CN102562871A - 楔形自增力盘式制动器的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种楔形自增力盘式制动器的设计方法，其步骤如下：1.楔形自增力盘式制动器的总体设计：楔形自增力盘式制动器的结构设计；楔形自增力盘式制动器中主要零部件的结构设计与楔形自增力盘式制动器中各零部件的装配关系设计。2.楔形制动块顶角的设计：满足楔形自增力盘式制动器所需自增力倍数；满足楔形制动块所需回复力与防止在发生热衰减现象时制动效能丧失过大，热衰减比率n/n1的值越大，表示热衰减越小；热衰减比率n/n1的值越小，表示热衰减越严重。所以设计楔形制动块的顶角时，应综合考虑满足楔形自增力盘式制动器所需自增力倍数、满足楔形制动块所需回复力与防止在发生热衰减现象时制动效能丧失过大，选取一个楔形制动块顶角α的优化值。

Description

楔形自增力盘式制动器的设计方法

技术领域

本发明涉及一种制动器的设计方法，更确切地说，本发明涉及一种基于液压系统的楔形自增力盘式制动器的设计方法。

背景技术

制动器使汽车以适当的减速度减速行驶至安全速度或者直至停车，在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速，使汽车可靠地停止在原有位置。目前机械摩擦式制动器从结构上主要分为鼓式制动器和盘式制动器。目前使用的制动器主要不足为在制动驱动机构中必须要装用助力器，而且没有自增力制动结构，致使盘式制动器的制动效能较低，在使用液压促动装置为其提供促动力时，需要的管路压力非常大，会恶化液压系统的工作状况。

目前国内尚未提出具有自增力效果的楔形盘式制动器的设计研究。国外德国博世公司曾提出电动楔形盘式制动器的概念，它使用电机转动丝杠，将电机的转动变为螺母的移动，从而推动与螺母固连的楔形块压靠制动盘，产生制动力。另外，德国大陆西门子公司也推出了类似的电子楔形制动器。制动盘一侧对置安装有两个电机，通过丝杠螺母机构推动带有多个楔形面的一个滑块横向移动，摩擦衬片外侧为与滑块楔形面对应的楔形面，两楔形面间对应的凹陷部分有滚柱，当两楔形面相对横向移动时，滚柱滚到两楔形面凸起处，推动摩擦衬片向制动盘紧靠，同时反向推动钳体带动另一侧的摩擦衬片夹紧制动盘。楔形制动器夹紧制动盘可以实现自增力式制动，控制精度高。然而，结构的复杂、对控制的高要求、较高的成本以及电机的动态响应性问题是此类电子机械制动需要考虑的问题，此外电机直接安装在制动器上，工作环境和振动造成的电机可靠性问题也需要在工程设计时予以考虑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的问题，提供了一种基于液压系统的楔形自增力盘式制动器的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的楔形自增力盘式制动器的设计方法的步骤如下：

1.楔形自增力盘式制动器的总体设计：

1)楔形自增力盘式制动器的结构设计

所述的楔形自增力盘式制动器包括制动钳体、楔形制动块、2个结构相同的摩擦衬片、固定制动块、4～6个结构相同的滚柱、密封圈、轮缸活塞、轮缸、2个结构相同的挡板、制动钳导向架、挡块与三爪弹簧夹。

2)楔形自增力盘式制动器中主要零部件的结构设计

a.楔形制动块的结构设计

所述的楔形制动块设计成一个横截面为直角三角形的由斜边面、大直角边面、小直角边面与同和斜边面、大直角边面、小直角边面垂直的前后端面所围成的空心柱体，斜边面与大直角边面之间的夹角被称为楔形制动块的顶角，楔形制动块的前后端面上设置有横截面为矩形的突出的导轨，横截面为矩形的突出的导轨和大直角边面平行。

b.制动钳体的结构设计

所述的制动钳体设计成一个由制动钳口与轮缸铸造而成的一体件，制动钳体的顶端面为一矩形的平面，制动钳体上端的前端面与后端面上沿X方向分别设置有突出的横截面为矩形的前端长条形凸台与后端长条形凸台，制动钳体中的轮缸左端面的上端设置一个平行于YOZ平面的平面，制动钳体中的制动钳口的内侧面是一个与水平面夹角为一定值的斜平面，该夹角的大小和楔形制动快中的楔角相等，制动钳体中的制动钳口的左端设置一个轮缸，轮缸的回转轴线与制动钳口的内侧面平行，轮缸的内壁上设置有安装密封圈的密封圈槽，轮缸活塞安装在轮缸内。

c.挡板的结构设计

所述的楔形自增力盘式制动器中的楔形制动块的两侧对称设置有挡板，两挡板为结构相同的矩形板类结构件，两挡板的上端均布有安装螺栓的通孔，两挡板下端的内侧面上设置有与楔形制动块两端面上的横截面为矩形的导轨为滑动连接的横截面为矩形的导向槽，横截面为矩形的导向槽和矩形挡板的纵向对称面平行，两挡板上设置有安装滚柱的4～6个结构相同的圆轴孔，安装滚柱的4～6个结构相同的圆轴孔的对称轴线相互平行并处于同一平面内，4～6个结构相同的滚柱两端的滚轴与两挡板上的4～6个结构相同的圆轴孔为间隙配合，挡板上安装滚柱的4～6个结构相同的圆轴孔的对称轴所处的平面和横截面为矩形的导向槽平行并处于横截面为矩形的导向槽的上方。

d.制动钳导向架的结构设计

制动钳导向架设计成一个由上制动钳口与下制动钳口组成的U字形的结构件，制动钳导向架的下制动钳口的内侧面为一水平面，下制动钳口内侧面的周边设置有横截面为矩形的长条形凸台，相邻两根长条形凸台是断开的，左侧长条形凸台、前端长条形凸台与右侧长条形凸台的外端面和制动钳导向架下制动钳口的左端面、前端面与右端面在同一平面内，制动钳导向架的上制动钳口的顶端面与内侧面为平面，制动钳导向架上制动钳口的中心处设置有矩形通孔，制动钳导向架的左端与右端设置有左端凸耳与右端凸耳，左端凸耳的左端与右端凸耳的右端沿Z轴方向设置有导向销通孔，制动钳导向架上制动钳口前后端设置有前端长条形上凸台与后端长条形上凸台，前端长条形上凸台与后端长条形上凸台的内侧面上沿X方向设置两条横截面为矩形的前端长条形槽与后端长条形槽，制动钳导向架上制动钳口的左侧端面上设置有两个螺钉孔，制动钳导向架上制动钳口的右端设置有右端长条形上凸台。

3)楔形自增力盘式制动器中各零部件的装配关系设计

制动钳体的上端装入制动钳导向架上制动钳口上的前端长条形上凸台、右端长条形上凸台、后端长条形上凸台与采用螺钉安装在制动钳导向架上制动钳口的左端面上的挡块之间，其中：制动钳体中与XOZ平面平行的两侧面和制动钳导向架上制动钳口的前端长条形上凸台与后端长条形上凸台的内侧面接触连接，而制动钳体中与YOZ平面平行的两侧面和采用螺钉安装在制动钳导向架上制动钳口的左端面上的挡块的右端面与制动钳导向架上制动钳口的右侧长条形上凸台的内侧面不接触，制动钳导向架上制动钳口的内侧矩形环面和制动钳体的顶端面接沿矩形槽触滑动连接。制动钳导向架上制动钳口的前端长条形上凸台与后端长条形上凸台设置的前端长条形槽与后端长条形槽和制动钳体上的前端长条形凸台与后端长条形凸台相配合，制动钳体中的制动钳口的内侧面与4～6个结构相同的滚柱接触连接，4～6个结构相同的滚柱和处于其下方的楔形制动块的大直角边面接触连接，楔形制动块的斜边面上用树脂黏合剂牢固粘接有第一个摩擦衬片，楔形制动块通过铆接在楔形制动块小直角边面中心处的三爪弹簧夹与滑动安装在制动钳口左端轮缸中的轮缸活塞弹性卡住连接，楔形制动块的小直角边面与轮缸的中心轴线垂直，密封圈安装在轮缸内壁上的密封圈槽里，轮缸活塞与轮缸之间为间隙配合的滑动连接，固定制动块固定于制动钳导向架中的下制动钳口的内侧面上，第二个摩擦衬片的底面与固定制动块上表面用树脂黏合剂牢固粘接。2个结构相同的挡板通过螺栓安装在制动钳体中的制动钳口的两侧端面上，2个结构相同的挡板的内端面与楔形制动块的前后端面为间隙配合，2个结构相同的挡板内侧的矩形导向槽和楔形制动块的前后端面上的突出的导轨配装在一起为滑动连接，2个结构相同的挡板上的4～6个结构相同的圆孔与4～6个结构相同的滚柱两端的滚轴配装在一起为间隙配合。

2.楔形制动块顶角的设计

1)满足楔形自增力盘式制动器所需自增力倍数

a.楔形自增力盘式制动器的制动效能因数为：

$c^{*}=\frac{2\mathrm{\μ}1}{\tan \mathrm{\α}-\mathrm{\μ}1}$

c^*--楔形自增力盘式制动器的制动效能因数；

μ1--楔形制动块与制动盘间的摩擦因数；

α--楔形制动块的顶角，单位.度；

b.而传统盘式制动器的制动效能因数为：

c＝2μ1

在同等促动力下，楔形自增力盘式制动器的制动力将是传统盘式制动器制动力的1/(tanα-μ1)倍，选择适当的楔形制动块的顶角α，可获得一定的自增力倍数；

c.根据楔形自增力盘式制动器的自增力倍数曲线得出设计中要求楔形制动块的顶角α要满足α＞arctanμ1的条件；根据楔形自增力盘式制动器的自增力倍数曲线又得出为了获得较大的增力倍数，使楔形制动块的顶角α的值尽量接近arctanμ1的值；

2)满足楔形制动块所需回复力

楔形制动块(2)所需回复力为：

T＝N₁cosα(μ1+μ2-tanα)

T——使楔形制动块退出制动工况所需拉力；

N1——楔形制动块与制动盘间的正压力；

μ1——楔形制动块与制动盘间的摩擦因数；

μ2——楔形制动块与制动钳体间的摩擦因数；

3)防止在发生热衰减现象时制动效能丧失过大

a.当楔形自增力盘式制动器各个部件都处于良好工作状况时，楔形自增力盘式制动器的自增力倍数为

b.当楔形自增力盘式制动器长时工作以后，或发生热衰减时，摩擦因数变为μ，自增力倍数变为

c.热衰减比率n/n1的值可以反映热衰减情况的严重程度，由试验得出，为了防止在发生热衰减等现象时楔形自增力盘式制动器制动效能丧失过大，应该增大楔形制动块的顶角α的取值；

4)所以设计楔形制动块的顶角时，应综合考虑满足楔形自增力盘式制动器所需自增力倍数、满足楔形制动块所需回复力与防止在发生热衰减现象时制动效能丧失过大，选取一个楔形制动块顶角α的优化值。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的楔形自增力盘式制动器的设计方法从理论上论证了楔形自增力盘式制动器的自增力效果。

2.本发明所述的楔形自增力盘式制动器的设计方法清楚地阐述了楔形自增力盘式制动器的设置关键在于设置楔形块，本方法清楚地阐述了楔形块顶角及其各细节的设计方案。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的楔形自增力盘式制动器与制动盘装配关系主视图上的剖面图；

图2为本发明所述的楔形自增力盘式制动器与制动盘装配关系右视图上的全剖视图；

图3为本发明所述的楔形自增力盘式制动器中制动钳导向架与制动钳支架之间连接关系主视图上的全剖视图；

图4为本发明所述的楔形自增力盘式制动器结构组成的轴测投影图；

图5为本发明所述的楔形自增力盘式制动器的自增力倍数随楔角大小变化曲线；

图6为本发明所述的楔形自增力盘式制动器的自增力效果随热衰减变化的曲线即热衰减比率随摩擦因数变化的曲线；

图中：1.制动钳体，2.楔形制动块，3.摩擦衬片，4.制动盘，5.固定制动块，6.滚柱，7.密封圈，8.轮缸活塞，9.轮缸，10.导向销，11.挡板，12.制动钳支架，13.制动钳导向架，14.挡块，15.三爪弹簧夹。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明是针对一种基于传统液压促动装置的具有单向自增力效果的楔形盘式制动器的设计方法。该楔形自增力盘式制动器是在原有浮钳盘式制动器的基础上，保留原有制动钳支架12和2个导向销10，将制动盘4一侧传统的平板形活动制动块替换为楔形制动块2，轮缸9推力作用在楔形制动块2的小直角边面上，而楔形制动块2可沿制动钳体1上制动钳口的装有滚柱6的内侧面移动，故在轮缸9的推力和制动盘4对楔形制动快2的摩擦力作用下楔形制动快2挤压制动盘4，产生制动力矩。由于楔形结构的加入，根据楔形效应，当制动盘沿图1中所示制动盘旋转方向旋转时(此时为汽车前行方向)，楔形自增力盘式制动器的当量制动效能因数将大为增加，从而达到自增力的目的。

所述的楔形自增力盘式制动器的设计方法包括如下步骤：

1.楔形自增力盘式制动器的总体设计：

1)楔形自增力盘式制动器的结构设计

参阅图1，首先，在楔形自增力盘式制动器的总体结构设计上，将传统制动钳体分解为矩形槽配合的可相互水平滑动的制动钳体1和制动钳导向架13，且将浮钳盘式制动器的活动制动块替换为楔形制动块2，将活动制动块垂直进入制动盘4的方向变为楔形制动块2斜向进入制动盘的方向。轮缸9回转轴线的位置变为斜向布置，轮缸9的回转轴线垂直于楔形制动块2的小直角边面。

所述的楔形自增力盘式制动器包括制动钳体1、楔形制动块2、2个结构相同的摩擦衬片3、固定制动块5、4～6个结构相同的滚柱6、密封圈7、轮缸活塞8、轮缸9、2个结构相同的导向销10、2个结构相同的挡板11、制动钳支架12、制动钳导向架13、挡块14和三爪弹簧夹15。

2)楔形自增力盘式制动器中主要零部件的结构设计

(1)楔形制动块的结构设计

所述的楔形制动块2设计成一个横截面近似为直角三角形的三棱柱体，为减小整体重量，该楔形制动块2是空心的。或者说，楔形制动块2设计成由斜边面、大直角边面、小直角边面与同和斜边面、大直角边面、小直角边面垂直的前后(或者说左右)端面所围成的有一定壁厚的空心柱体，以减小惯量，斜边面与大直角边面之间的夹角被称为楔形制动块2的楔角(顶角)。楔形制动块2的前后(或者说左右)端面上设置有横截面为矩形的突出的导轨，横截面为矩形的突出的导轨的纵向对称面和大直角边面平行。楔形制动块2的斜边面用树脂黏合剂牢固粘接摩擦衬片3，摩擦衬片3在制动时和制动盘4相接触的底面与制动盘4的上平面平行。楔形制动块通过铆接在楔形制动块小直角边面中心处的三爪弹簧夹与滑动安装在制动钳口左端轮缸中的轮缸活塞弹性卡住连接。轮缸9斜向布置并与制动钳体1铸造为一体。轮缸9及装入轮缸9中的轮缸活塞8的中心轴线垂直于楔形制动块2的小直角边面，或者说，轮缸9及装入轮缸9中的轮缸活塞8的中心轴线和楔形制动块2的大直角边面平行。轮缸9内壁与轮缸活塞8之间安装有密封圈7，起到密封和调节制动间隙的作用。轮缸9上的进出油口通过液压管路与制动主缸的进出油口连接。制动钳体1中制动钳口的内侧斜面是与楔形制动块2的大直角边面相平行的斜平面。制动钳体1中上制动钳口的内侧斜平面应与楔形制动块2的大直角边面具有一定精度的平行度，以保证楔形制动块2的斜边面与制动盘4的上平面平行，使楔形制动块2在进入制动工况时，参与制动的楔形制动块2斜边面上的摩擦衬片3能与制动盘4完全接触，在制动过程中，整个楔形制动块2的斜边面与摩擦衬片3上的压力分布均匀，以免出现偏磨。楔形制动块2与摩擦衬片3用树脂黏合剂牢固粘接成一体，磨损后一同更换。

(2)制动钳体的结构设计

所述的制动钳体1设计成一个由制动钳口与轮缸(9)铸造而成的一体件。制动钳体1中的顶端面为一矩形的平面。制动钳体1的上端的前端面与后端面上沿X方向分别设置有突出的横截面为矩形的前端长条形凸台与后端长条形凸台，前端长条形凸台与后端长条形凸台与制动钳导向架13上制动钳口前后内侧面上沿X方向的两条横截面为矩形的长条形槽相配合，实现制动钳体1沿X方向的滑动接触。制动钳体1中的轮缸9左端面的上端设置一个平行于YOZ平面的并与挡块14的右端面平行的平面，制动钳体1中的制动钳口的内侧面是一个与水平面夹角为一定值的斜平面，该夹角的大小和楔形制动快2中斜边面与大直角边面的夹角即楔角相等。制动钳体1中的制动钳口的内侧面与楔形制动块2的大直角边面配装，中间安装4-6个滚柱6进行减磨。装配以后的楔形制动快2的斜边面处于水平面内，与制动盘4的侧面平行，也可以说，制动钳体1中的制动钳口的内侧面是一个与楔形制动块2的大直角边面相平行的斜平面。制动钳体1中的制动钳口的左端设置一个轮缸9，轮缸9斜向布置并与制动钳口铸造为一体，轮缸9(回转轴线)的倾斜角度与楔形制动块2的楔角相同，或者说，轮缸9回转轴线与制动钳口的内侧面平行。轮缸9的外形是一长方体，轮缸9的右端面和制动钳口的内侧面垂直形成一个放置楔形制动快2的直角形空间，即轮缸9的右端面和楔形制动快2的小直角边面平行。轮缸9的内壁上设置有安装密封圈7的密封圈槽，轮缸活塞8安装在轮缸9内，密封圈7起到密封的作用。

(3)挡板的结构设计

参阅图2，楔形制动块2两侧对称设置的结构相同的挡板11，两挡板11为结构相同的矩形板类结构件，两挡板11的上端均布有安装螺栓的通孔，两挡板11下端的内端(内侧)面上设置矩形导向槽，矩形导向槽的纵向对称面和矩形挡板11的纵向对称面平行，即两挡板11安装以后，矩形导向槽的方向平行于楔形制动块2的大直角面，与楔形制动块2两端面上设置的横截面为矩形的突出的导轨为滑动连接，两挡板11内端面上的矩形导向槽成为楔形制动块2的滑行轨道。两挡板11上设置有安装滚柱6的4～6个结构相同的圆轴孔，安装滚柱6的4～6个结构相同的圆轴孔的对称轴线相互平行并处于同一平面内，4～6个结构相同的滚柱6两端的滚轴与两侧挡板11上的4～6个结构相同的圆轴孔为间隙配合，挡板11上安装滚柱6的4～6个结构相同的圆轴孔的对称轴所处的平面和矩形导向槽的纵向对称面平行并处于矩形导向槽的上方。

(4)制动钳导向架的结构设计

制动钳导向架13设计成为一个U字形的结构件，即把制动钳导向架13设计成一个由上制动钳口与下制动钳口组成的U字形的结构件，其工作状态为开口指向制动盘4，即制动钳导向架13的上制动钳口与下制动钳口的内侧面处于制动盘4的上下两侧。制动钳导向架13的下制动钳口的内侧面为一水平面，下制动钳口内侧面的周边设置有横截面为矩形的长条形凸台，相邻两根长条形凸台是不相连接即断开的，方便在缺口处用工具拆卸固定制动块5。其中左侧长条形凸台、前端长条形凸台与右侧长条形凸台的外端面和制动钳导向架13下制动钳口的左端面、前端面与右端面在同一平面内，下制动钳内侧面周边的长条形凸台对放置在它们之间的固定制动块5起到限位作用。制动钳导向架13的上制动钳口的顶端面与内侧面为平面，制动钳导向架13上制动钳口的中心处设置有矩形通孔，便于散热和减轻重量。制动钳导向架13上制动钳口的左端与右端设置有左端凸耳与右端凸耳，左端凸耳的左端与右端凸耳的右端沿Z轴方向设置有安装导向销10的导向销通孔。制动钳导向架13上制动钳口前后端设置有前端长条形上凸台与后端长条形上凸台，前端长条形上凸台与后端长条形上凸台的内侧面上沿X方向设置两条横截面为矩形的长条形槽即前端长条形槽与后端长条形槽，两条横截面为矩形的长条形槽和制动钳体1的上端的前端面与后端面上沿X方向分别设置的横截面为矩形的前端长条形凸台与后端长条形凸台为滑动配合，制动钳导向架13上制动钳口的左侧端面上钻有两个M6的螺钉孔，用以安装矩形挡块14。另外在制动钳导向架13上制动钳口的右端设置有右端长条形上凸台。制动钳导向架13上制动钳口左侧的挡块14和右侧的右端长条形上凸台仅起到限制制动钳体1最大运动位置的作用，以防汽车行驶中制动钳体1脱离制动器或者说脱离制动钳导向架13。

3)楔形自增力盘式制动器中各零部件的装配关系设计

制动钳体1的上端装入制动钳导向架13上制动钳口上的前端长条形上凸台、右端长条形上凸台、后端长条形上凸台与采用螺钉安装在制动钳导向架13上制动钳口的左端面上的挡块14之间，其中：制动钳体1中与XOZ平面平行的两侧面和制动钳导向架13上制动钳口的前端长条形上凸台与后端长条形上凸台的内侧面接触连接，而制动钳体1中与YOZ平面平行的两侧面和采用螺钉安装在制动钳导向架13上制动钳口的左端面上的挡块14的右端面与制动钳导向架13上制动钳口的右侧长条形上凸台的内侧面不接触，制动钳导向架13上制动钳口的内侧矩形环面和制动钳体1的顶端面接触沿矩形槽滑动连接。制动钳导向架13上制动钳口的前端长条形上凸台与后端长条形上凸台的内侧面上设置的前端长条形槽与后端长条形槽和制动钳体1上的前端长条形凸台与后端长条形凸台相配合为滑动连接，制动钳体1中的制动钳口的内侧面与4～6个结构相同的滚柱6接触连接，4～6个结构相同的滚柱6和处于其下方的楔形制动块2的大直角边面接触连接。由于楔形自增力盘式制动器特有的回位不易的问题，应尽量减小二者配合表面的摩擦因数，以利于楔形制动块2退出制动工况，顺利回位。本发明在楔形制动块2与制动钳体1配合表面加入4～6个结构相同的滚柱6，用挡板11固定，将原来的滑动摩擦变为了滚动摩擦，极大的减小了二者间的摩擦力。楔形制动块2的斜边面上用树脂黏合剂牢固粘接有第一个摩擦衬片3，楔形制动块小直角边背面中心处铆接有一个金属片状的三爪弹簧夹15，在轮缸活塞8端口内壁上切有一道环形凹槽。三爪弹簧夹15的凸出部分靠金属片弹性卡在轮缸活塞8内壁的环形凹槽中。从而三爪弹簧夹15将轮缸活塞8和楔型制动块2连接在一起动作。楔形制动块2的小直角边面与轮缸9的中心轴线垂直。密封圈7安装在轮缸活塞8与轮缸9之间即安装在轮缸9内壁上的密封圈槽里，轮缸活塞8与轮缸9之间为间隙配合的滑动连接。固定制动块5固定于制动钳导向架13中的下制动钳口的内侧面上，摩擦衬片3与固定制动块5的上表面用树脂黏合剂牢固粘接成一体，更换时一同更换。摩擦衬片3与固定制动块5皆是横截面为矩形的扇形平板结构件，摩擦衬片3是无石棉的有机摩擦材料。2个结构相同的挡板11通过螺栓安装在制动钳体1中的制动钳口的两侧端面上，2个结构相同的挡板11的内端面与楔形制动块2的前后(或者说左右)端面为间隙配合，2个结构相同的挡板11内侧的矩形导向槽和楔形制动块2的前后(或者说左右)端面上的横截面为矩形的突出的导轨配装在一起为滑动连接，2个结构相同的挡板11上的4～6个结构相同的圆孔与4～6个结构相同的滚柱6两端的滚轴配装在一起为间隙配合，2个结构相同的挡板11上的4～6个结构相同的圆轴孔限制滚柱6沿楔形制动块2大直角边面的平动，只能绕滚柱6的回转轴线转动。

所述的制动钳导向架13上制动钳口的前端长条形上凸台与后端长条形上凸台设置的前端长条形槽与后端长条形槽和制动钳体1上的前端长条形凸台与后端长条形凸台相配合为滑动配合，此种配合起到支撑和水平即X方向的导向作用。另外，所述的配合是指矩形槽的底部和矩形凸台的顶部留有间隙，以防配合过紧发生制动钳体1卡死在制动钳导向架13中的情况。所述的制动钳体1中与XOZ平面平行的两侧面和制动钳导向架13上制动钳口的前端长条形上凸台与后端长条形上凸台的内侧面接触连接是用以限制制动钳体1沿Y方向与制动钳导向架13发生相对运动。制动钳导向架13上制动钳口左侧端面上用两个螺钉固定了一个高度方向(Z方向)上凸出于制动钳导向架13上制动钳口内侧面的挡块14。该挡块14与制动钳体1中的轮缸9左端面的上端设置的平行于YOZ平面的矩形平面相对应但不接触，而且两者间隙应保证固定制动块5与摩擦衬片3磨损后也不应发生两者接触，制动钳导向架13上制动钳口的右端长条形上凸台内侧面和制动钳体1上部的与YOZ平行的右端面相接触，限制制动钳体1的水平(X方向)运动。另外制动钳导向架13和制动钳支架12通过带防尘套的导向销10连接，制动钳导向架13可沿导向销10的轴线上下滑动。

2.楔形制动块顶角的设计

1)满足楔形自增力盘式制动器所需自增力倍数

(1)本发明所述的楔形自增力盘式制动器利用楔形效应产生自增力效果，而楔形制动块2的顶角决定了自增力效果的显著程度。通过对楔形制动块2的受力分析，可知楔形自增力盘式制动器的制动效能因数如下：

$c^{*}=\frac{2\mathrm{\μ}1}{\tan \mathrm{\α}-\mathrm{\μ}1}$

c^*--楔形自增力盘式制动器的制动效能因数；

μ1--楔形制动块与制动盘间的摩擦因数；

α--楔形制动块的顶角，单位.度；

(2)而传统盘式制动器的制动效能因数为：

c＝2μ1

可见，在同等促动力下，楔形自增力盘式制动器的制动力将是传统盘式制动器制动力的1/(tanα-μ1)倍，选择适当的楔形制动块的顶角α，可获得相应的自增力倍数。据此可得楔形自增力盘式制动器的自增力倍数曲线(参阅图3)。图中，楔形制动块的顶角α的值在arctanμ1处自增力倍数发生了突变，甚至变为负值。说明此时楔形自增力盘式制动器可能发生卡死等不希望出现的情况，因此，设计中要求楔形制动块的顶角α要满足α＞arctanμ1的条件。而从图中又可以看出，为了获得较大的增力倍数，又应该使楔形制动块的顶角α的值尽量接近arctanμ1的值。

2)满足楔形制动块所需回复力

对楔形制动块2的回位情况分析，可知楔形制动块2所需回复力如下：(此处假设在施加回复力的瞬间，楔形制动块2的弹性变形尚未发生改变，于是制动盘4对楔形制动块2的反作用力仍为N1)

T＝N1cosα(μ1+μ2-tanα)

T——使楔形制动块退出制动工况所需拉力；

N1——楔形制动块与制动盘间的正压力；

μ1——楔形制动块与制动盘间的摩擦因数；

μ2——楔形制动块与制动钳体间的摩擦因数；

因楔形自增力盘式制动器采用了滚柱6，μ2值极小，而μ1与tanα十分接近，故楔形制动块2回位时所需拉力也十分小，理论计算中可略去。这种采用多个滚珠6来减小制动块回位力的方法可有效防止制动器楔形制动块卡死的失效现象。

3)防止在发生热衰减现象时制动效能丧失过大

楔形自增力盘式制动器的工作过程中，过大的制动力可能导致热衰减的出现，同时磨损也伴随整个制动工作一直存在，这些情况都会导致摩擦系数μ1的变化。特别是热衰减发生时，μ1的值会急剧减小。因此，有必要研究楔形自增力盘式制动器的制动力随μ1变化的情况。

当楔形自增力盘式制动器各个部件都处于良好工作状况时，即理想状态时，楔形自增力盘式制动器的自增力倍数为当楔形自增力盘式制动器长时工作以后，或发生热衰减时，摩擦因数变为μ，自增力倍数变为因此，n/n1即为在相同促动力情况下，热衰减后的制动力占热衰减前制动力的百分数(热衰减比率)。热衰减比率n/n1的值可以反映热衰减情况的严重程度，热衰减比率n/n1的值越大，表示热衰减越小；热衰减比率n/n1的值越小，表示热衰减越严重。参阅图3，图中为楔形制动块2的顶角α取30度、28度、26度、24度与22度值时，热衰减比率n/n1随(楔形自增力盘式制动器长时工作以后或发生热衰减时楔形制动块与制动盘间的)摩擦因数μ的变化曲线。

从图中可以明显看出，当楔形制动块2的顶角α越小，即增力越明显时，热衰减比率n/n1的变化率越大，其衰减趋势越显著。为了防止在发生热衰减等现象时楔形自增力盘式制动器制动效能丧失过大，应该适当增大楔形制动块2的顶角α的取值。

所以设计楔形制动块的顶角时，应综合考虑满足楔形自增力盘式制动器所需自增力倍数、满足楔形制动块所需回复力与防止在发生热衰减现象时制动效能丧失过大，选取一个楔形制动块顶角α的优化值。

Claims (1)

1.一种楔形自增力盘式制动器的设计方法，其特征在于，所述的楔形自增力盘式制动器的设计方法的步骤如下：

1)楔形自增力盘式制动器的总体设计：

(1)楔形自增力盘式制动器的结构设计

所述的楔形自增力盘式制动器包括制动钳体(1)、楔形制动块(2)、2个结构相同的摩擦衬片(3)、固定制动块(5)、4～6个结构相同的滚柱(6)、密封圈(7)、轮缸活塞(8)、轮缸(9)、2个结构相同的挡板(11)、制动钳导向架(13)、挡块(14)与三爪弹簧夹(15)；

(2)楔形自增力盘式制动器中主要零部件的结构设计

a.楔形制动块的结构设计

所述的楔形制动块(2)设计成一个横截面为直角三角形的由斜边面、大直角边面、小直角边面与同和斜边面、大直角边面、小直角边面垂直的前后端面所围成的空心柱体，斜边面与大直角边面之间的夹角被称为楔形制动块(2)的顶角，楔形制动块(2)的前后端面上设置有横截面为矩形的突出的导轨，横截面为矩形的突出的导轨和大直角边面平行；

b.制动钳体的结构设计

所述的制动钳体(1)设计成一个由制动钳口与轮缸(9)铸造而成的一体件，制动钳体(1)的顶端面为一矩形的平面，制动钳体(1)上端的前端面与后端面上沿X方向分别设置有突出的横截面为矩形的前端长条形凸台与后端长条形凸台，制动钳体(1)中的轮缸(9)左端面的上端设置一个平行于YOZ平面的平面，制动钳体(1)中的制动钳口的内侧面是一个与水平面夹角为一定值的斜平面，该夹角的大小和楔形制动快(2)中的楔角相等，制动钳体(1)中的制动钳口的左端设置一个轮缸(9)，轮缸(9)的回转轴线与制动钳口的内侧面平行，轮缸(9)的内壁上设置有安装密封圈(7)的密封圈槽，轮缸活塞(8)安装在轮缸(9)内；

c.挡板的结构设计

所述的楔形自增力盘式制动器中的楔形制动块(2)的两侧对称设置有挡板(11)，两挡板(11)为结构相同的矩形板类结构件，两挡板(11)的上端均布有安装螺栓的通孔，两挡板(11)下端的内侧面上设置有与楔形制动块(2)两端面上的横截面为矩形的导轨为滑动连接的横截面为矩形的导向槽，横截面为矩形的导向槽和矩形挡板(11)的纵向对称面平行，两挡板(11)上设置有安装滚柱(6)的4～6个结构相同的圆轴孔，安装滚柱(6)的4～6个结构相同的圆轴孔的对称轴线相互平行并处于同一平面内，4～6个结构相同的滚柱(6)两端的滚轴与两挡板(11)上的4～6个结构相同的圆轴孔为间隙配合，挡板(11)上安装滚柱(6)的4～6个结构相同的圆轴孔的对称轴所处的平面和横截面为矩形的导向槽平行并处于横截面为矩形的导向槽的上方；

d.制动钳导向架的结构设计

制动钳导向架(13)设计成一个由上制动钳口与下制动钳口组成的U字形的结构件，制动钳导向架(13)的下制动钳口的内侧面为一水平面，下制动钳口内侧面的周边设置有横截面为矩形的长条形凸台，相邻两根长条形凸台是断开的，左侧长条形凸台、前端长条形凸台与右侧长条形凸台的外端面和制动钳导向架(13)下制动钳口的左端面、前端面与右端面在同一平面内，制动钳导向架(13)的上制动钳口的顶端面与内侧面为平面，制动钳导向架(13)上制动钳口的中心处设置有矩形通孔，制动钳导向架(13)的左端与右端设置有左端凸耳与右端凸耳，左端凸耳的左端与右端凸耳的右端沿Z轴方向设置有导向销通孔，制动钳导向架(13)上制动钳口前后端设置有前端长条形上凸台与后端长条形上凸台，前端长条形上凸台与后端长条形上凸台的内侧面上沿X方向设置两条横截面为矩形的前端长条形槽与后端长条形槽，制动钳导向架(13)上制动钳口的左侧端面上设置有两个螺钉孔，制动钳导向架(13)上制动钳口的右端设置有右端长条形上凸台；

(3)楔形自增力盘式制动器中各零部件的装配关系设计

制动钳体(1)的上端装入制动钳导向架(13)上制动钳口上的前端长条形上凸台、右端长条形上凸台、后端长条形上凸台与采用螺钉安装在制动钳导向架(13)上制动钳口的左端面上的挡块(14)之间，其中：制动钳体(1)中与XOZ平面平行的两侧面和制动钳导向架(13)上制动钳口的前端长条形上凸台与后端长条形上凸台的内侧面接触连接，而制动钳体(1)中与YOZ平面平行的两侧面和采用螺钉安装在制动钳导向架(13)上制动钳口的左端面上的挡块(14)的右端面与制动钳导向架(13)上制动钳口的右侧长条形上凸台的内侧面不接触，制动钳导向架(13)上制动钳口的内侧矩形环面和制动钳体(1)的顶端面接触滑动连接；制动钳导向架(13)上制动钳口的前端长条形上凸台与后端长条形上凸台设置的前端长条形槽与后端长条形槽和制动钳体(1)上的前端长条形凸台与后端长条形凸台相配合，制动钳体(1)中的制动钳口的内侧面与4～6个结构相同的滚柱(6)接触连接，4～6个结构相同的滚柱(6)和处于其下方的楔形制动块(2)的大直角边面接触连接，楔形制动块(2)的斜边面上粘接有第一个摩擦衬片(3)，楔形制动块(2)的小直角边面通过三爪弹簧夹(15)与固定于制动钳体(1)中的制动钳口左端的轮缸(9)中轮缸活塞(8)的伸出端连接，楔形制动块(2)的小直角边面与轮缸(9)的中心轴线垂直，密封圈(7)安装在轮缸(9)内壁上的密封圈槽里，轮缸活塞(8)与轮缸(9)之间为间隙配合的滑动连接，固定制动块(5)固定于制动钳导向架(13)中的下制动钳口的内侧面上，第二个摩擦衬片(3)的底面与固定制动块(5)上表面粘接，2个结构相同的挡板(11)通过螺栓安装在制动钳体(1)中的制动钳口的两侧端面上，2个结构相同的挡板(11)的内端面与楔形制动块(2)的前后端面为间隙配合，2个结构相同的挡板(11)内侧的矩形导向槽和楔形制动块(2)的前后端面上的突出的导轨配装在一起为滑动连接，2个结构相同的挡板(11)上的4～6个结构相同的圆孔与4～6个结构相同的滚柱(6)两端的滚轴配装在一起为间隙配合；

2)楔形制动块顶角的设计

(1)满足楔形自增力盘式制动器所需自增力倍数

a.楔形自增力盘式制动器的制动效能因数为：

$c^{*}=\frac{2\mathrm{\μ}1}{\tan \mathrm{\α}-\mathrm{\μ}1}$

c^*--楔形自增力盘式制动器的制动效能因数；

μ1--楔形制动块与制动盘间的摩擦因数；

α--楔形制动块的顶角，单位.度；

b.而传统盘式制动器的制动效能因数为：

c＝2μ1

在同等促动力下，楔形自增力盘式制动器的制动力将是传统盘式制动器制动力的1/(tanα-μ1)倍，选择适当的楔形制动块的顶角α，可获得一定的自增力倍数；

c.根据楔形自增力盘式制动器的自增力倍数曲线得出设计中要求楔形制动块的顶角α要满足α＞arctanμ1的条件；根据楔形自增力盘式制动器的自增力倍数曲线又得出为了获得较大的增力倍数，使楔形制动块的顶角α的值尽量接近arctanμ1的值；

(2)满足楔形制动块所需回复力

楔形制动块(2)所需回复力为：

T＝N1cosα(μ1+μ2-tanα)

T——使楔形制动块退出制动工况所需拉力；

N1——楔形制动块与制动盘间的正压力；

μ1——楔形制动块与制动盘间的摩擦因数；

μ2——楔形制动块与制动钳体间的摩擦因数；

(3)防止在发生热衰减现象时制动效能丧失过大

a.当楔形自增力盘式制动器各个部件都处于良好工作状况时，楔形自增力盘式制动器的自增力倍数为

b.当楔形自增力盘式制动器长时工作以后，或发生热衰减时，摩擦因数变为μ，自增力倍数变为

c.热衰减比率n/n1的值可以反映热衰减情况的严重程度，由试验得出，为了防止在发生热衰减等现象时楔形自增力盘式制动器制动效能丧失过大，应该增大楔形制动块的顶角α的取值；

(4)所以设计楔形制动块的顶角时，应综合考虑满足楔形自增力盘式制动器所需自增力倍数、满足楔形制动块所需回复力与防止在发生热衰减现象时制动效能丧失过大，选取一个楔形制动块顶角α的优化值。

Images