一种体积减小的摩擦装置的制作方法

一种体积减小的摩擦装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年6月11日提交的美国临时申请62/860,035的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
3.背景
技术领域
4.本发明涉及一种摩擦装置，例如制动蹄(brake shoe)，其具有可控的、减小的摩擦材料体积。
现有技术
5.各种具有不同成分的摩擦装置(例如，制动蹄)用于实现特定的制动要求。例如，这些成分可以包括铸铁和其他类型的摩擦材料，它们可以为一些预定应用专门配制。这些不同类型的摩擦材料可在车辆的车轮，特别是车轮踏(wheel tread)上表现出许多独特的不同摩擦特性。
6.制动应用以及车辆的车轮与路径之间的接触可能导致车轮的表面缺陷。这些表面缺陷可能包括脱壳(shells)、剥落(spalls)、凹坑(pits)、一般性腐蚀、裂纹、扁平以及不均匀轮磨损和空心轮磨损(hollow wheel wear)。调整车轮踏可减少一种或多种表面缺陷的量。
7.作为一个示例，空心轮磨损可以指车轮踏在车轮踏中心附近的磨损量大于轮辋或车轮的“场地侧”(field side)附近的磨损量。减轻空心轮磨损可以延长在用车轮的使用寿命。空心轮磨损可以通过比较沿着车轮轮辋的车轮踏与靠近或接近车轮中心的车轮踏来进行测量。车轮踏高度方向上的厚度可以在车轮踏的中心部分或内部部分与车轮踏面(wheel tread surface)的外部部分之间进行测量。轮辋附近的车轮踏面与车轮中心附近的车轮踏面之间的高度差，可指示车轮踏的磨损量。作为一个示例，轨道车辆的车轮中心可能会相对于车轮的其他区域出现更大的磨损量，因为在运行期间靠近车轮中心的车轮踏直接与轨道接触。例如，靠近轨道车轮中心的车轮踏的磨损可能超过轮辋处的车轮磨损。相对于靠近轮辋的车轮踏的直径，靠近车轮踏中心的车轮的直径可能以更快的速度变小。通过减少空心轮磨损，可以增加车轮的使用寿命。
8.然而，摩擦装置可能为制动应用提供不足的摩擦水平，可能在制动应用过程中产生火花，或者可能包括侵蚀性研磨型材料。
9.例如，pct专利申请pct/ru2018/000340描述了一种用于铁路车辆的制动蹄，该制动蹄包括聚合物复合摩擦元件、金属外壳和锻铁嵌件。该锻铁嵌件的重量相当于制动蹄重量的18％-30％，这会影响车轮与制动蹄之间的热量分布、制动效率系数和有效热吸收体积。
10.作为另一个示例，pct专利申请pct/ru2018/000339描述了一种用于铁路车辆的制动蹄，该制动蹄包括聚合物复合摩擦元件、金属外壳和锻铁嵌件。该锻铁嵌件的重量相当于
制动蹄重量的59％-90％，这会影响钳口的功能特性。
11.作为另一个示例，pct专利申请pct/ru2018/000337描述了一种用于铁路车辆的制动蹄，该制动蹄包括金属框架、聚合物复合摩擦元件和金属嵌件。在(例如凹槽，在嵌件的一侧上、并位于嵌件与摩擦材料之间的开口等)区域中的摩擦元件的表面上形成凹陷，这显见地影响摩擦元件的聚合物复合材料在所述元件与嵌件接口的区域内破碎的可能性。
12.作为另一个示例，俄罗斯专利ru2504703描述了一种用于汽车制动片的摩擦材料，该摩擦材料包括具有高开孔率的载体材料，该载体材料被粘合剂润湿，并且在其上施加或引入功能物质。干燥后的残留水分可能在0.3％到5％之间。合适的载体材料是比表面积为20m2/g至80m2/g的那些材料。载体材料优选具有90μm到1.5mm的粒度，以确保摩擦材料的可加工性。载体材料和粘合剂的混合以5m/s至50m/s的颗粒表面速度进行。在一个具体示例中，生产了一种摩擦材料，该材料含有3990份载体材料和2100份粘合剂(例如，水和水合硅酸钠的比例为1:1)。然后添加350份硫化钼、490份含有例如硫化铁ii(iron sulfide ii)、硫化锌ii(zinc sulfide ii)和/或硫化钛iv(titanium sulfide iv)的多组分润滑剂以及140份硫化锌ii(zinc sulfide ii)。
13.作为另一个示例，俄罗斯专利ru2309072描述了一种制动蹄，其包括在中心部分具有u形凸起的金属骨架、复合摩擦构件和嵌件。所述嵌件布置在制动蹄中心部分，并且可以焊接在所述金属骨架上。所述嵌件由高强度或可锻铸铁制成。所述嵌件的工作面面积与所述制动蹄的工作面总面积之比大约为4％到20％。
14.作为另一个示例，俄罗斯专利ru2428599描述了一种摩擦件，该摩擦件包括一个有孔的金属框架和其上模制有突起或凸耳的摩擦元件。所述摩擦元件由聚合物复合摩擦材料制成，且以使得凸耳分布在孔的内部进行设置。所述凸耳中复合材料的硬度小于所述摩擦元件工作部分的硬度。


技术实现要素：

15.在一个或多个实施例中，用于车轮的摩擦装置包括：背板和设置在背板上以形成接合车轮表面的制动面的摩擦材料，所述摩擦材料沿中心纵轴在第一端和第二端之间延伸，以及在轮辋侧和轮缘侧之间延伸；设置在所述摩擦材料内并从所述制动面延伸到所述摩擦材料内部一段距离的空隙，所述空隙在所述摩擦材料的所述制动面形成开口。
16.在一个或多个实施例中，一种用于车辆的摩擦装置包括：适于与所述车辆的制动头连接的背板；以及与所述背板可操作地耦接以形成接合所述车辆车轮的制动面的摩擦材料；至少部分设置在摩擦材料内的修整嵌件，所述修整嵌件包括配置为朝向所述车轮的修整面，所述修整面包括与所述摩擦材料不同的材料；设置在所述摩擦材料内、并从所述制动面延伸到所述摩擦材料内部一段距离的空隙，所述空隙可在所述摩擦材料的所述制动面形成开口。
17.在一个或多个实施例中，一种方法包括：使摩擦材料的制动面与车轮的车轮表面接合，以减慢或停止车轮的运动；以及在设置在所述摩擦材料内并从所述制动面延伸到所述摩擦材料内部一段距离的空隙处，使所述摩擦材料的所述制动面不与所述车轮表面接合。所述空隙可在所述摩擦材料的所述制动面形成开口。
附图说明
18.通过参考附图阅读以下非限制性实施例的描述，可以理解本发明的创造性主题，其中如下：
19.图1是根据本发明一方面的摩擦装置的顶面视图；
20.图2是图1所示摩擦装置沿线a-a的截面侧视图；
21.图3是根据一个实施例的摩擦装置的底面视图；
22.图4是根据一个实施例的摩擦装置的底面视图；
23.图5是根据一个实施例的摩擦装置的底面视图；
24.图6是根据一个实施例的摩擦装置的底面视图；
25.图7是根据一个实施例的摩擦装置的底面视图；
26.图8是根据一个实施例的摩擦装置的底面视图；
27.图9是根据一个实施例的摩擦装置的底面视图；
28.图10是根据一个实施例的摩擦装置的底面视图；
29.图11是图10所示摩擦装置沿b-b线的局部截面和立体图；
30.图12是根据一个实施例的与车辆车轮耦接的摩擦装置的截面侧视图；
31.图13是根据一个实施例的包括嵌件和扩展体积的摩擦装置的顶面视图；
32.图14是图13所示摩擦装置的底面视图；和
33.图15是图13所示摩擦装置的立体图。
具体实施方式
34.本文描述的本发明主题的一个或多个实施例提供了一种用于车辆上的摩擦装置。在一个或多个实施例中，该摩擦装置可以是或可以被称为制动蹄。该车辆可以是铁路车辆，但可选地可以是另一种类型的车辆。所述摩擦装置可包括粘合嵌件和由摩擦材料构成的摩擦结构。该摩擦结构相对于传统制动片可以具有减小的体积。在一个实施例中，提供一种摩擦装置，其包括背板、设置在背板上以形成制动面的摩擦材料、以及设置在摩擦材料内的至少一个空隙。所述空隙可以是摩擦材料的制动面上的开口。
35.在使用过程中，该摩擦装置可以将摩擦材料的制动面与车轮的轮面接合以减慢或停止车轮的运动。相对于在摩擦材料中没有空隙的摩擦装置，车轮表面的磨损量可以通过摩擦材料中的一个或多个空隙来控制和/或减少。作为一个示例，所述一个或多个空隙可以是摩擦材料的制动面的开口，使得车轮表面可以在所述一个或多个空隙处不接触摩擦材料的制动面，或者摩擦材料的制动面可以在所述一个或多个空隙处不与车轮表面接合。作为另一示例，所述摩擦结构的制动面可包括和/或由第一材料制成，并且空隙的一部分可以填充有与第一材料不同的第二材料，使得车轮表面可以在制动面和空隙的外部与第一材料(例如，摩擦材料)接触，并且可能在空隙处接触第二材料。
36.参考图1、2和12，示出了根据本发明主题的至少一个实施例的摩擦装置10。该摩擦装置可包括背板2。在图示的实施例中，所述背板具有大致呈弧形的形状，以允许所述摩擦装置与车辆车轮的车轮踏或车轮表面102相互作用(如图12所示)。在图示的实施例中，考虑了一种钢制铁路车辆。所述摩擦装置可包括键桥4。所述背板可包括一个或多个阻挡凸耳6a、6b。所述键桥中的开口8可容纳将该摩擦装置紧固到车辆的制动头上的锁定键(图中未
示出)。所述摩擦装置可包括摩擦结构20。所述摩擦结构的至少一部分或局部可以由复合摩擦材料制成。摩擦材料的摩擦结构可包括朝向车轮100的凸缘104的凸缘侧22、朝向车轮的轮辋106的轮辋侧24，以及相对的第一端部26和第二端部28。所述凸缘侧和轮辋侧可以沿着摩擦装置的长度延伸，所述相对的端部可以在凸缘侧和轮辋侧之间延伸并连接所述凸缘侧和轮辋侧。中心纵轴i-i(见图3至9)大致平分所述凸缘侧和轮辋侧之间的摩擦装置。所述摩擦材料形成所述摩擦装置的制动面30或工作面。
37.合适的背板可由金属材料或非金属材料、或混合或复合材料制成。合适的金属材料可以包括铁和铁合金。合适的铁合金可包括钢。在一个实施例中，背板可由增强复合材料制成。该背板可以有涂层。合适的涂层可包括电镀涂层(特别是如果所述背板是由可腐蚀金属构成的)、涂料和阳极氧化层。合适的涂料包括搪瓷、环氧树脂和粉末涂料。所述背板可以轴向弯曲以配合车轮的曲率。该弯曲的轴可以是车轮轴。在一个实施例中，摩擦结构是弯曲的并且与车轮同轴，而背板跟随摩擦结构的弯曲与车轮同轴。在另一个实施例中，背板是弯曲的，但与车轮或摩擦结构的工作面不同轴。可以基于应用特定参数来选择背板的曲率相对于摩擦结构的分离程度。
38.所述背板可以具有相对光滑的表面，并且可以具有一个或多个贯穿其的限定孔和/或从其延伸出的突出部。在一个实施例中，背板呈起伏状以增加其表面积。增加的表面积可提供更多供摩擦结构与之粘合的粘合表面。起伏可以均匀地分散在背板上，或者起伏可以被图案化为一些起伏在接近边缘处而一些起伏集中在更靠近中心线的地方。所述起伏可以沿背板的长度方向延伸，也可以沿宽度定向。起伏可在其延伸方向上产生刚度，并垂直于其延伸产生柔性。在一个实施例中，起伏方向相对于背板的长度和宽度是倾斜的。在一个实施例中，存在方格图案或其等效物，以在允许控制背板的刚度和柔性的同时仍增加其表面积。通过选择厚度均匀的背板(进而通过对背板的弯曲)或通过使用厚度不均匀的背板，可以创建各种图案和类似效果。
39.在一个实施例中，背板的宽度与摩擦结构的宽度相同。在另一个实施例中，背板的宽度与摩擦结构的宽度不同。宽度小于摩擦结构的背板可能足以实现背板的支撑功能，同时降低总重量和/或成本。宽度大于摩擦结构的背板可能足以实现背板的支撑功能，同时为摩擦材料的边缘提供增强的支撑。在一个实施例中，背板与摩擦结构的宽度比、背板与摩擦结构的长度比以及背板的厚度与摩擦结构的起始厚度之比，相互独立地，处于小于约0.5的范围内、约0.6到约0.9的范围内、约1、约1.1至约1.2的范围内、约1.2至约1.5的范围内、或大于约1.6的范围内。合适的背板构造可包括完整无间断的板、网状、布线形式(wire form)、增强布线形式(reinforced wire form)、网格或模制复合材料(molded composite)。
40.在一个实施例中，制动蹄的摩擦结构的工作面的宽度相对于车轮踏(包括车轮轮缘的至少在使用过程中接触制动蹄的部分)在小于约35％的范围内，约36％到约50％的范围内，约51％到约75％的范围内，约76％到约100％的范围内，或大于约101％的范围内。合适的制动蹄宽度可能因从侧到侧或从端到端而不同。摩擦结构的合适形状可遵循车轮的轮廓，具有匹配的互补轮廓。该成形边缘可以形成有倒角、隆起(ridge)、边沿(edge)或弧度(radius)中的一种或多种。在一个实施例中，所述摩擦结构只有一个边缘是起伏状的(contoured)。在另一个实施例中，两个边缘均为起伏状以允许以任一方向安装。在一个实
施例中，制动蹄被配置适配直径范围小于约600mm，从约601mm到约1300mm，或大于约1301mm的新的铁路车辆车轮。
41.图示示例中显示了一对阻挡凸耳。所述阻挡凸耳可以与背板一体形成并可以从背板的顶面向外延伸。所述阻挡凸耳的尺寸和位置可以与相应的制动头(图中未示出)上的相应阻挡凸耳插孔(图中未示出)相匹配。在一个实施例中，阻挡凸耳可与多种制动头兼容。在一个实施例中，凸耳可仅与某种类型的制动头相对应，以防止所述制动蹄安装在不合适的制动头上；或可以可逆安装，以防止误安装；或可设计为仅与制动头配合，以确保只能以正确的方向安装。
42.在一个实施例中，键桥可与背板一体形成，或可在安装之前附接到该背板。该键桥可由上述的与背板相似或相同的材料形成。所述键桥可耦接车辆的制动头(图中未示出)。在一个实施例中，键桥可以是圆形的。至少部分基于应用特定参数，另一个键桥可以成形以便于将该键桥紧固到制动头上。对键桥合适的耦接方式包括焊接、机械紧固、压紧(press)或摩擦配合等。
43.合适的摩擦结构的一个例子是制动片。制动片可用于减慢或停止车辆。合适的车辆可包括汽车、卡车、公共汽车、采矿设备、航空器和铁路车辆。铁路车辆可以包括机车和轨道车，且可以用于运输货物和/或乘客。所述摩擦结构可由复合摩擦材料构成。
44.在一个实施例中，合适的摩擦材料的额定摩擦压力(rp)在小于约800n/cm2的范围内，在从约801n/cm2到约1000n/cm2的范围内，在从约1001n/cm2至约1500n/cm2的范围内，或在大于约1501n/cm2的范围内。在一个实施例中，合适的摩擦材料的额定摩擦速度(rv)在小于约20m/s的范围内、在从约21m/s的范围内到约30m/s的范围内，在约31m/s至约50m/s的范围内，或大于约51m/s的范围内。在一个实施例中，合适的摩擦材料的额定连续温度操作(ct)范围为：约300℃至约350℃，约351℃至约400℃，约401℃至约450℃，或大于约451℃。在一个实施例中，合适的摩擦材料的额定短期温度(st)范围为约500℃至约600℃，约601℃至约700℃，约701℃至约800℃，约801℃至约900℃，或大于约901℃。上述范围至少部分基于或决定于摩擦材料的选择、物理构造和摩擦装置的最终用途应用。
45.在其他实施例中，合适的摩擦结构可以包括半金属。半金属可包括具有金属填料的例如陶瓷或聚合物的非金属基体。例如，可以通过陶瓷或聚合物结合在一起的铁粉或铜粉的半金属圆盘。可至少部分地基于摩擦材料和由其制成的摩擦结构的期望性能来选择填充物。合适的填料含量可以用金属材料与基体材料的体积比或重量比表示。在各种实施例中，合适的比值可以为重量比在低于50％的范围内、重量比在约51％至约75％的范围内、重量比在约76％至约90％的范围内、或重量比在大于91％的范围内。例如，合适的配方可为每10克基质(matrix)配90克金属。在各种实施例中，摩擦结构的填充物可以是如所公开的金属、非金属或金属与非金属材料的组合。
46.陶瓷/铁材料可以在高温下混合、压缩和/或烧结以构成固体的摩擦结构。合适的粘合材料或基体材料可包括树脂(例如酚醛树脂)、石墨(也可用作摩擦材料)、硅酸锆等中的一种或多种。表1显示了包括粘合剂在内的示例配方。
47.组分大约重量百分比范围％硅酸铝25-35青铜颗粒10-20
石墨5-15蛭石10-20酚醛树脂10-20钢纤维3-7橡胶颗粒3-7二氧化硅颗粒1-5芳纶纤维1
–548.表1
49.可选择或控制粉末粒度、纤维尺寸、浓度分布、粒度分布和形态，以影响摩擦结构的性能。如果填充物为粉末，则合适的粉末粒度平均值可以在小于100微米的范围内、在约101微米至约250微米的范围内、在约251微米至约500微米的范围内、或在大于约501微米的范围内。作为相对于平均粒度的分布，粒度分布可以在约0.5至约1、约1至约2、或大于约2的范围内。颗粒的形态可以从合适的形状中选择。合适的形状可以包括球形、卵形、不规则形、薄片形和多边形。在一些示例中，颗粒的表面积越大，摩擦结构的易碎性越低；并且在其他示例中，与更光滑或更圆的颗粒相比，有更多边的颗粒(more edged particles)提供相对更强的摩擦和修整。选为填料粉末的材料的硬度，与填料含量和颗粒形态一起可以影响摩擦结构的性能。如果填充物是纤维，则可选择或控制纤维粗细度和纤维长度以影响性能。所述纤维可以是与粉末填充物相同的材料，并且在一个实施例中，填充物可以是粉末和纤维的混合物。其他合适的纤维可由芳香族聚酰胺或芳纶组成，例如：凯夫拉尔(kevlar
tm
)、特沃纶(twaron
tm
)、诺梅克斯(nomex
tm
)和泰克诺拉(technora
tm
)。其他合适的纤维可由脂肪族或半芳香族聚酰胺形成，例如：尼龙(nylon
tm
)。聚合物纤维可包括一种或多种共聚物以控制和影响结晶度、熔点或软化点等。可以控制所述纤维的长度以影响其性能。合适的纤维长度可在小于约1毫米(mm)的范围内、在约1.1mm至约2mm的范围内、在约2.1mm至约5mm的范围内、或在大于约5.1毫米的范围内。可选择所述纤维的粗细度来控制和影响其性能。合适的纤维粗细度可在至少部分基于应用特定参数选择的范围内。在一个实施例中，纤维的旦尼尔数(denier)在以下范围内：在小于约20d的范围内、在约21d至约100d的范围内、在约101d至约500d的范围内、在约501d至约1500d的范围内、在约1501d至约3000d的范围内、或大于约3000d的范围内。
50.合适的聚合物或聚合物基质可包括酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、氰酸酯、芳族杂环化合物(例如聚酰亚胺、聚苯并恶唑(pbo)、聚苯并咪唑和聚苯并噻唑(pbt))、无机和半有机聚合物(例如可衍生自硅-氮、硼-氮和磷-氮单体)和硅基聚合物，以及上述物质的混合物和共聚物。聚合物基质以及其他添加剂可包括阻燃剂。合适的阻燃剂可包括包含铝、磷、氮、锑、氯、溴中的一种或多种的组合物，并且在一些应用中可包含镁、锌和碳。
51.合适的摩擦结构可沿着与阻挡凸耳及键桥相对的表面附装在背板上并从背板延伸出。在一个实施例中，为了附装到背板上，所述摩擦结构可以包括粘合层(图中未示出)以便于适当地固定到所述背板上。在一个实施例中，摩擦材料通过利用或不利用粘合层的机械方式而被附装。所述摩擦结构可通过可能至少部分基于应用特定参数选择的方式附装在背板上。
52.合适的摩擦结构可包括在新安装时首先接触车轮表面的外层。该外层可以实现以
下一项或多项功能：防止摩擦材料在存储、运输或安装过程中暴露在腐蚀、碎屑、湿气或污垢中；在安装和制动后的最初几次旋转中为车轮表面提供初始涂层，以修整或处理该车轮表面；修整车轮表面并清除任何碎屑或腐蚀；填补车轮表面的裂纹、凹坑和缺陷；之类的。在一个实施例中，在安装后的制动过程中，通过最初几次旋转中的摩擦，外层被从摩擦结构的工作面磨除。在一个实施例中，外层在安装后或安装的一部分过程后被剥落。
53.该摩擦结构的制动面可以接触车辆的车轮踏以向车辆施加制动力。在一个实施例中，制动面可以接触车辆轮缘和/或轮辋的一部分。在一个实施例中，制动面可以接触轮缘的全部和轮辋的全部。在一个实施例中，车轮踏、轮缘和轮辋可以是车轮表面或车轮踏面的可被施加制动蹄的全部组成部分。与轮缘和轮辋的接触仍会向车辆施加制动力，但是，与车轮的这些组成部分的接触可防止空心轮磨损。摩擦结构采用弧形的背板以与车轮或车轮踏相互作用。在一个实施例中，制动面可采用背板的弧形形状。当摩擦结构被压在车轮或车轮踏上时，可提供所需的摩擦和制动力。
54.所述摩擦结构可包括一个或多个磨损指示器。在一个实施例中，磨损指示器被模制到摩擦结构的摩擦材料中。所述磨损指示器的合适位置在制动蹄的后部。所述背板可以被配置为形成磨损指示器，或者可以在去除材料后使得所述磨损指示器可见。磨损指示器的其他合适位置可包括靠近端部、围绕周边、在摩擦结构的中心线处、在摩擦结构的远端(或两端)处、作为修整嵌件的一部分等。在使用过程中，所述磨损指示器允许观察者确定摩擦结构的使用寿命。在一个示例中，在摩擦结构中形成从工作面向下至确定深度的凹槽。在使用过程中，所述凹槽的深度随着工作面的磨损而减小。然后观察者可查看凹槽并通过其剩余深度确定寿命(或者，如果已达到寿命终点且凹槽完全磨损，则不需要)。磨损指示器的其他示例可包括摩擦结构的不同颜色部分。或者，修整嵌件可以被配置为执行磨损指示功能。在一个实施例中，rfid芯片(或其等效物)被设置在摩擦结构中为摩擦结构设定寿命终点的深度处。当所述摩擦结构磨损而暴露出rfid芯片时，该芯片将不再起作用并提供用以响应查询的信号(对于无源芯片，有源芯片可广播信号，没有广播信号则表示寿命结束)。自然，rfid传感器将与磨损指示器的芯片通信，从而可以确定何时需要更换制动器。
55.参考图2-12，至少一个修整嵌件40可以被设置在摩擦结构的复合摩擦材料中。修整嵌件的实施例可在摩擦结构内具有选定的形状。这些形状可能会受到应用特定参数的影响和/或支配。作为一个例子，所述修整嵌件可以包括细长部42。如图3和4所示，所述细长部具有修整面44，并沿着邻近且基本上平行于摩擦结构轮辋侧的制动面延伸。在该构造中，所述修整嵌件的修整面可以位于控制靠近车辆车轮轮辋的车轮踏的磨损量的位置。
56.在一个实施例中，修整嵌件可以至少部分地设置在摩擦结构内，其修整面暴露于制动面并与制动面基本齐平。在其他实施例中，所述嵌件可以完全封装在制动蹄的摩擦结构内。在复合摩擦材料完全包围并封装所述修整嵌件的情况下，车辆的反复制动可能磨损该复合摩擦材料，最终将修整嵌件的修整面暴露于车辆的车轮。在一个实施例中，修整面的形状可以是弧形的，以便允许修整车轮。根据其与轮辋的对齐情况，所述修整面可以被成形以修整车轮的轮辋。
57.修整嵌件的材料和其他参数的选择可参考修整功能，所述摩擦材料的选择可参考制动或摩擦功能。因此，在一些实施例中，它们可包含类似的材料，但其组份不同以实现它们预期的功能。这种差异可能很大(例如，复合摩擦结构中的金属修整嵌件)，也可能相对较
小(例如，两者都是陶瓷-铁-金属填充结构，但相互具有不同浓度的金属含量)。在一个实施例中，修整嵌件可由相较于所述摩擦结构更硬和/或更具研磨性的材料构成。例如，所述车轮修整嵌件可由适于该车轮修整嵌件研磨属性的材料构成。由于所述制动蹄可能会施加到车轮表面，因此该车轮修整嵌件与车轮表面摩擦。该研磨属性的嵌件可以修整车轮表面，以防止、减少或去除缺陷。
58.合适的车轮修整嵌件可由相对硬的材料构成。合适的材料可以是金属。合适的金属可包括al、si、p、s、cl、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、mo、sn、sb、tl中的一种或多种，以及上述金属的氧化物、碳化物和合金。在一个实施例中，金属是铁或铁合金。合适的铁和铁合金可包括那些用于铸铁、锻铁、熟铁等并加工形成铸铁、锻铁、熟铁等的铁和铁合金。合适的铸铁可包括可锻铸铁或球墨铸铁。其他合适的铁嵌件包括处理过的铁，无论其制造工艺如何。合适的处理过的铁可包括磷化铁、氮化铁、热处理铁等。一些钢可在各种实施例中使用。钢可具有含量可控的碳和/或铬，以及可控的马氏体与渗碳体结构的比例。选择合金的含量可以控制硬度，从而控制修整嵌件的性能。在其他实施例中，所述修整嵌件可包括有色金属。
59.在其他实施例中，合适的修整嵌件可包括非金属基体，例如陶瓷或聚合物，优选地采用金属填料。例如，可以使用以铁粉或铁质填充物填充的陶瓷圆盘。所述铁可以与所提及的合适的铁的类型相同或不同。可以至少部分地基于修整嵌件的期望性能来选择填充物。合适的填料含量可以用金属材料与基体材料的体积比或重量比表示。在各种实施例中，合适的比值可以为重量比在低于50％的范围内、重量比在约51％至约75％的范围内、重量比在约76％至约90％的范围内、或重量比在大于91％的范围内。例如，合适的配方可以是每10克陶瓷基体配90克铁粉。所述陶瓷/铁材料可以在高温下混合、压缩和烧结以构成固体的修整嵌件。也可以控制粉末粒度和粒度分布以影响性能。合适的粉末粒度平均值可在小于100微米的范围内、在约101微米到约250微米的范围内、在约251微米到约500微米的范围内、或大于约501微米的范围内。作为相对于平均粒度的分布，粒度分布可以在约0.5至约1、约1至约2、或大于约2的范围内。颗粒的形态可以从合适的形状中选择。合适的形状可以包括球形、卵形、不规则形、薄片形和多边形。在一些示例中，颗粒的表面积越大，修整嵌件的易碎性越低；并且在其他示例中，与更光滑或更圆的颗粒相比，有更多边的颗粒提供相对更强的摩擦和修整。选为填料粉末的材料的硬度，与填料含量和颗粒形态一起，可以影响修整嵌件的性能。在一个实施例中，车轮修整嵌件可由相较于所述摩擦材料更硬和/或更具研磨性的材料构成。例如，所述车轮修整嵌件可由适于该车轮修整嵌件研磨属性的材料构成。由于所述制动蹄可能会施加到车轮表面，因此该车轮修整嵌件与车轮表面摩擦。该研磨属性的嵌件可以修整车轮表面，以防止、减少或去除缺陷。
60.该修整嵌件可以覆盖摩擦装置或制动蹄靠近轮辋侧和/或轮缘侧的区域。该修整嵌件可以从制动蹄的外围边缘向中心覆盖或延伸。合适的修整嵌件可位于制动蹄表面处接触车轮表面的摩擦结构内，或可以延伸至摩擦结构内部的确定深度。在一个实施例中，修整嵌件可从制动面穿过摩擦结构延伸至背板。在一个实施例中，修整嵌件可摩擦轮辋以减少车轮运行时的空心轮磨损。所述修整嵌件可在摩擦时修整与其接触的轮辋部分。通过沿车轮轮辋侧提供修整嵌件，响应于摩擦装置与车轮接合，修整面可在轮辋处接合和磨损。因此，在车辆运行过程中，轮辋可能经受比轮辋所经受的磨损程度大的磨损程度。这种额外的
磨损可能导致车轮沿轮辋的直径以与车轮沿踏的直径的减小速率更接近的速率减小。由于车轮沿踏的直径和沿轮辋的直径可以更相似的速率减小，因此空心轮磨损发生的速率变慢，从而增加了车轮的使用寿命。
61.如图4所示，各自具有细长部的多个修整嵌件可沿摩擦结构的轮辋侧设置。每个修整嵌件包括修整嵌件表面，从而提供多个在轮辋处磨损的修整面44，由此进一步减小车轮踏和轮辋之间磨损的速率差。
62.尽管示出了三个矩形车轮修整嵌件，但其他实施例中可具有根据应用特定参数确定的不同数量的沿轮辋侧使用的车轮修整嵌件。此外，在其他实施例中，这些嵌件可具有非矩形的形状并且被选择来修整轮辋。可以参考期望的性能选择其他合适的形状，但是多边形和卵形形状可能广泛适用于众多的使用类型中。车轮修整面可以在使用时从车轮去除缺陷，和/或可以在修整后的表面上形成涂层。可以选择嵌件的形状、嵌件的数量、嵌件的材料和其他因素(例如体积、重量、密度和最终用途)以实现对嵌件的期望和成比例的效果。
63.在一个或多个实施例中，修整嵌件46可具有t形，如图5所示。所述修整嵌件件可具有第一细长部48和第二细长部50，这两者都形成修整面52。第一细长部具有端部54，该端部54沿着与摩擦结构的轮辋侧邻近且基本上平行的制动面延伸。第二细长部沿着基本上垂直于第一细长部的制动面延伸。第二细长部具有可与摩擦结构的轮缘侧相邻的端部56。在图5所示的实施例中，中心纵轴i-i大致从第一细长部端部和第二细长部端部之间的中间穿过t形修整嵌件。或者，t形修整嵌件可设置在相对于中心纵轴的另一位置。由于第一细长部与轮辋侧相邻并沿轮辋侧延伸，第二细长部与中心轴i-i交叉，该t形修整嵌件可修整车轮踏和轮辋。这可修整车轮胎面、去除胎面缺陷，同时修整车轮轮辋、去除轮辋缺陷并降低空心轮磨损率。
64.为了进一步降低空心轮磨损率，一个或多个修整嵌件可与t形修整嵌件一起设置在摩擦结构的复合摩擦材料内。在其他实施例中，可在靠近轮辋侧的摩擦结构内设置两个以上的修整嵌件，以减少空心轮磨损的量。其他合适的形状和构造可包括l形、y形和i形嵌件。嵌件形状和构造的选择可以至少部分地基于最终用途应用和其他的应用特定参数。
65.在一个或多个实施例中，摩擦装置可具有多个修整嵌件，并且所述多个嵌件中的一个或多个嵌件的形状和/或尺寸可以不同于一个或多个其他嵌件的形状和/或尺寸。例如，图6所示的摩擦装置包括两个矩形修整嵌件和一个t形修整嵌件。两个矩形嵌件各自具有沿轮辋侧设置在复合摩擦材料内的细长部42。t形修整嵌件沿中心纵轴设置在两个矩形嵌件之间。但可替代地，所述摩擦装置可以具有可选数量的以任何可选配置方式设置的修整嵌件。此外，所述摩擦结构可包括一个或多个在摩擦结构中的空隙60。
66.虽然所使用的术语“空隙”有时可表示完全空的和中空的体积，但在各种实施例中，其可包括除摩擦复合材料之外的材料，或可填充有气体，或真空以成为真正的空隙。在摩擦材料中的空隙用填充材料进行填充的实施例中，合适的空隙填充材料可包括金属、无机和有机材料。合适的金属包括相对较软的金属。示例金属可包括锡、锌、铅、铝、铜等，以及所述金属的混合物、氧化物和合金。合适的无机材料可包括硅及相应的硅基氧化物；还可以是含有钼或锂的其他材料，其含量和位置可以润滑和/或减少磨损。合适的空隙填充物可以是固体极压和/或极温润滑剂。合适的润滑剂可以包括石墨和/或二硫化钼以在重负载下提供保护。所述固体润滑剂可以粘结到金属表面，从而减少或防止金属与金属的接触、以及当
润滑膜变得太薄时产生的摩擦和磨损。对于静态高压和/或高温应用，或可能存在腐蚀问题的情况下，可向润滑剂中添加铜或陶瓷粉等固体添加剂。这些化合物可用作脱模剂。合适的有机材料可包括碳和聚合材料。
67.空隙填充聚合材料可以是均质的，或者可以是复合的或填充聚合物。这些填充聚合物可包括金属，例如用于修整嵌件的金属，但其浓度和/或形态与修整嵌件的不同。在一个或多个实施例中，填充材料中金属合金的含量可以为重量的约5％至约25％。或者，填充材料可包括替代量的金属合金和/或非金属合金。例如，在其他实施例中，构成空隙填料的填充聚合物可包括非金属骨料，使得摩擦结构的总重量小于没有空隙的摩擦结构的重量。如果需要相对较硬的空隙填料，则可使用诸如碳化硅、氧化铝或氧化硅颗粒等颗粒。如果使用相对较软的空隙填料，则可以使用氧化铁或氧化锌颗粒。填充骨料的选择可以包括不同颗粒类型、粒度和粒度分布的混合物。可选择粘合剂以及填料颗粒的浓度，以控制和影响空隙填料和/或摩擦结构在对应的车轮表面上的作用、摩擦结构的总重量等。
68.在制动装置的使用寿命期间，所述空隙可以构成所述摩擦结构的工作面的变化量。在一个实施例中，工作面(能够接触车轮表面)与空隙在工作面处的截面面积之比小于5％(并且在某些情况下，在摩擦结构的不同寿命阶段为零)、在约6％至约10％的范围内、在约11％至约25％的范围内、在约26％至约50％的范围内、在约51％至约70％的范围内、在约71％至约80％的范围内、或在大于约81％的范围内。
69.在一个实施例中，可存在一个以上的空隙。在一个实施例中，可存在少于约50个空隙。请注意，空隙可能在摩擦结构中以不同的厚度水平间隔开，使得未使用的摩擦结构暴露的空隙为零，但部分或完全使用的摩擦结构的工作面有一定百分比暴露为空隙(不存在摩擦材料)。在一个实施例中，放置空隙以使得，随着摩擦结构磨损车轮表面与摩擦结构接触的不同位置，因空隙的放置而在生命周期中的某点暴露出该空隙。在一个实施例中，空隙限定了可以在制动装置的长度(或宽度)上延伸的通道。在一些实施例中，该通道可在使用过程中允许冷却空气流过摩擦结构，并且如果在使用过程中存在颗粒和/或水，则该通道可以为颗粒和/或水提供出口。
70.合适的空隙形状可以是截面轮廓或形状为圆形、卵圆形或卵形、或椭圆形。其他合适的空隙形状可以包括t形和x形。在一个实施例中，空隙形状可以为圆锥体、半球体、全球体、圆柱体、立方体或长方体、三棱柱体、三棱锥体、五棱柱体、五棱锥体、四面体、六棱锥体、平行管道形、六边形、其他棱柱体、圆环、椭球体、二十面体等。空隙可以至少部分地基于特定的最终用途参数而成形。合适的形状可以是多边形。在一个实施例中，该形状可以减少复合摩擦材料的一些体积，以减少施加到车轮踏上的磨损。如图所示，所述空隙可以是圆锥形或锥形的，其截面面积在制动面处具有较大值，并逐渐变细或减小为离背板最近时的较小值。在一个实施例中，空隙的体积可小于摩擦材料体积的5％。在另一个实施例中，空隙的体积可介于摩擦材料体积的约5％和约50％之间。在另一个实施例中，空隙的体积可大于摩擦材料体积的约50％且小于约75％。空隙可以在垂直于轴i-i的方向上被拉长。确定被拉长空隙的方向可具有减少沿车轮踏宽度的磨损的技术效果。
71.在一些实施例中，摩擦结构中空隙的存在可以减少制动蹄对车轮踏造成的磨损量。一些空隙材料的使用可有助于修整、可润滑和/或可减轻重量。通过随着摩擦结构磨损而改变可用工作面(制动面)面积的相对量，可以控制制动蹄的制动能力。例如，如果空隙的
形状使得空隙的截面轮廓随着摩擦结构的磨损而减小，其结果可能是工作面的面积相对增加，以及更有效的制动能力。相反地，也可以选择这样一种构造，使得暴露的空隙截面面积随着磨损而增加，并且这可能具有制动蹄的制动能力随着磨损而降低的效果。在一个实施例中，可用工作面的相对量在使用期间可保持恒定并且与磨损量无关。即使工作面面积保持不变，空隙的位置和由车轮表面上的互补工作面引起的相对磨损的模式也可能变化。
72.如图7-12所示，根据一个或多个实施例，摩擦装置可具有一个或多个空隙。所述一个或多个空隙可以是复合摩擦材料或摩擦结构内的开口。在一个或多个实施例中，一个或多个空隙可以基本上被摩擦装置的中心轴i-i一分为二。例如，所述空隙可以形成在摩擦结构内，以便在制动蹄的使用过程中与车轮的车轮踏基本对齐。或者，一个或多个所述空隙可以偏离中心轴。在图7至图12所示的实施例中，每个空隙都具有基本均匀的圆形，但每个空隙相对于一个或多个其他空隙也可以具有任何独特和/或共同的形状和/或尺寸。所述空隙基本上是空的(除了空气)，使得所述空隙沿着制动面的开口并且从制动面延伸到摩擦结构中一段距离。例如，在所述空隙相应的位置内没有材料。这种摩擦复合材料在空隙处的缺乏，可以减轻摩擦装置的重量，可减少车轮踏因持续的对摩擦装置施加在车轮上的制动力作出响应的磨损而产生的磨损量。
73.参考图7-9，摩擦装置可包括沿制动面设置在摩擦结构内的一个或多个空隙和一个或多个修整嵌件。所述空隙和修整嵌件可被置为邻近且基本上平行于摩擦结构轮辋侧。所述一个或多个空隙可减少车轮踏的磨损量，否则在修整嵌件磨损轮辋处时将由于制动蹄的制动力而产生该磨损量。现在参考图10和11，修整嵌件可具有t形以控制车轮踏磨损的位置和磨损量。
74.在一个或多个实施例中，摩擦装置可包括附加部件，以促进摩擦装置与车轮之间的适当制动、车轮磨损和/或对准。例如，图13至15中示出了包括附加部件的摩擦装置。附加部件之一可以是摩擦结构的扩展体积32，其可以从摩擦结构的轮缘侧延伸出或从摩擦结构的轮缘侧延伸出一段距离。该扩展体积可以至少部分地与轮缘的根部(图中未示出)接合，以改进摩擦装置与车轮的对准。该扩展体积的形状和尺寸可以与轮缘的根部互补，并且它可包括可以与轮缘根部互补的表面34。该互补表面在形状上可以是弧形或弯曲的，以促进扩展体积和轮缘根部之间在整个表面长度上的接触。可选地，该扩展体积可以限定一个或多个突出部36，该突出部36可以接合轮缘根部或车轮的轮缘(图中未示出)。在一个实施例中，这些突出部可以由与摩擦结构相同的材料制成，但也可以由不同的材料制成。所述突出部可以改善摩擦装置与车辆车轮的对准。
75.在使用没有扩展体积、互补表面或突出部的制动蹄时，该制动蹄的轮缘侧可能会在使用过程中滑离车轮的轮缘。这会导致制动蹄与车轮的不适当对齐。不适当对齐发生在制动面可能没有与车轮踏适当对齐，并且t形车轮修整嵌件的第一和第二细长部可能没有与轮辋或车轮踏适当对齐时。通过使用扩展体积、互补表面和/或突出部，这种不适当对齐的程度可被降低或被完全防止。通过使互补表面和一个或多个突出部与轮缘根部和/或轮缘接合，可以防止轮缘侧在制动蹄的使用过程中滑离轮缘。制动面可被偏向车轮踏或被迫与车轮踏保持适当对齐，并且车轮修整嵌件可被迫与轮辋或车轮踏保持适当对齐。
76.在本文所述主题的一个或多个实施例中，用于车轮的摩擦装置包括背板和设置在该背板上以形成接合车轮表面的制动面的摩擦材料。该摩擦材料沿着中心纵轴在第一端和
第二端之间延伸，以及在轮辋侧和轮缘侧之间延伸。设置在摩擦材料内、并从制动面延伸到摩擦材料内部一段距离的空隙。该空隙在摩擦材料的制动面上形成开口。
77.可选地，摩擦装置可以包括设置在摩擦材料内的修整嵌件。所述修整嵌件可包括配置成与车轮表面接合的修整面。
78.可选地，该修整面可以包括与摩擦材料不同的材料。
79.可选地，中心纵轴可延伸穿过空隙的一部分。修整嵌件可位于空隙和摩擦材料的轮辋侧之间。
80.可选地，空隙可以是第一空隙。该摩擦装置可包括设置在摩擦材料内的多个空隙。所述多个空隙沿着所述摩擦材料的中心纵轴相互对齐。
81.可选地，所述空隙的体积介于所述摩擦材料的体积的约5％到约50％之间。
82.可选地，空隙可以在靠近制动面的位置处具有第一截面轮廓，并且在摩擦材料内距离制动面一定距离的位置处具有不同的第二截面轮廓。
83.可选地，摩擦材料的轮缘侧与所述车轮的缘互补。
84.可选地，空隙的至少一部分可以被配置为填充有填充材料，所述填充材料具有与所述摩擦材料的组成成分不同的组成成分。
85.可选地，填充材料可以包括金属合金，该金属合金在所述填充材料中含量为重量的约5％至约25％。
86.可选地，摩擦材料可通过设置在背板的至少一部分和摩擦材料之间的粘合层与背板可操作地耦接。
87.在本文所述主题的一个或多个实施例中，用于车辆的摩擦装置包括：适于与车辆的制动头连接的背板，以及与该背板可操作地耦接以形成接合车辆车轮的制动面的摩擦材料。至少部分地设置在摩擦材料内的修整嵌件。该修整嵌件包括被配置为朝向车轮的修整面。修整面可以包括与摩擦材料不同的材料。可以设置在摩擦材料内、并从制动面延伸到摩擦材料内部一段距离的空隙。所述空隙可以在摩擦材料的制动面形成开口。
88.可选地，摩擦材料可沿中心纵轴在第一端和第二端之间延伸，以及在轮辋侧和轮缘侧之间延伸。该中心纵轴可延伸穿过空隙的一部分。
89.可选地，空隙的体积介于所述摩擦材料的体积的约5％到约50％之间。
90.可选地，车辆的车轮可以在空隙外与摩擦材料的制动面接合，并且车辆的车轮可以在空隙处不与摩擦材料的制动面接合。
91.可选地，空隙的至少一部分可以填充有填充材料，该填充材料具有与所述摩擦材料的组成成分不同的组成成分。
92.可选地，车轮的表面可以接触空隙外的摩擦材料，并且车轮的表面可以在空隙处接触填充材料。
93.可选地，空隙的体积可介于摩擦材料体积的约5％到约50％之间。
94.可选地，空隙可以是第一空隙。该摩擦装置可包括设置在摩擦材料内的多个空隙。多个空隙沿着所述摩擦材料的中心纵轴相互对齐。
95.在本文所述主题的一个或多个实施例中，一种方法包括使摩擦材料的制动面与车轮的车轮表面接合以减慢或停止车轮的运动，以及在设置于摩擦材料内并从制动面延伸到摩擦材料内部一段距离的空隙处，使摩擦材料的制动面不与车轮表面接合。所述空隙可以
在摩擦材料的制动面形成开口。
96.除非上下文另有明确说明，否则单数形式的表述“一个”、“单个”和“所述”包括复数的情形。“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能发生也可能不发生，该描述可以包括事件发生的情况和不发生的情况。本文在整个说明书和权利要求书中所使用的近似语言可用于调整任何定量表示，可允许变化而不会导致与其相关的基本功能发生变化。相应地，由一个或多个术语，如“大约”、“基本上”和“大概”所修饰的数值可能不限于指定的精确数值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于测量值所使用的仪器的精度。此处及整个说明书和权利要求中，对范围的限制可以组合和/或互换，除非上下文或语言另有明确说明，否则此类范围可以被识别并且包括其中包含的所有子范围。
97.本书面的说明书使用示例来公开实施例，包括最佳的方式，并使本领域技术人员能够实践这些实施例，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。权利要求限定了本公开的可专利范围，并且包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等同结构要素，则这些其他示例落在权利要求的范围内。
98.空间或方向术语，例如“左”、“右”、“内”、“外”、“上”、“下”等，与附图中所示的公开内容有关，并且不应被视为是限制性的，因为公开内容可以采用各种替代的方向。
99.说明书和权利要求中使用的所有数字和范围应理解为在所有情况下都被术语“约”所修饰。“约”是指所述值的正负百分之二十五，例如所述值的正负百分之十。然而，这不应被视为对在等同原则下对数值的任何分析的限制。
100.除非另有说明，本文公开的所有范围或比值应理解为包括起始值和结束值以及包含在其中的任何和所有子范围或子比值。例如，规定的范围或比值“1到10”应被视为包括最小值1和最大值10之间(及包括在内)的任何和所有子范围或子比值；也就是说，所有子范围或子比值以最小值1或更大的值开始，以最大值10或更小的值结束。本文公开的范围和/或比值表示指定范围和/或比值上的平均值。
101.术语“第一”、“第二”等并不意在指任何特定的顺序或时间顺序，而是指不同的条件、属性或元素。术语“至少”与“大于或等于”同义。术语“不大于”与“小于或等于”同义。如本文所用，“至少一个”与“一个或多个”同义。例如，短语“a、b和c中的至少一个”意指a、b或c中的任何一个，或者a、b或c中的任意两个或多个的任意组合。例如，“a、b和c中的至少一个”包括单独的一个或多个a；或单独的一个或多个b；或单独的一个或多个c；或一个或多个a与一个或多个b；或一个或多个a与一个或多个c；或一个或多个b与一个或多个c；或a、b和c中的一个或多个。术语“包括”与“包含”同义。
102.如本文所用，术语“平行”或“基本平行”意指两个物体之间的相对角度(如果延伸到理论相交处)，例如延伸对象并包括参考线，从0
°
到5
°
，或从0
°
至3
°
，或0
°
至2
°
，或0
°
至1
°
，或0
°
至0.5
°
，或0
°
至0.25
°
，或0
°
至0.1
°
，包括所列举的值。如本文所用，术语“垂直”或“基本垂直”是指两个物体在实际或理论相交处的相对角度为从85
°
至95
°
，或从87
°
至93
°
，或从88
°
至92
°
，或从89
°
至91
°
，或从89.5
°
至90.5
°
，或从89.75
°
至90.25
°
，或从89.9
°
至90.1
°
，包括所列举的值。