制动盘及制动器的制作方法

本发明涉及车辆制动系统，具体涉及一种制动盘及具有该种制动盘的制动器。

背景技术：

近年来，盘式制动器的热翘曲变形成为国内外关注的焦点。具体的，2006年Toshikazu O,Hiroyuki Y.研究了盘帽厚薄对热翘曲的影响。2008年黄健萌，高诚辉等人指出了盘面力学性能的周期性变化是由于摩擦热源产生的热流冲击和对流换热影响的交替作用所引起的。2010年杨智勇，韩建民通过直接耦合法实现了制动盘温度应力的耦合模拟，并通过实验对比证实了数值计算和实验结果的一致性。此外，陈璐，张立军等人定量研究了盘帽的热传导、盘帽的螺栓预紧力以及盘壁厚差对制动盘热翘曲量大小的影响。2011年苏海赋，曲杰指出不均匀分布的热应力引起制动盘产生向盘毂内侧翘曲和厚度变化的热变形，并由此导致接触状态和接触压力发生变化，引起制动时的热抖动。Cho H J,Cho C D.提出热翘曲变形的周期性变化是影响制动盘低频振动的主要原因。2016年杨源，杨俊英等人研究了盘面厚度与摩擦半径对温度梯度场的影响。

虽然很多学者认识到制动盘的热翘曲变形会带来一系列的问题，如热抖动，低频噪音，拖滞等，并以此在实验和数值上开展了大量的研究；然而，针对这些问题所对制动盘进行的改进却很罕见。常用的制动盘及采用这些制动盘的制动器仍存在上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种能够降低热翘曲变形的制动盘，定量研究结构对制动盘热翘曲变形的影响。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

制动盘包括盘体，所述盘体具有相对设置的第一表面和第二表面；所述第一表面和所述第二表面之间的距离限定了所述盘体的厚度；所述盘体上开设有沟槽，所述沟槽经配置以自所述盘体上的第一表面的所在一侧向所述第二表面的所在一侧开设。

优选地，所述沟槽自所述盘体上的第一表面的所在一侧向所述第二表面的所在一侧开设的距离与所述第一表面和所述第二表面之间的距离的比值L1/L2在2/5～1/2范围内。

优选地，所述盘体具有圆周表面；所述圆周表面自所述第一表面的周边延伸至所述第二表面的周边，所述圆周表面界定所述盘体的直径；所述沟槽呈圆周方向延伸，并位于所述盘体的中心轴线和所述圆周表面之间。

优选地，还包括盘帽，所述盘帽包括侧壁和顶盖；所述侧壁自所述第二表面向所述第一表面所在一侧延伸，并超出所述第一表面；所述顶盖的周边与所述侧壁的超出所述第一表面的一端连接或一体设置。

优选地，所述沟槽环绕所述侧壁。

优选地，所述沟槽自所述侧壁沿所述盘体的径向向外延伸。

优选地，所述第一表面经配置以被第一摩擦片按压，所述顶盖经配置以与轮毂连接；所述侧壁沿所述盘体的径向凸出轮毂的周边的距离与第一摩擦片与轮毂的周边之间的距离的比值L3/L4在1/5～1/4范围内。

优选地，所述顶盖上设有至少两个安装孔；所述至少两个安装孔呈圆周方向分布，所述至少两个安装孔经配置用以安装轮毂。

本发明的另一目的是提供一种能够降低热翘曲变形的制动器。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

制动器，其特征在于，包括：

上述的制动盘；

第一摩擦片，其经配置以向所述制动盘的第一表面施压；及

第二摩擦片，其经配置以向所述制动盘的第二表面施压。

优选地，还包括活塞缸，所述活塞缸的活塞与所述第二摩擦片连接；所述活塞经配置以在制动液注入所述活塞缸时在制动液的推动下朝向所述第二表面压紧所述第二摩擦片，以使所述第二摩擦片向所述第二表面施压。

优选地，还包括卡钳，所述卡钳与所述第一摩擦片连接；所述卡钳经配置以在制动液注入所述活塞缸时在制动液的推动下整体向所述第一表面移动，以带动所述第一摩擦片向所述第一表面施压。

本发明提供的制动盘，通过在盘体上的第一表面所在一侧开设沟槽，有效降低制动盘在车辆连续制动过程中所产生的热翘曲变形，避免制动盘拖滞现象的发生，减小制动盘热抖动的幅度。沟槽设置在第一表面所在一侧，即朝向安装在顶盖的轮毂，可有效改善制动盘向轮毂所在一侧热变形翘曲的问题。

本发明提供的制动盘，通过将沟槽自盘体上的第一表面的所在一侧向第二表面的所在一侧开设的距离L1与第一表面和第二表面之间的距离L2的比值L1/L2限定在2/5～1/2范围内，实现在量级上改善制动盘在制动过程中热翘曲变形角大的问题，使得制动盘及使用该制动盘的制动器的热翘曲变形大大降低。

本发明提供的制动盘，进一步将其侧壁凸出轮毂的距离L3与第一摩擦片与轮毂之间的距离L4的比值L3/L4限定在1/5～1/4范围内，以进一步降低甚至完全避免制动盘在车辆连续制动过程中所产生的热翘曲变形。

附图说明

图1为本发明中的制动盘的结构主视图；

图2为本发明中的制动盘的局部剖面图；

图3为本发明中的具有图1所示制动盘的制动器的结构主视图；

图4为安装有轮毂的制动盘的剖面图；

图5为本发明的制动盘与常用制动盘的局部剖面对比图；

图6-12为图5中的A-G方案的制动盘的盘面有效半径处温度随时间的变化曲线；

图13为制动盘热变形示意图；

图14-20为图5中的A-G方案的制动盘的盘面位移及翘曲角随时间的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

如图1和2所示，制动盘100包括盘体10，盘体10具有第一表面12、第二表面14和圆周表面16。第一表面12和第二表面14相对设置，并且第一表面12和第二表面14之间的距离限定了盘体10的厚度，即，第一表面12和第二表面14之间的垂直距离L2即为盘体10的厚度。圆周表面16自第一表面12的周边12a延伸至第二表面14的周边14a，圆周表面16界定盘体10的直径。若盘体10的中心部位为镂空状(如图2所示)，则圆周表面16所界定的盘体10的直接为外直径。

盘体10上开设有沟槽18，沟槽18自盘体10上的第一表面12所在一侧向第二表面14的所在一侧开设。沟槽18呈圆周方向延伸，并位于盘体10的中心轴线X和圆周表面16之间。沟槽18能够有效降低制动盘100在车辆连续制动过程中所产生的热翘曲变形，避免制动盘拖滞现象的发生，减小制动盘100热抖动的幅度。

如图2所示，沟槽18自盘体10上的第一表面12的所在一侧向第二表面14的所在一侧的开设距离L1与第一表面12和第二表面14之间的垂直距离L2的比值L1/L2在2/5～1/2范围内。从而实现在量级上改善制动盘100在制动过程中热翘曲变形角大的问题，使得制动盘100及使用该制动盘100的制动器的热翘曲变形大大降低。

如图1和2所示，制动盘100还包括盘帽20，盘帽20包括侧壁22和顶盖24。侧壁22自第二表面14向第一表面12的所在一侧延伸，并超出第一表面12。顶盖24的周边24a与侧壁22的超出第一表面12的一端22a一体设置。其他实施例中，顶盖24的周边24a与侧壁22的超出第一表面12的一端22a也可通过机械连接的方式连接。沟槽18环绕侧壁22。沟槽18自侧壁22沿盘体10的径向向外延伸，并与圆周表面16之间间隔第一表面12。顶盖24上设有多个安装孔26，多个安装孔26呈圆周方向分布，用以将轮毂30安装至顶盖24上。沟槽18设置在第一表面12所在一侧，从而朝向轮毂30(如图4所示)，可有效改善制动盘100向轮毂30所在一侧热变形翘曲的问题。

如图3所示，为使用上述制动盘100的制动器200，制动器200包括上述制动盘100、第一摩擦片40、第二摩擦片50、活塞缸(图中未示出)和卡钳60。其中，第一摩擦片40经配置以向制动盘100的第一表面12施压，第二摩擦片50经配置以向制动盘的第二表面14施压。活塞缸的活塞与第二摩擦片50连接，卡钳60与第一摩擦片40连接。

制动器200的制动原理如下：脚踩制动踏板，制动液通过入口70注入活塞缸，由于压强的作用，制动液推动活塞缸的活塞的一端压紧第二摩擦片50，从而使第二摩擦片50达到施压制动盘100的第二表面14的作用。另一方面，根据作用力反作用定理，制动液推动液缸内壁另一端(即活塞的另一端)，致使卡钳60整体向第一表面12移动，卡钳60的移动驱使第一摩擦片40压紧制动盘100的第一表面12。从而实现第一摩擦片40和第二摩擦片50同时夹紧制动盘100的作用，实现制动效果。

如上所述，将制动盘100应用于制动器200中时，制动盘100的第一表面12经配置以被第一摩擦片40按压，顶盖24经配置以与轮毂30连接。制动盘100的盘帽20的尺寸限定体现在，侧壁22沿盘体10的径向凸出轮毂30的周边30a的距离L3与第一摩擦片40与轮毂30的周边30a之间的距离L4的比值L3/L4在1/5～1/4范围内(如图4所示)，以进一步降低甚至完全避免制动盘100在车辆连续制动过程中所产生的热翘曲变形。

如图5所示，为本发明提供的制动盘100的沟槽18的开设位置以及盘帽20的尺寸与常用的制动盘的对比视图，其中B方案为本发明实施例提供的制动盘100。由图5可以看出，A方案、D方案和G方案的制动盘的盘帽的径向尺寸要大于本发明实施例提供的制动盘100的盘帽的径向尺寸，即L3/L4超出了1/5～1/4范围的上限。C方案和F方案则相反，盘帽的径向尺寸较小，即L3/L4超出了1/5～1/4范围的下限。此外，除了盘帽的径向尺寸存在差异之外，D方案、E方案和F方案的制动盘不仅在第一表面所在一侧开设沟槽，还在第二表面所在一侧开设沟槽，而G方案则仅在第二表面所在一侧开设沟槽。

将图5中所示的A-G方案的制动盘进行制动试验，例如采用摩擦片夹紧制动盘后摩擦以升温。摩擦参数如下：初始速度95.56Km/h，减速度0.46g，加速时间5.86秒，巡航时间48.22秒。如此连续制动15次后，对制动盘进行有限元网格划分，采取C3D8，C3D4，C3D6单元，通过有限元计算软件ABAQUS显式算法计算出上述连续制动结束后A-G方案的制动盘的盘面有效半径处的温度随时间的变化曲线(如图6-12所示)。

制动盘温度升高会产生热膨胀，以制动盘为灰铸铁材料为例，其热膨胀系数为1.06e-5。由热弹性力学基本原理可知：温度梯度场的存在，会引起热变形，变形包括制动盘的圆周表面16的位移ds和沟槽18的侧面18a的位移dx(如图13所示，该图以图5中的E方案的制动盘为例)。以先前ABAQUS显式算法计算出的制动盘的温度作为再次ABAQUS计算的输入条件，利用ABAQUS隐式算法计算出了在上述温度场条件下的制动盘的圆周表面16的位移ds随时间的变化曲线(如图14-20所示的曲线图中的由上至下的第一条曲线)和沟槽18的侧面18a的位移dx随时间的变化曲线(如图14-20所示的曲线图中的由上至下的第二条曲线)。最后根据公式：翘曲角＝180×arctan[(圆周表面16的位移ds-沟槽18的侧面18a的位移dx)/第一表面12的径向长度L]/π，计算出制动盘的热翘曲角度随时间的变化曲线(如图14-20所示的曲线图中的由上至下的第四条曲线)。图14-20所示的曲线图中的由上至下的第三条曲线为ds与dx的差值。

下表所示为图14-20所示的曲线图中时间点为900s时的热翘曲角数据。

注：上表中的热翘曲角的单位为°，且数值的正负代表热翘曲角的翘曲方向，热翘曲角为正，代表翘曲方向朝向第一表面12所在一侧，热翘曲角为负，代表翘曲方向朝向第二表面14所在一侧。

根据上表的数据可知，本发明实施例提供的制动盘100，所产生的热翘曲角的绝对值最小。也就是说，相较于普通的制动盘和制动器，本发明实施例提供的制动盘100及使用制动盘100的制动器能够有效减小制动盘在车辆连续制动过程中所产生的热翘曲变形，从而避免制动盘拖滞现象的发生，减小制动盘热抖动的幅度。

本发明实施例提供的制动盘100所产生的热翘曲角为负值，即说明沟槽18设置在第一表面12所在一侧，即朝向安装在顶盖24的轮毂30，可有效改善制动盘100向轮毂30所在一侧的热翘曲变形。

根据上述B方案、E方案和G方案的数据可知，相较于沟槽18既设置在第一表面12的所在一侧又第二表面14的所在一侧的制动盘、以及沟槽18仅设置在第二表面14的所在一侧的制动盘，本发明实施例提供的制动盘100，即沟槽18仅设置在第一表面12的所在一侧的制动盘的热翘曲角的绝对值大大减小。

根据上述A方案、B方案和C方案的数据可知，相较于侧壁22凸出轮毂30的距离L3与第一摩擦片40与轮毂30之间的距离L4的比值L3/L4在1/5～1/4范围之外的制动盘，本发明实施例提供的制动盘100，即侧壁22凸出轮毂30的距离L3与第一摩擦片40与轮毂30之间的距离L4的比值L3/L4限定在1/5～1/4范围内的制动盘，能够进一步降低甚至几乎完全避免制动盘在车辆连续制动过程中所产生的热翘曲变形。

沟槽18设置在制动盘100的第一表面12所在一侧的情况下，沟槽18向第二表面14的所在一侧开设的距离L1越大，制动盘100的热翘曲角越小。但L1越大，制动盘100所对应的强度越弱。本发明实施例提供的制动盘100，通过将沟槽18自盘体上的第一表面12的所在一侧向第二表面14的所在一侧开设的距离L1与第一表面12和第二表面14之间的垂直距离L2的比值L1/L2限定在2/5～1/2范围内，能够在既确保制动盘100的强度满足使用要求的同时，又能够尽可能地在量级上改善制动盘100在制动过程中热翘曲变形角大的问题，使制动盘100及使用该制动盘的制动器的热翘曲变形大大降低。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。