направляющая пружина для фрикционных элементов и дисковый тормоз, имеющий по крайней мере одну такую пружину

Формула изобретения

1. Пружина, направляющая в осевом направлении и удерживающая в радиальном направлении фрикционные элементы (15) дискового тормоза и имеющая установочное устройство (5), которое предназначено для взаимодействия с установочным устройством (7) несущего фрикционные элементы и пружины суппорта (9) тормозного механизма, отличающаяся тем, что взаимодействие установочных устройств (5, 7) сопровождается их соединением друг с другом и блокировкой по типу замка с защелкой.

2. Пружина по п.1, отличающаяся тем, что ее установочное устройство (5) выполнено в виде установочного гнезда, по существу, П-образной формы, на одной из стенок (17) которого расположен выполненный в виде охватываемой детали запорный элемент (21).

3. Пружина по п.2, отличающаяся тем, что выполненный в виде охватываемой детали запорный элемент (21) взаимодействует с охватывающим элементом (23) и соединяется с ним соединением типа замка с защелкой.

4. Пружина по п.3, отличающаяся тем, что охватывающий элемент (23) выполнен на выступающей части (7) несущего фрикционные элементы и пружины суппорта.

5. Пружина по пп.2, 3 или 4, отличающаяся тем, что в виде сбоку она имеет форму, напоминающую цифру "5".

6. Пружина по любому из пп.2-5, отличающаяся тем, что она выполнена в виде пластинчатой пружины, изготовленной штамповкой и гибкой из листовой стали, при этом ее запорный элемент (21) выполнен в виде язычка.

7. Пружина по п.6, отличающаяся тем, что язычок (21) наклонен к проходящей через канавку (23) плоскости (27) под углом .

8. Пружина по п.7, отличающаяся тем, что угол составляет от 3 до 87°.

9. Дисковый тормоз, отличающийся тем, что он имеет, по крайней мере, одну пружину по любому из предыдущих пунктов.

10. Дисковый тормоз по п.9, отличающийся наличием двух фрикционных элементов, выполненных в виде тормозных колодок (15), каждая из которых имеет два разнесенных друг от друга в тангенциальном направлении установочных элемента (13), направляющим устройством каждого из которых служит пружина (3) по любому из пп.1-8.

11. Дисковый тормоз по п.9 или 10, отличающийся тем, что несущий пружины (3) суппорт (9) выполнен в виде скобы (9) с двумя расположенными у противоположных рабочих поверхностей диска (1) плечами (49, 51), которые соединены между собой по крайней мере одним выполненным в виде дуги соединительным элементом (53).

12. Дисковый тормоз по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что пружина (3) крепится к несущему колодки и пружины суппорту (9) только одним своим концом (5), а другой ее конец при этом остается свободным.

13. Дисковый тормоз по п.12, отличающийся тем, что свободный конец ненагруженной пружины (3) расположен на некотором расстоянии от суппорта (9).

14. Дисковый тормоз по любому из пп.9-13, отличающийся тем, что его фрикционные элементы (15) выполнены в виде тормозных колодок с квадратными установочными элементами (13), а каждая пружина (3) образует установочное гнездо (11), которое служит осевой направляющей для квадратного установочного элемента (13) тормозной колодки.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к пружине, направляющей и удерживающей фрикционные элементы, в частности тормозные колодки, а также к дисковому тормозу, имеющему по крайней мере одну такую пружину.

Устанавливаемые на несущие тормозные колодки вилки или скобы дисковых тормозов пружины, используемые в качестве осевых направляющих колодок, хорошо известны. При торможении транспортного средства, на котором установлены такие тормозные механизмы, на колодки каждого вращающегося диска действуют тангенциальные силы, прижимающие колодки к несущему их суппорту. Пружины известного типа в сжатом состоянии создают усилие, возвращающее колодки в исходное положение, которое при массовом изготовлении пружин и минимальных допусках на изготовление контролировать практически невозможно. При резком, сопровождающемся большим отрицательным ускорением торможении транспортного средства усилие, перемещающее колодку в направлении несущего колодки суппорта, существенно возрастает и становится больше усилия возврата, которое может создать пружина. Удар, перемещающейся в тангенциальном направлении колодки в несущий колодки суппорт, создает неприятный для находящихся в транспортном средстве людей звук или так называемый "дребезг", который, кроме того, можно ошибочно принять за характерный звук, возникающий при механической поломке.

Было установлено, что причиной, препятствующей в известных дисковых тормозах перемещению колодок в тангенциальном направлении по направляющим их пружинам, является неэффективное крепление пружин на выполненном в виде вилки или скобы несущем колодки суппорте. Кроме того, известные тормозные механизмы имеют две расположенные друг напротив друга пружины, одна из которых удерживает конец одной колодки, прилегающей к первой рабочей поверхности диска, а другая удерживает соответствующий конец другой колодки, прилегающей к расположенной с противоположной стороны диска его второй рабочей поверхности, которые соединяются друг с другом отдельным выполненным в виде дуги соединительным элементом. В имеющих такую конструкцию тормозных механизмах из-за разной ширины несущей колодки скобы приходится использовать разные по размерам пружины.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать пружину, которая обладала бы необходимым сопротивлением к воздействию тангенциальных ударов и эффективно выполняла бы функции устройства, направляющего колодки в осевом направлении, и которая позволила бы создать дисковый тормоз с непосредственно или косвенно (посредством пружины) направляемым фрикционным элементом, установленным на несущем колодки суппорте, выполненном, в частности, в виде вилки или скобы.

Еще одна задача изобретения состояла в разработке пружины с большим усилием возврата колодки в исходное положение.

Еще одна задача настоящего изобретения заключалась в разработке пружины, имеющей небольшие размеры.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание пружины с большим сроком службы при работе в тяжелых условиях.

Задачей настоящего изобретения являлась также разработка пружины с высокой коррозионной стойкостью.

Еще одна задача настоящего изобретения состояла в разработке пружины, которую можно было бы использовать в разных дисковых тормозах, в частности в дисковых тормозах с разными по ширине несущими колодки и выполненными в виде вилки или скобы устройствами.

Еще одна задача изобретения состояла в разработке дискового тормоза, который имел бы по крайней мере одну, предпочтительно четыре, таких пружины.

Следующая задача настоящего изобретения состояла в разработке дискового тормоза, который отличался бы исключительно высокой надежностью.

Еще одна задача изобретения состояла в разработке сравнительно дешевого дискового тормоза.

Кроме того, еще одна задача настоящего изобретения состояла в разработке практически бесшумного дискового тормоза.

Эти задачи решаются с помощью предлагаемой в изобретении пружины с установочным элементом, который предназначен для взаимодействия с соответствующим установочным элементом несущего колодки суппорта, выполненного, в частности, в виде вилки или скобы. Взаимодействие установочных элементов пружины и несущей колодки скобы сопровождается их соединением друг с другом по типу замка и креплением пружины на несущей колодки скобе в определенном положении. Пружину целесообразно одним ее концом закрепить на несущей колодки скобе, оставив при этом свободным ее второй конец, который предпочтительно должен иметь до установки на место фрикционных элементов (тормозных колодок) возможность свободного перемещения в достаточно широких пределах.

В настоящем изобретении, в частности, предлагается пружина, направляющая фрикционный элемент или тормозную колодку дискового тормоза в осевом направлении и удерживающая ее в радиальном направлении и имеющая установочный элемент, предназначенный для взаимодействия с установочным элементом несущего колодки суппорта (скобы). Такая пружина отличается тем, что взаимодействие установочных элементов пружины и скобы сопровождается их соединением и блокировкой друг с другом.

Отличительной особенностью предлагаемой в настоящем изобретении пружины является выполнение ее установочного элемента в виде охватывающего элемента, который взаимодействует с установочным элементом несущего колодки суппорта, выполненным в виде охватываемого элемента, и образует с ним соединение по типу замка с защелкой.

Предлагаемая в настоящем изобретении пружина отличается также тем, что она представляет собой пластинчатую пружину, изготовленную штамповкой и гибкой из листового металла, а также тем, что ее охватываемый элемент выполнен в виде запорного элемента.

Особенностью предлагаемой в изобретении пружины является также то, что в виде сбоку она имеет форму, напоминающую цифру 5.

В настоящем изобретении предлагается также дисковый тормоз, отличающийся наличием по крайней мере одной предлагаемой в изобретении пружины.

Предлагаемый в изобретении дисковый тормоз отличается также наличием двух фрикционных элементов, выполненных в виде тормозных колодок с двумя расположенными на разных (в тангенциальном направлении) концах колодки установочными элементами, которые могут перемещаться в выполняющей функции направляющего устройства предлагаемой в изобретении пружине.

В настоящем изобретении предлагается также дисковый тормоз, отличающийся тем, что его несущее пружины и колодки устройство выполнено в виде вилки или скобы, одно из плеч которой расположено с одной стороны диска напротив его первой рабочей поверхности, а другое - на противоположной стороне диска напротив его второй рабочей поверхности, при этом оба плеча скобы соединены по крайней мере одним выполненным в виде дуги соединительным элементом.

В настоящем изобретении предлагается также дисковый тормоз, отличающийся тем, что пружина крепится на несущем колодки суппорте только одним своим концом, а ее другой конец остается при этом свободным.

Другая отличительная особенность предлагаемого в настоящем изобретении тормозного механизма состоит в том, что свободный конец ненагруженной пружины расположен на некотором расстоянии от несущего колодки и пружины суппорта.

Предлагаемый в изобретении тормозной механизм отличается также тем, что его фрикционные элементы выполнены в виде тормозных колодок с расположенными на концах квадратными установочными элементами, которые могут перемещаться в осевом направлении в выполняющих функции направляющих устройств установочных гнездах пружин.

Ниже изобретение, а также его отличительные особенности и преимущества более подробно рассмотрены на примере одного из не ограничивающих его объем вариантов его возможного осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - общий вид в аксонометрической проекции пружины, выполненной в соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения,

на фиг.2 - общий вид пружины, показанной на фиг.1, после ее поворота на 90°,

на фиг.3 - вид сверху несущего пружины и колодки устройства предлагаемого в изобретении дискового тормоза, выполненного в виде вилки или скобы, с изображенной в нижней половине чертежа тормозной колодкой и не показанными в верхней половине чертежа и в правом верхнем углу второй тормозной колодкой и одной из пружин,

на фиг.4 - вид сбоку скобы, показанной на фиг.3, до установки в нее тормозных колодок,

на фиг.5 - вид сбоку скобы, показанной на фиг.3, с установленными в нее тормозными колодками,

на фиг.6 - условное изображение в виде сбоку части скобы, показанной на фиг.3, и усилия, действующего на реально установленную в тормозной механизм колодку.

на фиг.7 - условное изображение в виде сбоку части скобы и усилия, действующего на установленную в тормозной механизм колодку при ненагруженном тормозном механизме,

на фиг.8 - условное изображение в виде сбоку части скобы и усилия, действующего на установленную в тормозной механизм колодку во время торможения,

на фиг.9 - условное изображение в виде сбоку части скобы и усилия, действующего на установленную в тормозной механизм колодку при максимальном усилии торможения,

на фиг.10 - зависимость усилия возврата, создаваемого пружиной, выполненной в соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения, от положения колодки и

на фиг.11 - два аналогичных графика, построенных при увеличенном масштабе сил, отложенных по оси ординат.

На всех фиг.1-11 одни и те же детали тормозного механизма обозначены одними и теми же позициями. В приведенном ниже описании под "осевой силой" понимается усилие, действующее параллельно направлению оси Х (фиг.3), совпадающему с осью диска 1 (условно показанного на фиг.4 и 5), под касательной (тангенциальной) силой понимается усилие, действующее по касательной к диску 1, а под радиальной силой понимается усилие, направленное по радиусу диска 1.

Показанная на фиг.1-9 и выполненная в соответствии с предпочтительным вариантом настоящего изобретения пружина 3, которая сбоку напоминает по форме цифру "5", имеет первое установочное гнездо 5, которое предназначено для установки пружины на установочном элементе 7 несущего колодки суппорта 9, обычно выполняемого в виде выступа 7 на вилке или скобе 9, и второе установочное гнездо 11, в которое входит установочный элемент 13 фрикционного элемента 15, обычно тормозной колодки.

Форма первого установочного гнезда 5 соответствует форме выступа 7, на который устанавливается пружина. В рассматриваемом (предпочтительном) варианте выступ 7 скобы 9 имеет форму прямоугольного параллелепипеда с квадратным основанием и вытянутой в осевом направлении высотой. В этом варианте установочное гнездо 5 имеет по существу П-образную форму. Одну из стенок 17 П-образного установочного гнезда, предпочтительно дальнюю от второго установочного гнезда 11, целесообразно выполнить в поперечном сечении в виде тупого угла с проходящей в осевом направлении кромкой 19, создающей значительное по величине усилие, прижимающее пружину к выступу 7 скобы.

Крепление пружины к скобе 9 является существенной особенностью настоящего и изобретения. Надежность установки пружины 3 на скобе 9, предпочтительно на ее установочном выступе 7, можно увеличить, соединив пружину с установочным элементом скобы защелкой. Соединение двух деталей защелкой осуществляется с помощью входящих во взаимное зацепление охватываемого элемента одной из соединяемых деталей и охватывающего элемента другой соединяемой детали. В показанном на чертежах примере, который не ограничивает изобретение, охватываемым элементом защелки служит запорный элемент или язычок 21, выполненный на боковой стенке 17 установочного гнезда 5 пружины 3, а ее охватывающим элементом служит осевая канавка 23, выполненная на обращенной к язычку 21 стороне выступа 7 (на его верхней грани на фиг.4-9).

Язычок 21 защелки предпочтительно изготавливать путем выполнения вырезов в соответствующем месте верхней стенки 17 установочного гнезда пружины. Для придания язычку 21 некоторой упругости можно использовать, например, две проходящие по краям язычка прорези 25.

Язычок 21 предлагаемой в изобретении пружины, надетой на установочный выступ скобы, может лежать в средней плоскости 27 канавки 23 выступа, однако более целесообразно выполнять язычок 21 наклонным к плоскости 27 под некоторым углом а, повысив тем самым его сопротивление к воздействию усилия растяжения, действующего в направлении стрелки 29, и изгибающего момента, действующего в направлении стрелки 31.

Угол должен лежать предпочтительно в пределах от 3° до 87°, более предпочтительно в пределах от 10° до 60°, наиболее предпочтительно в пределах от 25° до 50°. В показанном на чертежах предпочтительном варианте угол а равен 45°. В этом предпочтительном варианте край язычка 21, угол наклона которого совпадает с углом наклона внешнего края боковой стенки 17 верхнего установочною гнезда пружины, расположен ниже кромки 19 и может свободно входить в выполненную в выступе 7 скобы канавку 23.

Кроме того, выполнение в предлагаемой в изобретении пружине 3 язычка 21 наклонным позволяет, надев пружину 3 ее установочным гнездом 5 на установочный выступ 7 несущей тормозные колодки скобы 9 таким образом, чтобы конец язычка 21 оказался расположенным в канавке 23 установочного выступа, быстро по типу защелки закрепить пружину на установочном выступе скобы.

В показанном на чертежах примере канавка 23 проходит в осевом направлении но всей длине выступа 7, что облегчает процесс ее выполнения. При этом, однако, необходимо отметить, что в предлагаемой в изобретении конструкции длина канавки 23, в которую входит язычок 21 пружины, может быть меньше осевой протяженности установочного выступа 7. Такие более сложные в изготовлении по сравнению с канавками, проходящими по всей длине выступов, канавки более эффективно ограничивают возможность перемещения пружины 3 относительно установочного выступа 7 в осевом направлении.

Осевое перемещение пружины 3 можно ограничить и другим путем. В рассматриваемом примере для этого предназначены лапки 33 и 35, которые отогнуты под прямым углом к основанию и боковым стенкам П-образного установочного гнезда пружины и в установленной на место пружине прилегают к противоположным в осевом направлении сторонам установочного выступа 7 несущей колодки скобы тормозного механизма. При этом лапка 33, которая ограничивает перемещение пружины при торможении (обычно с помощью соответствующего гидравлического устройства, прижимающего фрикционные элементы 15 к диску 1), выполнена более широкой, чем лапка 35, которая при отпускании педали тормоза ограничивает осевое перемещение пружины в противоположном направлении (т.е. когда фрикционные элементы 15 отходят от диска 1). Для увеличения податливости лапок 33 и 35 в их основании можно выполнить вырезы 37. Необходимо подчеркнуть, что в предлагаемой в изобретении конструкции для крепления пружины 3 на несущей тормозные колодки скобе 9 можно использовать и другие устройства, например заклепку или болт, проходящий через выполненное в пружине отверстие. Предлагаемую в изобретении пружину 3 предпочтительно, как это более подробно описано ниже со ссылкой на фиг.6-11, закреплять на установочном выступе скобы одним ее концом таким образом, чтобы другой ее конец оставался при этом свободным. Настоящее изобретение, однако, предполагает возможность использования и пружин, которые крепятся к несущей тормозные колодки скобе 9 двумя их концами.

Предлагаемый в настоящем изобретении тормозной механизм предпочтительно имеет четыре предлагаемые в изобретении пружины 3, по одной на каждый в тангенциальном направлении конец каждого фрикционною элемента. Обычно тормозной механизм имеет четыре отдельных одинаковых пружины. При этом пружины одного и того же типа можно использовать в тормозных механизмах с разной в осевом направлении шириной. В этой связи необходимо отметить, что предлагаемый в изобретении тормозной механизм может иметь пружины, расположенные друг напротив друга по разные стороны диска 1 и соединенные между собой отдельным выполненным в виде дуги соединительным элементом.

Форма установочных гнезд 11 пружин соответствует форме установочных элементов тормозных колодок. При этом имеющее в сечении полукруглую или по существу полукруглую форму установочное гнездо 11 должно использоваться в качестве направляющего устройства для колодок, имеющих скругленные установочные элементы. В рассматриваемом в данном случае предпочтительном варианте установочное гнездо пружины имеет П-образную форму и предназначено для крепления к скобе колодки с квадратным установочным элементом. Расстояние между противоположными стенками 39 и 41 П-образного установочного гнезда 11 пружины равно по существу радиальной протяженности установочных элементов колодок. Одна из стенок 39 установочного гнезда 11 является одновременно стенкой другого установочного гнезда 5, расположенной напротив его другой стенки 17. На краях установочного гнезда 11 целесообразно выполнить дне лапки 43 и 45, которые используются в качестве соответственно осевой и тангенциальной направляющих при установке в гнездо 11 установочною элемента колодки 15. При этом на свободном конце 41 установочного гнезда 11 целесообразно выполнить ребро 47, повышающее его сопротивление скручиванию. Имеющее такую конструкцию установочное гнездо 11 пружины 3 эффективно работает в качестве направляющего устройства даже при износе тормозных колодок 15 и изменении в осевом направлении исходного положения расположенного в нем установочного элемента тормозной колодки 15.

Для защиты при замене тормозных колодок рук механика от возможных порезов углы пружины 3 целесообразно выполнить скругленными.

Предлагаемую в изобретении пружину 3 изготавливают штамповкой и гибкой из листовой нержавеющей стали толщиной предпочтительно менее 1 мм, например 0,4±0,03 мм. Для изготовления пружин можно использовать, например, стали марки Z10CN 18.08. Z12C N 17.07 или стали типа SAE 30301 или 30302.

В предпочтительном варианте изобретения вилка или скоба 9 предлагаемого в нем тормозного механизма состоит из двух плеч 49 и 51, расположенных напротив разных сторон диска 1 и соединенных между собой своими концами выполненными в виде дуги соединительными элементами 53, вытянутыми в осевом направлении и расположенными в радиальном направлении за пределами диска 1. Выполненные в виде дуги соединительные элементы 53 имеют отверстия 55 для направляющих элементов суппорта (не показаны) с элементами привода, обычно гидравлического, фрикционных элементов (тормозных колодок) 15, прижимаемых к противоположным рабочим поверхностям диска 1. В этой связи необходимо отметить, что предлагаемый в изобретении тормозной механизм может иметь и другие по конструкции устройства 9, несущие пружины и тормозные колодки или другие элементы привода, прижимающего фрикционные элементы (тормозные колодки) 15 к тормозному диску.

На фиг.10 в виде кривой 57 с гистерезисом показана характеристика предлагаемой в настоящем изобретении пружины 3, нагруженной небольшими по величине тангенциальными силами (сила Ft на фиг.6-9). По оси Х отложена величина (в мм), которая характеризует положение связанной с пружиной колодки, а по оси Y отложена величина (в Н) действующего на пружину усилия.

На фиг.6-9, поясняющих принцип действия предлагаемой в изобретении пружины, фрикционные элементы (тормозные колодки) 15 показаны условно.

Показанный на фиг.6 фрикционный элемент 15 зажат между стенками 39 и 41 установочного гнезда 11 пружины 3. В таком положении, которое соответствует горизонтальному участку 59 кривой 57, пружина нагружена силой, равной 17 Н, приложенной к ней со стороны ненагруженной усилием торможения колодки при ее перемещении в тангенциальном направлении в интервале от 2 до 1,2 мм. Точка 61 на кривой соответствует точке контакта 63 (фиг.7) между фрикционным элементом 15 и основанием 65 П-образного установочною гнезда 11 пружины 3. Необходимо отметить, что точка 63 контакта колодки с пружиной расположена рядом с местом пересечения основания 65 установочного гнезда 11 пружины с одной из его стенок 41. При этом точка 67 расположена в месте пересечения основания 65 установочного гнезда пружины с его другой стенкой 39, прилегающей к установочному выступу несущей пружины и тормозные колодки скобы тормоза. На участке 69 кривой, соответствующем перемещению колодки в интервале от 1,2 до 0.6 мм, вплоть до точки 71, характеризующей положение колодки и пружины, показанное на фиг.8, точка 63 контакта движется в направлении точки 67. В положении, показанном на фиг.8, основание 65 установочного гнезда 11 пружины 3 выгнуто в направлении фрикционного элемента 15 и касается его в поперечном сечении в точке 73. При этом другой своей стороной основание 65 установочного гнезда пружины упирается в точках 67 и 75 в несущую пружины и колодки скобу 9 тормозного механизма. Такая форма установочного гнезда пружины исключает возможность удара фрикционного элемента 15 в несущую пружины и колодки скобу 9 тормозного механизма, сопровождающегося обычно появлением характерного неприятного шума (так называемого "дребезга"). Показанный на графике участок 77 кривой соответствует отпусканию педали тормоза и возврату колодок в исходное положение. По мере увеличения тангенциальной силы до 51 даН (фиг.9) основание 65 установочного гнезда 11 пружины 3 постепенно сплющивается и прижимается к скобе по всей своей плоскости, чему соответствует показанная на фиг.11 верхняя точка 81 кривой 79, построенной при увеличенном в десять раз масштабе сил (в даН), отложенных по оси ординат.

Слева на фиг.11 показана кривая 83, характеризующая жесткость измерительною устройства, которая учитывалась при проведении измерений, по результатам которых были построены кривые 57 и 79.

Показанное на фиг.9 положение пружины, при котором появляется так называемый "дребезг", не характерно для нормального торможения и соответствует резкому торможению в аварийной ситуации. Предлагаемая в изобретении пружина обладает еще одним преимуществом. При обычном торможении пружина 3 имеет очень небольшую поверхность контакта с несущей колодки вилкой или скобой тормозного механизма, которую обычно изготавливают из чугуна и подвергают соответствующей антикоррозионной обработке, используя для этого, например, цинковые сплавы. Известно, что контакт пружины со скобой вызывает коррозию пружины. Поэтому предлагаемая в настоящем изобретении пружина 3, характерной особенностью которой является минимальная площадь контакта с несущей колодки скобой тормозного механизма, будет, как очевидно, обладать более высокой коррозионной стойкостью, чем все известные в настоящее время пружины. В этой связи необходимо отметить, что коррозионную стойкость предлагаемой в изобретении пружины 3 можно дополнительно увеличить за счет антикоррозионной обработки ее внешней поверхности.

Настоящее изобретение относится, главным образом, к автомобильной промышленности.

Наибольшее применение настоящее изобретение может найти при разработке и изготовлении тормозных механизмов для различных транспортных средств.