[發明專利]具有梯度特性仿生耦合單元體的制動盤及其制造方法

有效

• 申請號: 201611146175.9
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106763334B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 楊肖;許曉嬌;顧瞻華;倪敬
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: F16D65/12
• 分類號: F16D65/12;B23P15/18
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

本發明公開了具有梯度特性仿生耦合單元體的制動盤及其制造方法。因熱疲勞產生的裂紋是制動盤的主要失效形式之一，目前主要通過優化制動盤結構以及優化現有制動盤材料成分的方式改善制動盤抗龜裂性能。本發明包括基體盤和填充環。所述基體盤開有中心孔。基體盤的兩端面均開設有環形槽組，所述的環形槽組由五個大小不同的環形槽組成，每個環形槽中均設置有一個填充環。所述填充環的材料采用合金，該合金由鋁和氧化鋁合成。本發明有效增強了制動盤抗龜裂的性能。本發明填充環中氧化鋁所占比例由內側至外側逐漸增大，能夠有效阻滯裂紋的擴散。

技術領域

本發明涉及制動盤技術領域，具體涉及一種適用于高速列車，且具有梯度特性仿生耦合單元體的制動盤及其制造方法。

背景技術

制動系統是使汽車的行駛速度可以強制降低的一系列專門裝置。制動系統中用于產生阻礙車輛運動或運動趨勢的部件稱為制動器。

大多數制動器的工作原理是，利用與車身或車架相連的固定元件和與車輪或傳動軸相連的旋轉元件工作表面的摩擦而產生制動力矩。在摩擦接觸過程中，制動盤和摩擦片接觸部位的溫度就上升，而且列車速度越快溫升就越高，制動盤盤體表面的高溫不僅會造成由于熱衰退導致的制動力矩下降，而且還會造成制動盤表面因熱疲勞產生的裂紋。

因熱疲勞產生的裂紋是制動盤的主要失效形式之一，為降低列車制動盤產生裂紋的概率，國內外的傳統方法大都采用以下幾種方法進行研究。一是改進和優化制動盤結構，例如，在制動盤表面打孔、劃線或者優化制動盤面間的通風結構，通過增強制動盤的散熱功能，提高制動盤的抗熱損傷性能；二是優化現有制動盤材料成分，例如，向制動盤基體盤材料(鑄鐵、鋼等)中添加鉻、錳和鎳等合金元素提升材料的熱穩定性和高溫強度等，以提高制動盤抗熱機疲勞性能。三是綜合上述兩種方法進行優化，例如，采用鉚接、螺紋等結合方式連接由不同材料制造的帽形件和制動帶。但這些方法大多依賴于整體材料或單一結構因素的改進，很少考慮在制動盤基體盤內部或表面采用不同的形態、結構與材料等多個因素的結合方式。

專利號為CN102352901A的發明專利中公開了一種“一種仿生耦合軌道車輛制動盤”，該制動盤是基于生物耦合的仿生原理，在制動盤的工作表面上分布有放射狀、同心圓狀、網絡狀和樁釘狀非光滑形態；并采用表面下嵌入式結構；在局部區域呈現與基體盤材料相異的材料組織或成分，可有效抑制裂紋產生與擴展，改善耐磨性。該發明能有效抑制裂紋擴展，但通過機械、激光、燒結將仿生耦合體嵌入制動盤表面，提高了加工區域的硬度，在制動過程中該加工區域不易被磨損而制動盤基體盤部分容易被磨損，導致制動盤磨損不均勻。其次，由于制動盤呈盤狀結構，其邊緣位置溫度比中心位置的溫度要高，但該制動盤盤體和仿生材料均為均質材料，其耐熱性和耐磨性均是一致的，這種一致性恰恰帶來了疲勞和磨損的不一致，也會在一定程度上加速了制動盤熱裂紋的速度；此外，由于仿生單元填滿整個制動盤凹部，不利于制動盤散熱。

發明內容

本發明的目的是在不改變制動盤表面均一穩定的摩擦特性的前提下，提供一種具有梯度特性仿生耦合單元體的制動盤及其制造方法。

本發明具有梯度特性仿生耦合單元體的制動盤，包括基體盤和填充環。所述基體盤開有中心孔。基體盤的兩端面均開設有環形槽組，所述的環形槽組由五個大小不同的環形槽組成，五個環形槽同心且深度均為12～17mm，五個環形槽的槽寬均為8～12mm，相鄰環形槽的間距均為10～25mm。最內側的環形槽與基體盤中心孔孔壁的間距為10～30mm。最外側的環形槽與基體盤外側壁的間距為10～30mm。每個環形槽中均設置有一個填充環，所述填充環的寬度比所在環形槽的深度小3～6mm，填充環的內、外半徑之差與所在環形槽槽寬相等。所述填充環的材料采用合金，該合金由鋁和氧化鋁合成；且由內至外的各填充環中氧化鋁的所占比例依次為5～10％、10～15％、15～20％、20～25％和25～30％。

本發明具有梯度特性仿生耦合單元體的制動盤的制造方法如下：

步驟一、在基體盤的中心鉆一個孔。