用于重载车辆的盘式制动器转子相关专利申请的交叉引用
本申请要求2013年7月19日提交的系列号为No.61/856,097的美
国临时专利申请的优先权。
技术领域
本发明整体涉及用于重载车辆的盘式制动器。更具体地，本发明
涉及用于重载车辆的盘式制动器的转子。更具体地，本发明涉及盘式
制动器的转子，其包括附接到套筒的内侧附接件、将转子的内侧盘和
外侧盘相互连接的销、以及改进的冶金组合物，所有这些部件配合以
改善转子对制动期间产生的热应力的抵抗，由此提高转子的性能和寿
命。
背景技术
用于车辆的盘式制动器系统在制动器领域中是众所周知的。这样
的系统通过使一对相对的制动器衬块抵靠转子而进行操作，由此在衬
块和转子之间产生摩擦，从而能够使车辆减速和/或停止。更具体地，
盘式制动器系统包括多个盘式制动器组件，其中每个组件操作地安装
在车辆的车轮端部上或附近。
每个盘式制动器组件包括承载体，该承载体支撑将在以下更详细
地描述的卡钳，并且通常通过诸如螺栓的机械紧固件附接到扭矩板。
扭矩板继而例如通过焊接而刚性地连接到车辆的车轴/悬架系统的轴。
扭矩板抵抗制动期间产生的扭矩，并且保持承载体和卡钳的正确对准，
以确保制动器组件的各部件的最佳操作。
如上所述，承载体支撑卡钳，卡钳形成有用于接纳致动器以及一
个或多个活塞的孔。致动器通常是制动器空气腔室，该制动器空气腔
室与压缩空气源流体连通，并且启动活塞的运动。卡钳还包括与活塞
相对设置的反作用臂。一对相对的制动器衬块中的每一个衬块都包括
摩擦材料，摩擦材料安装在背衬板上，并且座置在承载体中，其中一
个衬块与活塞相邻，另一个衬块与反作用臂相邻。在通过致动器致动
的情况下，活塞和反作用臂配合以控制制动器衬块的运动。
转子包括盘部分，该盘部分设置在制动器衬块之间，以允许每个
衬块的摩擦材料面对盘部分的相应表面。转子还包括安装部分，该安
装部分适于通过诸如螺栓的机械紧固件安装到车辆的相应车轮端部组
件。套筒通常与转子的盘部分和安装部分一体地形成并且在盘部分和
安装部分之间延伸。这种连接使得转子能够刚性地连接到车轮端部组
件，从而连接到相应的车辆车轮。
在车辆行驶期间，当车辆制动系统接合时，压缩空气流动到致动
器，该致动器接合活塞和反作用臂的运动，继而使得衬块的摩擦材料
抵靠转子的盘部分，以减缓和/或停止转子的旋转，由此减缓和/或停
止车辆车轮的旋转。制动期间的这种使制动器衬块的摩擦材料抵靠转
子的盘部分产生了显著量的热，继而在转子的盘部分上产生显著的热
应力。
本领域中众所周知的是，显著的热应力将降低转子的性能和寿命。
因此，期望的是在转子中采用被设计成用以增大空气流量和/或散热的
特征。这样的特征减少在制动期间转子的盘部分所经受的热的量，继
而降低转子上的热应力，并提高其性能和寿命。
现有技术转子的典型的盘部分包括内侧盘和外侧盘，内侧盘和外
侧盘彼此间隔开，并且通过多个叶片相互连接。更具体地，内侧盘包
括内侧表面和外侧表面，外侧盘包括内侧表面和外侧表面。内侧盘的
内侧表面与相应的制动器衬块的摩擦材料相邻，外侧盘的外侧表面与
另一个制动器衬块的摩擦材料相邻。内侧盘的外侧表面和外侧盘的内
侧表面彼此面对或相对，叶片一体地连接到这些表面并且在这些表面
之间延伸。叶片是厚的带状结构构件，从相应盘的中心或内周边沿径
向延伸到其外周边。这种构造提供内侧盘和外侧盘之间的刚性连接，
同时还在盘之间形成空气通道。
在现有技术中已经相信，内侧盘和外侧盘之间的这种多个空气通
道在车辆行驶期间促进了盘之间的空气的“泵送”，由此在转子的盘部
分中提供了优化的空气流来进行散热。然而，叶片式连接实际上可能
不能优化内侧盘和外侧盘之间的空气流。因此，期望提供这样的手段，
即将内侧盘和外侧盘相互连接，以增大空气流，从而进行散热，优于
叶片式连接。
此外，为了优化制动系统的功能，期望的是，转子的盘部分保持
为竖直取向，这提供了内侧盘的内侧表面与其相邻的制动器衬块的摩
擦材料的均匀一致的接触，并且提供了外侧盘的外侧表面与其相邻的
制动器衬块的摩擦材料的均匀一致的接触。然而，本领域中已知的是，
制动器衬块抵靠转子的盘部分进行的摩擦所生成的热导致盘部分径向
膨胀。此外，制动器衬块抵靠转子的盘部分进行的摩擦所生成的热在
整个转子套筒上形成热梯度，其中套筒的与转子盘部分相邻的内侧区
域比远离转子盘部分的外侧区域热。这种热梯度使得转子套筒在与转
子盘部分相邻的内侧区域处膨胀。转子的盘部分的径向膨胀以及与转
子盘部分相邻的转子套筒的膨胀导致盘部分的外周边沿着转子套筒的
方向从其期望的竖直取向稍稍移动。由此，转子盘部分沿着转子套筒
的方向，也就是沿着外侧方向，成角度或倾斜。由于制动产生的热而
导致的转子盘部分的这种倾斜在本领域被称为锥进。
当转子盘部分经历锥进时，内侧盘的内侧表面不再与其相邻的制
动器衬块的摩擦材料进行均匀一致的接触，外侧盘的外侧表面不再与
其相邻的制动器衬块的摩擦材料进行均匀一致的接触。内侧盘与其相
邻的制动器衬块之间的、外侧盘与其相邻的制动器衬块之间的这种不
均匀接触降低了制动系统的效率。此外，这种不均匀接触可能在制动
器衬块与内侧和外侧盘之间的每个不均匀接触点处产生应力区域，这
可能导致在转子盘部分中形成裂纹，由此降低转子的寿命。内侧盘与
其相邻的制动器衬块之间的、外侧盘与其相邻的制动器衬块之间的这
种不均匀接触还不期望地降低了制动器衬块的寿命。
在现有技术中，由于盘部分和已经采用的转子套筒之间的连接特
性，已经加剧了转子盘部分的锥进。更具体地，外侧盘的径向中心或
内周边一体地连接到转子套筒，而内侧盘通过上述叶片连接到外侧盘。
因为外侧盘在其径向中心或内周边处包括与套筒的连接，所以该盘所
遇到的热的一部分从盘传递到套筒。因此，在制动期间，外侧盘的径
向膨胀小于内侧盘的径向膨胀，盘之间的径向膨胀的这种差异导致盘
部分沿着套筒的方向进一步锥进。这种额外的锥进不期望地增大了内
侧盘与其相邻的制动器衬块之间的、外侧盘与其相邻的制动器衬块之
间的不均匀接触，进一步降低了制动系统的效率和制动器衬块的寿命。
此外，这种不均匀接触的增大可能不期望地增大了制动器衬块与相应
的内侧和外侧盘之间的每个不均匀接触点处的应力，这继而增大在转
子盘部分中形成裂纹的可能性，由此进一步降低转子的寿命。因此，
期望提供将转子盘部分连接到套筒的手段，降低锥进，并由此优化制
动系统的性能、转子的寿命以及制动器衬块的寿命。
此外，用于重载车辆的转子在常规上由铸铁形成，以便具有制动
操作所需的强度、硬度和稳定性。在现有技术中，这样的转子形成有
高的碳含量，以维持盘部分的热传递性能，使得转子能够散热，以降
低转子上的热应力，由此提高转子的性能和寿命。例如，在现有技术
中，转子的碳含量的重量百分比(％)通常大于大约百分之四(4)的
碳。虽然这样的高碳含量提供了良好的热传递性能，但是所形成的转
子不期望地是易碎的。当转子易碎时，不太能够抵抗高温应力，因此，
现有技术的具有高碳含量的转子可能不期望地经历破裂引发和传播。
此外，这样的高碳含量不期望地降低了转子在高温下的强度，这在本
领域中也被称为转子热强度降低。因此，期望提供一种转子，其包括
冶金组合物，期望地维持转子的热传递性能，同时降低易碎性并提高
与现有技术的高碳组合物相关的热强度。
因此，本领域中需要用于重载车辆的盘式制动器的转子，其能够
将内侧盘和外侧盘相互连接以增大优于叶片式连接的空气流，能够将
转子盘部分连接到转子套筒以减小转子在制动期间的锥进，并且包括
冶金组合物，期望地维持转子的热传递性能，同时降低易碎性并提高
转子的热强度，所有这些都提高了转子对制动期间产生的热应力的抵
抗，由此提高转子的性能和寿命，并且还增加了制动器衬块的寿命。
如以下将要详细描述的，本发明的改进的用于重载车辆的盘式制动器
转子满足这些需要。
发明内容
本发明的目的在于提供用于重载车辆的盘式制动器的转子，其能
够将内侧盘和外侧盘相互连接以增大优于叶片式连接的空气流。
本发明的另一个目的在于提供用于重载车辆的盘式制动器的转
子，其能够将转子盘部分连接到转子套筒以减小转子在制动期间的锥
进。
本发明的另一个目的在于提供用于重载车辆的盘式制动器的转
子，其包括冶金组合物，期望地维持转子的热传递性能，同时降低易
碎性并提高转子的热强度。
本发明的另一个目的在于提供用于重载车辆的盘式制动器的转
子，其提高转子对制动期间产生的热应力的抵抗，由此提高转子的性
能和寿命，并且还增加了制动器衬块的寿命。
这些目的和其它目的通过本发明的用于重载车辆的改进的盘式制
动器转子来实现。在本发明的示例性实施例中，转子包括内侧盘和外
侧盘。外侧盘与内侧盘间隔开，多个销在内侧盘和外侧盘之间延伸并
刚性地连接内侧盘和外侧盘。套筒包括内侧端部和外侧端部，并且设
置在外侧盘的内周边内侧。连接构件在内侧盘的内周边和套筒的内侧
端部之间延伸，并且将内侧盘的内周边刚性地连接到套筒的内侧端部。
附图说明
本发明的优选实施例，申请人已经想到的应用本发明原理的最佳
模式的展示，在以下的说明书中陈述，在附图中示出，并且在所附权
利要求中具体地且清楚地指出和陈述。
图1为现有技术的用于重载车辆的盘式制动器转子的局部侧正视
图，示出了局部横截面，该转子附接到安装在车轴的芯轴上的车轮端
部组件；
图2为本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子的第一示
例性实施例的外侧透视图；
图3为图2所示的改进的盘式制动器转子的外侧正视图；
图4为沿着图3中的线F4-F4截取的改进的盘式制动器转子的剖
面图；
图5为从图4中的标记为F5的封闭区域截取的改进的盘式制动
器转子的一部分的放大局部剖面图；
图6为沿着图4中的线F6-F6截取的改进的盘式制动器转子的一
部分的局部剖面图；
图7为从图4中的线F7-F7示出的改进的盘式制动器转子沿外侧
方向看的局部正视图；
图8为本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子的第二示
例性实施例的剖面图；
图9为从图8中的标记为F9的封闭区域截取的改进的盘式制动
器转子的一部分的放大局部剖面图；
图10为沿着图8中的线F10-F10截取的改进的盘式制动器转子的
一部分的局部剖面图；
图11为本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子的第三
示例性实施例的剖面图；
图12为从图11中的标记为F12的封闭区域截取的改进的盘式制
动器转子的一部分的放大局部剖面图；
图13为本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子的第四
示例性实施例的局部内侧透视图，该转子上安装有离散的调环；
图14为图13所示的改进的盘式制动器转子的剖面图；
图15为图13所示的调环的透视图；
图16为图15所示的调环的内侧端部正视图；
图17为用于固定图13所示的调环和制动器转子的一种形式的局
部内侧端部正视图；
图18为沿着图17中的线F18-F18截取的调环和制动器转子的一
部分的局部剖面图；
图19为用于固定图13所示的调环和制动器转子的另一种形式的
局部内侧端部正视图；以及
图20为沿着图19中的线F20-F20截取的调环和制动器转子的一
部分的局部剖面图。
在整个附图中，类似的附图标号涉及类似的部分。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子
及其操作的环境，图1中示出了且现在将要描述用于重载车辆的现有
技术的盘式制动器转子40。用于转子40的环境包括一个或多个轴10，
所述一个或多个轴通常从重载车辆(未示出)悬挂并且沿横向延伸过
重载车辆。重载车辆包括卡车和牵引车-拖车或半拖车，并且牵引车-
拖车或半拖车通常装备有一个或多个拖车。为了方便起见，本文应当
大致参考重载车辆，应当理解，这样的参考包括卡车、牵引车-拖车和
半拖车及其拖车。每个轴10都具有两个端部，车轮端部组件12安装
在每个端部上。为了方便和清楚起见，在本文中将仅仅描述轴10的一
个端部及其相应的车轮端部组件12.
轴10包括中心管(未示出)，并且轴颈14通过诸如焊接的任何
合适的方式一体地连接至中心管的每个端部。车轮端部组件12包括轴
承组件，该轴承组件具有固定不动地安装在轴颈14的外侧端部上的内
侧轴承16和外侧轴承18。轴颈螺母组件20通过螺纹接合轴颈14的
外侧端部，并且将轴承16、18固定就位。车轮轮毂22以本领域技术
人员公知的方式可旋转地安装在内侧和外侧轴承16、18上。
轮毂盖24通过多个螺栓26安装在轮毂22的外侧端部上，每个螺
栓都穿过在轮毂盖中形成多个开口28中相应的一个开口，并且通过螺
纹接合在轮毂中形成的多个对准的螺纹开口30中相应的一个开口。这
样，轮毂盖24闭合车轮端部组件12的外侧端部。主连续密封件32
可旋转地安装在车轮端部组件12的内侧端部上并且闭合该组件的内
侧端部。在典型的重载车辆双轮构造中，根据特定设计考虑，多个螺
栓34和匹配螺母36用来将一个轮胎轮辋或一对轮胎轮辋(未示出)
安装在车轮端部组件12上。一对轮胎(未示出)中的每一个都安装在
相应的一个轮胎轮辋上，如本领域中已知的。
转子40包括径向延伸的安装部分或凸缘42，安装部分或凸缘形
成有开口44，以接纳机械紧固件46，例如螺栓。毂22形成有对应的
开口48，由此使得螺栓46能够穿过对准的毂开口和转子凸缘开口44，
以将转子40可移除地固定到毂。这种构造使得转子44能够随毂22
一起旋转，同时能够从毂移除以进行维护。
转子40还包括径向延伸的盘部分50，该盘部分的构造将在以下
更详细地描述。盘部分50以本领域中已知的方式设置在一对相对的制
动器衬块(未示出)之间。轴向延伸的转子套筒52与盘部分50和安
装凸缘42一体地形成，并且在盘部分50和安装凸缘42之间延伸。套
筒52使得转子盘部分50能够刚性地连接到安装凸缘42，并由此刚性
地连接到车轮端部组件12。
现有技术的转子40的盘部分50包括内侧盘54和外侧盘56，内
侧盘和外侧盘彼此间隔开，并且通过多个叶片58相互连接。更具体地，
内侧盘54包括内侧表面60和外侧表面62，外侧盘56包括内侧表面
64和外侧表面66。内侧盘54的内侧表面60与一对制动器衬块(未示
出)中相应的一个制动器衬块的摩擦材料相邻，外侧盘56的外侧表面
66与该对制动器衬块中的另一个制动器衬块的摩擦材料相邻。内侧盘
54的外侧表面62和外侧盘56的内侧表面64彼此面对或者相对，叶
片58与这些表面一体地形成，并且在这些表面之间延伸。叶片58是
厚的带状结构构件，分别从内侧盘54的内周边68和外侧盘56的内周
边70沿径向延伸到内侧盘的周边72和外侧盘的周边74。这样，叶片
68提供内侧盘54和外侧盘56之间的刚性连接，同时在叶片之间形成
径向延伸的空气通道76。
盘部分50和套筒52的一体连接包括弯曲部78。更具体地，径向
延伸的外侧盘56和轴向延伸的套筒52在九十度的弯曲部78处相接
触。套筒52与盘部分50的外侧盘56的这种连接是现有技术中典型的，
原因在于方便将设置在盘部分的轴向外侧的套筒连接到外侧盘。
现有技术的转子40通常由具有高碳含量的铸铁形成，以维持盘部
分50的热传递特性，从而耗散掉在制动操作期间通过摩擦产生的热。
例如，现有技术的转子40包括的碳含量的重量百分比(％)大于大约
百分之四(4)的碳。
现有技术的转子40在满足其期望目的的同时包括某些缺陷。例
如，在内侧盘54和外侧盘56之间由叶片58形成的空气通道76可能
不能够优化盘之间的空气流，以便有效地耗散制动产生的热，从而可
能不能够优化转子上的热应力的降低。此外，由于制动产生的热而导
致的转子盘部分50的径向膨胀以及与转子盘部分相邻的转子套筒52
的膨胀使得盘部分沿着套筒的方向(即沿着外侧方向)锥进。另外，
套筒52与盘部分50的外侧盘56的连接可能将外侧盘在制动期间遇到
的热中的一些从外侧盘传递到套筒，导致外侧盘的径向膨胀小于内侧
盘54的径向膨胀，从而加剧盘部分沿着套筒方向的锥进。这样的锥进
可能不期望地产生内侧盘54与其相邻的制动器衬块之间的、外侧盘
56与其相邻的制动器衬块之间的不均匀接触，降低了制动系统的效率
和制动器衬块的寿命。
这样的锥进还可能不期望地增大制动器衬块与每个相应的内侧盘
54和外侧盘56之间的每个不均匀接触点处的应力，这继而增大在转
子盘部分50中形成和扩大或传播裂纹的趋势，由此降低转子40的寿
命。此外，现有技术的转子40的碳含量的重量百分比(％)大于大约
百分之四(4)的碳，这是高碳含量，提供了良好的热传递性能，但是
使得转子不期望地是易碎的，可能不期望地使得转子经历裂纹引发和
传播，并且不期望地降低转子的热强度。
因此，本领域中需要用于重载车辆的盘式制动器的转子，其能够
将内侧盘和外侧盘相互连接以增大优于叶片式连接的空气流，能够将
转子盘部分连接到转子套筒以减小转子在制动期间的锥进，并且包括
冶金组合物，期望地维持转子的热传递性能，同时降低易碎性并提高
转子的热强度，所有这些都提高了转子对制动期间产生的热应力的抵
抗，由此提高转子的性能和寿命，并且还增加了制动器衬块的寿命。
如现在将要描述的，本发明的改进的用于重载车辆的盘式制动器转子
满足这些需要。
本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子的第一实施例整
体上用100表示，并且在图2-7中示出。如以下将要详细描述的，本
发明的转子100包括附接到转子套筒并由此附接到车轮端部组件的毂
的内侧附接件，其减少了制动期间转子的锥进。本发明的转子100还
包括销，该销将转子的内侧盘和外侧盘相互连接，这增大了盘之间的
空气流，优于现有技术的叶片式连接。此外，本发明的转子100包括
改进的冶金组合物，期望地维持转子的热传递性能，同时降低转子的
易碎性并提高转子的热强度。这些特征结构配合以提高转子100对制
动期间产生的热应力的抵抗，由此提高转子的性能和寿命，并且还增
加了制动器衬块的寿命。
具体参考图2-4，转子100包括径向延伸的安装部分或凸缘102，
该安装部分或凸缘形成有凸台104和在每个凸台中的相应的开口106，
以接纳机械紧固件，例如螺栓46(图1)。螺栓46穿过对准的转子凸
缘开口106和毂开口48(图1)，以将转子100可移除地固定到毂22
(图1)。这种构造使得转子100能够随毂22一起旋转，同时能够从
毂移除以进行维护。
转子100还包括径向延伸的盘部分108，该盘部分的构造将在以
下更详细地描述。盘部分108以本领域中已知的方式设置在一对相对
的制动器衬块(未示出)之间。轴向延伸的转子套筒110与盘部分108
和安装凸缘102一体地形成，并且在盘部分108和安装凸缘102之间
延伸。套筒110使得转子盘部分108能够与安装凸缘102一体地形成，
并且由此连接到车轮端部组件12。
如图4和6中最佳地示出，转子100的盘部分108包括内侧盘112
和外侧盘114，内侧盘和外侧盘彼此间隔开，并且通过多个销或柱116
相互连接。更具体地，内侧盘112包括内侧表面118和外侧表面120，
外侧盘114包括内侧表面122和外侧表面124。内侧盘112的内侧表
面118与一对制动器衬块(未示出)中相应的一个制动器衬块的摩擦
材料相邻，外侧盘114的外侧表面124与该对制动器衬块中的另一个
制动器衬块的摩擦材料相邻。内侧盘112的外侧表面120和外侧盘114
的内侧表面122彼此面对，销116与这些表面一体地形成，并且在这
些表面之间延伸。
以举例的方式，销116可选地包括圆形横截面的几何形状，并且
其直径在从大约12毫米至大约15毫米的范围内。此外，优选的是，
销116在内侧盘112和外侧盘114之间布置成螺栓样式的同心圆。例
如，第一或径向最内侧销圆126优选地包括大约三十(30)个销116A，
每个销的直径都为大约12毫米。第二销圆128设置在第一销圆126
的径向外侧，具有大约三十(30)个销116B，这些销相对于第一销圆
的相应的销116A沿周向偏移，并且每个销的直径为大约15毫米。第
三销圆130设置在第二销圆128的径向外侧，具有大约三十(30)个
销116C，这些销相对于第二销圆的相应的销116B沿周向偏移，沿周
向与第一销圆126的相应的销116A对准，并且每个销的直径为大约
15毫米。第四销圆132设置在第三销圆130的径向外侧，具有大约三
十(30)个销116D，这些销相对于第三销圆的相应的销116C沿周向
偏移，并且沿周向与第二销圆128的相应的销116B对准。第四销圆
132设置成与内侧盘112的周边134和外侧盘114的周边136相邻，
每个销116D的直径为大约15毫米。
应当理解，销116可以是任何径向断裂结构，在不影响本发明的
整体概念和操作的情况下，销可以采用其它的构造、尺寸和样式，例
如楔形、泪滴形、卵形、椭圆形等。这样，销116提供内侧盘112和
外侧盘114之间的刚性连接，而不会在内侧盘和外侧盘之间形成显著
量的空气间隙或空气通道138，这使得盘之间能够具有空气流，包括
侧向空气流。
如上所述，现有技术的转子40(图1)采用处于内侧盘54和外侧
盘56之间的叶片58，而不是销116。在重载车辆工业中，已经考虑在
车辆操作期间，通过在盘之间“泵送”空气，用叶片58来优化内侧盘
54和外侧盘56之间的空气流。在本发明提供转子100的情况下，执
行计算流体动力学(CFD)分析，将采用叶片58的现有技术的转子
40与采用销的本发明的转子进行比较。
CFD分析模型被构造成反映重载车辆结构，包括制动器组件和安
装有轮胎的车轮端部组件，以便确保优化精度。为了进一步保证优化
精度，模型还包括车轮、轮胎和转子40、100的旋转，其中空气流穿
过旋转部件，以便更精确地模拟重载车辆的真实操作环境。在安装有
轮胎的情况下，分析表明，实际上只有非常少的空气流穿过每个转子
40、100。此外，分析表明，由于这种低量的空气流，现有技术的转子
40的叶片58实际上阻止空气沿侧向流过转子。分析还表明，穿过采
用销116的本发明的转子100的空气流大于现有技术的转子40的空气
流，并且与现有技术的转子相比，本发明的转子经历温度降低。
基于工业标准教导，采用上述模型的CFD分析由此产生转子100
的与现有技术的转子40相比意想不到的结果。基于该分析，据信通过
销116而能够提供的内侧盘112和外侧盘114之间的显著量的空气间
隙或空气通道138提供了穿过转子100的增强的空气流，包括盘之间
的侧向空气流，继而相对于阻止侧向空气流的现有技术的转子40的叶
片58提供增强的冷却。还据信，通过销116能够提供的这种增强的空
气流对于重载车辆而言是独特的，原因在于，与其它工业相比，在车
辆操作期间，车辆轮胎的每分钟转数(rpm)较低，而车轮的直径较
大。
这样，本发明的采用销116的转子100增强了穿过转子盘部分108
的空气流，这耗散了热，并且减小了盘部分的热负荷。转子盘部分108
的热负荷的减小降低了转子100断裂的可能性，由此提高了转子的性
能和寿命。此外，与现有技术的连续地连接的径向延伸的叶片58相比，
销116在内侧盘112和外侧盘114之间形成不连续的径向连接。在内
侧盘112和/或外侧盘114上形成裂纹的情况下，销116产生的不连续
径向连接用来防止裂纹的传播，由此进一步提高转子100的性能和寿
命。
现在转到图4和5，盘部分108通过内侧连接件140附接到转子
套筒110。更具体地，连接件140包括倾斜连接构件142，该连接构件
沿径向通到外侧盘114的内周边144内，由此在套筒110和外侧盘之
间产生间隙146。连接构件142包括平滑的复角，以便从套筒110的
轴向取向过渡到内侧盘112的径向取向。额外参考图7，连接构件142
可选地还包括径向内构件148，该径向内构件使得能够选择性地、一
体地形成用于防抱死制动系统(ABS)传感器的调环152的齿150。
调环152的形成和/或构造取决于具体设计考虑，原因在于，转子100
可以不形成有调环，形成有不同构造的调环，或者形成有用于接纳离
散调环的特征结构，如以下将要更加详细地描述的。
具体参考图4，由于制动产生的热而导致的盘部分108的径向膨
胀和与盘部分相邻的转子套筒110的膨胀使得盘部分沿着套筒的方向
锥进。然而，连接构件142将热从内侧盘112传递到套筒110。这种
热传递导致内侧盘112的径向膨胀小于外侧盘114的径向膨胀，这使
得转子盘部分远离套筒110成锥形，由此抵消盘部分沿着套筒的方向
的锥进。因此，通过提供内侧连接件140，转子100基本上能够平衡
盘部分108的径向膨胀，由此减少或消除锥进。锥进的这种减少或消
除促进了内侧盘112与其相邻的制动器衬块之间的、以及外侧盘114
与其相邻的制动器衬块之间的均匀接触，由此优化了制动系统的效率
并增加了制动器衬块的寿命。与现有技术的转子40相比，锥进的这种
减少或消除还期望地降低了制动器衬块和每个相应的内侧盘112和外
侧盘114之间的每个接触点处的应力，这继而可以降低在转子盘部分
108中形成裂纹的趋势，由此增加了转子100的寿命。
转子100的内侧连接件140在空气盘式制动器应用中具有额外的
优点。更具体地，空气盘式制动器单元通常较重，并且如上所述刚性
地安装到车轮端部组件12内侧的相应的轴10(图1)。这样的空气盘
式制动器单元还通常根据车辆操作所导致的振动来释放外侧制动器衬
块(未示出)与外侧转子盘114的接触。由于空气盘式制动器单元的
重量，使得外侧制动器衬块的这种释放可能是困难的。然而，通过提
供内侧连接件140，当转子冷却时，转子100沿着内侧方向形成外侧
表面124的轴向位移。这种冷却位移在外侧盘114的外侧表面124及
其相应的制动器衬块之间产生游隙，这使得外侧制动器衬块从外侧盘
的释放更加容易。
在没有外侧连接件的情况下，现有技术的转子40不具有这种冷却
位移，这导致外侧制动器衬块的不期望的磨损。这种磨损通过现有技
术的转子40的外侧连接件而进一步加剧，原因在于当转子冷却时，该
连接件使得外侧盘56的外侧表面66(图1)产生沿着外侧方向的轴向
位移。外侧表面66沿外侧方向的这种位移不期望地降低了外侧制动器
衬块从与外侧盘56的接触释放的能力，进一步增大了外侧制动器衬块
的不期望的磨损。因此，通过采用内侧连接件140，转子100减少了
外侧制动器衬块的不期望的磨损，继而增加了空气盘式制动器应用中
的衬块的寿命。
此外，当制动器衬块在车辆操作期间保持与转子40接触时，形成
被称为轻高速阻力的条件。当转子40经历轻高速阻力时，存在的可能
性在于，可能在转子中形成为钢结晶结构的易碎形式的马氏体，进而
不期望地允许在转子中形成和/或传播裂纹。转子100的内侧连接件
140及其冷却位移，与销116能够提供的改进的空气流结合，有利地
增大了外侧盘56的外侧表面124使外侧制动器衬块脱开的速率，由此
降低了轻高速阻力，并且降低了转子产生马氏体和裂纹的可能性，提
高了转子的性能和寿命。
此外，相对于现有技术的转子40(图1)，转子100由铸铁形成，
其上具有改进的冶金组合物。现有技术的转子40由具有高碳含量的铸
铁形成，也就是碳含量按重量计大于大约百分之四(4％)的碳。这样
的高碳含量保持了现有技术的转子40的热传递特性，但是产生了不期
望的易碎性，继而不期望地使得转子能够快速地引发和传播裂纹，并
且降低转子的热强度。转子100由组合物形成，通过优化用来形成转
子的碳、硅和钒的比例，该组合物保持盘部分108的热传递特性，同
时降低易碎性并增大热强度。
更具体地，转子100的碳含量按重量计为从大约2.80％至大约
3.20％，而不是大约百分之四(4％)或更大的百分比。这样的碳含量
保持了转子盘部分108的硬度，同时降低了较高量的碳所产生的易碎
性，并且增大了转子的热强度。为了保持盘部分108的热传递特性，
转子100的硅含量按重量计为从大约1.80％至大约1.95％，钒含量按
重量计为从大约0.05％至大约0.15％。以举例的方式，转子100优选
地包括以下的附加添加剂：锰，按重量计为从大约0.62％至大约
0.80％；硫，按重量计最多为大约0.12％；磷，按重量计最多为大约
0.10％；铬，按重量计为从大约0.25％至大约0.30％；铜，按重量计
为从大约0.60％至大约0.75％；镍，按重量计最多为大约0.05％；钼，
按重量计为从大约0.10％至大约0.15％，钛，按重量计最多为大约
0.03％；铝，按重量计最多为大约0.01％；锡，按重量计最多为大约
0.08％；以及碳等同物，按重量计为从大约3.40％至大约3.90％。
转子100的该组合物，尤其是碳含量、硅含量和钒含量，期望地
保持了转子的热传递性能，同时降低了与现有技术的高碳组合物相关
的易碎性。易碎性的这种降低期望地减少了转子100中裂纹的引发和
传播，由此提高了转子的性能和寿命。转子100的组合物还提高了转
子的热强度，这进一步提高了转子的性能和寿命。此外，与现有技术
的转子相比，与转子100的上述组合物相关的成本也期望地更加经济。
现在转到图8-10，本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转
子的第二实施例整体上用160表示和示出。第二实施例的转子160在
结构和功能上类似于第一实施例的转子100，除了调环结构和销结构
之外。和第一实施例的转子100一样，第二实施例的转子160包括附
接到转子套筒110'并由此附接到车轮端部组件12的毂22(图1)的转
子盘部分108'的内侧连接件140'，这减小了制动期间转子的锥进。第
二实施例的转子160还包括销116'，该销将转子盘部分108'的内侧盘
112'和外侧盘114'相互连接，这增大了盘之间的空气流，优于现有技
术的叶片式连接。此外，第二实施例的转子160包括改进的冶金组合
物，期望地维持转子的热传递性能，同时降低转子的易碎性并提高转
子的热强度。这些特征结构配合以提高转子160对制动期间产生的热
应力的抵抗，由此提高转子的性能和寿命，并且还增加了制动器衬块
(未示出)的寿命。由于第二实施例的转子160类似于第一实施例的
转子100，现在将仅仅描述第二实施例的转子和第一实施例的转子之
间的不同。
具体参考图8和9，转子盘部分108'通过内侧连接件140'附接到
转子套筒110'。更具体地，连接件140'包括倾斜连接构件142'，该连
接构件沿径向通到外侧盘114'的内周边144'内。连接构件142'可选地
包括轴向延伸的内侧延伸部162，该内侧延伸部使得能够选择性地、
一体地形成用于防抱死制动系统(ABS)传感器的调环152'的齿150'。
当第二实施例的转子的尺寸或直径与第一实施例的转子不同时，与第
一实施例的转子100的径向内构件148(图4)相比，内侧延伸部162
用于方便地定位第二实施例的转子160的调环152'。调环152'的形成
和/或构造取决于具体设计考虑，原因在于，转子160可以不形成有调
环，形成有不同构造的调环，或者形成有用于接纳离散调环的特征结
构，如以下进一步描述的。
现在转到图8和10，第二实施例的转子160包括销116'，该销将
转子盘部分108'的内侧盘112'和外侧盘114'相互连接。第二实施例的
转子160的销116'的几何形状和构造与第一实施例的转子100的销116
(图6)的几何形状和构造不同。以举例的方式，销116'包括泪滴形
和大致菱形横截面几何形状的组合。优选的是，销116'在内侧盘112'
和外侧盘114'之间布置成螺栓样式的同心圆。例如，第一或径向最内
侧销圆126'优选地包括大约三十(30)个销116A'，每个销包括泪滴
形横截面几何形状。第二销圆128'设置在第一销圆126'的径向外侧，
具有大约三十(30)个销116B'，这些销相对于第一销圆的相应的销
116A'沿周向偏移，并且每个销包括细长的菱形横截面几何形状。第三
销圆130'设置在第二销圆128'的径向外侧，具有大约三十(30)个销
116C，这些销相对于第二销圆的相应的销116B'沿周向偏移，并且沿
周向与第一销圆126'的相应的销116A'对准。第三销圆130'设置成与
内侧盘112'的周边134'和外侧盘114'的周边136'相邻，每个销包括倒
圆的菱形横截面几何形状。
应当理解，销116'可以是任何径向断裂结构，在不影响本发明的
整体概念和操作的情况下，销可以采用其它的构造、尺寸和样式，例
如楔形、圆形、卵形等。这样，销116'提供内侧盘112'和外侧盘114'
之间'的刚性连接，而不会在内侧盘和外侧盘之间形成显著量的空气间
隙或空气通道138'，这使得盘之间能够具有空气流，包括侧向空气流。
采用销116'的第二实施例的转子160增强了穿过转子盘部分108'
的空气流，这耗散了热，并且减小了盘部分的热负荷。转子盘部分108'
的热负荷的减小降低了转子160断裂的可能性，由此提高了转子的性
能和寿命。此外，与现有技术的连续地连接的径向延伸的叶片58相比，
销116'在内侧盘112'和外侧盘114'之间形成不连续的径向连接。在内
侧盘112'和/或外侧盘114'上形成裂纹的情况下，销产生的不连续径向
连接用来防止裂纹的116'传播，由此进一步提高转子160的性能和寿
命。
现在参考图11和12，本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动
器转子的第三实施例整体上用170表示和示出。第三实施例的转子170
在结构和功能上类似于第一实施例的转子100，除了第三实施例不包
括一体的调环结构。和第一实施例的转子100一样，第三实施例的转
子170包括附接到转子套筒110"并由此附接到车轮端部组件12的毂
22(图1)的转子盘部分108"的内侧连接件140"，这减小了制动期间
转子的锥进。第三实施例的转子170还包括销116"，该销将转子盘部
分108"的内侧盘112"和外侧盘114"相互连接，这增大了盘之间的空
气流，优于现有技术的叶片式连接。此外，第三实施例的转子170包
括改进的冶金组合物，期望地维持转子的热传递性能，同时降低转子
的易碎性并提高转子的热强度。这些特征结构配合以提高转子170对
制动期间产生的热应力的抵抗，由此提高转子的性能和寿命，并且还
增加了制动器衬块(未示出)的寿命。由于第三实施例的转子170类
似于第一实施例的转子100，现在将仅仅描述第三实施例的转子和第
一实施例的转子之间的不同。
转子盘部分108"通过内侧连接件140"附接到转子套筒110"。更
具体地，连接件140"包括倾斜连接构件142"，该连接构件沿径向通
到外侧盘114"的内周边144"内。与第一实施例的转子100相比之下，
第三实施例的转子170缺少第一实施例的转子100的径向内构件148
(图4)。更具体地，第三实施例的转子170没有一体地形成用于防
抱死制动系统(ABS)传感器的调环152的齿150(图4)。相反，当
特定设计考虑指示使用调环(未示出)时，采用第三实施例的转子170，
该调环单独地附接到转子或轮毂22(图1)，或者机加工到轮毂中。
使用离散的调环减少了特定环境中的腐蚀问题，并且使得调环能够被
移除以进行维护，这在某些应用中可能是期望的。
现在转到图13-20，本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器
转子的第四实施例整体上用220表示和示出。第四实施例的转子220
在结构和功能上类似于第一实施例的转子100，除了调环结构之外。
和第一实施例的转子100一样，第四实施例的转子220包括附接到转
子套筒110"'并由此附接到车轮端部组件12的毂22(图1)的转子盘
部分108"'的内侧连接件140"'，这减小了制动期间转子的锥进。第四
实施例的转子220还包括销116"'，该销将转子盘部分108"'的内侧盘
112"'和外侧盘114"'相互连接，这增大了盘之间的空气流，优于现有
技术的叶片式连接。此外，第四实施例的转子220包括改进的冶金组
合物，期望地维持转子的热传递性能，同时降低转子的易碎性并提高
转子的热强度。这些特征结构配合以提高转子220对制动期间产生的
热应力的抵抗，由此提高转子的性能和寿命，并且还增加了制动器衬
块(未示出)的寿命。由于第四实施例的转子220类似于第一实施例
的转子100，现在将仅仅描述第四实施例的转子和第一实施例的转子
之间的不同。
具体参考图13和14，转子盘部分108"'通过内侧连接件140"'附
接到转子套筒110"'。更具体地，连接件140"'包括倾斜连接构件142"'，
该连接构件沿径向通到外侧盘114"'的内周边144"'内。与第一实施例
的转子100相比之下，第四实施例的转子220缺少第一实施例的转子
100的径向内构件148(图4)。更具体地，第四实施例的转子220没
有一体地形成用于防抱死制动系统(ABS)传感器的调环152的齿150
(图4)。相反，第四实施例的转子220形成有多个凸耳222，这些凸
耳接纳离散的调环180。
凸耳222形成在倾斜连接构件142"'上，并且从该连接构件沿径
向向内延伸。至少四个凸耳222，且优选八个凸耳，形成在倾斜连接
构件142"'上，并且绕转子220的圆周均匀地间隔开。每个凸耳222
在其径向内表面226上形成有沿周向延伸的凹槽224，以使得每个凸
耳能够接纳并捕获调环180。至少一个选择的凸耳222A形成有以下更
详细描述的轴向开口228。
现在转到图15和16，调环180包括：内侧表面182，其上形成有
调环齿184；和外周边186，其上形成有多个凸台188。至少四个凸台
188，且优选八个凸台，形成在调环180上，并且绕调环的圆周均匀地
间隔开，以与相应的凸耳222相对应。每个凸台188由相应的转子凸
耳222接纳，以将调环180固定到转子220。额外参考图13，通过将
调环设置成与转子内侧盘112"'相邻，调环180安装在转子220上，
每个调环凸台188沿周向与对应的转子凸耳222相邻。然后，调环180
旋转，直到每个相应的凸台188座置在对应的凸耳凹槽224中。为了
易于插入到凸耳凹槽224中，每个相应的凸台188形成有倾斜侧壁
190。
每个凸台188包括在凸台的内侧表面194上形成的牺牲间隔件或
垫片192。一旦每个凸台188座置在相应的凸耳222中，牺牲垫片192
压缩以填充凸耳的凸台和壁196之间的任何空间，由此将调环180楔
入到每个凸耳凹槽224中，并且减少调环的轴向运动。
为了防止调环180的无意中的旋转，所选择的凸台188A形成有
径向延伸的肩部198、沿周向成形的切口200以及开口202。选择的凸
台188A与选择的凸耳222A对准，并且与凸耳配合，以防止调环180
旋转。
更具体地，现在参考图17和18，当调环180旋转直到每个相应
的凸台188座置在对应的凸耳凹槽224中时，选择的凸台188A的肩
部198抵靠选择的凸耳222A，以停止调环沿第一方向的旋转。以举例
的方式，这将被称为顺时针方向。为了防止调环180沿逆时针方向旋
转，在选择的凸台188A中形成的沿周向成形的切口200与在选择的
凸耳222A中形成的开口228沿轴向对准。诸如滚销的紧固件204接
纳在对准的切口200和开口228中。这样，凸台肩部198、凸耳222A、
凸台切口200、凸耳开口228和滚销204配合以防止调环180相对于
转子220过度旋转，继而防止可能引起调环从转子脱离的调环的无意
中旋转。
作为另外一种选择，转到图19和20，当调环180旋转直到每个
相应的凸台188座置在对应的凸耳凹槽224中时，选择的凸台188A
的肩部198抵靠选择的凸耳222A，以停止调环沿第一方向的旋转。以
举例的方式，这将被称为顺时针方向。为了防止调环180沿逆时针方
向旋转，在选择的凸台188A中形成的开口202设置成靠近凸耳222A
的与肩部198相对的一侧。诸如滚销的紧固件204接纳在凸台开口202
中。这样，凸台肩部198、凸耳222A、凸台开口202和滚销204配合
以防止调环180相对于转子220过度旋转，继而防止可能引起调环从
转子脱离的调环的无意中旋转。
作为另外的替代形式，诸如滚销的紧固件204可以插入在每个凸
台开口202以及对准的凸台切口200和凸耳开口228中，如图13所示。
优选地，调环180由粉末金属形成。作为另外一种选择，调环180可
以由金属合金压铸而成。如果调环180由金属合金压铸而成，那么可
以在调环上形成另一个可供选择的旋转止挡件。更具体地，选择的凸
台188A可以形成有突出部(未示出)(而不是形成有开口202)，该
突出部沿轴向方向弯曲以抵靠凸耳222A的与肩部198相对的一侧，
由此防止调环180相对于转子220旋转。
因此，第四实施例的转子220可以形成为接收离散的调环180，
这些调环可以由与转子不同的材料形成。使用离散的调环180减少了
特定环境中的腐蚀问题，使得调环能够被移除以进行维护，并且与一
体形成的调环152(图4)相比期望地降低了重量。
这样，本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子100、160、
170、220的构造和布置提供连接到套筒110、110'110"、110"'的盘部
分108、108'，108"，108"'的内侧连接件140、140'、140"、140"'，
这减少或消除了由于制动产生的热而导致的盘部分的锥进。锥进的这
种减少或消除优化了制动系统的效率，并且期望地降低了制动器衬块
以及每个相应的内侧盘112、112'、112"、112"'和外侧盘114、114'、
114"、114"'之间的每个接触点处的应力。这种应力的减小减少了转子
盘部分108、108'、108"、108"'中裂纹的形成，并且增加了制动器衬
块的寿命。此外，转子100、160、170、220采用销116、116'、116"、
116"'来增强穿过转子盘部分108、108'、108"、108"'的空气流，这耗
散热并减小了盘部分的热负荷。转子盘部分108、108'、108"、108"'
的热负荷的这种减小降低了转子100、160、170、220中形成裂纹的趋
势。
此外，转子100、160、170、220包括改进的冶金组合物，期望地
维持转子的热传递性能，同时降低转子的易碎性，这减少了转子中裂
纹的引发和快速传播。这些特征结构配合以提高转子100、160、170、
220对制动期间产生的热应力的抵抗，由此期望地提高转子的性能和
寿命。转子100、160、170、220的组合物还提高了转子的热强度，这
进一步提高了转子的性能和寿命。
此外，通过采用内侧连接件140、140'、140"、140"'，转子100、
160、170、220在空气盘式制动器应用中具有额外的优点。转子100、
160、170、220的内侧连接件140、140'、140"、140"'沿内侧方向产
生冷却位移，这在外侧盘114、114'、114"、114"'的外侧表面124、
124'、124"、124"'及其相应的制动器衬块之间产生游隙，由此使得在
空气盘式制动器应用中外侧制动器衬块从外侧盘的释放更加容易，这
增加了制动器衬块的寿命。此外，转子100、160、170、220的内侧连
接件140、140'、140"、140"'及其冷却位移，与销116、116'、116"、
116"'能够提供的改进的空气流结合，有利地增大了外侧盘114、114'、
114"、114"'的外侧表面124、124'、124"、124"'使其相应的外侧制动
器衬块脱开的速率，由此降低了轻高速阻力，并且降低了转子产生马
氏体和相关裂纹的可能性，提高了转子的性能和寿命。
第四实施例的转子220形成有用以接纳离散的调环180的构造。
转子包括多个凸耳222，每个凸耳具有凹槽224，凹槽用以接纳和捕获
在调环180上形成的相应的凸台188。凸台188均形成有牺牲间隔件
或垫片192，以防止调环180相对于转子220轴向运动，至少一个凸
耳222A和相应的凸台118A形成有匹配特征结构，以防止调环相对于
转子进行旋转运动。
本发明还包括用于重载车辆的改进的盘式制动器转子100、160、
170、220的制造方法和使用方法。该方法包括与以上所述且如图2-20
所示的说明相关的步骤。
应当理解，在不影响本发明的整体概念或操作的情况下，上述本
发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子100、160、170、220
的结构和布置可以进行改变或重新布置。此外，在不影响本发明的整
体概念或操作的情况下，本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器
转子100、160、170、220可以用于除了以上所述和所示之外的其它类
型的车轴、车轮端部组件、车轴/悬架系统和/或制动系统。此外，虽
然为了方便起见，本文已经重载车辆大致参考了重载车辆，但是应当
理解，这样的参考包括卡车、牵引车-拖车和半拖车及其拖车。
因此，本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子被简化，
提供了有效的、安全的、廉价的且高效的结构，其能够实现所有列举
的目标，以消除现有技术的盘式制动器转子所遇到的困难，并且解决
本领域中的问题且获得新的结果。
在前述说明中，某些术语已经简洁、清楚和可理解地使用；但是
对其没有施加超过现有技术的要求的非必要限制，原因是这些术语用
于说明性的目的并且具有宽泛的意义。此外，已经参考示例性实施例
说明了本发明。应当理解，该说明是示例性的而非限制性的，本发明
的范围并不限于所示和所述的确切细节。在阅读并理解了本公开的情
况将可以进行可能的修改、更改，应当理解本发明包括所有这样的修
改和更改及其等效。
现在已经说明了本发明的特征、公开和原理，构造、布置和使用
本发明的用于重载车辆的改进的盘式制动器转子的方式，构造和布置
的特征以及优点，所获得的新的和有用的结果；所附的权利要求中描
述了新的和有用的结构、装置、元件、布置、部件和组合。