CN104047975B - 一种自定心鼓式制动器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自定心鼓式制动器及其使用方法，包括制动鼓、制动蹄，所述制动蹄通过一制动蹄支架对称设置在所述制动鼓内，所述制动蹄的外表面设置有摩擦衬片，靠近所述制动蹄的张开端处设置有制动凸轮，所述制动蹄的支承端设置有支承销，且该制动蹄可绕所述支承销转动，所述支承销活动设置在所述制动蹄支架上，并根据所述制动蹄的制动力的大小自定义所述制动蹄的支承端的支承中心，使摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面增大；制动蹄的支承端不仅能够绕支承销转动，同时还可伴随支承销上下滑动，自定义支承中心，使摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面增大，从而提高鼓式制动器的制动效率及安全性。

Description

一种自定心鼓式制动器及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种鼓式制动器，尤其涉及的是一种自定心鼓式制动器及其使用方法。

背景技术

目前，挂车车轴上配备的制动器还是以鼓式制动器为主，如图1所示，图1是现有技术中鼓式制动器的结构示意图，其包括车轴体100、制动鼓200、对称设置的制动蹄（左制动蹄300a和右制动蹄300b），制动蹄通过制动蹄支架310固设在车轴体100上。在制动蹄的外表面上设置有摩擦衬片（左摩擦衬片320a和右摩擦衬片320b）；在制动蹄的张开端设置有滚轮（左滚轮330a和右滚轮330b），并靠近制动蹄的张开端处设置有与滚轮相啮合的制动凸轮400，该制动凸轮400通过凸轮轴及气压或液压驱动装置驱动迫使制动蹄张开，在车轴体100上设置有固定凸轮轴的凸轮轴支架410；制动蹄的支承端通过支承销（左支承销340a和右支承销340b）转动设置在制动蹄支架310上。另外，在制动蹄的张开端设置有复位弹簧510，在制动蹄的支承端设置有限位弹簧520。

上述中制动蹄支架310和凸轮轴支架410与车轴体100的具体连接结构如图2所示，图2是本现有技术中鼓式制动器中车轴体与制动蹄支架和凸轮轴支架的连接结构示意图，制动蹄支架310和凸轮轴支架410相应的焊接在车轴体100的侧部。当然，现有技术中，也有将制动蹄支架310与凸轮轴支架410做成一体，统称为底板支架。制动蹄支架、凸轮轴支架或底板支架多数采用焊接的方式焊接在中间的车轴体100上，然后通过加工专机加工凸轮轴安装孔411、支承销安装孔（左支承销安装孔311a和右支承销安装孔311b），保证尺寸和位置度。

鼓式制动器的制动工作原理如下：由气压或液压驱动装置工作，迫使制动蹄铁上的摩擦衬片压紧在与车轮—起转动的制动鼓的内壁表面上进行摩擦，以对该车轮实施制动。

目前结构的鼓式制动器在实际应用过程中，随着车速的提高，道路的完善，其缺陷也越来越明显，如制动力不足、制动跑偏、制动热衰退厉害、制动鼓高温所造成爆胎等等。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种自定心鼓式制动器及其使用方法，旨在解决现有鼓式制动器制动力不足、制动跑偏、制动热衰退厉害、制动鼓高温所造成爆胎等等问题。

本发明的技术方案如下：

一种自定心鼓式制动器，包括制动鼓、制动蹄，所述制动蹄通过一制动蹄支架对称设置在所述制动鼓内，所述制动蹄的外表面设置有摩擦衬片，靠近所述制动蹄的张开端处设置有制动凸轮，所述制动蹄的支承端设置有支承销，且该制动蹄可绕所述支承销转动，所述支承销活动设置在所述制动蹄支架上，并根据所述制动蹄的制动力的大小自定义所述制动蹄的支承端的支承中心，使摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面增大。

所述的自定心鼓式制动器，其中，所述制动蹄支架上斜向设置有长圆形的第一销孔，所述第一销孔包括位于上部的第一支承中心，以及位于下部的第二支承中心，所述支承销嵌合在所述第一销孔内，且该支承销的中心处于所述第一支承中心或第二支承中心上。

所述的自定心鼓式制动器，其中，所述第一销孔的内径尺寸与所述支承销的外径尺寸相等。

所述的自定心鼓式制动器，其中，所述第一销孔与所述支承销之间嵌套有长圆形的第一导向环，所述第一导向环的外径尺寸与所述第一销孔的内径尺寸相等，而所述第一导向环的内径尺寸与所述支承销的外径尺寸相等。

所述的自定心鼓式制动器，其中，所述支撑销支架上设置有圆形的第二销孔，所述第二销孔内嵌套有外部为圆形、内部为长圆形的第二导向环，所述第二导向环包括位于上部的第三支承中心，以及位于下部的第四支承中心，所述支承销嵌合在所述第二导向环内，且该支承销的中心处于所述第三支承中心或第四支承中心上。

所述的自定心鼓式制动器，其中，所述第二导向环的外径尺寸与所述第二销孔的内径尺寸相等，而所述第二导向环的内径尺寸与所述支承销的外径尺寸相等。

一种自定心鼓式制动器的使用方法，包括步骤：

A、通过转动凸轮将制动蹄的张开端撑开，使制动蹄的支承端绕支承销转动；

B、制动蹄外表面上的摩擦衬片与制动鼓内壁接触并发生摩擦；

C、支承销根据制动蹄的制动力的大小自定义该制动蹄的支承端的支承中心，使摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面增大。

所述的自定心鼓式制动器的使用方法，其中，所述步骤C具体包括：

C1、支承销的中心由第一支承中心转到第二支承中心，或由第三支承中心转到第四支承中心；

C2、摩擦衬片与制动鼓内壁由部分接触逐渐到完全接触。

本发明的有益效果：

与现有技术相比，本发明所提供的一种自定心鼓式制动器及其使用方法，制动蹄的支承端不仅能够绕支承销转动，同时还可伴随支承销上下滑动，自定义支承中心，使摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面增大，从而提高鼓式制动器的制动效率及安全性。

附图说明

图1是现有技术中鼓式制动器的结构示意图；

图2是本现有技术中鼓式制动器中车轴体与制动蹄支架和凸轮轴支架的连接结构示意图；

图3是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄支架改进实施例一的结构示意图；

图4是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄支架改进实施例二的结构示意图；

图5是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄支架改进实施例三的结构示意图；

图6是本发明自定心鼓式制动器中确定制动蹄滑动角度及滑动量的原理图；

图7a是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄的第一状态图；

图7b是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄的第二状态图；

图8a是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄的第三状态图；

图8b是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄的第四状态图。

具体实施方式

本发明提供一种自定心鼓式制动器及其使用方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1所示，传统的鼓式制动器其操作过程如下所述：

当制动时，凸轮轴（图中为示出）带动制动凸轮400转动，从而推动制动蹄压迫制动鼓200，制动鼓200受到摩擦产生摩擦力矩而减速，迫使车轮减速或停止转动。

本发明所采用的自定心鼓式制动器的工作原理与传统的鼓式制动器一致，其主要区别是制动工作过程中制动蹄的运动方式不同，传统的鼓式制动器的制动蹄只能绕支承销转动，而自定心鼓式制动器的制动蹄具有两个自由度，它可以转动和上下滑动，这种工作方式使它可以自我调整工作状态，以保证摩擦衬片与制动鼓内壁能够有较多的接触面，甚至是完全贴合，即自定心方式，从而达到提升制动性能的目的。

该自定心鼓式制动器，其包括：制动鼓200、制动蹄（左制动蹄300a和右制动蹄300b），所述制动蹄通过一制动蹄支架310对称设置在所述制动鼓200内，所述制动蹄的外表面设置有摩擦衬片（左摩擦衬片320a和右摩擦衬片320b），靠近所述制动蹄的张开端处设置有制动凸轮400，所述制动蹄的支承端设置有支承销（左支承销340a和右支承销340b），且该制动蹄可绕所述支承销转动，所述支承销活动设置在所述制动蹄支架上，并根据所述制动蹄的制动力的大小自定义所述制动蹄的支承端的支承中心，使摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面增大。

如图3所示，图3是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄支架改进实施例一的结构示意图，所述制动蹄支架310上斜向设置有长圆形的第一销孔（左第一销孔3101a和右第一销孔3101b），所述第一销孔包括位于上部的第一支承中心，以及位于下部的第二支承中心，所述支承销嵌合在所述第一销孔内，且该支承销的中心处于所述第一支承中心或第二支承中心上。也就是说，支承销可在第一销孔内斜向上下滑动自定义支承中心，从而使摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面尽可能的大。

进一步地，所述第一销孔的内径尺寸与所述支承销的外径尺寸相等。

如图4所示，图4是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄支架改进实施例二的结构示意图，在实施例一的基础作进一步改进，在所述第一销孔与所述支承销之间嵌套有长圆形的第一导向环（左第一导向环3111a和右第一导向环3111b），所述第一导向环的外径尺寸与所述第一销孔的内径尺寸相等，而所述第一导向环的内径尺寸与所述支承销的外径尺寸相等。

如图5所示，图5是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄支架改进实施例三的结构示意图，所述支撑销支架310上设置有圆形的第二销孔（左第二销孔3102a和右第二销孔3102b），所述第二销孔内嵌套有外部为圆形、内部为长圆形的第二导向环（左第二导向环3112a和右第一导向环3112b），所述第二导向环包括位于上部的第三支承中心，以及位于下部的第四支承中心，所述支承销嵌合在所述第二导向环内，且该支承销的中心处于所述第三支承中心或第四支承中心上。

进一步地，所述第二导向环的外径尺寸与所述第二销孔的内径尺寸相等，而所述第二导向环的内径尺寸与所述支承销的外径尺寸相等。

基于上述自定心鼓式制动器的实施例，本发明还提供一种自定心鼓式制动器的使用方法，其包括步骤：

步骤S610、通过转动凸轮将制动蹄的张开端撑开，使制动蹄的支承端绕支承销转动；

步骤S620、制动蹄外表面上的摩擦衬片与制动鼓内壁接触并发生摩擦；

步骤S630、支承销根据制动蹄的制动力的大小自定义该制动蹄的支承端的支承中心，以增大所述摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面积。

其中，所述步骤S630具体包括：

步骤S631、支承销的中心由第一支承中心转到第二支承中心，或由第三支承中心转到第四支承中心；

步骤S632、摩擦衬片与制动鼓内壁由部分接触而转到完全接触。

针对本发明自定心鼓式制动器中制动蹄的上下滑动角度和滑动量的确定作具体叙述：

如图6所示，图6是本发明自定心鼓式制动器中确定制动蹄滑动角度及滑动量的原理图，O点为制动鼓的中心点，O₂点为摩擦衬片内圆弧（制动蹄外圆弧）的圆心，点O₁和点O₂在同一个圆（以O点为圆心，半径为摩擦衬片最大厚度δmax）上，O₁ 和O₂连线平行于支承面，C点为制动蹄支承端支承点（支承销的中心点），B是摩擦衬片表面任意一点，B₂是制动蹄张开端的摩擦衬片表面与制动鼓的接触点，B₁是制动蹄支承端的摩擦衬片表面与制动鼓的接触点，假设摩擦衬片厚度的分布规律符合表达式：

摩擦衬片厚度δ_B（β）=δmax·cosβ；

同时摩擦衬片受压径向变形的分布规律为：

γ_B（β）=γmax·cosβ；

其中，γ_B（β）为B点摩擦衬片厚度的变形量，γmax为摩擦衬片最大厚度点的径向变形量。

设摩擦衬片宽度为b，制动鼓半径为R，摩擦系数为µ，P为张开力，T为等效切向合力，N为等效法向合力，Q为等效切向合力T与等效法向合力N的矢量和（Q=T+N），设摩擦衬片上所受到的力为等压分布，所以等效径向合力作用在包角平分线上，于是作用在衬片摩擦表面任意点B处的微元面积bRdØ上的法向力dN及其相应的切向力（摩擦力）dT分别为：

dN=bRPdØ和dT=µbRPdØ。

由于假设了摩擦衬片的压力是等压分布，则dN在包角平分线上的投影为dN=bRPcosØdØ，经过积分运算有N=2bRPsin(Ø/2)；

dT在包角平分线法向上的投影为dT=µbRPcosØdØ，经过积分运算有T=2µbRPsin(Ø/2)；

所以等效切向合力T对制动鼓中心O点力矩为M_T =2LµbRPsin(Ø/2) =µbRPR（Ø₂－Ø₁）；

其中，式中L为等效切向合力T的作用点至制动鼓中心的距离，L= R（Ø₂－Ø₁）/[2sin(Ø/2)]。

为保证制动蹄的自定心工作状态，等效合力Q的作用线与制动蹄支承面的法线之间的夹角应包括有制动蹄与支承面之间的摩擦角，此夹角即为最佳滑动的角度。

同时，制动蹄在支撑面上的滑动量随着摩擦衬片的磨损而变得越来越大，假设设摩擦衬片的最大磨损量为S，滑动的角度为θ，则滑动量最大值为S/sinθ。

结合图7a、图7b、图8a及图8b，对本发明自定义鼓式制动器中制动蹄的动态工作过程进行分析：

情况一，制动鼓无热膨胀及制动鼓的内半径与摩擦衬片的外表面半径差（制动间隙）符合使用要求。

如图7a所示，图7a是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄的第一状态图，制动起始时，在凸轮轴张开力P的作用下，制动蹄绕支承销中心C转动，其上的摩擦衬片开始靠向制动鼓，先是D₁区域（即B₂点至D₁点的弧面区间）处的摩擦衬片与制动鼓发生摩擦，从而产生等效法向合力N₁和等效径向合力f₁（摩擦力）、支承销反作用力F₁，F₂为回位弹簧的拉力，其中，D₁点与C点之间的夹角为90°。

由于制动蹄具有两个自由度（张开端和支承端），在以上合力的作用下，制动蹄连同支承销将顺着精密耐磨导向环的导向槽（即销孔）向左下方滑动，如图7b所示，图7b是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄的第二状态图，原来摩擦衬片外表面的中心O将移动到点O₁位置，同时在弹簧拉力F₄和法向力N₂的作用下，迫使滚轮与凸轮轴的交点E₁也移动到点E₂位置，张开力P减小为P₂，摩擦区域也由D₁区域（即B₂点至D₁点的弧面区间）变为D₂区域（即B₂点至D₂点的弧面区间），向包角平分线（经过O点的水平线，将摩擦衬片一分为二，即靠近制动蹄张开端的上部区域和靠近制动蹄支承端的下部区域）靠近，这样就为了摩擦后的更快全贴合创造了条件。

情况二，制动鼓热膨胀及制动鼓的内半径与摩擦衬片的外表面半径相等（摩擦衬片已磨损）。

如图8a所示，图8a是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄的第三状态图制动起始时，在凸轮轴张开力P的作用下，制动蹄绕支承销中心C转动，其上的摩擦衬片开始靠向制动鼓，先是D₃区域（即B₂点至D₃点的弧面区间）处的摩擦衬片与制动鼓发生摩擦，从而产生等效法向合力N₃和等效径向合力f₃（摩擦力）、支承销反作用力F₁，F₂为回位弹簧的拉力。

而由于制动蹄具有两个自由度（张开端和支承销端），在以上合力的作用下，制动蹄连同支承销将顺着精密耐磨导向环的导向槽（即销孔）向左下方滑动，如图8b所示，图8b是本发明自定心鼓式制动器中制动蹄的第四状态图，同时在弹簧拉力F₄和法向力N₄的作用下，迫使滚轮与凸轮轴的交点E₁也移动到点E₂位置，张开力P减小为P₂，原来摩擦衬片外表面的中心O₃将移动到与制动鼓中心点O位置基本重合，摩擦区域也由D₃的局部区域变为整体全贴合，动态工作过程结束。

另外，需要注意的是，在车辆前进时，制动过程中，要保证车轮的旋转方向与制动器上的制动凸轮轴的旋转方向一致。

综上所述，本发明所提供的一种自定心鼓式制动器及其使用方法，制动蹄的支承端不仅能够绕支承销转动，同时还可伴随支承销上下滑动，自定义支承中心，使摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面增大，从而提高鼓式制动器的制动效率及安全性。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种自定心鼓式制动器，包括制动鼓、制动蹄，所述制动蹄通过一制动蹄支架对称设置在所述制动鼓内，所述制动蹄的外表面设置有摩擦衬片，靠近所述制动蹄的张开端处设置有制动凸轮，所述制动蹄的支承端设置有支承销，且该制动蹄可绕所述支承销转动，其特征在于，所述支承销活动设置在所述制动蹄支架上，并根据所述制动蹄的制动力的大小自定义所述制动蹄的支承端的支承中心，使摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面增大；

等效合力的作用线与制动蹄的支承面的法线之间的夹角包括有制动蹄与支承面之间的摩擦角；

所述等效合力为等效切向合力与等效法向合力的矢量和；

制动蹄在支撑面上的滑动量随着摩擦衬片的磨损逐渐增大，滑动量最大值为S/sinθ，其中S为摩擦衬片的最大磨损量，θ为滑动的角度；

所述支撑销支架上设置有圆形的销孔，所述支承销在销孔内斜向上下滑动自定义支承中心，所述销孔内嵌套有外部为圆形、内部为长圆形的导向环，所述导向环包括位于上部的支承中心，以及位于下部的支承中心，所述支承销嵌合在所述导向环内，且该支承销的中心处于所述位于上部的支承中心或位于下部的支承中心上；

制动过程中，车轮的旋转方向与制动器上的制动凸轮轴的旋转方向一致。

2.根据权利要求1所述的自定心鼓式制动器，其特征在于，所述导向环的外径尺寸与所述销孔的内径尺寸相等，而所述导向环的内径尺寸与所述支承销的外径尺寸相等。

3.一种自定心鼓式制动器的使用方法，其特征在于，包括步骤：

A、通过转动凸轮将制动蹄的张开端撑开，使制动蹄的支承端绕支承销转动；

B、制动蹄外表面上的摩擦衬片与制动鼓内壁接触并发生摩擦；

C、支承销根据制动蹄的制动力的大小自定义该制动蹄的支承端的支承中心，以增大所述摩擦衬片与制动鼓内壁的接触面积；

制动蹄在支撑面上的滑动量随着摩擦衬片的磨损逐渐增大，滑动量最大值为S/sinθ，其中S为摩擦衬片的最大磨损量，θ为滑动的角度；

所述支撑销支架上设置有圆形的销孔，所述销孔内嵌套有外部为圆形、内部为长圆形的导向环，所述导向环包括位于上部的支承中心，以及位于下部的支承中心，所述支承销嵌合在所述导向环内，且该支承销的中心处于所述位于上部的支承中心或位于下部的支承中心上。

4.根据权利要求3所述的自定心鼓式制动器的使用方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

C1、支承销的中心由位于上部的支承中心转到位于下部的支承中心；

C2、摩擦衬片与制动鼓内壁由部分接触逐渐到完全接触。