CN1015567B - 双盘式制动器 - Google Patents

Abstract

双盘式制动器，包括一可装到车轮21上的盘毂22、若干环状转子或圆盘50a、b将转子50a、b装到盘毂22从而使转子随同盘毂旋转并以与旋转方向基本垂直的第一方向自由滑移的装置、若干对相对设置的制动垫片108a、b、c、d(其中每一转子(50a、b)各一对)以及促使制动垫片与转子摩擦啮合的装置、有特殊形状的衬垫置于毂22的凹槽46与转子的齿牙之间，而第二套衬垫则设置在制动卡钳70与制动垫片之间。

Description

本发明一般涉及盘式制动器，更具体地说涉及一种采用相对于一固定的卡钳可滑动地安装的多个转子或圆盘的制动器。

传统盘式制动器的一个固有的问题是，对于一给定的扭矩需要相当高的夹紧力，为产生这样的夹紧力，必需用大而重的卡钳，这些卡钳的尺寸，要求用直径较小的圆盘或转子。而高的夹紧力同样也要求在卡钳中使用大直径气缸，随着卡钳的挠曲产生一具有“海绵”似松软感觉的制动器。此外，高夹紧力导致热度增加，传统的盘式制动器采用大面积金属来逸散热量从而使其重量比鼓式制动器为重。

双盘式制动器最根本的优点是夹紧力可以较小。小夹紧力可以使双盘式制动器的重量减轻、甚至可以降低其成本。已有技术的双盘式制动器的显著缺点是圆盘会“粘”在毂上，且易发生颤动。

因此本发明的目的是提供一种克服上述缺点的双盘式制动器。

本发明的最佳实施例中，若干环状转子用齿槽接合到盘毂上，多个转子提供增大了的、可迅速散热的表面积，从而相应地减少内衬的温度促使效率较快地恢复。更具体地说，本发明一个实施例的齿槽设计包括若干个形成于一盘毂中的凹槽和相同数目的、形成于两转子的每个转子上的齿牙。本发明的另一实施例中，齿牙设在盘毂上，而凹槽设于转子上。凹槽中有淬硬的不锈钢衬垫并容纳一相应的齿牙，将齿牙的荷载分布在硬度较低的盘毂上。这一衬垫呈弧状并含有一可变形的壁体以吸收扭矩、缓冲转子。在扭矩值很高的情况下，这一可变形的壁体完全成为底座，从而;加强了力在盘毂上 的分布。在一个实施例中，这些衬垫有一受力的平直边及一弯曲边。后者沿某一方向给圆盘加荷以减少制动过程中的“蠕动”（扭曲）量。另一实施例采用具有平行边的转子齿，这样，由于齿边偏置入盘毂转子，仅由齿边定位而不是由凹槽的底部定位，因此允许较大的热膨胀而不会使控制\（导向）受到损失。当采用本发明的滑动式双转子结构时，对卡钳外壳有几个可供选择的余地（方案）。这些选择方案之一是采用模压钢卡钳桥，因为产生于卡钳和各转子之间的夹紧力降低了一半，故这一方案是可行的。此外，请注意本发明的卡钳与以往的设计相左，卡钳可固定到转向节上，而在已有技术中，因要求其吸收扭矩，故卡钳是可滑动地连接到转向节上的。

制动器的一重要的特点是制动流体的“刚度”（劲度Stiffness）也就是说，为了改变某一力矩所必须增加或减少的流体的体积。这一流体“刚度”受到卡钳的刚度或结构刚度的影响，因为改变力矩需要由卡钳根据情况偏转流体。本发明中，活塞面积可以是单圆盘设计的活塞面积的一半，从而卡钳桥刚度可减小一半以使系统的总刚度保持一致。实际过程中，双盘设计一般此传统的制动器刚度大30%-50%。双盘制动器的一个不利因素是总的垫片（压力）可能增加，因为依次使用了四个垫片而不是传统制动器的两个垫片。然而在实际过程中，因垫片总面积增大，其厚度可减少，抵消了这一不利因素。

此外，一盘制动器所需的总的摩擦材料由其磨损特点及所需的寿命决定。在本发明的双盘制动器中，因制动作用力由四个垫片分担，每个垫片只有一半的磨损量（与两垫片制动器相比）因此，工作温度下降磨损减少。据此，本发明采用的衬垫材料厚度可以是传统制动器的一半是合乎逻辑的。

因此，本发明的最佳实施例的构成是：一盘式制动器，包括一装在车轮上的盘毂、若干环状转子或圆盘、将转子安装到盘毂上从而 转子随同盘毂旋转并可沿一大体上垂直于旋转方向的第一方向滑动的装置、若干对置的制动垫片（每一转子一片），以及用于迫使制动垫片依次与转子摩擦啮合的装置，特殊形状的衬垫插入盘毂凹槽与每一转子上的齿牙之间，卡钳桥和若干制动垫片之间设置第二套衬垫以增强滑动能力并减小摩擦。

下面的附图及详细说明，将使本发明的许多其它目的变得更为清楚。

附图中：

图1是根据本发明的盘式制动器的侧面示意图;

图2是图1中各部件的正面剖视图;

图3是一衬垫（插入物）的透视图;

图4是图1、2所示的卡钳桥的独立平面图;

图5是图1中四个制动垫片之一的平面图;

图6是又一在图2中示出的衬垫（插入物）之透视图;

图7是图1的局部放大图;

图8是隔离体受力示意图;

图9是本发明的另一实施例。

图1、2表示一安装在普通车轮21里的双盘式制动器20，该盘式制动器20包括一圆筒形盘毂22，该盘毂包括一轴向伸展的圆柱形壁体24以及一径向伸展、其本上平坦的壁体26。图1所示的结构是用于前轮驱动车辆中的典型结构，该车轮21安装在一轮毂28上并用若干轮毂螺栓30固定在轮毂上、该轮毂用一种已知的转向节32支撑，与一驱动轴34驱动联接。尽管本发明结合前轮驱动车辆阐述，但本发明并不限于前轮驱动车辆，它可用于车辆的任何车轮上。

车轮21、轮毂28、驱动轴34以及轮毂螺栓30在图1中未画出以避免该图不易看清。该盘毂22安装在轮毂28和车轮21上，这种 安装装置可包括若干开孔，其中各装入螺栓30。壁体24的外部呈多边形结构。更具体地说，如图2所示，此结构呈五边形，有五个垂直于径向壁体26延伸的边44，这些边44交点处形成有轴向延伸的凹槽或槽缝46a-e。每一凹槽46包括一底部47及向外延的壁体49，第一和第二转子或圆盘50a、50b可滑动地装设于凹槽或槽缝46中。在此，“转子”和“圆盘”两词混用，转子最好用铸铁、但也可用其它金属制造，并基本呈环形、圆环状结构。若干齿牙56a-e和58a-e从各转子50a、50b的内边向内延伸。图2示出了表明其齿牙56位置的转子50a之平面视图，相同数量的齿牙（58a-e）同样制在转子50b上（图2中仅画出齿58c）。如上所述。本发明的最佳实施例采用五个凹槽46和五个相似形状的牙56或58。我们发现凹槽和齿牙数最好采用奇数，以便在制动期间将转子50a、50b的振动降至最小。尽管图2所示的凹槽和齿牙数为五个，但可以理解多于五个或少于五个、偶数个或奇数个凹槽或齿牙数均在本发明的范围之中。

为降低根据本发明制造的盘式制动器之成本并减轻其重量，盘毂22不需采用具有转子材料那样的寿命的材料，此外为提高转子在凹槽46中滑动能力、将转子的压力荷载分散到面积更大的盘毂上、为了减少接触应力和侵蚀、减小转子相对盘毂的震动和颤动，将若干弹簧衬垫（插入物）60a-e嵌到盘毂上各槽缝46与转子50的齿牙56、58之间。请注意为了在图中清晰表示，这些衬垫60的厚度已被放大。

图3是中示出的是一典型的衬垫60。每一衬垫的横剖面大致呈\“U”形，具有一底62和凸出的弹性侧壁64、66。至少有一侧壁诸如壁66呈弧形，以有效地将转子朝盘毂22压紧。组装时，将衬垫60配装到相应的凹槽46上并用若干延伸的接片68a和68b固定到盘毂22上。使用制动器时，转子压向盘毂22、压紧弧状侧壁66，从而压力沿凹槽46的长度分散。

在这一点上，本发明的结构与传统的盘式制动器相比是很说明问题的。如上所述，本发明的转子50设计成可相对于盘毂26滑动。此外，不是转子的整个内表面54都与制动器毂接触。相反，传统的转子不能横向运动（而是卡钳在滑动），再且，先有技术的转子因与其它车辆或车辆构件处于全接触状态，故不能向内膨胀。因此，当这些转子膨胀时、它们还发生变形，这种变形在猛烈制动时会引起感觉得到的振动。相反，如图2所示，除延伸的齿牙外，环状转子50的内侧的一绝大部分不与盘毂22的边44接触，因此本发明的转子可以自由膨胀，变形可被减少或完全消除。此外，传统的盘式制动器常会在猛烈制动时产生所听得见的尖叫声，这部分是由于转子变形所致。本发明的转子变形小，噪音很低。在制动过程中会产生大量的热，这些热量必须通过转子逸散掉以免发生热变形。为此，传统盘式制动器的转子常通风的办法以帮助散热，从而增加了转子的重量。本发明利用两个转子的增加了的表面积而使散热得以加强，但并不增加其重量。

图7是凹槽之一46b的放大图，图中示出了凹槽的底面47b及延伸壁49b、49b′。与凹槽46b相配的是齿牙56b，它有一底57b及边59b、59b′，位于齿56b和槽缝46b之间的是一衬垫60b。齿牙边59的角以及凹槽46b的边49的角选择得使其接触压力最大限度地减小且减小转子“蠕动”的趋势。这一现象的产生是因为从转子传至毂的力是一横向力和一扭矩之组合（因摩擦接触集中在卡钳上）。因此，每一齿牙所承受的是力的组合，其合力矢量F在旋转过程中不断变化幅值和方向。本发明中，齿牙的角垂直于旋转点的合力矢量，其值最大，从而消除了转子在旋转过程中连续变换位置的趋向。决定上述夹角的方法通过参考图8进行说明，该图为一盘毂22和一转子50的隔离体受力示意图。在驱动制动器卡钳70时（见后述），在每一转子50上产生反作用力矢量F，这一反作用力可传递至盘毂 22的中心并分别由一等效的摩擦力F_R和扭力T_R表示。轴向摩擦力F_R的分力表示为图2中各齿牙56的示意位置处的水平力矢量。扭转反作用力矩T_R的分量表示为各相应齿牙56位置处的径向作用矢量T_Ri。各轴向和扭转反作用力矢量分量用常规矢量符号相加法求和得到每一齿牙位处的反作用合力。如图所示，在制动期间加到每一齿牙处的反作用力R₁-R₅，其量值和方向都是变化的。我们发现制动过程中最大合力将在点A、B之间产生。因此，侧壁59b′的角和壁49b′的角选择得与合力矢量R₅垂直，随着而侧壁59b、49b的角与之相等相反，上述关系确定后，其余齿牙和凹槽的几何关系是一样的。

如前所述，图1、2所示的本发明的另一实施形式可通过将齿牙与凹槽的壁制成平行来实现。可以想象齿牙的底部57将与衬垫60保持足够的距离从而使该底部不对转子在盘毂22的凹槽中的定心产生影响。转子相对于盘毂的定心或定位因所有衬垫的弹性边或曲边都将转子的齿牙压向凹槽的相对壁上而得以完成。这样，转子在其温度升高时可以自由膨胀。

图9表示本发明的另一实施例，其中盘毂22′包括若干径向延伸的齿牙200，且两圆盘（如50a′、50b′）各包括容纳齿牙200的凹槽202。图9仅绘出圆盘50a′。

下面再参见图1、2。为减缓车轮21的运动，本发明采用一制动器卡钳组件70，该卡钳组件包括一外壳72，其中形成一气缸74，通过一入口75纳入制动流体。可在气缸中往复动动的是一活塞76，在外壳72和活塞76之间采用合适的密封以避免制动流体从中漏出。活塞的延伸表面78形成第一啮合表面，从外壳72伸出的是一卡钳桥80，它包括一过桥或轴向延伸部分86和一端面84，端面84可整体制作成为过桥的一部分或与过桥分开，该端面也形成一第二啮合表面84。所述过桥86一般呈弧形且可用螺栓82和诸如此类之固定 件将之与外壳72固定。过桥部分86在图4中单独示出，该过桥部分86包括上曲和下曲表面90、91，两表面在端部92a、92b处变细。如图2所示，过桥86的端部96与壳顶部98的啮合表面96′啮合。

卡钳桥80的较细的边92a、92b支撑若干制动垫片108a-d，每个制动垫片108a-d包括一底板110e和一摩擦材料垫片112，如图2所示，第一转子50a设置在制动垫片108a、108b、之间，而第二转子50b则设置在制动垫片108c、108d之间。

如上所述，卡钳桥80的过桥部分86含有较细边92a、92b，底板110a-d最好由钢材制作，它们各包含向内凸的接片122a、b和一与卡钳桥80的弧状下表面91形状相配合的中表面124。接片122和中表面124共同形成具有与边92a、b同样形状的凹槽120a、b。各底板110a-d在装到外壳72之前滑到卡钳桥80上，各底板110借助细端92与凹槽120的配合而在切向、径向得以固定。一衬垫如衬垫130（见图2、4、6），位于各细边92a、92b与底板的凹槽之间。在组装时，衬垫130使各底板稍稍偏离卡钳桥以防止颤动。此外，这种衬垫130可由淬硬不锈钢制成并将各底板的压载沿细边92a、92b的长度分布，且提供一光滑表面，底板可于其上滑动，减少卡钳桥及制动垫片的损耗并防止侵蚀。

如上所述，凹槽120a、b被分别接纳在细边92a、b上，边92a、b的表面，从而凹槽120的角安排得使对每一垫片108（即底板108之接片122）上的摩擦力的反作用力F垂直于凹槽相应的上下表面上。这一关系可从图4看到，图4示出了对典型制动垫片108上摩擦力F的反作用力，该力已分解为垂直作用在边92a、b表面上的两个力F和F。

操作时，在驱动活塞76之前，车轮21、盘毂22及其余各部件是自由旋转的，此外，安装在盘毂22上的转子50a、b相对于每对制动垫片108旋转。在使用制动踏板后，活塞76从外壳72向外移 动从而使制动垫片依次与转子啮合，举个例子，摩擦材料垫片112d被活塞76迫至转子50a上，这一作用将转子移动而与对置的摩擦材料垫片112c相接触。此后，底板110c以同样方式将摩擦材料垫片112b迫至与转子50b相接触，此垫片接着又迫使转子50b紧抵摩擦材料垫片112a。上述运动在各摩擦片与其相应转子之间产生一摩擦啮合，从而使车轮的运动减速。在制动踏板释放后，气缸74中的压力将下降，从而上述各摩擦垫片与转子间的摩擦啮合终止。此后，各摩擦垫片将保持与转子相贴近的位置。

综上所述可以看到本发明采用四个摩擦表面，它们依次啮合以减小各转子的旋转速度。通过采用两副制动垫片，本发明产生的制动力是采用单个转子和单副对置的摩擦垫片的传统盘式制动器的两倍，因此，如要达到传统的卡钳/盘式制动器系统所需的同样的制动力，仅要求施加先前所用制动力的一半。这一作用在制动器上的力的减少足以使人们不再需要制动功率增强器。此外，因制动力现在由四个底板分布在卡钳桥上，卡钳外壳和过桥可制得较薄、较轻，从而有效地改善整个车辆的重量。

本制动器的基本优点是制动力在四个摩擦表面（而不是两个上）之间进行分配，这一特点可从每个方面获得益处。首先，夹紧力减半，在维持同样的有效刚度情况下，允许采用强度减半的卡钳，有效刚度定义为改变一给定制动扭矩所需的流体的体积。决定转子表面面积的增加可以提高散热的能力。此外，转子的可以增大、减少桥形结构的突出部分150，进一步允许用较薄的过桥。试举一例，增大转子的内径时，作用在制动垫片上的压缩力将更移近卡钳桥，减小了卡钳必须承受的扭力。较薄的过桥允许使用甚至更大直径的转子，进一步减小夹紧力需求并增大转子的表面积。转子的较大内径还允许采用较大直径的花键连接的齿割面，减小每一齿牙上的荷载。优良的冷却能力降低了温度，提高了衬垫材料的寿合，允许使用更薄 的摩擦材料垫片。而且，因磨损分配在四个摩擦垫片上，垫片厚度可进一步减少。摩擦表面热量的减小意味着每一转子只需要传统转子的一半质量、无需配装有通风装置的转子。另外，转子形状简单，可选用诸如模压钢、铜或铝等材料。

对本发明的上述实施例的可以有许多变化与修改但这些变化和修改仍落在本发明的范围之内，因此，本发明范围将仅由所附权项的范围所限制。

Claims (5)

1、一种盘式制动器20，包括

一适合装配到一车轮21上的盘毂22；

若干扁平的环状转子或圆盘50a、b；

若干副对置的制动垫片108a、b、c、d，每一转子50a、b各一对，以及迫使所述制动垫片与其对应的转子摩擦啮合的装置；

其特征是还包括：

由盘毂和转子构成的、用以将转子50a、b安装到所述毂上、从而所述转子随盘毂22旋转并沿基本垂直于车轮旋转方向的第一方向自由滑动的装置；另外，

其中所述的安装装置包括若干沿第一方向延伸的凹槽46以及相同数目的、可滑动地容纳在对应的凹槽中的与之配合的齿牙56、58；

其中每一凹槽包括一平底47及由底部47向外延伸并具有一定角度的斜壁49；

其中所述安装装置还包括一位于各凹槽46和对应齿牙56、58之间的衬垫60；

其中所述衬垫包括一薄壁结构，该薄壁结构含有一可安置在凹槽46底部47上的底62以及由底部向外凸出的侧壁64、66，其中衬垫60的侧壁64、66之一呈弧状以使对应的齿牙偏向对应凹槽的相对壁。

2、如权利要求1所述的制动器，其特征在于所述弧状衬垫侧壁设置成面向转子旋向。

3、如权利要求1所述的制动器，其特征在于所述衬垫包括将其固定到制动毂的装置，其中该固定装置包括若干从衬垫一侧壁延伸的接片68以与所述盘毂22的对应端之端壁接合。

4、如权利要求1所述的制动器，其特征在于所述的若干凹槽46形成在盘毂22上并以所述第一方向延伸;且其中每一转子包括若干从其一内边向外延伸的与凹槽配合的齿牙56、58。

5、如权利要求1所述的制动器，其特征在于所述侧壁之一的斜角选择得与最大摩擦反作用力的合力的方向垂直，另一侧壁之斜角其大小相等方向相反。

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