包括多孔芯的机械摩擦设备的制造方法
包括多孔芯的机械摩擦设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种包括多孔芯的机械摩擦设备。本发明尤其（但不排他地）涉及 包括夹在两个外部的摩擦层之间的多孔层的制动盘（brake disc)或离合器盘（clutch disc)〇
【背景技术】
[0002] 在车辆上制动系统是必不可少的。在众多制动系统中，盘式制动器已经被广泛地 应用，以在制动盘与制动片（brake pad)之间的接触界面处将动能转化为热量。熟悉盘式 制动器的操作的人会知道，在制动期间，机械负荷和热负荷两者同时施加到制动盘。因此， 制动盘不仅需要能够承受由制动片施加在其上的压力，还需要能够处理由制动盘和制动片 之间的摩擦力导致的热负荷。
[0003] 在制动期间，连续的夹紧力由制动片施加在制动盘上。已经确定的是，对于中型货 运汽车来说，比如梅赛德斯 -奔驰（Mercedes-Benz)的Atego,大约120kN的夹紧力被施加 在制动盘上，其接触面积为大约19. 49X 10_3m2 (0. 2107mX0. 0925m)，该面积覆盖大约制动 盘总面积的六分之一。基于上述参数，大约6MPa的平均压应力被直接施加在制动片下方的 制动盘材料上。
[0004] 还已经确定的是，由于制动盘与制动片之间的摩擦发热，强加在中型货运汽车 (比如梅赛德斯奔驰的Atego)的制动盘上的热通量大约是0.2MW/m 2。这个数值是基于以 恒定速度80km/h、恒定坡度3. 5%下降的车辆。
[0005] 大量研宄显示，温度有多高以及这些温度在制动盘上的分布有多不均匀会导致制 动失效以及制动盘和制动片两者的磨损增大。引发的热应力场可能导致制动盘的低周疲 劳、破裂、甚至灾难性故障。如果整体温度过高，卡钳缸（calliper cylinder)中的制动流 体会沸腾，这可能导致'流体失效（fluid fade)'以及制动力减小的潜在危险。
[0006] 为了解决这些制动失效的问题，制动盘必须能够处理高水平的热通量。当前正在 使用的处理高热通量的一个方法是借助制动盘中包括的热交换元件来去除热量。公知的技 术方案是将制动盘设计为包括槽或孔，当制动盘旋转时，在这些槽和孔中引发强制的对流 空气流。另一个已知的技术方案是包括热交换元件，比如制动盘本体中的气流通道中的径 向叶片、弯曲叶片以及钉状翅片（pin-fin)。这类盘式制动器通常在行业中是指通气或通风 盘式制动器。
[0007] 当制动盘旋转时，冷却流被吸入通风通道。一类通风制动盘包括多个环状间隔通 道，其中每一个都沿径向延伸。另一类通风制动盘包括定位在两个外部的摩擦盘之间的单 个环形通道，在使用中，该外部摩擦盘接合制动片。多个热交换元件位于环形通道中并且在 两个外部摩擦盘之间延伸。
[0008] 对围绕仅在其通风通道中装备有径向叶片的通风制动盘的速度场（velocity field)的研宄已经显示出，在进入通风通道之前，冷却流以反向旋转方向相对于制动盘轴 线旋动。由于科里奥利力（Coriolis force)，入射流对叶片通道的角度变大，导致流动与 叶片的前边缘分离。因此，大的流动循环区域形成在每个叶片的吸入侧，这减小了通风通道 中的冷却流的量。为了增加通风通道中的冷却流，已经想出了一些改进的叶片设计，比如抑 制流动分离的弯曲叶片。结果，据报道，冷却流的质量流率以及相应的冷却性能被进一步改 进。然而，由径向分布的叶片引起的高度不均匀的热传递还导致在接近叶片的制动盘中的 高的温度梯度。因此，热应力使这样的制动盘易于沿着这些叶片产生与热疲劳有关的破裂， 这限制了它们在重型载重车辆中的应用。在尝试减少制动盘内的大温度梯度中，开发出了 带有钉状翅片的制动盘，其径向和周向地分布在通风通道中。
[0009] 虽然已经证明，带有叶片和钉状翅片的制动盘的热传递性能得到了整体提高，但 是制动盘的设计限制使得很难同时优化其设计的每个方面。令人期望的是，同时优化制动 盘的重量和刚度，以及它们的冷却能力。这导致了设计需求的冲突。
[0010] 通风盘通道中热交换元件的设计灵活性通常考虑到这样的事实被限制：元件必须 具有足够的结构完整性以承受制动片与制动盘之间的高的夹紧力或压力。由于这个原因， 在轻型和重型载重车辆中使用的通风制动盘具有多于由垂直于制动盘突出的固体热交换 元件所占据的通风盘通道体积的30%。热交换元件这种布置的一个问题在于，不存在沿着 制动盘的周向传播的热量，这引起了周向热应力。
[0011] 在热量方面，通风制动盘首先需要确保在制动盘和制动片上的低温度，其次是确 保沿径向和周向的低温度梯度。而且，由于在强制对流中从通风通道和热交换元件去除 热量的冷却流是通过制动盘的离心运动而吸入的，所以通常期望横越热交换器元件的低压 降。
[0012] 本发明的目的是缓解现有机械摩擦设备（比如制动盘或离合器盘）所经历的至少 一些问题。
[0013] 本发明的另一目的是提供一种机械摩擦设备，特别是制动盘或离合器盘，其会是 对现有摩擦设备的有用的替代。
[0014] 本发明又一目的是提供一种用于制动盘或离合器盘以及其它摩擦设备的结构，当 与已知通风盘式制动器相比时，本发明的结构减轻了重量，同时具有必要的强度、刚度以及 提高的散热特性。
【发明内容】
[0015] 根据本发明，提供一种机械摩擦设备，该机械摩擦设备包括夹在两个外部的摩擦 层之间的中心层，该中心层具有比两个摩擦层更高的孔隙率水平，其中该中心层以起到热 传递装置的作用的线框结构的形式来传递热量离开外部的摩擦层的摩擦表面。
[0016] 在本发明的一个实施例中，线框结构是X型晶格夹层结构。在本发明的另一个实 施例中，线框结构是线织膨松金刚石结构（wire-woven bulk diamond structure)。
[0017] 中心层可以具有至少大约40%的孔隙率水平，优选的是大约90%。
[0018] 中心层优选地由钢制成。
[0019] 两个外部的摩擦层优选地由铸铁或钢制成。
[0020] 摩擦设备可以是制动盘或离合器盘。
[0021] 根据本发明的第二方案，提供了一种作为机械摩擦设备（例如制动盘或离合器 盘）中的散热装置的线框结构的用途。
[0022] 线框结构可处于X型晶格夹层结构的形式，或线织膨松金刚石结构的形式。
[0023] 线框结构优选地夹在两个外部的摩擦层之间，这些摩擦层具有比线框结构更低的 孔隙率水平。
【附图说明】
[0024] 这里将仅经由示例，参照附图更详细地描述本发明，在附图中：
[0025] 图1示出了根据本发明的呈盘式制动器组件的制动盘形式的机械摩擦设备的立 体图；
[0026] 图2示出了图1制动盘的立体图，其中切除了一部分以示出包括线框结构的中心 层；
[0027] 图3示出了在X型晶格夹层结构中的线排布，该结构可以作为图1的制动盘的线 框结构来使用；
[0028] 图4示出了在线织膨松金刚石结构中的线排布，该结构可以作为图1的制动盘的 线框结构来使用；
[0029] 图5示出了图1的制动盘在实验测试中使用的环形线织膨松金刚石结构及其晶胞 (unit cell)；
[0030] 图6示出了整合到通风制动盘的图5的线织膨松金刚石结构；
[0031] 图7示出了在实验测试期间作为参考而使用的现有技术钉状翅片制动盘的尺寸；
[0032] 图 8示出了图6制动盘的入口流样式；
[0033] 图9示出了图6的WBD (wire-woven bulk diamond，线织膨松金刚石）制动盘的冷 却性能与图7的钉状翅片制动盘的冷却性能相比较的瞬态局部表面温度比较；
[0034] 图10示出了图6的WBD制动盘的冷却性能与图7的钉状翅片制动盘的冷却性能 相比较的瞬态平均表面温度比较；
[0035] 图11示出了从图9中的（II)表示的虚线提取的图6的WBD制动盘与图7的钉状 翅片制动盘相比较的径向温度曲线；
[0036] 图12示出了由红外线摄像机（IR camera)在lOOOrpm下拍摄的图6的WBD制动 盘与图7的钉状翅片制动盘相比较的代表性的盘表面温度曲线；
[0037] 图13示出了图7的钉状翅片制动盘以ReDh = 14400稳定冷却的由红外线摄像机 测量的内部端壁温度图像；
[0038] 图14示出了图6的WBD制动盘以ReDh = 14400稳定冷却的由红外线摄像机测量 的内部端壁温度图像；
[0039] 图15示出了通过沿图13和图14中的线111(a)所取的平均温度进行标准化的图 6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘的测量的方位角温度曲线；
[0040] 图16示出了通过沿图13和图14中的线111(a)所取的平均温度进行标准化的图 6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘的0 = 22. 5°时测量的径向温度曲线；
[0041] 图17示出了图6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘的测量的离开径向速度 曲线；
[0042] 图18示出了当静止时，图6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘两者的压降与 冷却剂进入速度之比；
[0043] 图19示出了当静止时，图6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘两者的摩擦因 子与雷诺数之比；
[0044] 图20示出了作为制动盘旋转速度的函数，图6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制 动盘两者的泵送能力。
【具体实施方式】
[0045] 参考附图，其中相同的数字指代相同的特征，根据本发明的机械摩擦设备的非限 制性实例通常由附图标记10来指代。
[0046] 在附图中，机械摩擦设备被示出为盘式制动器组件的制动盘。制动盘10包括轮毂 12和盘14 (有时还被称为转子）。盘14具有位于盘的两个外部部分18. 1和18. 2之间的 环形通风通道16。外部部分18. 1和18. 2也被称为摩擦盘。在使用中，盘14的两个摩擦 盘18. 1和18. 2在制动期间接合制动片（未在附图中示出）。必须理解的是，盘式制动器组 件通常包括两个制动片，在制动期间这两个制动片将盘14夹紧在它们之间。也就是说，摩 擦盘18. 1和18. 2的外表面20. 1和20. 2在制动期间与制动片接触。因此，摩擦盘18. 1和 18. 2的外表面20. 1和20. 2起到制动片和制动盘10之间的摩擦表面或摩擦界面的作用。 摩擦盘18. 1和18. 2因此还被称为摩擦层。
[0047] 盘14中的平均压应力从盘-片界面朝向该盘的轴向中心减小，即朝向通道16的 位置减小。该应力的减小能够允许在盘14中心包含孔材料层22。在示出的实施例中，中心 材料层22由位于中心通道16中的重量轻、高度多孔的蜂窝状结构22组成，使得其被夹在 两个外部摩擦盘18. 1和18. 2之间。包含夹在两个外部摩擦表面18. 1、18. 2之间的多孔材 料层22不仅导致重量的减轻，还提高了散热，因为该多孔材料层在制动时起到热传递装置 的作用。关于此的更多内容将在以下说明。
[0048] 在优选的实施例中，多孔层22的结构呈线框结构的形式。线框的定义应该被解释 为包括由连接或相交于共同节点的伸长线构建的任何三维结构。图3和4中表明了线框结 构的两个示例。图3的线框结构被称为X型晶格夹层结构30,而图4的线框结构被称为线 织膨松金刚石（WBD)结构40。虽然可以使用很多其它形式的线框结构，但是在本说明书中 只详细描述了 X型晶格夹层结构30和WBD结构40。
[0049] 参考图3, X型晶格夹层结构30由两组交错支柱（staggered struts) 32形成，这 两组交错支柱以金字塔34的形状布置，并且通过沿着多行偏置节点（offset node) 36折叠 展开的金属板，然后将该折叠结构（作为芯）与顶面板和底面板钎焊在一起而形成夹层结 构来制造。应该相信，该结构适合在轻型载重车的盘式制动器中使用。
[0050] 参考图4, WBD结构40是通过螺旋编织形成的金属线42制造而成的。螺旋线42 沿六个方向被组装和编织，以形成具有类似金刚石晶胞的多层线织膨松金刚石结构。图4 示出了由八面体或近似八面体晶胞组成的多层线织膨松金刚石结构的透视图。如给出其相 较于X型晶格夹层结构30的相对密度、强度和刚度，可以相信的是，WBD结构40适合在重 型载重车的盘式制动器中使用。
[0051] 以下表1中示出了有关三个选定长细比的WBD结构40的性质。所有这三个示例 的孔隙率水平都在90%以上。
[0052]
【主权项】
1. 一种机械摩擦设备，所述机械摩擦设备包括夹在两个外部的摩擦层之间的中心层， 所述中心层具有比两个所述摩擦层更高的孔隙率水平，其中所述中心层处于充当热传递装 置的线框结构的形式，以将热量传递离开所述外部的摩擦层的摩擦表面。
2. 根据权利要求1所述的机械摩擦设备，其中所述线框结构是X型晶格夹层结构或线 织膨松金刚石结构。
3. 根据权利要求1或2所述的机械摩擦设备，其中所述中心层具有至少40%的孔隙率 水平。
4. 根据权利要求3所述的机械摩擦设备，其中所述中心层具有大约90%的孔隙率水 平。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的机械摩擦设备，其中所述中心层由钢制成。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的机械摩擦设备，其中所述两个外部的摩擦层由 钢或铸铁制成。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的机械摩擦设备，其中所述摩擦设备是制动盘或 离合器盘。
8. -种线框结构作为机械摩擦设备中的散热装置的应用。
9. 根据权利要求8所述的应用，其中所述线框结构是X型晶格夹层结构或线织膨松金 刚石结构。
10. 根据权利要求8或9所述的应用，其中所述线框结构被夹在两个外部的摩擦层之 间，所述摩擦层具有比所述线框结构更低的孔隙率水平。
11. 根据权利要求8至10中任一项所述的应用，其中所述摩擦设备是制动盘或离合器 盘。
【专利摘要】一种制动盘或离合器盘摩擦设备(10)包括夹在两个外部的摩擦层(18.1、18.2)之间的中心层(16)。中心层(16)具有比两个摩擦层(18.1、18.2)更高的孔隙率水平。中心层(16)以作为热传递装置的线框结构的形式将热量传递离开外部的摩擦层(18.1、18.2)的摩擦表面。线框结构是X型晶格夹层结构或线织膨松金刚石结构。
【IPC分类】F16D65-12
【公开号】CN104813057
【申请号】CN201380057867
【发明人】T·吉姆, F·W·吉诺弗尔
【申请人】约翰内斯堡金山大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2013年11月5日
【公告号】EP2914869A1, US20150267765, WO2014068540A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种包括多孔芯的机械摩擦设备。本发明尤其（但不排他地）涉及 包括夹在两个外部的摩擦层之间的多孔层的制动盘（brake disc)或离合器盘（clutch disc)〇
【背景技术】
[0002] 在车辆上制动系统是必不可少的。在众多制动系统中，盘式制动器已经被广泛地 应用，以在制动盘与制动片（brake pad)之间的接触界面处将动能转化为热量。熟悉盘式 制动器的操作的人会知道，在制动期间，机械负荷和热负荷两者同时施加到制动盘。因此， 制动盘不仅需要能够承受由制动片施加在其上的压力，还需要能够处理由制动盘和制动片 之间的摩擦力导致的热负荷。
[0003] 在制动期间，连续的夹紧力由制动片施加在制动盘上。已经确定的是，对于中型货 运汽车来说，比如梅赛德斯 -奔驰（Mercedes-Benz)的Atego,大约120kN的夹紧力被施加 在制动盘上，其接触面积为大约19. 49X 10_3m2 (0. 2107mX0. 0925m)，该面积覆盖大约制动 盘总面积的六分之一。基于上述参数，大约6MPa的平均压应力被直接施加在制动片下方的 制动盘材料上。
[0004] 还已经确定的是，由于制动盘与制动片之间的摩擦发热，强加在中型货运汽车 (比如梅赛德斯奔驰的Atego)的制动盘上的热通量大约是0.2MW/m 2。这个数值是基于以 恒定速度80km/h、恒定坡度3. 5%下降的车辆。
[0005] 大量研宄显示，温度有多高以及这些温度在制动盘上的分布有多不均匀会导致制 动失效以及制动盘和制动片两者的磨损增大。引发的热应力场可能导致制动盘的低周疲 劳、破裂、甚至灾难性故障。如果整体温度过高，卡钳缸（calliper cylinder)中的制动流 体会沸腾，这可能导致'流体失效（fluid fade)'以及制动力减小的潜在危险。
[0006] 为了解决这些制动失效的问题，制动盘必须能够处理高水平的热通量。当前正在 使用的处理高热通量的一个方法是借助制动盘中包括的热交换元件来去除热量。公知的技 术方案是将制动盘设计为包括槽或孔，当制动盘旋转时，在这些槽和孔中引发强制的对流 空气流。另一个已知的技术方案是包括热交换元件，比如制动盘本体中的气流通道中的径 向叶片、弯曲叶片以及钉状翅片（pin-fin)。这类盘式制动器通常在行业中是指通气或通风 盘式制动器。
[0007] 当制动盘旋转时，冷却流被吸入通风通道。一类通风制动盘包括多个环状间隔通 道，其中每一个都沿径向延伸。另一类通风制动盘包括定位在两个外部的摩擦盘之间的单 个环形通道，在使用中，该外部摩擦盘接合制动片。多个热交换元件位于环形通道中并且在 两个外部摩擦盘之间延伸。
[0008] 对围绕仅在其通风通道中装备有径向叶片的通风制动盘的速度场（velocity field)的研宄已经显示出，在进入通风通道之前，冷却流以反向旋转方向相对于制动盘轴 线旋动。由于科里奥利力（Coriolis force)，入射流对叶片通道的角度变大，导致流动与 叶片的前边缘分离。因此，大的流动循环区域形成在每个叶片的吸入侧，这减小了通风通道 中的冷却流的量。为了增加通风通道中的冷却流，已经想出了一些改进的叶片设计，比如抑 制流动分离的弯曲叶片。结果，据报道，冷却流的质量流率以及相应的冷却性能被进一步改 进。然而，由径向分布的叶片引起的高度不均匀的热传递还导致在接近叶片的制动盘中的 高的温度梯度。因此，热应力使这样的制动盘易于沿着这些叶片产生与热疲劳有关的破裂， 这限制了它们在重型载重车辆中的应用。在尝试减少制动盘内的大温度梯度中，开发出了 带有钉状翅片的制动盘，其径向和周向地分布在通风通道中。
[0009] 虽然已经证明，带有叶片和钉状翅片的制动盘的热传递性能得到了整体提高，但 是制动盘的设计限制使得很难同时优化其设计的每个方面。令人期望的是，同时优化制动 盘的重量和刚度，以及它们的冷却能力。这导致了设计需求的冲突。
[0010] 通风盘通道中热交换元件的设计灵活性通常考虑到这样的事实被限制：元件必须 具有足够的结构完整性以承受制动片与制动盘之间的高的夹紧力或压力。由于这个原因， 在轻型和重型载重车辆中使用的通风制动盘具有多于由垂直于制动盘突出的固体热交换 元件所占据的通风盘通道体积的30%。热交换元件这种布置的一个问题在于，不存在沿着 制动盘的周向传播的热量，这引起了周向热应力。
[0011] 在热量方面，通风制动盘首先需要确保在制动盘和制动片上的低温度，其次是确 保沿径向和周向的低温度梯度。而且，由于在强制对流中从通风通道和热交换元件去除 热量的冷却流是通过制动盘的离心运动而吸入的，所以通常期望横越热交换器元件的低压 降。
[0012] 本发明的目的是缓解现有机械摩擦设备（比如制动盘或离合器盘）所经历的至少 一些问题。
[0013] 本发明的另一目的是提供一种机械摩擦设备，特别是制动盘或离合器盘，其会是 对现有摩擦设备的有用的替代。
[0014] 本发明又一目的是提供一种用于制动盘或离合器盘以及其它摩擦设备的结构，当 与已知通风盘式制动器相比时，本发明的结构减轻了重量，同时具有必要的强度、刚度以及 提高的散热特性。
【发明内容】
[0015] 根据本发明，提供一种机械摩擦设备，该机械摩擦设备包括夹在两个外部的摩擦 层之间的中心层，该中心层具有比两个摩擦层更高的孔隙率水平，其中该中心层以起到热 传递装置的作用的线框结构的形式来传递热量离开外部的摩擦层的摩擦表面。
[0016] 在本发明的一个实施例中，线框结构是X型晶格夹层结构。在本发明的另一个实 施例中，线框结构是线织膨松金刚石结构（wire-woven bulk diamond structure)。
[0017] 中心层可以具有至少大约40%的孔隙率水平，优选的是大约90%。
[0018] 中心层优选地由钢制成。
[0019] 两个外部的摩擦层优选地由铸铁或钢制成。
[0020] 摩擦设备可以是制动盘或离合器盘。
[0021] 根据本发明的第二方案，提供了一种作为机械摩擦设备（例如制动盘或离合器 盘）中的散热装置的线框结构的用途。
[0022] 线框结构可处于X型晶格夹层结构的形式，或线织膨松金刚石结构的形式。
[0023] 线框结构优选地夹在两个外部的摩擦层之间，这些摩擦层具有比线框结构更低的 孔隙率水平。
【附图说明】
[0024] 这里将仅经由示例，参照附图更详细地描述本发明，在附图中：
[0025] 图1示出了根据本发明的呈盘式制动器组件的制动盘形式的机械摩擦设备的立 体图；
[0026] 图2示出了图1制动盘的立体图，其中切除了一部分以示出包括线框结构的中心 层；
[0027] 图3示出了在X型晶格夹层结构中的线排布，该结构可以作为图1的制动盘的线 框结构来使用；
[0028] 图4示出了在线织膨松金刚石结构中的线排布，该结构可以作为图1的制动盘的 线框结构来使用；
[0029] 图5示出了图1的制动盘在实验测试中使用的环形线织膨松金刚石结构及其晶胞 (unit cell)；
[0030] 图6示出了整合到通风制动盘的图5的线织膨松金刚石结构；
[0031] 图7示出了在实验测试期间作为参考而使用的现有技术钉状翅片制动盘的尺寸；
[0032] 图 8示出了图6制动盘的入口流样式；
[0033] 图9示出了图6的WBD (wire-woven bulk diamond，线织膨松金刚石）制动盘的冷 却性能与图7的钉状翅片制动盘的冷却性能相比较的瞬态局部表面温度比较；
[0034] 图10示出了图6的WBD制动盘的冷却性能与图7的钉状翅片制动盘的冷却性能 相比较的瞬态平均表面温度比较；
[0035] 图11示出了从图9中的（II)表示的虚线提取的图6的WBD制动盘与图7的钉状 翅片制动盘相比较的径向温度曲线；
[0036] 图12示出了由红外线摄像机（IR camera)在lOOOrpm下拍摄的图6的WBD制动 盘与图7的钉状翅片制动盘相比较的代表性的盘表面温度曲线；
[0037] 图13示出了图7的钉状翅片制动盘以ReDh = 14400稳定冷却的由红外线摄像机 测量的内部端壁温度图像；
[0038] 图14示出了图6的WBD制动盘以ReDh = 14400稳定冷却的由红外线摄像机测量 的内部端壁温度图像；
[0039] 图15示出了通过沿图13和图14中的线111(a)所取的平均温度进行标准化的图 6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘的测量的方位角温度曲线；
[0040] 图16示出了通过沿图13和图14中的线111(a)所取的平均温度进行标准化的图 6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘的0 = 22. 5°时测量的径向温度曲线；
[0041] 图17示出了图6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘的测量的离开径向速度 曲线；
[0042] 图18示出了当静止时，图6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘两者的压降与 冷却剂进入速度之比；
[0043] 图19示出了当静止时，图6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制动盘两者的摩擦因 子与雷诺数之比；
[0044] 图20示出了作为制动盘旋转速度的函数，图6的WBD制动盘和图7的钉状翅片制 动盘两者的泵送能力。
【具体实施方式】
[0045] 参考附图，其中相同的数字指代相同的特征，根据本发明的机械摩擦设备的非限 制性实例通常由附图标记10来指代。
[0046] 在附图中，机械摩擦设备被示出为盘式制动器组件的制动盘。制动盘10包括轮毂 12和盘14 (有时还被称为转子）。盘14具有位于盘的两个外部部分18. 1和18. 2之间的 环形通风通道16。外部部分18. 1和18. 2也被称为摩擦盘。在使用中，盘14的两个摩擦 盘18. 1和18. 2在制动期间接合制动片（未在附图中示出）。必须理解的是，盘式制动器组 件通常包括两个制动片，在制动期间这两个制动片将盘14夹紧在它们之间。也就是说，摩 擦盘18. 1和18. 2的外表面20. 1和20. 2在制动期间与制动片接触。因此，摩擦盘18. 1和 18. 2的外表面20. 1和20. 2起到制动片和制动盘10之间的摩擦表面或摩擦界面的作用。 摩擦盘18. 1和18. 2因此还被称为摩擦层。
[0047] 盘14中的平均压应力从盘-片界面朝向该盘的轴向中心减小，即朝向通道16的 位置减小。该应力的减小能够允许在盘14中心包含孔材料层22。在示出的实施例中，中心 材料层22由位于中心通道16中的重量轻、高度多孔的蜂窝状结构22组成，使得其被夹在 两个外部摩擦盘18. 1和18. 2之间。包含夹在两个外部摩擦表面18. 1、18. 2之间的多孔材 料层22不仅导致重量的减轻，还提高了散热，因为该多孔材料层在制动时起到热传递装置 的作用。关于此的更多内容将在以下说明。
[0048] 在优选的实施例中，多孔层22的结构呈线框结构的形式。线框的定义应该被解释 为包括由连接或相交于共同节点的伸长线构建的任何三维结构。图3和4中表明了线框结 构的两个示例。图3的线框结构被称为X型晶格夹层结构30,而图4的线框结构被称为线 织膨松金刚石（WBD)结构40。虽然可以使用很多其它形式的线框结构，但是在本说明书中 只详细描述了 X型晶格夹层结构30和WBD结构40。
[0049] 参考图3, X型晶格夹层结构30由两组交错支柱（staggered struts) 32形成，这 两组交错支柱以金字塔34的形状布置，并且通过沿着多行偏置节点（offset node) 36折叠 展开的金属板，然后将该折叠结构（作为芯）与顶面板和底面板钎焊在一起而形成夹层结 构来制造。应该相信，该结构适合在轻型载重车的盘式制动器中使用。
[0050] 参考图4, WBD结构40是通过螺旋编织形成的金属线42制造而成的。螺旋线42 沿六个方向被组装和编织，以形成具有类似金刚石晶胞的多层线织膨松金刚石结构。图4 示出了由八面体或近似八面体晶胞组成的多层线织膨松金刚石结构的透视图。如给出其相 较于X型晶格夹层结构30的相对密度、强度和刚度，可以相信的是，WBD结构40适合在重 型载重车的盘式制动器中使用。
[0051] 以下表1中示出了有关三个选定长细比的WBD结构40的性质。所有这三个示例 的孔隙率水平都在90%以上。
[0052]
【主权项】
1. 一种机械摩擦设备，所述机械摩擦设备包括夹在两个外部的摩擦层之间的中心层， 所述中心层具有比两个所述摩擦层更高的孔隙率水平，其中所述中心层处于充当热传递装 置的线框结构的形式，以将热量传递离开所述外部的摩擦层的摩擦表面。
2. 根据权利要求1所述的机械摩擦设备，其中所述线框结构是X型晶格夹层结构或线 织膨松金刚石结构。
3. 根据权利要求1或2所述的机械摩擦设备，其中所述中心层具有至少40%的孔隙率 水平。
4. 根据权利要求3所述的机械摩擦设备，其中所述中心层具有大约90%的孔隙率水 平。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的机械摩擦设备，其中所述中心层由钢制成。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的机械摩擦设备，其中所述两个外部的摩擦层由 钢或铸铁制成。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的机械摩擦设备，其中所述摩擦设备是制动盘或 离合器盘。
8. -种线框结构作为机械摩擦设备中的散热装置的应用。
9. 根据权利要求8所述的应用，其中所述线框结构是X型晶格夹层结构或线织膨松金 刚石结构。
10. 根据权利要求8或9所述的应用，其中所述线框结构被夹在两个外部的摩擦层之 间，所述摩擦层具有比所述线框结构更低的孔隙率水平。
11. 根据权利要求8至10中任一项所述的应用，其中所述摩擦设备是制动盘或离合器 盘。
【专利摘要】一种制动盘或离合器盘摩擦设备(10)包括夹在两个外部的摩擦层(18.1、18.2)之间的中心层(16)。中心层(16)具有比两个摩擦层(18.1、18.2)更高的孔隙率水平。中心层(16)以作为热传递装置的线框结构的形式将热量传递离开外部的摩擦层(18.1、18.2)的摩擦表面。线框结构是X型晶格夹层结构或线织膨松金刚石结构。
【IPC分类】F16D65-12
【公开号】CN104813057
【申请号】CN201380057867
【发明人】T·吉姆, F·W·吉诺弗尔
【申请人】约翰内斯堡金山大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2013年11月5日
【公告号】EP2914869A1, US20150267765, WO2014068540A1
最新回复(0)