一种复合制动盘的抗挤压/剪切连接结构的制作方法

本实用新型属于高速列车制动技术，具体涉及一种高速列车用的复合制动盘的抗挤压/剪切连接结构。

技术领域

制动器是高速列车的关键部件，关系到高速列车运行安全，因其工作环境复杂恶劣，维修更换不便，所以要求制动器产品必须具有制动可靠、维护方便及较长的使用寿命。

高速列车制动器，一般包括以下两种：轴装制动器、盘形制动器。其中轴装制动器较为常见，就是通过液压驱动的摩擦盘对固定在车轴上的制动盘进行挤压摩擦，进而通过摩擦使车轴制动，目前高速列车使用的轴装制动盘一般采用钢铁材料，虽然其具有技术成熟度高、成本低、适用速度范围广的特点已在国内外得到了广泛的应用，但在制动时存在制动盘的热量往往不能及时散去的问题，随着制动温度升高，制动盘摩擦系数降低，出现热衰竭，导致制动性能下降明显。

随着材料研发、制备技术的进步，使得多种例如C/C复合材料、粉末冶金材料、碳陶复合材料等耐高温、抗热衰竭高性能摩擦材料开发出来并应用在高速列车、飞机制动上。应用在高速列车上的轴装制动器，采用的结构形式是通过金属的支撑盘将碳陶摩擦盘与盘毂连接成一体的复合结构，碳陶摩擦盘和支撑盘之间通过螺栓连接在一起。因碳陶复合材料密度是金属材料的1/4～1/3左右，同体积的碳陶摩擦盘较金属材料制动盘其热容量也小，制动时动能转换成热能，使制动器温度升高，摩擦盘表面温度可达到500℃～600℃，而高温会导碳陶摩擦盘和支撑盘之间的螺栓放松，预紧载荷减少，并且螺栓同时还要承受制动盘和支撑盘之间的剪切力，大大降低了碳陶摩擦盘的连接可靠性以及螺栓的使用寿命。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题是：针对碳陶摩擦盘的材料特性导致连接强度降低的问题，提供一种复合制动盘的抗挤压/剪切连接结构。

本实用新型采用如下技术方案实现：

一种复合制动盘的抗挤压/剪切连接结构，两组复合材料的摩擦盘1通过该连接结构叠装锁定在支撑盘2两侧，

所述摩擦盘1上设置台阶通孔11，所述支撑盘2上设置与台阶通孔对应的螺栓通孔22，所述螺栓通孔22的两端设置台阶滑槽21；

该连接结构包括两级沉台套31、连接螺栓32和连接螺母33，所述两级沉台套31为两组，分别插装在两组摩擦盘和支撑盘对齐的台阶通孔11和台阶滑槽21内，所述两级沉台套31上设有两个分别与台阶通孔11和台阶滑槽21装配配合的外台阶，所述连接螺栓32插装穿过两组两级沉台套31的内孔和螺栓通孔22，并通过连接螺母33锁紧两组两级沉台套31，将摩擦盘1和支撑盘2夹紧锁定。

进一步的，所述台阶滑槽21的横截面大于两级沉台套31上对应的外台阶横截面。

进一步的，所述支撑盘2上的台阶滑槽21为椭圆槽或腰形槽，所述椭圆槽或腰形槽的最小直径不小于两级沉台套31上对应的外台阶横截面的最大直径。

进一步的，所述台阶滑槽21与两级沉台套31上对应的外台阶圆周为间隙配合，单边配合间隙为0.02-0.15mm。

进一步的，所述台阶通孔11与两级沉台套31上对应的外台阶圆周为间隙配合，单边配合间隙为0.02-0.15mm。

进一步的，所述两级沉台套31的外台阶与摩擦盘1的台阶通孔11之间设有保护垫圈34。

进一步的，所述保护垫圈34的厚度为0.2-0.5mm。

进一步的，所述两级沉台套31的内孔设有用于连接螺栓的螺帽和连接螺母沉头设置的内台阶312。

进一步的，所述两级沉台套31的内台阶312分别与连接螺栓32的螺帽和连接螺母33之间分别垫设有弹性垫圈。

在本实用新型的一种复合制动盘的抗挤压/剪切连接结构中，所述摩擦盘1为密度在1.8～2.4g/cm³的复合碳陶材料，所述支撑盘2为高温合金。

本发明具有如下有益效果：

(1)、碳陶摩擦盘和金属支撑盘之间的连接结构，具有连接可靠，维护简单的特点，通过带有两级外台阶的两级沉台套的设置，避免连接螺栓头或螺母直接作用在碳陶摩擦盘上，减少了碳陶摩擦盘所受挤压应力，防止摩擦盘出现破损。

(2)、采用制动盘与螺栓之间设置两级沉台套的连接结构，再通过合理选择两级沉台套的高温合金材料，解决了因螺栓与制动盘热膨胀系数不一致而造成螺栓在同一温升下膨胀量大于制动盘，使螺栓预紧载荷减少的问题。

(3)、采用制动盘与螺栓之间设置两级沉台套的连接结构，尽可能减少了制动盘螺栓孔直径，增加了碳陶摩擦盘与闸片的摩擦面积，进一步增加了制动摩擦力，提高了制动可靠性的目的。

(4)、两级沉台套其中一个外台阶装配在金属支撑盘的台阶滑槽中，与台阶滑槽之间采用间隙配合，使得金属支撑盘在高温膨胀后具备径向滑移功能，可抵抗周向制动摩擦力及径向热应力，降低了连接螺栓承受剪切力的风险，提高了连接螺栓和碳陶摩擦盘的使用寿命，降低了高速列车运行、制动能耗，大大节约了高速列车公司运营成本。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中碳陶摩擦盘和支撑盘之间的连接结构装配示意图。

图2a为实施例中的两级沉台套的立体图。

图2b为实施例中的两级沉台套的剖视图。

图3为实施例中的支撑盘上的台阶滑槽示意图。

图中标号：

1-摩擦盘，11-台阶通孔；

2-支撑盘，21-台阶滑槽，22-螺栓通孔；

3-连接结构，31-两级沉台套，311-一级外台阶，312-内台阶，313-二级外台阶，32-连接螺栓，33-连接螺母，34-保护垫圈。

具体实施方式

实施例

参见图1，本实施例的连接结构3包括该连接结构包括两级沉台套31、连接螺栓32、连接螺母33和保护垫圈34；摩擦盘1上设置台阶通孔11，支撑盘2上设置与台阶通孔对应的螺栓通孔22，螺栓通孔22的两端设置台阶滑槽21；两级沉台套31从碳陶摩擦盘1的台阶通孔11插装在支撑盘2的台阶滑槽21中，两级沉台套31上的一级外台阶311和二级外台阶313分别与台阶通孔11和台阶滑槽21为间隙配合。连接螺栓32插装穿过两级沉台套31和支撑盘2上的螺栓通孔22后连接螺母33锁紧，通过两级沉台套31将碳陶摩擦盘1和支撑盘2夹紧锁定。

如图2a和图2b所示，两级沉台套31采用高温合金，其中分别在外圆周设有一级外台阶311、内孔设有内台阶312、下端设有二级外台阶313。结合图1所示，一级外台阶311在连接套装入后与碳陶摩擦盘台阶通孔11限位接触，为了保护碳陶摩擦盘，在两级沉台套31的一级外台阶311和碳陶摩擦盘1的台阶通孔11之间设有厚度0.2～0.5mm的垫圈34。内台阶312用于连接螺栓32和连接螺母33的沉头设置。

两级沉台套31采用高温合金，一级外台阶311在两级沉台套装入后与摩擦盘1上的台阶通孔11限位接触，为了保护制动盘，在两组两级沉台套31的一级外台阶311和制动盘1的台阶通孔11之间垫设有厚度在0.2-0.5mm的保护垫圈34，并且一级外台阶311的台阶高度不能超过台阶通孔11的内台阶深度，并且应当留出适当的制动盘摩擦消耗厚度，一级外台阶311的外圆周与台阶通孔11的内壁之间保留单边间隙为0.02-0.15mm，避免一级外台阶311直接接触作用在台阶通孔11的摩擦盘内壁上。内台阶312用于连接螺栓32和连接螺母33的沉头设置，连接螺栓32的螺帽和连接螺母33均可隐藏在两组两级沉台套31内部，在两组两级沉台套的内台阶312和连接螺栓的螺帽和连接螺母之间分别垫设有弹性垫圈，提供连接螺栓和连接螺母之间的预紧力。

连接螺栓32和连接螺母33的轴向锁紧力作用在两级沉台套31的内台阶312上，在连接螺栓32和连接螺母33的锁紧力下，两级沉台套31通过一级外台阶311和垫圈34作用在制动盘1上，将碳陶摩擦盘相向压紧，这样避免了螺栓和螺母的锁紧力直接作用在碳陶摩擦盘上，造成碳陶摩擦盘连接处的磨损。

结合参见图3，两级沉台套31的二级外台阶313插装在支撑盘2的台阶滑槽21中，与台阶滑槽21间隙配合，台阶滑槽21采用椭圆槽或腰形槽，椭圆槽或腰形槽的最小直径不小于二级外台阶313横截面的最大直径，并且台阶滑槽21与两级沉台套31上的二级外台阶313圆周之间采用间隙配合，单边配合间隙为0.02-0.15mm，此时二级外台阶313相当于凸出设置在两级沉台套31顶部的端面键，并且滑移装配在支撑盘2的台阶滑槽21中，使得支撑盘2在受热膨胀后具备微量的径向滑移功能，可抵抗周向制动摩擦力及径向热应力，减小两级沉台套31以及连接螺栓32受到碳陶摩擦盘和支撑盘之间的膨胀系数不同导致的剪切应力，降低了连接结构承受剪切力的风险，从而使连接的可靠性及螺栓的使用寿命得到保证。

以上实施例描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的具体工作原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。