[发明专利]双金属制动转子

说明书

技术领域

本发明总地涉及用在机动车辆应用中的制动转子，尤其涉及双金属制动转子。

背景技术

传统的盘式制动系统用于通过将车辆运动的动能转换为热来减慢车辆的平移运动。在传统的盘式制动系统中，制动转子包括连接至车轴的帽和连接至帽的盘，所述盘在其每一侧上都具有颊板(cheek)，连接至机动车辆非旋转部件的制动钳的制动块在所述颊板上相对地施加摩擦力，由此减慢或停止车轮的转动。

在摩擦磨损方面，盘式制动系统的传统制动转子被工程设计成坚固耐用的。另外，传统的制动转子通常由具有高热容量的材料构成，以便能够有效管理在使机动车辆摩擦减速期间产生的热。

材料成本常常是重要的设计考虑因素，尤其在它们涉及到车辆燃料行驶里程时。该倾向变得如此重要，使得汽车工程师们惯例地考虑何种工程变动会影响车辆燃料行驶里程。

关于车辆燃料行驶里程，通常越轻的车辆对应于越高的车辆燃料行驶里程。传统的制动转子由均质灰铸铁构成，一般也称为铸铁，通常为碳、硅和铁的合金，具有每个约25磅量级的质量。因此，例如配备有四个车轮盘式制动器的机动车辆会使用四个制动转子，总共约一百磅，构成总车重的一个重要部分。另外，传统的制动转子对车辆动力学有影响，其中例如，较轻的制动转子通常会允许工程师使用较轻的悬架部件，从而进一步降低了总车重。

特种材料(如钛)具有超越传统制动转子中所用的灰铸铁的硬度和热容量，并被惯例地用在特定应用中，例如航空。但是，特种材料的成本使得不能在量产产品(例如机动车辆)中进行简单替代。

在机动车辆制动转子中已经使用便宜的金属，如铝和铝-陶瓷复合物，例如美国专利5,183,632、5,224,572和5,884,388中所公开的那样。已发现铝转子在热容量方面是适当的；但是，铝比铁基材料软得多。即使是一些表面硬化技术(例如热处理)能在铝基材上产生表面硬化壳，但是所产生的铝基材料仍比灰铸铁基材料软得多。

现有技术中降低制动转子质量的另一策略是在基底金属上产生明显不均质的区域。已知的铸造技术使得铸造相邻近的材料且这些材料之间没有合金化是可能的。例如，美国专利4,930,606公开了一种复合制动转子，其具有包括非平面缘的帽部分，提供转子颊板的转饼被铸造在所述非平面缘上，其中转饼结合在帽部分的缘上。该公开指出，这些转子具有非常一致的应力分布，所以它们特别能够抵抗机械应力和热应力。

美国专利申请公开2003/00209288中详述了在铸件中产生明显不均质的金属区域的另一技术，其中公开了制造由两层金属构成的包层部件的方法。金属基材(即，金属板，例如钢)具有金属珠，该金属珠通过珠中的凹槽(necks)牢固地结合在其表面上。将具有珠的金属基材置于模具中，然后将处于熔化状态的第二金属浇入模具中且位于第一金属基材的顶部上，并允许其冷却，从而在两种金属之间通过珠的凹槽形成牢固的互锁结构，这可包括冶金结合。如该公开中所述，在该方法中，可提供钢表面的铝制动转子，根据测功计试验，该制动转子可操作达超过1400°F的温度。

因此，本领域内仍保持需要复合制动转子，该复合制动转子要满足可接受的耐磨损和热容量标准，同时在与传统的灰铸铁制动转子相比时降低了制动转子的质量，并避免了与不同材料表面边界结合相关的问题。

发明内容

本发明为双金属制动转子，该制动转子满足了可接受的耐磨损和热容量标准，同时在与传统的灰铸铁制动转子相比时降低了制动转子的质量，并避免了不同材料的结合。

根据本发明的双金属制动转子包括由第一材料构成的转子体和由第二材料构成的一对颊板插入件，其中第一材料的密度比第二材料低。转子体包括双金属制动转子的帽和盘部件，帽与盘部件相互连接，优选为一体的。盘部件在其每侧上都设有环形的插入件凹部，其中每个颊板插入件通常都构造成扁平环的形式，并且其尺寸被设定为可承座于相应的插入件凹部中，以便用作转子颊板，组成双金属制动转子相对于机动车辆制动系统的制动钳的制动块的专用接触表面。

由于所述转子体不经历制动摩擦，所以根据具有低密度(即，更低的重量)的强度及良好热容量和热传导特性(例如，像铝所提供的那样)来选择第一材料，而不是根据摩擦磨损和硬度特性。相反，由于所述颊板插入件经受制动摩擦磨损和制动块接触力，所以根据强度、硬度和耐摩擦磨损(例如，像灰铸铁所提供的那样)来选择第二材料。