用于制动系统的摩擦衬片及制动衬块的制作方法

本发明大体上涉及用于制动系统的摩擦衬片和制动衬块，且更具体地涉及具有冷却槽口的摩擦衬片。

背景技术

用于车辆的制动系统如盘式制动系统使用具有摩擦衬片的制动衬块来阻止车轮的旋转。摩擦衬片的摩擦表面经历高夹持负载，以及可生成大量热的所得的切向摩擦力。过大的热可导致性能降低和各种不需要的效果。例如，由摩擦表面处的热累积引起的制动衰减可降低停止功率。摩擦衬片的温度也可影响耐磨性，且最终影响制动衬块的寿命。因此，期望改善摩擦衬片的冷却。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上文提到的制动衬块性能问题中的至少一些。

根据一个实施例，提供了用于制动衬块的摩擦衬片，其包括具有在涡流区处联接的多个槽口的摩擦材料的实心主体。在至少一些实施例中，涡流区包括从实心主体的摩擦表面向下延伸到实心主体的凹口，其中多个槽口包括在彼此偏离的位置处沿非交叉路径通向涡流区的至少第一和第二槽口。在更具体的实施例中，凹口具有圆形形状，且第一和第二槽口分别关于凹口的圆形形状沿大致切向方向通向涡流区，从而提供切向进入/离开通路，使得从一个槽口进入涡流区的空气在经由另一个槽口离开之前在涡流区内沿弯曲方向流动。这可有助于促进摩擦衬片的冷却，且导致改善的性能和延长的衬片寿命。

在其它实施例中，前段中的摩擦衬片可包括以任何技术上可行的组合的任何一个或多个以下特征：

-至少一个槽口是弧形水平槽口，其构造成沿着制动转子上的点的路径，摩擦衬片在使用时与制动转子接触；

-多个槽口中的至少一个具有不同于多个槽口中的另一个的深度或宽度；

-弧形槽口相对于实心主体的高度偏离彼此；

-多个槽口构造成促进涡流区内的循环空气流；

-实心主体具有穿过实心主体的摩擦表面的高度，且涡流区在摩擦表面处具有高度的38%到55%(包括38%和55%)之间的直径；

-涡流区从摩擦表面向下延伸到实心主体，直至摩擦表面下方的一定深度处的凹陷表面，且其中凹陷表面处的实心主体的厚度为大约0.1英寸；

-至少一个槽口具有从实心主体的摩擦表面起的深度，其在从摩擦表面起的涡流区的深度的50%到75%之间(包括50%和75%)。

根据另一个实施例，提供了用于制动衬块的摩擦衬片，包括：

摩擦材料的实心主体，其具有沿水平方向延伸的长度和小于长度的沿垂直方向延伸的高度，

实心主体具有从实心主体的前缘延伸到实心主体的后缘的水平槽口，水平槽口包括从前缘向内延伸的第一槽口，以及从后缘向内延伸的第二槽口，

实心主体包括位于实心主体的中心区域处的凹口，

其中第一和第二槽口通向实心主体中的凹口中，以便经由凹口允许第一与第二槽口之间的空气流，

其中凹口具有圆形形状，且从实心主体的表面延伸到实心主体中向下到凹口的底部，

其中底部具有从实心主体的表面起的深度，其大于第一和第二槽口中的每个的深度，以及

其中第一和第二槽口在凹口处关于彼此偏离，其中第一和第二槽口中的至少一个关于凹口的圆形形状沿大致切向方向通向凹口，由此从至少一个槽口进入凹口的空气沿弯曲方向在凹口内流动。

在其它实施例中，前段中的摩擦衬片可包括以任何技术上可行的组合的一个或多个以下特征：

-实心主体的表面包括在使用时对着制动转子支承的摩擦表面；

-凹口仅部分地延伸穿过实心主体的厚度；

-第一和第二槽口中的至少一个具有不同于第一和第二槽口中的另一个的深度或宽度；

-实心主体具有穿过实心主体的摩擦表面的高度，且凹口在摩擦表面处具有高度的38%到55%之间(包括38%和55%)的直径；

-在底部处的实心主体的厚度为大约0.1英寸；

-第一和第二槽口中的至少一个具有从实心主体的摩擦表面起的深度，其在从摩擦表面起的涡流区的深度的50%到75%之间(包括50%和75%)。

根据本发明的其他方面，提供了制动衬块，其具有如前段中的任何中所示的本发明的摩擦衬片所附接的背板，以及包括此制动衬块的制动系统。

根据另一个实施例，提供了制动系统，其包括：

具有盘形的转子，其中相反侧沿径向延伸到外圆周；以及

制动衬块，其具有摩擦衬片，且关于转子布置使得摩擦衬片的摩擦表面对着转子的一侧支承，以在使用时阻止转子的旋转；

其中摩擦衬片具有由在摩擦衬片的中心区域处互连的两个偏置槽口形成的弧形水平槽口，使得在使用中时，进入偏置槽口中的一个的空气流经由偏置槽口中的另一个离开；以及

其中每个偏置槽口沿弧延伸，弧在使用时沿着转子上的点的路径；以及

可选地，制动衬块包括联接两个偏置槽口的涡流区。

在其它实施例中，前段中的制动系统可包括以任何技术上可行的组合的一个或多个以下特征：

-涡流区包括具有圆形形状的凹口，其从摩擦衬片的摩擦表面延伸入实心主体中向下到凹口的底部，其中底部具有从实心主体的表面起的深度，其大于每个偏置槽口的深度，且其中偏置槽口关于凹口的圆形形状沿大致切向方向通向凹口，由此从一个偏置槽口进入凹口的空气在经由另一个偏置槽口离开凹口之前在凹口内沿弯曲方向流动；

-摩擦衬片具有沿径向延伸的高度，且涡流区在摩擦表面处具有高度的38%到55%之间(包括38%和55%)的直径；

-摩擦衬片包括成对的垂直延伸的偏置槽口，其分别从摩擦衬片的边缘延伸到涡流区；

-水平槽口延伸穿过摩擦衬片的整个水平长度。

附图说明

下文将连同附图描述本发明的优选示例性实施例，其中相似的标号表示相似的元件，且其中：

图1示出了根据一个实施例的制动系统；

图2-3示出了根据一个实施例的具有摩擦衬片的制动衬块；

图4示出了根据一个实施例的摩擦衬片；

图5为沿图4中的线5-5截取的图4中的摩擦衬片的截面图；

图6示出了根据一个实施例的摩擦衬片；

图7-8示出了根据一个实施例的具有摩擦衬片的制动衬块；

图9为沿图8中的线9-9截取的图8中的制动衬块的截面图；

图10-14示出了根据各种实施例的摩擦衬片；

图15-16为示出穿过摩擦衬片的预期空气流的具有摩擦衬片的制动衬块；以及

图17为示出对于各种类型的摩擦衬片的摩擦磨损测试结果的图。

具体实施方式

本文所述的摩擦衬片可结合车辆制动系统中的制动衬块使用来协助穿过摩擦衬片的空气流。摩擦衬片包括空气流特征，如，形成在可为弧形的摩擦表面中的一个或多个水平槽口，以便沿着摩擦衬片结合其使用的盘式制动系统中的转子上的点的旋转路径。如本文所用，当与所公开的摩擦衬片和制动衬块相关使用时，用语"水平"和"垂直"及其变位词是对那些构件及其特征的参考，因为它们当构件以如图6中所示的定向设置时存在，其中构件的较长的纵向范围水平定向而较短的范围(高度)垂直定向，而不管安装在车辆制动系统中时构件的最终定向如何。

在实施例中，摩擦衬片包括摩擦材料的实心主体，其包括涡流区处联接的多个槽口。涡流区可为圆形凹口(例如，圆锥形、圆柱形或半球形)，其大体上由内壁限定，这促进圆形或另外弯曲的空气流型以有助于冷却摩擦衬片。在一个具体的实施方式中，两个水平地延伸的槽口在摩擦衬片的中心附近的涡流区处联接。摩擦衬片还可包括也在涡流区处联接的多个垂直地延伸的槽口。此外，摩擦衬片可包括一个以上的涡流区。

图1示出了制动系统20的一个实施例。制动系统20是盘式制动系统，其使用转子30形式的可旋转的制动元件。然而，本文所述的摩擦衬片可适于或结合其它制动系统使用，如，鼓式制动系统，其使用金属鼓作为可旋转的制动元件。制动系统20包括制动衬块22，其具有摩擦衬片24和背板26。卡钳28保持转子30的相反侧上的制动衬块22和另一个制动衬块(未示出)。转子30具有外周边32，且经由凸耳螺栓34连接到轴毂上。车轮(未示出)可在凸耳螺栓34上附接，使得其围绕中心轴线a旋转。所示转子30是通风的；然而，由于可使用任何可操作的转子设计，如，大体上平面的转子或开槽的转子，以举几个例子，故这不是必需的。在操作中，制动衬块22的摩擦衬片24对着转子30的相反侧夹持，使得每个摩擦衬片的摩擦表面对着转子的侧部支承，以阻止转子而因此车轮的旋转。

图2和3示出了制动衬块22，其可结合制动系统使用，如，制动系统20。制动衬块22包括摩擦衬片24，其附接到背板26上。在该实施例中，摩擦衬片24附接到钢背板26上。然而，在另一个实施例中，摩擦衬片可与背板共同模制或另外形成，如，复合背板。其它构造肯定是可能的。摩擦衬片24和背板26沿纵向延伸，其中在如图1中所示使用时，水平方向上的长度l大体上匹配转子30的周向方向。其还垂直地延伸，其中高度h匹配转子的径向方向。摩擦衬片24包括实心摩擦材料主体，其包括摩擦表面36，摩擦表面36对着转子夹持，如，转子30，以在操作期间阻止车轮的旋转。摩擦衬片24具有形成在摩擦表面36中的各种空气流特征。空气流特征如一个或多个水平槽口38a,38b(共同为38)和涡流区40，可有助于促进或引导空气流来冷却摩擦衬片24。空气流特征可通过在之前制造或部分地制造的摩擦衬片的摩擦表面中加工特征来形成在摩擦表面中，或其可取决于期望的制造方法和/或用于摩擦衬片的材料类型来模制在其中。摩擦衬片24可或可不包括其它特征，如，圆角42或用于外周边44的不同构造。

在图2和3中所示的实施例中，水平槽口38a,38b分别包括两个侧壁46,48和底壁50。作为正方形或成角截面的备选方案，槽口可具有弯曲形状、u形或v形，或任何其它可操作的形状。此外，水平槽口38可具有可变深度和/或可变宽度。例如，减小涡流区40附近的槽口的宽度或深度可由于文丘里效应而导致进入涡流区40中的空气流的较高速度。

如图所示，摩擦衬片24可包括在涡流区40处联接的两个水平槽口38a,38b。两个水平槽口38a,38b一起形成单个纵向槽口，其大体上跨越摩擦衬片24的长度l，其由涡流区40中断。两个槽口38a,38b可相对于摩擦衬片24的高度h偏离彼此。在一个实施例中，更接近摩擦衬片的顶缘的水平槽口38a始于衬片的前缘(即，在转子旋转期间制动时，在转子表面上的点第一次与摩擦衬片接触的位置)。另一个偏离水平槽口38b在衬片的后缘处开始，且联接。相同的制动衬块22可用在转子的另一侧上，在此情况下，最接近摩擦衬片24的底缘的内或下槽口38b在衬片的前缘处开始。备选地，关于摩擦衬片的高度h的槽口位置可针对该第二制动衬片切换。在另一个实施例中，一个或多个水平槽口大体上延伸穿过摩擦衬片的长度l，或两个水平槽口可位于涡流区的任一侧上，所以其大体上相对于摩擦衬片的高度h对准。其它槽口设计和构造肯定是可能的。

水平槽口38的纵向范围可取决于具体的摩擦衬片改变。水平槽口38的纵向范围可取决于槽口深度和/或圆角42相对于摩擦表面36成角的度数。例如，如果不存在圆角或存在略微成角的圆角，则水平槽口38可延伸到摩擦衬片24的外周边44。备选地，如果圆角42关于摩擦表面36的角较高，则一个或多个水平槽口38可终止于圆角内。可优选避免朝摩擦衬片24的边缘产生水平槽口38中的尖锐点，因为材料可在加工期间或操作期间碎裂。在下文关于图8进一步讨论的一个实施例中，槽口与摩擦衬片的边缘终止处的角大于大约54°。

水平槽口38可沿一个或多个弧延伸。在实施例中，每个水平槽口38a,38b的弧模仿转子30的外圆周32。即，这些弧(可相同或与彼此略微不同)可具有与转子30上摩擦衬片24接触转子的位置大体上相同的曲率半径。结果，在安装时，槽口将平行于转子30的外周边32。以此方式，水平槽口38沿着转子30的曲率，尽管在一些实施例中，其可设计成使得在安装好时，其在槽口所处的转子上的点处不具有与转子30完全相同的半径，或可具有不同于彼此的曲率，或可不与转子的径向中心点共用相同的径向中心点。弧形水平槽口的该构造可有助于促进空气流，因为在其旋转穿过摩擦衬片时，转子可用作风扇来将空气拉过槽口和涡流区。因此，摩擦槽口可构造成大体上与自旋转子的旋转路径且与由转子产生的伴随空气流共线。此外，转子可具有翅片或用作空气泵的特征，以有助于支持空气流穿过槽口。

如图2中所示，两个水平槽口38a,38b在涡流区40处联接。涡流区40是凹口，其包括内壁52，内壁52从摩擦表面36延伸到摩擦衬片24的本体中。内壁52可包括径向表面54和凹陷表面(或底部)56。凹陷表面56可为弯曲的、平面的，或具有某种表面处理，一个或多个凹座，等。内壁52大体上限定圆锥形凹口，其从摩擦表面36延伸到摩擦衬片24的本体中。圆锥形凹口是许多不同圆形形状中的一个，其可用于内壁52来有助于促进或支持圆形空气流型，其操作以冷却摩擦衬片24。除圆锥形外，其它圆形形状包括圆柱形和半球形，以及不必在件方向连续的弯曲形状，如，呈现大体上圆形构型的小表面。对于所示的圆锥形涡流区，其可能具有截头圆锥形，使得其具有如图所示的圆形、平底部56。然而，圆锥形有可能终止于一点，或在底部56处具有更像是球形的构造。内壁52且更具体是涡流区40的径向表面54可如图2中所示大体上是光滑的，或可包括各种特征，如，如图3中所示的周向凹槽58。涡流区40位于摩擦衬片24的中心区域处。并且，在至少一些实施例中，涡流区40位于摩擦衬片24的中心处或附近。

通向涡流区40的两个槽口38a,38b的开口偏离大约180°，且提供进入/离开通路，其关于涡流区定位成大致切向，以有助于在其中产生循环空气流。因此，这些槽口在偏离彼此的位置处沿非交叉路径通向涡流区。这连同涡流区40的圆形形状可有助于引起从一个槽口进入涡流区的空气在经由另一个槽口离开之前在涡流区内沿弯曲方向流动。并且如图所示，在至少一些特定实施例中，每个槽口38的最外缘或壁(即，上水平槽口38a的侧壁46，以及下水平槽口38b的侧壁48)可定位成使得其大致在内壁52的切线处与涡流的内壁52汇合。

图4和5是根据一个实施例的摩擦衬片24的示图。在这些附图和其余附图中，为了清楚的目的可省略某些参考标号。图5为沿图4中的线5-5截取的图4中的摩擦衬片24的截面图。如该实施例中所示，涡流区40是具有截头底部56的圆锥形凹口。在至少一些实施例中，涡流区40的角α在25°到35°之间(包括25°和35°)，且如图5中所示，可为大约30°。内径向壁54和平底部56在辐射式转角处汇合。在一些实施例中，对于大约0.35到0.53之间的摩擦衬片厚度，深度dvz可在大约0.25到0.43之间，其中开口直径d为大约0.65到0.92之间，且底部56具有大约0.08到0.12之间的直径，其中辐射式转角在大约0.18到0.32之间。在其它实施例中，对于大约0.28到0.42之间的摩擦衬片厚度，深度dvz可在大约0.18到0.32之间，其中开口直径d为大约0.51到0.67之间，且底部56具有大约0.08到0.1之间的直径，其中辐射式转角在大约0.18到0.25之间。图5还示出了水平槽口38的深度ds，因为其涉及涡流区的深度dvz(即，从摩擦表面36的涡流区的底部56的深度)。如图所示，(从摩擦表面36的涡流区40的底部56的)深度dvz大于槽口38的深度ds。在至少一些实施例中，ds与dvz之比在1/2到3/4之间(包括1/2和3/4)，且在一个特定实施例中，ds与dvz之比是2/3。

涡流区40的直径d可取决于摩擦衬片的厚度。例如，可优选在凹陷表面56与摩擦衬片的与摩擦表面36相对的侧之间具有大约0.1英寸的摩擦材料。因此，取决于期望的角α和/或深度dvz，涡流区40的直径d可调整成以便确保足够的摩擦材料留在凹陷表面56与摩擦衬片的与摩擦表面36相对的侧之间。直径d也可取决于摩擦衬片24的高度h。直径d可在摩擦衬片24的高度h的38%到55%之间(包括38%和55%)。在一些实施例中，直径d在摩擦衬片24的高度h的40%到45%之间(包括40%和45%)。并且在一个特定实施例中，直径d是摩擦衬片24的高度h的44%。

图6示出了具有终止于圆角42内的两个水平槽口38a,38b的摩擦衬片24的另一个实施例。涡流区40相对于摩擦衬片的高度h以及相对于摩擦衬片的长度l位于中心点处。在该实施例中，水平槽口38a,38b两者终止于圆角42内，而不是延伸到摩擦衬片24的外周边44。

如图7中所示，实施例可包括制动衬块22的摩擦衬片24中的一个或多个垂直槽口60。在该特定实施例中，两个垂直槽口60相应地从摩擦衬片24的外周边44的顶部和底部延伸，以联接到、连通到或另外终止于涡流区40处。正如水平槽口38a,38b那样，垂直槽口60可包括侧壁64,66和底壁68。上文相对于水平槽口所述的相同变型、备选、构造等也相对于垂直槽口适用。

图8和9为具有所有都在涡流区40处会聚的两个水平槽口38a,38b和两个垂直槽口60的制动衬块22的另一个实施例的示图。图9为沿图8中的线9-9截取的图8中的摩擦衬片24的截面图。在该特定实施例中，参看图8，摩擦衬片24的外周边44的顶缘的弧大体上由半径rfl限定。水平槽口38a,38b分别具有弧，其大体上由半径rs1和rs2限定。由半径rfl、rs1和rs2限定的弧是同心的，但在至少一些实施例中不需要。此外，由半径rfl,rs1和rs2限定的弧可与制动系统20中的转子30的外周边32同心。本领域的技术人员将认识到，在其它实施例中，该同心度不是必需的，且因此一旦安装好，槽口38a,38b的半径的中心点可不同于彼此，或不同于周边44的顶缘的中心点或转子外周边32的中心点。

图8还示出了水平槽口38b可与摩擦衬片24的外周边44限定角β。在一个实施方式中，角β大于或等于54°。垂直槽口60可相对于摩擦衬片的中心线限定角θ。在该实施例中，角θ是20°，但可取决于特定的槽口构造变化。图9示出了涡流区40的内壁52的径向表面54可与摩擦衬片24的摩擦表面36形成角γ。在所示实施例中，角γ是60°，但角γ可在50°到70°之间(包括50°和70°)。图9与摩擦衬片24的前文所示截面图的差别在于槽口深度ds是涡流区深度dvz的2/3。

图10-13示出了具有用于外周边44、水平槽口38a,38b和圆角42的各种构造的摩擦衬片24。在所示实施例中，两对水平槽口38和两对垂直槽口60在涡流区40交叉或另外联接，涡流区40大体上相对于摩擦表面36和摩擦衬片24在中心定位。在图10中，水平槽口38a,38b分别一直延伸穿过圆角42至外周边44。在图11中，一个水平槽口38b终止于圆角42，而另一个水平槽口38a延伸到外周边44。在图12中，两个水平槽口38a,38b终止于外周边44之前。在图13中，两个水平槽口38a,38b终止于外周边44处，其中一个槽口38a终止于圆角42，而另一个槽口38b大体上终止于摩擦表面36的边缘。

图14示出了具有位于实心主体的中心区域中且由连接槽口70联接的两个涡流区40的摩擦衬片24。该特定实施例包括从摩擦衬片24的外周边44的其相应侧缘相应地延伸到两个涡流区40中的一个的两个水平槽口38a,38b。每个涡流区40包括成对的垂直槽口60，其相应地从每个涡流区延伸到摩擦衬片24的外周边44的顶部和底部。然而，有可能具有带多个涡流区40而没有垂直槽口60的摩擦衬片24。连接槽口70位于两个涡流区40之间。连接槽口70可如图所示是直的，或其可具有弧形构造。虽然可优选包括朝摩擦衬片24的中心的一个涡流区40，但两个或多个涡流区可为期望的，其中存在较大摩擦表面积，或如图所示，长度l是摩擦衬片24的高度h的两倍或多倍。

图15和16是制动衬块22的图像，制动衬块经历测试以示出穿过摩擦衬片24的空气流型。图15示出了内衬块，且图16示出了外衬块，其中"内"和"外"是指摩擦衬片关于卡钳中的制动衬块位置的位置。因此，代表空气流的箭头72大体上与转子旋转共线(即，图15中的左侧代表前缘，而图16中的右侧代表前缘)。对于此测试，彩色细颗粒物(示为阴影区域74和76，下文所述)朝卡钳相反180°的自旋转子表面喷涂，由此与自旋转子相伴的移动空气流将灰尘云传送到所示制动衬块实施例的摩擦衬片中。测试显示，彩色细颗粒物朝涡流区40的内壁52的径向表面54上的接触点74吹送且聚集。在空气流以圆形方式在涡流区40中继续时，彩色细颗粒物然后沿径向表面54离开后缘76。

图17为示出对于各种类型的摩擦衬片的磨损测试结果的图。具体而言，80代表具有涡流区但没有槽口的摩擦衬片，82代表没有空气流特征的摩擦衬片，且84(圈起的组)代表具有涡流区和各种槽口构造的摩擦衬片。在给定温度下损失的较低厚度大体上可为优选的。因此，图17示出了包括如摩擦衬片中的涡流孔和槽口的空气流特征具有减小磨损的冷却效果，且可最终延长总体制动衬块的寿命。

将理解的是，前文为本发明的一个或多个优选示例性实施例的描述。本发明不限于本文所公开的特定实施例，而是仅由以下权利要求限定。此外，包含在前述描述中的陈述涉及特定实施例，且不应看作是对本发明的范围或权利要求中使用的用语的定义的限制，除非用语或短语在前文中明确限定。各种其它实施例和对公开实施例的各种改变和修改将对于本领域中的技术人员变得清楚。例如，尽管所示实施例公开了盘式制动衬块上具有复杂边缘轮廓的摩擦衬块的使用，但将认识到，那些复杂边缘轮廓设计也可用在鼓式制动衬块上。所有此类其它实施例、变化和修改都旨在落入所附权利要求的范围内。

如说明书和权利要求中使用的用语“例如”、“如”、“比如”、“譬如”和“即”和动词“包括”、“具有”、“包含”及其它动词形式在连同一列一个或多个构件或其它项目使用时，分别认作是开放的，意味着所述列不会认作是排除了其它的附加构件或项目。其它用语解释为使用其最宽合理意义，除非其在需要不同解释的上下文中使用。