧视图。
具体实施方式
现在将详细参考本实用新型的示例性实施方式，这些实施方式的实例在附图中示出。本实用新型包括具有摩擦材料的制动衬块，制动衬块带有台阶部分(或阶梯部分)(例如，总体方形的台阶或有角度的/倾斜的表面)，上述台阶部分机加工或模制到摩擦材料的径向最内侧边缘中。台阶部分沿着摩擦材料的径向最内边缘位于衬块的转子侧上。 在新的状况下，台阶部分用作增加制动衬块的有效半径(如从转子的旋转中心测量的)，从而在制动衬块摩擦材料具有减小的摩擦系数的情况下减小降低车辆速度所需的踏板力。随着制动的使用以及衬块被打磨，台阶部分磨损且制动组件的有效半径减小，从而平衡了衬块摩擦的增加，以保持驾驶者感受到的制动踏板力基本一致。如在这里使用的，“台阶部分” 表示制动衬块摩擦材料的从摩擦材料的最内侧边缘缺失或切除的部分，这使得摩擦材料以及进而制动衬块的有效半径暂时增加。本实用新型允许制动衬块发展成具有期望的初始和长期制动性能，而没有上述的权衡代价。此外，用于增加台阶部分的加工成本极少。方形的或有角度的台阶可(例如) 模制或研磨加工到制动衬块中，并且选择精确的成形处理来作为已经用于衬块加工处理的加工和整修的扩展。如本领域普通技术人员已经了解的，通过将制动扭矩施加至车辆的旋转车轮来实现车辆减速。在与车轮旋转方向相反的方向上施加制动扭矩。所需要的制动扭矩的大部分由车辆制动组件产生。图1中示意性地示出了车轮旋转的方向和由制动组件施加的由此产生的制动扭矩的方向，其中箭头A表示车轮旋转的方向，箭头B表示制动扭矩的方向。图2示意性地示出了用于经由通过摩擦材料(例如，制动组件的制动衬块)对旋转盘施加力F来将扭矩施加至旋转盘(例如，制动组件的转子)的示例性机构，其中C表示摩擦材料，D表示旋转的盘。可以看到，摩擦材料可以所施加的力F来按压到旋转盘上。根据图2的实施例，由此产生的被施加至旋转盘的扭矩τ可通过下面的等式表示τ =FyreffN(1)其中F是施加至摩擦材料的力，μ是摩擦材料的摩擦系数，rrff是摩擦材料的有效半径，且N是摩擦界面(例如，对于制动组件而言典型为两个，因为在转子的每侧上均使用制动衬块，以对制动转子施加平衡力F)的数目。本领域的技术人员将理解，典型地，在制动组件中采用活塞(未示出)，以将力F施加至摩擦材料(即，制动衬块)。典型地，制动衬块和活塞容纳在制动组件的卡钳(未示出)中。由活塞施加的力的量至少部分由驾驶者施加至车辆制动踏板的力的量来决定。根据某些实施方式，摩擦材料的表面区域不包括在扭矩计算中，因为摩擦材料的表面区域主要与热传输和制动衬块磨损相关。摩擦材料的表面区域越大，用于制动衬块与制动转子之间的热传输的通道就越大。更大的热传输通道能维持低的或更均勻的制动衬块表面温度，从而能帮助减小磨损。在典型的盘制动组件中，如本领域技术人员所知的那样，盘制动衬块分别定位在转子的内侧和外侧。例如，通过液压压力引起的力，活塞可在将制动衬块的每一个按压到转子上的方向上移动，从而提供车辆制动。在某些制动组件中，活塞施加力以使制动衬块以制动衬块的有效半径移动。对于盘制动组件，当计算由于制动衬块对转子施加力(以图2的实施方式中示意性示出的方式)而产生的扭矩时，一般将制动衬块的摩擦材料的有效半径认为是从转子的中心到接触转子的制动衬块摩擦材料的表面区域的平均半径的距离。接触转子的制动衬块摩擦材料的表面区域的平均半径可定义成衬块-转子接触的最小半径(内径)加上衬块-转子接触的最大半径(外径)，进而除以二。如从上面的等式1中看到的，施加至旋转盘的扭矩τ随着摩擦材料的有效半径rrff的增加而增大。根据本实用新型的某些实施方式，通过在制动衬块摩擦材料的径向最内侧边缘上提供台阶部分，可增加制动衬块的有效半径rrff。在制动衬块摩擦材料的径向最内边缘上提供台阶部分可保持制动衬块的最大半径(外径)相同，与此同时，通过将最小半径(内径) 进一步远离转子中心移动，还增加了制动衬块的最小半径(内径)。增加制动衬块摩擦材料的最小半径(内径)增加了接触转子的制动衬块摩擦材料的表面区域的平均半径(如上所述的，该平均半径可定义成衬块-转子接触的最小半径(内径)加上衬块-转子接触的最大半径(外径)，进而除以二)。因为制动衬块的有效半径rrff定义成从转子中心到接触转子的制动衬块摩擦材料的表面区域的平均半径的距离，所以，增加制动衬块的平均半径会增加制动衬块的有效半径。如上所述的，新的制动衬块的摩擦系数典型地小于已经逐渐适用的制动衬块的摩擦系数。因此，根据上面的等式1，如果F、N和rrff保持恒定，则新的制动衬块会施加更小的制动扭矩τ。因为理想的是在制动衬块的整个寿命周期中维持恒定的踏板感觉，所以，保持施加给定扭矩τ所需的力F恒定。由于本领域技术人员已经了解的原因，改变制动组件中使用的制动衬块的数量不是改变由制动组件施加的扭矩量的有效方式。因此，本实用新型设计了这样的方式改变制动组件的制动衬块的有效半径rrff，以抵消制动衬块在逐渐适用时摩擦系数μ的变化。图3示出了本实用新型的示例性实施方式的摩擦材料的剖切部分，该实施方式包括具有沿着摩擦材料的径向最内侧边缘的方形台阶的制动衬块。图示的制动衬块摩擦材料总体宽度为W，且台阶部分具有宽度为X的下凹表面，该下凹表面处于距离初始接触以及在打磨期间接触转子的制动衬块摩擦材料的保留部分的表面一初始距离Z处。制动衬块的尺寸通常随着车辆改变。例如，距离Z可以是约0. 020英寸(0. 50mm)，该尺寸大致等于在打磨或磨合(bedding-in)过程中通常要经受的制动衬块磨损。根据本实用新型的某些实施方式，台阶部分的宽度X在从制动衬块宽度W的大约四分之一到制动衬块宽度W的大约三分之一的范围内。1/4 ^ X/ff ^ 1/3 (2)图4示出了根据本实用新型的另一示例性实施方式的摩擦材料的剖切部分，该实施方式包括具有沿着摩擦材料径向最内侧边缘的倾斜或有角度的台阶的制动衬块。图示的制动衬块摩擦材料总体宽度为W，且台阶部分的宽度为X且具有这样的表面，该表面处于距离初始接触以及在打磨期间接触转子的制动衬块摩擦材料的剩余部分的表面一初始距离Z处。如上所述的，制动衬块的尺寸典型地随着车辆变化。例如，距离Z可以是大约0. 020英寸(0.50mm)，该尺寸大致等于在打磨或磨合过程中通常要经受的制动衬块磨损。根据本实用新型的某些实施方式，台阶部分的宽度X在从制动衬块的宽度W的大约四分之一到制动衬块的宽度W的大约三分之一的范围内。倾斜的或有角度的台阶部分的角度可随着台阶部分宽度X而变化，因为该角度跨越台阶部分的宽度X和大约0.020英寸(0. 50mm)的距离 Z。将理解，台阶部分的距离Z可变换，且旨在近似等于在给定制动衬块的打磨或磨合过程中所经受的磨损的预期量。例如，距离Z可以基于选择用于制动衬块的材料而变化， 因为不同的制动衬块成分可以不问的速率磨损。根据某些实施方式，制动衬块例如可以包括半金属材料、低碳钢材料、或非石棉有机(NAO)材料。图5示出了盘制动衬块的一个实施方式，其包括具有侧边缘、径向最外侧边缘和径向最内侧边缘的摩擦材料。台阶部分沿着摩擦材料的径向最内侧边缘延伸。参照图5，并且假定制动衬块的表面区域的平均半径可定义成衬块-转子接触的最小半径(内径)加上衬块-转子接触的最大半径(外径)进而除以二，图5中不带有台阶部分的制动衬块摩擦材料的有效半径表示为ER1，且带有台阶部分的制动衬块摩擦材料的有效半径表示为ER2。ERl和ER2可如下定义ER1 = y+ff/2(3)ER2 = y+X+ ((ff-X) /2) (4)随后，AER = ER2-ER1 = Χ/2 (5)AER的值可定义成通过采用台阶部分而实现的有效半径增益，AER的值的进一步如下定义。当台阶部分的宽度X是制动衬块的宽度W的三分之一(X = W/3)时，有效半径的变化是AER = Qfi/3) /2 = ff/6 = 0. 167W当台阶部分的宽度W是制动衬块的宽度X的四分之一(X = W/4)时，有效半径的变化是AER = (ff/4) /2 = ff/8 = 0. 125W因此，通过在制动衬块摩擦材料的最内侧边缘处设置台阶部分而实现的典型有效半径变化在结合方形或有角度台阶部分的情况下将会是制动衬块摩擦材料的宽度W的大约12. 5%至大约16. 7%0图6A是根据本实用新型的台阶盘制动衬块摩擦材料的另一示例性实施方式的立体图。在该图示的实施方式中，台阶形成直线100，而不是形成平行于制动衬块摩擦材料的下边缘200延伸的弧线。在某些加工过程中，比如使用研磨在摩擦材料上形成台阶，该直线台阶可以更容易地加工。图6B是图6A的实施方式的俯视图。根据某些实施方式，摩擦材料的中心中的台阶部分的宽度X可在从摩擦材料的宽度W的大约1/4至摩擦材料的宽度W的大约1/3的范围内。如所见到的，该实施方式中的台阶部分的宽度X朝向摩擦材料的侧部处比摩擦材料的中心更大。图6C是图6B的实施方式的沿线6C-6C的剖面图，线6C-6C在摩擦材料的中心。与上面的实施方式类似，距离Z (例如)可以是大约0. 020英寸(0. 50mm)，该尺寸大致等于在打磨或磨合过程中通常要经受的制动衬块磨损。图6D是图6B的实施方式的沿线6D-6D的侧视图，其从摩擦材料的侧面示出了台阶。 从这里描述的说明书的考虑和本实用新型的实践中，本实用新型的其他实施方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。说明书和所考虑的实例仅是示例性的，本实用新型的真实范围和精神将由权利要求表明。
权利要求1.一种制动衬块，构造成在车辆制动组件中使用，其特征在于，所述制动衬块包括 摩擦材料，具有最外侧边缘、最内侧边缘、以及在所述最外侧边缘与所述最内侧边缘之间延伸的第一侧边缘和第二侧边缘；以及台阶部分，沿着所述摩擦材料的所述最内侧边缘从所述摩擦材料的所述第一侧边缘延伸至所述摩擦材料的所述第二侧边缘。
2.根据权利要求1所述的制动衬块，其特征在于，所述台阶部分包括方形台阶。
3.根据权利要求1所述的制动衬块，其特征在于，所述台阶部分包括倾斜的或有角度的表面。
4.根据权利要求1所述的制动衬块，其特征在于，所述摩擦材料具有从所述摩擦材料的最内侧边缘延伸至所述摩擦材料的最外侧边缘的宽度，且所述台阶部分具有等于从所述摩擦材料的宽度的1/4到所述摩擦材料的宽度的1/3的宽度。
5.根据权利要求1所述的制动衬块，其特征在于，所述台阶部分的深度等于在所述制动衬块的打磨或磨合过程期间所经受的磨损的预期量。
6.根据权利要求1所述的制动衬块，其特征在于，所述台阶部分具有0.02英寸的深度。
7.根据权利要求1所述的制动衬块，其特征在于，所述制动衬块在打磨或磨合过程期间的有效半径比所述打磨或磨合过程之后所述制动衬块的有效半径大12. 5%至16. 7%。
专利摘要本实用新型提供了一种制动衬块，其构造成在车辆制动组件中使用，制动衬块包括摩擦材料，具有最外侧边缘、最内侧边缘、以及在最外侧边缘与最内侧边缘之间延伸的第一侧边缘和第二侧边缘；以及台阶部分，沿着摩擦材料的最内侧边缘从摩擦材料的第一侧边缘延伸至摩擦材料的第二侧边缘。根据本实用新型，在制动衬块为新的状况下，台阶部分用作增加制动衬块的有效半径，从而在制动衬块摩擦材料具有减小的摩擦系数的情况下减小降低车辆速度所需的踏板力。随着制动的使用以及衬块被打磨，台阶部分磨损且制动组件的有效半径减小，从而平衡了衬块摩擦的增加，以保持驾驶者感受到的制动踏板力基本一致。此外，用于增加台阶部分的加工成本极少。
文档编号F16D69/00GK202001530SQ20102070104
公开日2011年10月5日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年1月4日
发明者大卫·马丁·巴斯, 约翰·克里斯托弗·奥克伍德, 马丁·克里斯托弗·卡帕诺斯基 申请人:福特环球技术公司