CN111379801A - 铝陶瓷复合材料制动组件 - Google Patents

Abstract

本发明题为“铝陶瓷复合材料制动组件”。公开了一种用于车辆的盘式制动机构中的制动组件。该制动组件包括连接到中心铝轮毂的铝陶瓷复合材料转子。该转子包括朝向轮毂径向向内延伸并且与轮毂中的通孔接合的突起。该突起延伸通过通孔以将转子连接到轮毂。突起和通孔之间的接合允许突起相对于通孔的径向运动，该径向运动可以由转子在制动操作期间产生的热导致的热膨胀引起。

Description

铝陶瓷复合材料制动组件

背景技术

已知铝陶瓷复合材料制动转子在车辆中用作盘式制动机构的一部分。与铁基制动转子相比，铝陶瓷复合材料制动转子更轻，从而降低车辆的整体重量并节省了燃料成本。然而，这些铝陶瓷复合材料制动转子不能被焊接到金属轮毂，并且因此在将转子附接到金属轮毂和车辆的车轴时出现了挑战。

此外，由于在制动操作期间由摩擦产生的热，这些铝陶瓷复合材料制动转子经历一些热膨胀。由于两种材料的热膨胀系数的差异，这种热导致铝陶瓷复合材料制动转子以与金属轮毂不同的速率/量膨胀和收缩。热膨胀的差异也可能是由于在制动操作期间轮毂没有经受与转子相同的热量，因为轮毂在制动操作期间不经历摩擦。在连接两个部件时，必须考虑铝陶瓷复合材料制动转子和金属轮毂之间的这种膨胀差异，这在使用铝陶瓷复合材料制动转子时出现了另一挑战。

发明内容

根据一个方面，制动组件包括制动转子和轮毂。制动转子具有旋转轴线，并且包括中心孔和朝向轴线径向向内延伸的突起。轮毂被布置在中心孔内，并且包括围绕轮毂的圆周间隔开的通孔。突起布置在通孔中，从而将转子连接到轮毂。突起能够相对于通孔径向运动，而无需将转子与轮毂断开连接。

在另一方面，制造制动组件的方法包括提供具有旋转轴线的铝陶瓷复合材料制动转子，转子包括中心孔和朝向轴线径向向内延伸的突起。转子布置在模具中，并且将熔融的铝合金引入模具中。使铝合金凝固以形成布置在转子的中心孔内的轮毂。轮毂包括围绕轮毂的圆周间隔开的径向通孔。突起布置在通孔中，从而将转子连接到轮毂。突起能够相对于通孔径向运动，而无需将转子与轮毂断开连接。

在另一方面，车辆包括制动组件。制动组件包括制动转子和轮毂。制动转子具有旋转轴线，并且包括中心孔和朝向轴线径向向内延伸的突起。轮毂被布置在中心孔内，并且包括围绕轮毂的圆周间隔开的通孔。突起布置在通孔中，从而将转子连接到轮毂，并且突起能够相对于通孔径向运动，而无需将转子与轮毂断开连接。

附图说明

图1是根据本主题的制动转子的内侧透视图。

图2是根据本主题的轮毂的内侧透视图。

图3是根据本主题的包括图1的制动转子和图2的轮毂的制动组件的内侧透视图。

图4是根据本主题的覆盖物的内侧透视图。

图5是根据本主题的包括图4的覆盖物的制动转子的内侧透视图。

图6是根据本主题的包括图5的制动转子的制动组件的内侧透视图。

图7是图3的制动组件的沿着线7-7截取的截面图。

图8是图6的制动组件的沿着线8-8截取的截面图。

图9是根据本主题的制动组件的截面图。

图10是根据本主题的制动组件的截面图。

具体实施方式

制动组件包括转子和轮毂。转子包括延伸到轮毂中的通孔中的多个突起。这些通孔接合突起以防止转子从轮毂移除，但是允许当转子使用并暴露于高温时转子(径向向内)热膨胀。

参照图1至图10，制动组件2包括制动转子4(也称为“转子”)和轮毂6，并且可选地进一步包括覆盖物8(图4至图6、图8和图9)。

制动组件2可以作为盘式制动机构的一部分被包括在车辆上，盘式制动机构进一步可以包括在制动操作期间将一对制动衬块挤压为抵靠转子4的卡钳，以使车辆减速或停止。制动组件2可以被包括在任何类型的车辆中，并且被附接到车辆的旋转轴(诸如主轴或车轴)或者车轮，以阻止轴或车轮的旋转。

制动转子4可以是整体的一体式单元，或者可以是多部件组件。转子4可以由任何合适的材料制成，诸如例如灰铸铁、铝、镁或包括铝陶瓷复合材料(“ACC”，也称为铝金属基质复合材料或铝MMC)的合金或复合材料等。在优选实施方案中，转子4在砂模铸造工艺中由ACC形成，并且是整体的一体式单元。在美国专利号7,267,882中公开了可以用于转子4的说明性ACC和用于形成ACC的方法，该专利的相关公开内容通过引用并入本文，如同在本文充分阐述一样。但是，设想替代的已知ACC和制造转子的方法。转子4可以在铸造之后被机加工以获得期望尺寸。

转子4包括中心孔10，该中心孔的尺寸设计成用于接收轮毂6，如图3和图6至图10所描绘的。转子4具有旋转轴线RA₁，当制动组件2安装到旋转的车辆车轴或车轮时，转子4围绕该旋转轴线旋转。中心孔10以旋转轴线RA₁为中心。

转子4包括第一摩擦板14、与第一摩擦板14分开间隙18的第二摩擦板16以及布置在间隙18中并以间隔开的配置连接两个摩擦板14、16的分管20。中心孔10延伸通过两个摩擦板14、16。这两个板14、16提供各自的制动表面22、24，当制动衬块在制动操作期间被卡钳挤压时接合在制动表面上，以阻止转子4的旋转。在制动操作期间，制动衬块与表面22、24之间的摩擦可以导致转子4加热。间隙18可以允许空气在两个板14、16之间循环以消散产生的热，从而在制动操作期间和之后冷却转子4。

转子4包括用于接合轮毂6的突起26。中心孔10在第二摩擦板16上限定径向面向内的表面28，并且突起26可以从第二板16的表面28并且朝向轴线RA₁径向向内延伸。如本文所用，“径向”和同源术语是指在垂直于旋转轴线的平面中从旋转轴线RA₁(或本文进一步详细讨论的旋转轴线RA₂和RA₃)以线状发散。替代地，突起26可以改为从第一摩擦板14延伸。突起26可以仅从两个摩擦板14、16之一延伸。如图所描绘的，转子4包括十个相同的突起26，这些突起围绕第二摩擦板16的径向面向内的表面28均匀地间隔开。然而，这不是必需的，并且可以使用更多或更少和不同的突起26和/或突起26可以围绕径向面向内的表面28不同地间隔开(例如随机间隔开)。

如在图7至图10最佳描绘的，突起26与线L轴向间隔开距离D，该线L垂直于轴线RA₁，并且该线L从轴线RA₁径向地向外延伸通过间隙18的中心。突起26相对于间隙18的这种配置在本文被称为突起26在间隙18的“外侧”，这表示被布置成与车辆的和制动组件2相关联的车身更远。而“内侧”表示布置得更靠近车辆的车身。在这种轴向间隔开的布置中，突起26不会阻挡空气流动通过间隙18，这是因为突起26在外侧与线L轴向间隔开。这种布置允许空气沿着线L自由地流动通过间隙18而不被突起26阻塞，并且从而允许空气在两个摩擦板14、16之间自由流动以冷却转子4。如果突起26例如通过在轴向方向上更厚而改为与线L成直线，则突起26可以通过部分地阻挡间隙18而阻止空气流动通过间隙18，并因此将阻止转子4的冷却。

每个突起包括在一端部接触第二摩擦板16的径向面向内的表面28的基部30以及在另一端部与轮毂6接合的头端32。在非限制性实施方案中，突起26的头端32被覆盖物8覆盖(图5、图6、图8和图9)。覆盖物8布置在头端32上，使得在将转子4和轮毂6连接以形成制动组件2之后头端32不与轮毂6接触。在一个实施方案中，覆盖物8完全覆盖突起26的头端32(图5、图6和图8)。在另一实施方案中，覆盖物8未完全覆盖突起26的头端32(图9)。

覆盖物8可以由诸如钢的铁基材料形成。突起26中的ACC中的铝组分在制动操作期间可能变得足够热以软化或熔化。轮毂6也可以包括铝，并且因此，突起26中已加热的铝可能开始粘附到轮毂6的与突起26接触的部分。来自突起26的热还可以传递到轮毂6中的铝，并且突起26因此可以进一步熔合、粘附或以其他方式附着到轮毂6。由铁基材料制成的覆盖物8可以具有比ACC材料中的铝更高的软化/熔化温度，从而这可以阻止轮毂6和突起26之间的这种熔合、粘附或附着。覆盖物8可以包括具有比铝更高的熔点/软化点的其他材料，包括金属、合金、陶瓷、复合材料等。

在形成转子4之后，覆盖物8可以布置在头端32上。可以通过包括例如铸造、浸涂、喷涂、静电沉积、热喷涂、涂装、辊涂、流涂等任何工艺来执行此施加方法。覆盖物8可以替代地设置为具有以下形状的独立部件：限定内部的盒(例如，图4)，例如具有一个开口侧34和五个闭合侧；或具有一个开口侧并在所有其他侧闭合以限定内部的其他形状。在另一方面，覆盖物8可以是具有两个开口侧的套筒的形状(图9)。覆盖物8可以最初布置在模具中，并且然后可以将熔融的ACC材料输送到模具中。熔融的ACC材料可以填充覆盖物8的内部。ACC材料的后续凝固将形成转子4，并且覆盖物8位于突起26的头端32上。覆盖物8可以包括一个或多个保持特征(诸如唇12)，保持特征布置在轮毂6的外径和/或内径处以防止覆盖物8从通孔40移除。

轮毂6布置在转子4的中心孔10中，并且它本身包括中心孔36，例如，车辆车轴可以通过该中心孔插入。轮毂6可以进一步包括附加孔38，螺柱可以通过该孔插入以将轮毂6固定到车辆。轮毂6具有旋转轴线RA₂，当将制动组件2安装到旋转的车辆车轴或车轮时，轮毂6绕该旋转轴线旋转。中心孔36以旋转轴线RA₂为中心。当轮毂6布置在转子4的中心孔10中并连接到转子4时，旋转轴线RA₂可以与转子4的旋转轴线RA₁共线，它们两者与制动组件2的旋转轴线RA₃共线。在这方面，制动组件2包括旋转轴线RA₃，当制动组件2安装到旋转的车辆车轴或车轮时，制动组件2绕该旋转轴线旋转。当转子4和轮毂6连接以形成制动组件2时，旋转轴线RA₁和旋转轴线RA₂与旋转轴线RA₃对应(即，共线)。

轮毂6可以由任何合适的材料制成，诸如例如灰铸铁、铝、镁或合金或复合材料。在优选实施方案中，轮毂6由铝材料(例如铝合金或铝金属)铸造而成。可以通过将转子4与砂芯一起插入模具中并将熔融的铝材料输送到模具中来铸造轮毂6。铝材料被固化以形成轮毂6，从而轮毂如下面更详细描述地与转子4连接。

轮毂6包括围绕轮毂6的圆周间隔开的通孔40，并且通孔与突起26配合以将轮毂6和转子4彼此固定。通孔40布置在沿着轮毂6的周边延伸的轮辋42中。通孔40以间隔开的配置布置在轮辋42上，以便与转子4上的突起26径向对准以与突起26接合。轮辋42包括径向面向内的侧面44和径向面向外的侧面46，并且通孔40从径向面向内的侧面44完全通过轮辋42延伸到径向面向外的侧面46。每个通孔40的方向是其中每个通孔在径向面向内的侧面44和径向面向外的侧面46之间延伸通过轮辋42所沿的方向而不是通孔40沿轴向方向延伸。每个通孔40的方向可以垂直于径向面向内的侧面44和径向面向外的侧面46，并且可以在垂直于旋转轴线RA₂的平面上相对于旋转轴线RA₂是径向的。

轮辋42的内侧边缘48可以是连续的，即平坦的(图2)，或者可以包括凹陷50(图6)，凹陷围绕边缘48间隔开并且周向地布置在通孔40之间。与由具有平坦边缘48的轮辋42提供的气流相比，凹陷50可以允许增加的气流通过间隙18。

当例如通过将轮毂4铸造成布置在转子4的中心孔10中而连接轮毂6和转子4时，转子4上的突起26至少部分地布置在通孔40中以将转子4连接到轮毂6。突起26从通孔40的径向外部朝向旋转轴线RA₃延伸通过通孔40。

突起26(具有或不具有覆盖物8)和通孔40可以或可以不紧密地配合在一起，并且突起26可以能够相对于通孔40径向移动而无需将转子4与轮毂6断开连接。换句话说，突起26和通孔40的配合可能不是由突起26和通孔40之间的固定连接引起的。而是，突起26和通孔40之间的连接可以允许突起26相对于通孔40的一定量的径向运动。突起26(或覆盖物8，如果包括的话)的截面尺寸可以略小于通孔40的截面尺寸，以在突起26(或覆盖物8，如果包括的话)之间提供间距52，例如如图7至图8所示；或者在突起26(或覆盖物8，如果包括的话)之间可以存在没有间距的紧密配合，例如如图9至图10所示。当包括覆盖物8时，覆盖物8的截面尺寸可以小于通孔40的截面尺寸，以在覆盖物8和通孔40之间提供间距52(图8)。将理解，突起26(或覆盖物8，如果包括的话)也可以紧密地配合在通孔40中，如图9至图10所描绘的。这些包括或不包括间距52的布置可以导致突起26(或覆盖物8，如果包括的话)与通孔40之间的非固定接触。突起26(或覆盖物8，如果包括的话)和通孔40之间的这种非固定接触可以允许突起26相对于通孔40径向运动。突起26相对于通孔40的这种运动可能是由转子4和突起26的热膨胀引起的，该热膨胀是由制动操作期间产生的热引起的。替代地，如果如图9所示包括具有两个开口端的覆盖物8，则突起26可以能够相对于覆盖物8径向运动，突起可以通过唇12相对于通孔40固定。

示例性制动组件2在实际应用中经受高的机械应力和热应力，热应力通常与温度成比例地增加。因为转子4在制动操作期间经受来自摩擦的直接热，并且由于铝轮毂6和ACC转子4的热膨胀系数显著不同，所以转子4可以以比轮毂6更快的速率膨胀。因此，突起26与通孔40之间的松动连接和间距52允许转子4在被加热时热膨胀。因此，与已知设计相比，当温度升高或降低时，转子4的热应力可以减小。

突起26可以部分地延伸通过通孔40，使得突起26的头端32不在轮辋42的径向面向内的侧面内径向地延伸；或者突起26可以一直延伸通过轮辋42，使得突起26的头端32在轮辋42的径向面向内的侧面内径向地延伸。在加热和后续冷却期间，突起26可以在径向方向上膨胀和收缩，使得头端32位于这两个位置之间。轮毂6的尺寸相对于转子4设计为使得突起26不能因冷却而收缩，从而所有突起26被从通孔40内完全移除。即，突起26的头端32始终径向布置在轮辋42的径向面向外的侧面46内。以这种方式，由于在其他突起26与其对应的通孔40之间形成的连接，可以阻止每个突起26从对应的通孔40中移除。另外，当覆盖物8被包括在突起26上时，覆盖物8可以具有保持特征(例如，唇12)，该保持特征阻止覆盖物从通孔40移除。

如所描绘的，制动组件2可以包括形成在突起26和轮辋42之间的孔54。这些孔54可以在轴向方向上延伸通过制动组件2，并且可以允许空气流动通过其或帮助空气流动通过间隙18以帮助冷却包括转子4的制动组件2。

制造制动组件2的方法包括提供铝陶瓷复合材料制动转子4，制动转子可以通过铸造ACC材料形成。转子4与砂芯一起放置在模具中。熔融铝或铝合金可以被引入模具中并凝固以形成轮毂6，该轮毂将被布置在转子4的中心孔10内并且将包括通孔40。突起26布置在通孔40中，从而将转子4连接到轮毂6。

该方法可以包括在突起26上布置覆盖物8(例如，铁基覆盖物)，使得覆盖物8防止突起26接触轮毂6。

将会知道，上面公开的特征和功能以及其他特征和功能中的各种特征和功能或它们的替代物或变体可以理想地组合成许多其他不同系统或应用。此外，本领域的技术人员可以之后做出本文的各种目前无法预料或无法预期的替代、修改、变化或改进，这些也旨在涵盖在所附权利要求书中。

Claims (20)

1.一种制动组件，所述制动组件包括：

制动转子，所述制动转子具有旋转轴线，并且包括中心孔和朝向所述轴线径向向内延伸的突起；和

轮毂，所述轮毂被布置在所述中心孔内，并且包括围绕所述轮毂的圆周间隔开的通孔；

其中所述突起布置在所述通孔中，从而将所述转子连接到所述轮毂；

其中所述突起能够相对于所述通孔径向运动，而无需将所述转子与所述轮毂断开连接。

2.根据权利要求1所述的制动组件，其中：

所述转子包括径向面向内的表面，所述突起从所述径向面向内的表面朝向所述轴线径向向内延伸；并且

所述通孔中的每个的方向相对于所述轴线是径向的。

3.根据权利要求1所述的制动组件，其中所述突起完全延伸通过所述通孔。

4.根据权利要求1所述的制动组件，其中在所述突起和所述通孔之间设置有间距，以允许所述突起相对于所述通孔的径向运动。

5.根据权利要求1所述的制动组件，其中：

所述转子包括两个摩擦板，所述两个摩擦板分开一定间隙并且通过布置在所述间隙中的分管接合；并且

所述突起仅从所述两个摩擦板之一延伸并且与所述间隙轴向间隔开。

6.根据权利要求1所述的制动组件，其中：

所述轮毂包括其中布置有所述通孔的轮辋；并且

所述突起延伸通过所述轮辋。

7.根据权利要求6所述的制动组件，其中：

所述轮辋包括径向面向内的侧面和径向面向外的侧面；并且

所述突起从所述径向面向外的侧面通过所述轮辋延伸到所述径向面向内的侧面。

8.根据权利要求1所述的制动组件，其中：

所述转子包括铝陶瓷复合材料；

所述轮毂包括铝；

所述制动组件进一步包括布置在所述突起上的铁基覆盖物，所述覆盖物防止所述突起与所述轮毂接触；并且

在所述覆盖物和所述通孔之间设置有间距，从而允许所述突起相对于所述通孔的径向运动。

9.根据权利要求8所述的制动组件，其中：

所述突起仅部分地被所述铁基覆盖物覆盖，并且

在所述通孔中仅布置所述突起的被所述覆盖物覆盖的部分。

10.一种制造制动组件的方法，所述方法包括：

提供具有旋转轴线的铝陶瓷复合材料制动转子，所述转子包括中心孔和朝向所述轴线径向向内延伸的突起；

将所述转子布置在模具中；

将熔融的铝合金引入所述模具中；以及

使所述铝合金凝固以形成布置在所述转子的所述中心孔内的轮毂，所述轮毂包括围绕所述轮毂的圆周间隔开的通孔；

其中所述突起布置在所述通孔中，从而将所述转子连接到所述轮毂；并且

其中所述突起能够相对于所述通孔径向运动，而无需将所述转子与所述轮毂断开连接。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述转子包括径向面向内的表面，所述突起从所述径向面向内的表面朝向所述轴线径向向内延伸。

12.根据权利要求10所述的方法，其中在所述突起和所述通孔之间设置有间距，从而允许所述突起相对于所述通孔的径向运动。

13.根据权利要求10所述的方法，其中：

所述转子包括两个摩擦板，所述两个摩擦板分开一定间隙并且通过布置在所述间隙中的分管接合；并且

所述突起仅从所述两个摩擦板之一延伸并且与所述间隙轴向间隔开。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述轮毂包括其中布置有所述通孔的圆周形轮辋。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述轮辋包括径向面向内的侧面和径向面向外的侧面；并且

所述突起从所述径向面向外的侧面通过所述轮辋延伸到所述径向面向内的侧面。

16.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述轮辋包括位于所述轮辋的边缘中的凹陷，并且

所述凹陷沿圆周布置在所述通孔之间。

17.根据权利要求10所述的方法，进一步包括在所述突起上布置铁基覆盖物，其中：

所述铁基覆盖物防止所述突起与所述轮毂接触；并且

在所述覆盖物和所述通孔之间设置有间距，从而允许所述突起相对于所述通孔的径向运动。

18.一种制动组件，所述制动组件包括：

制动转子，所述制动转子具有旋转轴线，并且包括中心孔和朝向所述轴线径向向内延伸的突起；和

轮毂，所述轮毂被布置在所述中心孔内，并且包括围绕所述轮毂的圆周间隔开的通孔；

其中所述突起布置在所述通孔中，从而将所述转子连接到所述轮毂；并且

其中所述转子包括第一摩擦板和与所述第一摩擦板分开一定间隙的第二摩擦板；

其中所述突起在外侧与所述间隙轴向间隔开。

19.根据权利要求18所述的制动组件，其中所述突起能够相对于所述通孔径向运动，而无需将所述转子与所述轮毂断开连接。

20.根据权利要求18所述的制动组件，其中：

所述转子包括铝陶瓷复合材料；

所述轮毂包括铝；

所述制动组件进一步包括布置在所述突起上的铁基覆盖物，所述覆盖物防止所述突起与所述轮毂接触；并且

在所述覆盖物和所述通孔之间设置有间距，从而允许所述突起相对于所述通孔的径向运动。

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