CN101240826B - 三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种用于汽车车轮上三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器。其结构特征是制动底板的承孔中固结着上、下支承蹄肖轴，其相互对称且分置于水平轴线的两侧，上、下支承蹄肖轴里装有上、下制动蹄，在上、下制动蹄的上、下承孔里分别装有上、下棘轮联体双工作面凸轮；制动底板水平轴线上置有凸轮轴，上、下支承蹄肖轴与凸轮轴三点构成偏置制动圆心的三角形；上、下调位棘爪肖轴设置在上、下制动蹄的延伸部，上、下定位棘爪轴承孔设置在制动底板上，棘爪与棘轮齿相啮。本发明获得制动器制动工作副面磨损小、无噪声，实现了最佳制动时间、最佳制动减速度、最佳制动距离、最大力值及最佳力平衡效果，保证了汽车操纵安全性。

Description

三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器

技术领域

本发明属于车辆控制制动器，尤其是一种用于汽车车轮上三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器。

背景技术

汽车作为人类发明的具有自身能够运动的交通工具，在人类社会活动及经济活动的一切相关领域，如交通、农业、探矿、石油、水电、林业、煤炭、建筑、医疗、文教、消防、军事、宇宙空间的发展中，都占有一定的地位。然而，当汽车在全世界每年以数千万辆的数量急剧增长的时候，它却给人类带来了始料不及的灾害——车祸的发生。

造成车祸的原因很多，人为的如无照驾车和酒醉后驾车；路况不佳；自然条件变化，还有就是车况欠佳，即制动效能低下，制动失灵，方向突然偏转和制动时操纵方向失控，轮胎爆裂等都是造成车祸发生的直接原因。

众所周知，汽车的制动装置无论是蹄鼓式制动器(见图1)还是盘式制动器、内胀式等其它形式，制动器都是经过摩擦副面受力产生摩擦过程，被制动的力和制动力达到力平衡转换成材料的摩耗损失及能量变成热能的形式完成汽车的降速或车辆的停止运动。蹄鼓式制动器制动蹄、制动鼓都要通过一定时间的磨合，才能保证一定的制动效果。但这种效果存在的时间很短，随着制动器多次使用，制动器工作副面磨损较严重，产生鼓与蹄间的间隙，并通过间隙调整机构将制动蹄随着蹄体起始脚位置向力作用方向前移，每次前移都会产生制动器执行传力机构两系统自由行程的逐次变大，这种传力机构的执行力度将逐次变小降低，造成执行力度的衰减。现有各种形式的制动器都由副面零件和执行推力机构零件组成，它们都摆脱不了这种恶性循环制动效能递次衰减的工作过程，这是现有制动器结构存在执行力衰减的缺点之一。

在间隙自调机构方面，间隙自动调整机构有：拉索式自动调节器、GM杆自动调节器、摇把式、凸轮式、棘轮式、楔块式、轮缸摩擦限位式及间隙自动调整调整臂这些主要形式。这些调整机构具有一个共有的特征，就是其间隙的调整都是在蹄鼓式制动器制动蹄的蹄脚的起始端进行调整工作的，它的推力机构是在制动蹄的起始端上对制动鼓内的两个制动蹄端进行间隙联动调节，这种在制动蹄一端进行的不可逆转的、在支点上相对位移的结构工作中非各蹄独立，各蹄作用在旋转的鼓内的力作用点及各蹄上的方向和位置不同，不同方位和不同方向各制动蹄副面存在从动和主动之分，其摩擦副面的受力和摩损是存在差异的，磨损量是不相等的，因此它的调整精度是有限的，而且存在补偿的过程中，造成凸轮转角变大和推力及活塞式分泵推力和活塞行程增大，影响执行推力衰减及调节过头，将制动副胀死和靠倒车才能调节间隙的缺点。

现代汽车制动技术要求制动器必须有适应动量变化应具备的能容量效率，以便适应汽车不同车速的质量变化。汽车使用的各种不同形式制动器中蹄鼓式制动器能容量力值是较大的，根据英国“罗夫包罗大工业大学，TP纽康姆和艾克雷斯(Acres)等人的研究”，蹄鼓式制动效容比可达到81.6％时，车轮就抱死，发生车辆掉头、甩尾不可控制的操纵失控现象，一般在世界汽车技术界将此种力值在汽车四轮中的单一现象以有“害”定性。即造成影响蹄鼓式制动器制动效果不稳定的因素——“蹄鼓式制动器制动能力敏感性的几何因素”。其主要有副面法向径向力臂长轴及蹄体力臂切向短轴构成副面失圆几何问题外，还有副面间间隙在蹄副面有效包络角内副面磨损不定位均衡和不一致的问题。概言之，主要是结构问题。蹄鼓式制动器的结构为两蹄对称布设在制动鼓内，两蹄可占鼓截面平面的一半，即制动蹄的a、a’点和制动蹄的支承点b、b点在结构平面内基本上是行式上的平行相互对称又互相“平衡”。其支点在圆心径向角10度以内布置，其设计思想是采用这种方式在两蹄的半圆形摩擦副面、在相对位置从相反的方向向鼓圆制动时力求达到两蹄的力值对称相等。可是这种支点在圆心径向角一般不大于10度的径线上做为支点，结构的几何鼓形工作半径从圆心半径到制动鼓的半径是长半径，制动蹄的力工作半径从圆心到起始端的a点及b点与鼓半径不相等的短半径。半径r大于a、b两端的长度，这种几何结构组成的摩擦副是一种“长轴和短轴”的配合，副面磨擦后的形面是一种有几何规律的失圆的椭圆的形状，制动副鼓圆和蹄圆失圆后该结构组成的制动副产生双圆形面误差，必将恶化制动副的工作条件及造成制动能力的几何敏感。使制动副的工作着力点散布在制动蹄包络角随几何形状而定的很大范围内破坏了原设计思想所要求的“对称、平衡”。

这种长短轴结构组成的摩擦副要使摩擦工作可靠，必定要预留副面的间隙，在副面间隙与结构工作直径之比在最佳的千分之一时，120度包络角制动蹄副面，在非约束的情况下鼓圆和蹄圆按圆心垂线垂直运动靠近两副面接触是弓面“相合贴服”的，但是将蹄圆固定在“短轴”的支承轴上时。因间隙的存在，及周向间隙的均等，副面间法线方向和切线方向的间隙是相等的，在制动蹄起作用时，两蹄的起始端蹄脚在传力活塞及凸轮轴转角的作用下两蹄对称力对等的向两蹄相反的两个方向作功，这时两蹄只能做由制动蹄支承轴点控制的变角运动。理论上“相合贴服”的全接触形面在间隙直径比千分之一时，蹄的前端有45度的包角弧面角不能与鼓面接触，蹄的后端有15度的包角弧面角不能与鼓面接触，这种小面积副面摩损又加剧了副面的失圆，而且蹄圆在非自由状态下，与鼓圆圆心相重合的接触点随着升程角大小，原先在法线点的最佳副面接触点，随着蹄的工作角的大小相应偏离法线点向前移一定的角度。如果圆心垂线点是最高副面摩擦效率点时，随着蹄圆心垂线点的移开角度的大小摩擦效率将遂渐降低，副面的摩擦存在摩擦材料的磨损及制动器内两制动蹄按制动鼓的旋转方向分为紧蹄和松蹄的两种方式，由起始端一端的升程工作，存在紧蹄和松蹄因受力时迎着旋转方向的方向和背着旋转的方向蹄面磨损量是不一致的，紧蹄磨损少，松蹄磨损多，因此按标准加工后组装的副面磨合后只有一次最佳的工作副面，其后副面的失圆将随着制动次数的增加失圆率将递渐加大，鼓失圆率：有1.4毫米之多，蹄失圆有4毫米之多，使副面的配合变成制动蹄小径圆与制动鼓大径圆的配合，遂渐恶化制动副的配合条件。

其次，蹄鼓式制动器在径向配合半径差距不大时，也有通过副面自行将失圆的制动蹄形面摩擦找正成正圆形的机遇，在这种情况下，两蹄的副面作用力定点受力在法线的垂线鼓圆点上，而且两制动蹄对称作功力相当，就将发生制动器副面“锁紧”现象，一般叫车轮的“抱死”。此时制动器将获得最大的摩擦效率和无限大的制动力。这种现象是随副面摩擦过程产生的机遇而发生抱死，另一端不发生抱死，就会发生轴向间制动器制动力的不平衡，工作不协调，在制动过程中，就会造成车辆甩尾、侧滑、调头、翻车的制动事故的发生。

另外，现代汽车的制动器都是由制动器副面机构和制动促动力执行机构两部份组成。蹄鼓式制动器的摩擦副机件是制动鼓和制动蹄，传力执行机构是踏板机构。总泵、各分泵或传力推臂，凸轮轴或者是积分系传力活塞及传力管路组成的工作系统，这两机构在无自由状态就是两系统结合位置最佳力点的位置。副面机构存在副面间的磨损，由于副面间隙的扩大影响到副面磨擦效率的降低，所以制动技术领域设计出了上述多达八种以上的间隙自调机构，无论是摩擦限位式，还是各种形式的阶跃式间隙自调机构，它的间隙调整工作是在最佳位置力点前调整的，其主要目的是保证了副面间隙，这必定要引起执行机构力点的前移，造成执行机构自由行程的扩大。它们存在的缺点有两方面：一是在调整副面间隙的同时延长和扩大了执行机构的自由间隙和工作行程及凸轮转角，造成随间隙的逐步调整而降低执行机构的有效作用力，甚至在行程过大时丧失制动能力；二是在蹄鼓式制动器内，两蹄联动调整的制动蹄存在“紧蹄”和“松蹄”之分，两蹄的磨损量是不一致的。在制动中两蹄存在不能定角度在副面内定点受力，影响至摩擦效率的不一致和总合效率的降低。在采用“自动调整间隙调整臂”时，它的间隙调整是在调整臂上进行的，组成调整臂的主要器件是臂体、蜗轮、蜗杆、相关零件，由于蜗轮、蜗杆的传力齿面是纵、横轴向及齿面在斜面形齿上相交，因相关机件的组合都有一定的工作间隙，在齿面受力时，在外界的振动和齿面受力时，在齿斜面在轴向压向间隙一侧时后造成啮合脱齿的因素，一般叫做调整臂的跳扣，这种脱扣是与使用制动器的频率是成正比的，在非自调的机构上是由驾驶人员停车调整到设定齿数和行程，在自调机构上，在踩住刹车不放时有时连续跳扣丧失制动能力，事故后又自动回复到设定工作状态，存在着隐性安全问题和寻找不出事故原因的事例。

上述几种具有代表性的制动器，其制动效果及力矩容量是不同的。蹄鼓式制动器制动副是由制动鼓和制动蹄组成，由于制动副间有间隙，从几何数学角度看，鼓工作半径大于蹄工作半径，鼓是长半径，蹄是短半径，组成的制动副磨损后副面是失圆的椭圆形，造成副面再次工作时间隙不均衡，它的力点可在副面有效包络角效率最高点及最低点随机发生。如在美国制动标准121的新条例制定，在90km/h以上时速制动，蹄鼓式制动器已不再有安全可言。在上世纪70年代建议在制动领域不用和淘汰此类结构的制动器，研究盘式多片制动器，以便增大力容量，获得稳定的制动效果。

再者，汽车的基本行驶机构是“两轴四轮”每一个车辆有一个制动器，汽车行驶中其质量是随速度而变化的动量，从实践中制动能力与速度和质量的关系是：载重量增加一吨，制动距离平均增加0.5-1米，车速是原来的二倍，制动距离是原来的四倍，车速是原来的三倍时则制动距离是原来的九倍。即制动距离与车速的平方成正比。现代制动器基本上是一种制动力有限的力平衡器械，它只能在副面磨损中用材料损耗和能量转换的形式换取停车距离，因此在速度高时有限的制动能力造成制动器制动工作时间长，制动距离也长，遇到障碍停不住车，制动中存在很多未知的危险因素，是造成事故的主要原因。自汽车问世以来行驶速度从最初的每小时几公里发展到现代的1-2百公里，滚动的车轮单位时间内与地面间的接触是在静摩擦、滚动摩擦、滑动摩擦过程中的状态有关，因此在不同状态中，车轮与地面相对运动的位移和静止其摩擦条件是不同的，这个过程实际上是车轮与地面间的力学物理过程，在车轮处在静摩擦状态时，车轮与地面有一定角度静摩擦接触区，在此区域内，车轮与地面不产生相对位移是静摩擦现象，它通过圆心的平动机械过程完成运动，所以一定静摩擦角度区就有一定的静摩擦区力矩，在此区力矩范围内，随着圆心平动速度的加快，接触力矩区的时间就相应缩短，这就是车轮滚动摩擦的特点。动量和制动力比值不大时，车轮制动时车轮与地面产生滑动摩擦的几率较小，接触时间相对来讲较长。动量大时只能由时间和距离取得平衡。在滚动摩擦中，有极大的速度空间，单位时间的位移在几米到几十米之间，接触时间长时产生滑动摩擦的几率较少，接触时间短时滑动摩擦产生的几率较大，所以速度低时车轮制动同轴力平衡要求较低，速度高时同轴力平衡要求较高，这些现象涉及到制动理论的认识，以往是以平面摩擦理论为指导，掩盖了很多不同的重要现象。所以设计出的所有制动器只考虑单纯的停车，没有考虑制动器所处的各项条件，所以制动器不能保证在任何道路条件下使其附着力的能力达到附着极限最大值。

车辆行驶中，车轮与地面间的接触面积很小，在静态正压力下车轮与路面的实际接触面积不到车轮圆心“静摩擦圆锥角”的三分之一，在动态中随着速度的提高，接触面间的接触时间将缩短，由于汽车的制动过程是在制动器制动力与地面制动力的共同作用下完成的，所以制动时同轴两端的制动器制动力平衡、同步、相一致就显的十分重要。如试验所知，在车速30km/h力平衡80％制动时车辆不跑偏，在50km/h车辆就跑偏。只有力平衡达到100％时车辆才有安全可言。所以车速的高低，车轮在正压力下与地面间接触时间的长短，是高速制动中的制动器制动力与地面制动力偶合的首要条件，在车速超过50km/h时，对同轴两端的制动器的力平衡达到100％是制动安全的第一位的基本要求，其制动距离是第二条件，现代制动器尚没有一种形式能达到力平衡和高速制动时的力容量要求的。

车辆上装置的“ABS”防抱死机构在协调力度平衡过程中，由于存在延时现象，影响制动距离的延长受外界环境电磁辐射或电场辐射及车辆机械振动和外界路面振动而引起的共振作用，有丧失控制机能的问题，达不到同轴和四轴间制动时的力平衡、力协调。

为了改善汽车制动时的能容量低下不足，制动缓速器在大型客车及重型车辆上普遍得到了应用，这种配合制动器消除动量的电磁机械缓速装置，它的减速具有一定时间内逐步降低车速的作用，缓减车速是逐步实现的。不具备紧急制动时的应急制动能力，是车轮制动器的辅助装置，但是这种制动缓速器有增加附带质量及成本增高的负面影响。

上述各点具体地说明现代汽车在制动器力平衡方面间隙调节方面的现有技术水平，这与汽车在高速行驶性时，制动器制动性能必须达到高值的力平衡功能是相矛盾的。随着改革开放和入世及适应世界汽车工业的发展的需求，要解决上述矛盾便是汽车制动技术界亟待需要解决的难题。

发明内容

针对上述现代汽车制动器力平衡及间隙自调方面及其它辅助机构“ABS”防抱死、缓速器等存在的缺陷和不足，本发明的目的旨在提供一种汽车高速制动时制动力容量大，效率很高，力平衡效果很佳的“三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器”，实现了制动蹄间隙间歇性独立自控，自调，使副面在制动鼓内径向、轴向全方位均等吻合工作的制动效能稳定如一的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，由制动底板、上、下支承蹄肖轴、上、下制动蹄、上、下棘轮联体双工作面凸轮、上、下调位棘爪、上、下定位棘爪、凸轮轴、棘爪弹簧、棘爪弹簧定位罩、上、下调位棘爪肖轴、上、下定位棘爪肖轴组成。制动底板的承孔中固结着上、下支承蹄肖轴，上、下支承蹄肖轴相互对称且分置于制动底板水平轴线的两侧，上、下支承蹄肖轴里装有上、下制动蹄，在上、下制动蹄的上、下承孔里分别装有上、下棘轮联体双工作面凸轮，后用螺栓拧紧于制动底板上；制动底板水平轴线上置有凸轮轴，上、下支承蹄肖轴与凸轮轴三点构成偏置制动圆心的三角形，其顶角为33.6°。上、下调位棘爪肖轴设置在上、下制动蹄的延伸部，上、下调位棘爪的棘爪置于上、下调位棘爪肖轴上，并将棘爪和棘爪弹簧定位罩固定在上、下制动蹄的延伸部位的承孔内，在棘爪和棘爪弹簧定位罩之间置有棘爪弹簧，棘爪与棘轮齿相啮合；上、下定位棘爪轴承孔设置在靠近上、下支承蹄肖轴承孔相应位置的制动底板上，上、下定位棘爪置于上、下定位棘爪肖轴上，并将棘爪和棘爪弹簧定位罩固定在制动底板的定位肖轴的承孔内，在棘爪和棘爪弹簧定位罩之间置有棘爪弹簧，棘爪与棘轮齿相啮合。

上、下支承蹄肖轴中心竖直线与水平轴线的垂足交汇点的间距到制动圆心与制动圆心到凸轮轴中心的间距比为1∶1.5。

调位棘爪肖轴中心到上、下支承蹄肖轴水平轴线的垂足交汇点的间距与上、下支承蹄肖轴水平轴线的垂足交汇点到凸轮轴中心的间距比为1∶4。

上棘轮联体双工作面凸轮、下棘轮联体双工作面凸轮为不同心，偏心距为8mm的内外双向工作面偏心凸轮。

上棘轮联体双工作面凸轮、下棘轮联体双工作面凸轮的棘轮外形为阿基米德几何曲线与渐开线复合而成曲线型。

上调位棘爪与上定位棘爪工作中心的夹角为90°；下调位棘爪与下定位棘爪工作中心的夹角为90°。

棘轮的轮齿形状为单向工作的锯齿形。

本发明设计原理基于以下几点：

1、该发明用物体自然空间几何的圆、方、三角形质心统一的形体矩阵，由此结构要素“三角形”将球体表面积与球内立体三角形四点切线表面积之比，结合设定副面间隙，结构径向半径圆内缩矩半径等要素制约调整，制动蹄的支固点在圆心正弦角45度处与制动蹄起始点有一定倍数之比的切向一高一低圆内偏置组成三角形结构，使制动器制动副面磨损不失圆，两蹄的静摩擦圆锥锥心对称力作用于圆心时获得最佳制动能力，即圆内三角形与圆相切的一点为上制动蹄贴接凸轮轴的轴中心为制动蹄的起始工作点，同时，也是下制动蹄的起始点。以此两起始点与凸轮轴构成工作夹角33.6度的按一定比例的制动蹄上蹄支承端的支承肖轴圆心与下蹄的支承肖轴圆构成“三角形”，如图2所示。它解决了蹄鼓式“制动力敏感性几何因素”及副面失圆的难题，使制动蹄在制动鼓圆内法向、切向力值相等。

2、该制动器的间隙自调采用“限位补差原理”。在制动蹄的支承轴上与蹄体支承端承孔内装配“棘轮联体双工作面凸轮”、“异形棘轮”和调位棘爪肖轴在制动蹄延伸部，定位棘爪肖轴在制动底板上，两功能棘爪在一定角度内分布在支承轴的两侧与棘轮啮合。工作过程由绕轴旋转的双工作面凸轮内孔与制动蹄肖轴铰接，凸轮外圆与蹄支承轴孔铰接，棘轮在不同角度内与制动蹄延伸部的调位棘爪与定位棘爪啮合。

间隙调节工作由设定的间隙与锯齿形棘轮的齿矩控制，在制动蹄的制动工作中，蹄脚的升程超过一定角度或升程中调位棘爪在棘轮齿面上滑动到下一齿，在蹄体完成制动工作回位时啮合在棘轮齿内的棘爪，带动棘轮联体双工作面凸轮旋转一定角度，提高凸轮的设定工作高程，定位棘爪啮合在棘轮新齿位置上。如果间隙达不到下一齿的限位间隙，调位棘爪只能在棘齿齿面上滑动，啮合不到下一齿的位置。在间隙调整工作中因蹄体承孔轴，凸轮的内孔与支承孔在同一轴心上，凸轮偏心在工作中将随着间隙的调节将蹄体离开及偏离工作轴心，联体工作的棘轮也将离开工作轴心，与一定定距的调位棘爪和定位棘爪将发生位置变化和径向变化时，由阿基米德曲线过渡圆心渐开线形的复合而成的曲线型棘轮，弥补了两爪之间这种运动变化造成的高程和径向差距，做到了结构简练工作可靠。

3、该发明的制动蹄上、下蹄的结构为短蹄的非对称半圆形蹄形，一般的蹄形是半圆形蹄形，它是对称布设在制动圆内结构是平衡，对称的工作副面夹角为120度，它在圆内的布设是在特定的三角框架上的，它的圆心副面工作夹角为偏置一侧95度，其主要特征为棘爪肖轴中心到上、下支承蹄肖轴水平轴线的垂足交汇点间距与上、下支承蹄肖轴水平轴线的垂足交汇点到凸轮轴中心间距比为1∶4。前端蹄圆弧面作为安装摩擦衬块的副面主工作面，过支点的按一定比例的延伸端为安装间隙调整棘爪的固定轴轴点，形成以支承轴肖为支承的扛杆体进行如前述设计说明中所述的间隙调整工作。

4、图3a是棘轮联体双工作面凸轮的示意图。图3a主要显示的是棘轮的外形与双工作面凸轮的结构关系，凸轮的内承孔是与支承蹄肖轴组成副面的内工作承孔，它与外工作凸轮圆有一定偏矩的偏心矩组成外凸轮圆与制动蹄或内承孔的工作副面。图3b为凸轮断面的联体的棘轮，棘轮为曲线型，如图3a所示，棘轮形面为两偏心中心由阿基米德曲线的线型组成外轮廓曲线，它的一边由固定半径展开，另一边在过渡一定角度后由渐开线展开，形成特定型式的外异形棘轮曲线型。

5、三力点侧置在制动鼓圆心中心偏置作用，轮胎是车辆行驶与路面间的中间体，它是地面制动力与制动器制动力的偶合器。在制动过程中制动器制动力消除动量后，在正压力作用下轮胎与路面间是静摩擦，不产生拖滑。如果制动器没有减速性能，制动力将副面锁死，车辆的动量将集中在轮胎与路面的滑动摩擦中，这种现象是造成车辆制动不安全的危险因素。采用“三力点侧置”圆心偏置的方式如图2的制动器结构，在制动中蹄副面有目标的在间隙自调的控制中，两蹄对等先与鼓面偏置的a点摩擦、降速、消功对等的副面摩擦向制动蹄结构最大静摩擦圆锥区b点靠近，在两蹄的力点在摩擦过程中由偏向位置逐渐过渡到法线位置，两蹄静摩擦圆锥锥心与几何中心，质量中心，动量中心，结构中心一致时获得瞬心最大制动力，这一过程主要是在偏置结构瞬心半径内完成，也可称制动器制动力与地面制动力的反作用正压力下偶合瞬心制动。是三角形偏置圆心结构要素起到力学特点的结果，因此机构要素组成的结构工作半径，在任何方位相等、一致，副面磨耗不失圆，保证了机构内两制动蹄受力时在静摩擦圆锥锥心相对同心，使瞬心制动变的可能、可靠力，效率稳定恒久。

6、车轮制动器的结构实际上是球体在几何及质量中心垂线两端滚动轴心对等距离相切的圆柱体，它的力学要素离不了球体直径外切的正方形边距及角度之间的力程关系的制约。

将球体表面由四个点均分为等腰三角形四面积或立体等边三角形在圆球内四点相切，四点中任意一点过圆心垂线落座在对应三角形表面积中心，球体剖面内球圆边线与圆内三角形相切三点构成的圆内偏置等腰三角形，如图2所示，就是“三角形框架蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器”的创成原理。因它包含了球体”静态和动态”滚动圆的几何、数学、力学、物理信息在一定质量、几何、动量、结构半径内的溶合，是物体自然空间几何的圆形、方形、三角形，质心统一的形体矩阵，由此，结构要素组成的制动器提供了瞬心制动的可能性。

用瞬心制动技术将制动器制动力与地面制动力偶合在最佳点，取得了制动过程与最大动质量正比的制动能力，获得了轮胎制动过程与地面不磨损、副面磨损小、无噪声，最佳制动时间、最佳制动减速度、最佳制动距离、最大力值及最佳力平衡效果，保证了汽车操纵安全性。

本发明的优点和产生的有益效果是：

1、本发明与其它各式各样的间隙自调机构相比，各蹄独立调节间隙，不损失促动力，具有简练，精度高、工作可靠稳定，各蹄的调节工作脱离了其它结构共有的联动调节方式，克服了联动调节影响制动效能及延长，扩大促动力系统自由间隙，降低促动力，解决了超过执行机构工作行程而丧失促动力及调节过头胀死和倒车调整不方便的问题，保证了制动促动力的稳定不变及可靠性。

上、下支承蹄肖轴与凸轮轴三点构成偏置制动圆心的三角形框架和制动蹄在一定的结构夹角中工作角，消除了产生失圆的机制，解决了蹄、鼓副面受力时法向、切向径向力半径相等，根除平衡对称型蹄、鼓制动器中存在的结构“长轴和短轴”不等造成的副面磨损失圆的问题。在三角形制动器中采取了在传力系统不用调整臂的结构方式，用紧密轴齿与推臂孔内齿联接锁死推臂及凸轮轴的方式将传力系统间隙造成的力损降低到最低；由于不用调整臂及自动调节间隙调整臂，根除了推力系统结构间隙的存在及蜗轮、蜗杆齿面滑脱跳扣的问题，提高了制动可靠性。

2、本发明所选用制动蹄在三角形一定高程用支承轴圆心偏置的方式、在制动时圆内两蹄以相应同步一致的方式向偏离制动鼓圆边侧作制动功，其侧面接触处的反作用力程以一定角度传递到制动器所具结构的滚动轴承的外圆内壁处相会，与滚动圆心存在一定轴承滚动半径的距离，在副面继续受力摩擦过程中副面接触摩擦两蹄的力点向鼓圆法线靠近，在制动蹄静摩擦圆锥圆心角处两蹄在圆内呈180°位置时，具有轴承一定偏距的瞬心和滚动圆心达到一致，在正压力的作用下滚动车轮的静摩擦圆心圆锥角与动量的矢量角不存在差异时，地面反作用力同样作用于圆心，在地面制动力与制动器两蹄的制动力在圆心偶合后瞬心方向和滚动方向相反两力平衡后达到了制动的目的，这一过程主要使制动器制动力限定在一定的偏置结构瞬心半径内完成的，也可称为制动器制动力与地面制动力的偶合瞬心制动，它的过程是在制动器内制动力先摩擦降速，而后是高速度短时间内的瞬心正反作用力中瞬心位移消失，达到了车轮的运动状态的停止，所以整个制动过程轮胎与地面间不产生摩擦拖滑现象的发生，达到了稳定停车的目的。

3、三角形的制动器从结构上主要解决了现有蹄鼓式式制动器间隙多影响制动效果的衰减及降低的因素，本发明通过在支承轴上蹄轴、偏心凸轮轴、支承轴三轴同心偏心轴偏置的，圆内含偏心双工作面凸轮绕蹄轴旋转及同轴的棘轮由带动蹄体过支承轴延伸的力臂上的有L一定比例尺度固定支点的调位棘爪与棘轮啮合，棘轮的外形曲线由支承轴定位圆心与偏心凸轮轴公转的偏距圆心的等径交汇处，由阿基米德几何曲线在变径的过程由支承轴定位圆心逐渐变径展开为渐开线形的展开的异形形状曲线型。所谓的调整间隙工作是与蹄脚的升程高度有一定的关系，间隙也就是它的棘轮的齿矩，在制动蹄制动工作中，升程超过齿矩时，棘爪从棘轮上齿上滑动到下一齿，在压力弹簧的作用下压紧在相啮合的棘轮齿上，在蹄完成制动工作后回到初始位置的过程，蹄体在自由状态下带动棘轮联体双工作面凸轮绕轴转动一棘轮齿的角度，将偏心轴公转角相应转动一定齿距角度，使绕轴转动的凸轮向法线切线方向运动一定的转角，带动蹄体运动，保证调整蹄体位置调整到设定的间隙，同时定位棘爪将棘轮定在新的一齿位置，如果间隙达不到下一齿的限位间隙，棘爪只能在棘轮锯齿齿面上滑动，啮合不到下一齿的位置，做到了结构简单以不将间隙调整过失，间隙调整满足了车轮制动力稳定性的工作要求。

4、本发明采用限差补位原理进行间隙随机自动调整，取消了调整臂，而用机件间紧密锁死联接的配合推力臂方式，解决了现代制动器传力机构的所有允许间隙影响制动力下降和促动力系统自由间隙扩大造成制动力丧失的机制，使制动蹄的凸轮起始角或传力活塞始终在最佳位置。控制制动副副面摩擦过程先偏位，后扶正的工作程序，使制动副在最佳静摩擦圆锥角内定点受力及两蹄副面在圆内最大直径处的“对称”受力，在有限间隙的工作中用结构几何效应将力程损失引向不损力的方向，并达到增力和稳力的效果，它主要是通过偏置的结构受力时将间隙全部压紧消除，在支承角方向由凸轮将蹄体向三角形支承点与制动圆的夹角中行进的方式，嵌进结构与副面的夹角中达到获得最大制动力。瞬心制动反作用力将平衡瞬心动量，达到车轮稳定停止运动的目的，从结构上解决了影响副面定点受力及结构间间隙过多的因素外，还要将必须存在的副面间隙控制在最小或最佳的范围之内。做到了结构简单、制动效能高，不产生制动噪音，相关摩擦材料处在高效率，低磨耗的环境中，摩擦块寿命长，节约原材料，无环境污染。提高制动技术标准及高速制动时的稳定可靠性及超载超速制动时的有效能力及安全性。

5、用瞬心制动技术将制动器制动力与地面制动力偶合在最佳点，取得了制动过程与最大动质量正比的制动能力，获得了轮胎制动过程与地而不磨损、副面磨损小、无噪声，最佳制动时间、最佳制动减速度、最佳制动距离、最大力值及最佳力平衡效果，保证了汽车操纵安全性。

附图说明

图1是现有蹄鼓式制动器示意图

图2是本发明的示意图。

图3a是图2间隙自动调节器示意图。

图3b是图3a凸轮断面的联体的棘轮示意图。

具体实施方式

如图2所示，一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，由制动底板1、上、下支承蹄肖轴2、2′、上、下制动蹄3、3′、上、下棘轮联体双工作面凸轮4、4′、上、下调位棘爪5、5′、上、下定位棘爪6、6′、凸轮轴7、棘爪弹簧8、棘爪弹簧定位罩9、上、下调位棘爪肖轴10、10′、上、下定位棘爪肖轴11、11′组成。制动底板1的承孔中固结着上、下支承蹄肖轴2、2′，上、下支承蹄肖轴2、2′相互对称且分置于制动底板1水平轴线的两侧，上、下支承蹄肖轴2、2′里装有上、下制动蹄3、3′，在上、下制动蹄3、3′的上、下承孔里分别装有上、下棘轮联体双工作面凸轮4、4′，后用螺栓拧紧于制动底板1上；制动底板1水平轴线上置有凸轮轴7，上、下支承蹄肖轴2、2′与凸轮轴7三点构成偏置制动圆心的三角形，其顶角为33.6°。上、下调位棘爪肖轴10、10′设置在上、下制动蹄3、3′的延伸部，上、下调位棘爪5、5′的棘爪置于上、下调位棘爪肖轴10、10′上，并将棘爪和棘爪弹簧定位罩9固定在上、下制动蹄3、3′的延伸部位的承孔内，在棘爪和棘爪弹簧定位罩9之间置有棘爪弹簧8，棘爪与棘轮齿相啮合；上、下定位棘爪6、6′轴承孔设置在靠近上、下支承蹄肖轴2、2′承孔相应位置的制动底板1上，上、下定位棘爪6、6′置于上、下定位棘爪肖轴11、11′上，并将棘爪和棘爪弹簧定位罩9固定在制动底板1的定位肖轴10、10′的承孔内，在棘爪和棘爪弹簧定位罩9之间置有棘爪弹簧8，棘爪与棘轮齿相啮合。上、下支承蹄肖轴2、2′中心竖直线与水平轴线的垂足交汇点的间距到制动圆心与制动圆心到凸轮轴(7)中心的间距比为1∶1.5。

调位棘爪肖轴10、10′中心到上、下支承蹄肖轴2、2′水平轴线的垂足交汇点的间距与上、下支承蹄肖轴2、2′水平轴线的垂足交汇点到凸轮轴7中心的间距比为1∶4。

上棘轮联体双工作面凸轮4、下棘轮联体双工作面凸轮4′为不同心，偏心距为8mm的内外双向工作面偏心凸轮。

上棘轮联体双工作面凸轮4、下棘轮联体双工作面凸轮4′的棘轮外形为阿基米德几何曲线与渐开线复合而成曲线型。

上调位棘爪5与上定位棘爪6工作中心的夹角为90°；下调位棘爪5′与下定位棘爪6′工作中心的夹角为90°。

棘轮的轮齿形状为单向工作的锯齿形。

在制动底板1上，由两制动蹄3、3′的起始端上蹄脚及起始端下蹄脚紧靠凸轮轴7的工作平面上，以凸轮轴7的转动轴心为一点与上、下制动蹄3、3′的上、下支承蹄肖轴2、2′构成顶角为33.6度的等腰三角形为主要特徵结构形式。三角形的制动器从结构上主要解决了现有蹄鼓式式制动器间隙多影响制动效果的衰减及降低的因素。依上、下支承蹄肖轴2、2′中心竖直线与水平轴线的交汇点到制动圆心与制动圆心到凸轮轴7中心的间距比为1∶1.5的工作力程之比使制动副面工作时先在侧面磨擦降速，在副面磨擦过程中，上制动蹄3与下制动蹄3′两蹄的副面受力方向相反，向蹄副面静摩擦圆锥角逐渐靠近，在上制动蹄3与下制动蹄3′的副面圆锥角相对对称于瞬心轴轴心时获得最大制动力时将副而“锁定”使滚动圆停止转动。另外该结构的两个制动蹄副面受力方向不同，副面磨损量是不一致的，因此两蹄的副面间隙要单独调节，因此设置了如图2所示棘轮联体双工作面凸轮。棘爪肖轴10中心到上、下支承蹄肖轴2、2′水平轴线的垂足交汇点与上、下支承蹄肖轴2、2′水平轴线的垂足交汇点到凸轮轴7中心间距比为1∶4，以便安装间隙调位棘爪进行间隙调整工作。

间隙调节工作如图3a所示。上、下棘轮连体双工作面凸轮4、4′内孔工作面装配在上、下支承蹄肖轴2、2′上，外圆装配在上、下制动蹄支承端的承孔内，靠内承孔大支承蹄肖轴上由调位棘爪5、5′带动棘轮连体双工作面凸轮4、4′旋转，将偏心距为8mm的外圆凸轮在上制动承孔，下制动蹄承孔内转动，调整各自的转角和蹄体升程在必须的位置，保证设定的间隙。其间隙调整工作是靠上、下棘轮联体双工作面凸轮4、4′。上蹄的棘轮由上蹄体扛杆上的调位棘爪5在棘轮上180度啮合，下蹄的棘轮由下蹄体扛杆的调位棘爪5′在棘轮上180度啮合。棘轮的型面锯形齿90度处由上蹄的安装在制动底板1上的定位棘爪6啮合，下蹄的另一端棘齿型面锯形齿在90度由安装在制动底板1上的定位棘爪6′啮合，完成两蹄的调位，定位工作。其棘轮的棘齿齿距就是制动副的设定间隙，不另设调整螺栓和锁定螺母。

调整间隙工作是与蹄脚的升程高度有一定的关系，间隙也就是它的棘轮的齿矩，在制动蹄制动工作中，升程超过齿矩时，棘爪从棘轮上齿上滑动到下一齿，在棘爪弹簧8的作用下压紧在相啮合的棘轮齿上，在上、下蹄3、3′完成制动工作后回到初始位置的过程，蹄体在自由状态下带动棘轮联体双工作面凸轮4、4′绕轴转动一棘轮齿的角度，将偏心轴公转角相应转动一定齿距角度，使绕轴转动的凸轮向法线切线方向运动一定的转角，带动蹄体运动，保证调整蹄体位置调整到设定的间隙，同时定位棘爪6、6′将棘轮定在新的一齿位置，如果间隙达不到下一齿的限位间隙，棘爪只能在棘轮锯形齿齿面上滑动，啮合不到下一齿的位置，做到了结构简单以不将间隙调整过失，间隙调整满足了车轮制动力稳定性的工作要求。

Claims (8)

1.一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，由制动底板(1)、上、下支撑蹄销轴(2、2′)、上、下制动蹄(3、3′)、上、下棘轮联体双工作面凸轮(4、4′)、上、下调位棘爪(5、5′)、上、下定位棘爪(6、6′)、凸轮轴(7)、棘爪弹簧(8)、棘爪弹簧定位罩(9)、上、下调位棘爪销轴(10、10′)、上、下定位棘爪销轴(11、11′)组成，其特征是制动底板(1)的撑孔中固结着上、下支撑蹄销轴(2、2′)，上、下支撑蹄销轴(2、2′)相互对称且分置于制动底板(1)水平轴线的两侧，上、下支撑蹄销轴(2、2′)里装有上、下制动蹄(3、3′)，在上、下制动蹄(3、3′)的上、下撑孔里分别装有上、下棘轮联体双工作面凸轮(4、4′)，后用螺栓拧紧于制动底板(1)上；制动底板(1)水平轴线上置有凸轮轴(7)，上、下支撑蹄销轴(2、2′)与凸轮轴(7)三点构成偏置制动圆心的三角形；上、下调位棘爪销轴(10、10′)设置在上、下制动蹄(3、3′)的延伸部，上、下调位棘爪(5、5′)的棘爪置于上、下调位棘爪销轴(10、10′)上，并将棘爪和棘爪弹簧定位罩(9)固定在上、下制动蹄(3、3′)的延伸部位的撑孔内，在棘爪和棘爪弹簧定位罩(9)之间置有棘爪弹簧(8)，棘爪与棘轮齿相啮合；上、下定位棘爪(6、6′)轴撑孔设置在靠近上、下支撑蹄销轴(2、2′)撑孔相应位置的制动底板(1)上，上、下定位棘爪(6、6′)置于上、下定位棘爪销轴(11、11′)上，并将棘爪和棘爪弹簧定位罩(9)固定在制动底板(1)的定位销轴(10、10′)的撑孔内，在棘爪和棘爪弹簧定位罩(9)之间置有棘爪弹簧(8)，棘爪与棘轮齿相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，其特征是上、下支撑蹄销轴(2、2′)与凸轮轴(7)构成偏置制动圆心的三角形，其顶角为33.6°。

3.根据权利要求1所述的一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，其特征是上、下支撑蹄销轴(2、2′)中心竖直线与水平轴线的垂足交汇点到制动圆心的间距与制动圆心到凸轮轴(7)中心的间距比为1∶1.5。

4.根据权利要求1所述的一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，其特征是调位棘爪销轴(10、10′)中心到调位棘爪销轴中心竖直线与上、下支撑蹄销轴(2、2′)水平轴线的垂足交汇点的间距与该垂足交汇点到凸轮轴(7)中心的间距比为1∶4。

5.根据权利要求1所述的一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，其特征是上棘轮联体双工作面凸轮(4)、下棘轮联体双工作面凸轮(4′)为不同心，偏心距为8mm的内外双向工作面偏心凸轮。

6.根据权利要求1所述的一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，其特征是上棘轮联体双工作面凸轮(4)、下棘轮联体双工作面凸轮(4′)的棘轮外形为阿基米德几何曲线与渐开线复合而成曲线型。

7.根据权利要求1所述的一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，其特征是上调位棘爪(5)与上定位棘爪(6)工作中心的夹角为90°；下调位棘爪(5′)与下定位棘爪(6′)工作中心的夹角为90°。

8.根据权利要求1所述的一种三力点侧置蹄鼓式间隙独立限位自调瞬心制动器，其特征是棘轮的轮齿形状为单向工作的锯齿形。

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