CN109139750A - 制动作动用机械蓄能组件及其装配方法 - Google Patents

制动作动用机械蓄能组件及其装配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制动作动用机械蓄能组件及其装配方法，涉及车辆传动系统设计技术领域。本发明设计的制动作动用机械蓄能组件，其中通过中心杆、球头、关节轴承、压簧、推进螺栓和垫片的匹配设计，能够弥补电动缸不足，回收电动缸动作时的能量，辅助电动缸实现制动的快速响应，为整车一体化及紧凑型设计创造了条件。针对制动器摩擦片磨损带来的制动行程变大问题，该机构还能够实现及时调整功能，弥补摩擦片的磨损所带来的行程变大导致响应变慢的问题。

Description

制动作动用机械蓄能组件及其装配方法
技术领域
本发明涉及车辆传动系统设计技术领域，具体涉及一种制动作动用机械蓄能组件及其装配方法。
背景技术
高机动性是车辆的重要性能之一，其要求制动系统应具有响应速度快、集成度高的特点，传统的制动作动系统多为液压系统，其具有响应速度慢，集成度低，摩擦片磨损后无法及时调整等缺点，已经逐渐无法适应新一代车辆的高机动性使用需求。如何在高速下快速制动、在制动结束后快速回位以便提升车速，一直是车辆制动系统设计所追求的目标。此外，制动器摩擦片在使用过程中不断磨损，制动行程和回位行程逐渐变大，由此造成制动空行程增大、响应速度下降，如何弥补磨损带来的响应速度下降问题，保证制动系统长期可靠高效的工作亦是制动系统设计的重点研究内容。
新型电驱动车辆制动系统的作动采用电动缸实现作动，电动缸较液压缸相比，功率密度低，在有负载的情况下要提高制动响应速度，就要求增加电机功率，这样在相同负载、相同响应速度下，造成电动缸的体积较大，与整车一体化及紧凑型设计理念相悖。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种制动作动用机械蓄能组件及其装配方法，满足新型制动系统快速制动和回位，并实现及时调整满足摩擦片磨损后制动行程变大但仍能快速响应的需求。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制动作动用机械蓄能组件，包括蓄能元件及预压工装，每组蓄能元件包括中心杆1、球头2、关节轴承5和压簧6，所述预压工装包括推进螺栓3和垫片4；
所述中心杆1的一头为关节轴承5，另一头为中空，中空的一头加工内螺纹，压簧6套在中心杆1上，球头2压在所述中心杆1的另一头中空位置的槽孔内，所述中心杆1的内螺纹与推进螺栓3的外螺纹相匹配，垫片4用于拧紧推进螺栓3时配合装配，实现压簧6的预压缩，通过预压工装的推进螺栓3及中心杆1的内螺纹的推进作用，配合垫片4的作用，实现压簧6的预压缩，预压缩后的压簧6及预压缩工装组成一个相对独立的压簧组件；
所述球头2与其安装位置的槽孔匹配，实现导向作用，安装位置槽孔为内凹球形，尺寸与球头2匹配设计，实现球面配对；
所述垫片4的内孔直径大于中心杆1的外径，垫片4的外径大于球头2端面处的外径，小于球头2安装位置的槽孔的直径；
所述关节轴承5与制动系统的制动臂连接，可实现万向旋转；
优选地，所述制动作动用机械蓄能组件还包括调整组件，所述调整组件包括调整螺杆(7)、调整架(8)和锁紧螺母(9)，所述调整螺杆(7)一端与调整架(8)固连后套上锁紧螺母(9)，调整螺杆(7)的外螺纹与锁紧螺母(9)的内螺纹匹配，调整螺杆(7)另一端与制动系统的加压件固连。
优选地，所述中心杆1的内螺纹长度可调。
优选地，所述压簧6为圆柱螺旋弹簧。
优选地，所述压簧6为碟形弹簧。
优选地，所述推进螺栓3的长度可调。
优选地，所述压簧6选取B系列碟片，每组数量为80片，按照对合方式叠加套在中心杆1上。
本发明还提供了一种所述的制动作动用机械蓄能组件的装配方法，包括以下步骤：装配时，将设计所需几组压簧6按照对合方式逐对套在中心杆1上，垫片4、球头2和最后几组压簧6先逐个套在推进螺栓3上，然后推进螺栓3与中心杆1内螺纹对接，拧紧推进螺栓3，实现推进螺栓3向中心杆1的推进，从而通过螺纹的推进作用实现压簧6的预压缩，直至压簧6总高度小于安装位置长度，这时推进螺栓3、垫片4、压簧6变成一个相对独立的部件，可移动；将完成预压缩的压簧6放至装配位置后，拧松推进螺栓3，垫片4和推进螺栓3在压簧6释放的过程中也逐渐释放，直至球头2沉入安装位置槽孔，最后彻底拧松推进螺栓3，垫片4在压簧6逐渐释放的过程中随推进螺栓3一并拆卸下来。
优选地，最后还将所述关节轴承5与制动系统的制动臂连接，将所述调整螺杆7一端与调整架8固连后套上锁紧螺母9，调整螺杆7的外螺纹与锁紧螺母9的内螺纹匹配，并将调整螺杆7另一端与制动系统的加压件固连，通过调整调整架8和调整螺杆7的相对位置实现压簧6的位移量调整。
(三)有益效果
本发明设计的制动作动用机械蓄能组件，其中通过中心杆、球头、关节轴承、压簧、推进螺栓和垫片的匹配设计，能够弥补电动缸不足，回收电动缸动作时的能量，辅助电动缸实现制动的快速响应，为整车一体化及紧凑型设计创造了条件。针对制动器摩擦片磨损带来的制动行程变大问题，该机构还能够实现及时调整功能，弥补摩擦片的磨损所带来的行程变大导致响应变慢的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的蓄能组件在整机中工作原理示意图；
图2是本发明实施例的蓄能组件部件零件示意图；
图3本发明实施例的蓄能组件部件零件及其与制动臂连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
根据车辆行驶安全性设计，制动系统包括加压件和作动缸，制动系统设计为常闭状态，即自然常态下，制动器摩擦片为制动状态，蓄能组件处于放松状态。行车时，在作动缸的作用下，蓄能元件压缩，制动摩擦片分离，此时蓄能元件吸收作动缸的动能，处于最大储能状态，作动缸的动能转变为蓄能元件的变形能，此时制动系统无制动力。当需要制动或驻车时，作动缸放开对蓄能元件的作用力，蓄能元件储存的能量迅速释放，推动制动系统的加压件动作实现制动或驻车。根据设计需要，蓄能元件可以是蓄能器、弹簧组件或其他蓄能机构，作动缸可以是液压缸、电动缸等。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种制动作动用机械蓄能组件，包括蓄能元件、调整组件，及匹配设计的预压工装，每组蓄能元件包括中心杆1、球头2、关节轴承5和压簧6，调整组件主要包括调整螺杆7、调整架8、锁紧螺母9，预压工装主要包括推进螺栓3和垫片4；
所述中心杆1的一头为关节轴承5，另一头为中空，中空的一头加工内螺纹，压簧6套在中心杆1上，球头2压在所述中心杆1的另一头中空位置的槽孔内。所述中心杆1的内螺纹与推进螺栓3的外螺纹相匹配，垫片4用于拧紧推进螺栓3时配合装配，实现压簧6的预压缩。通过预压工装的推进螺栓3及中心杆1的内螺纹的推进作用，配合垫片4的作用，实现压簧6的预压缩，预压缩后的压簧6及预压缩工装组成一个相对独立的压簧组件。
所述球头2与其安装位置的槽孔匹配，实现导向作用，确保蓄能组件的压簧6受力均匀，减少偏载力的影响。安装位置槽孔为内凹球形，尺寸与球头2匹配设计，实现球面配对，具有良好的贴合度和定位导向作用，且减小制动时零件相对运动的摩擦力和产生的附加力。
所述垫片4的内孔直径大于中心杆1的外径，垫片4的外径大于球头2端面处的外径，小于球头2安装位置的槽孔的直径，既可以实现压簧6的预压缩，又可以在装配后垫片4和推进螺栓3的轻易拆卸。
所述关节轴承5与制动系统的制动臂连接，可实现万向旋转，减少中心杆所受偏载力的影响，增强压簧受力均匀性。
所述调整组件基于调整架8实现，利用螺纹连接的特点，一端固定，另一端连接可动部件(加压件)，当锁紧螺母9在调整螺杆7上移动时，可动端连接的部件也相应移动。调整螺杆7一端与调整架8固连后套上锁紧螺母9，调整螺杆7的外螺纹与锁紧螺母9的内螺纹匹配，调整螺杆7另一端与制动系统的加压件固连，转动调整螺杆7可以减少或增大制动系统的作动行程，位置调整好后通过拧紧锁紧螺母9固定位置，防止在使用过程中由于螺纹松动导致作动行程变化。
所述中心杆1的内螺纹长度可调。
所述压簧6为圆柱螺旋弹簧或碟形弹簧或其他蓄能部件。
所述推进螺栓3的长度可调。
本实施例中为满足紧凑型设计要求，弹簧蓄能组件采用碟片弹簧多组并联设计。根据制动系统所需制动力大小，选择合适的组件结构和组件数量，确定压簧6选取B系列碟片，每组数量为80片、组合方式为对合。
本实施例中使用蝶形弹簧，因为和圆柱形螺旋弹簧相比，蝶形弹簧具有以下特点：
1、刚度大，缓冲吸振能力强，能以小变形承受大载荷，适用于轴向空间要求小的场合。
2、具有变形刚度特性，可通过适当选择碟形弹簧的压平时变形量和厚度之比，得到不同的特性曲线。其特性曲线可以呈直线型、渐增形、渐减形或是他们的组合，具有很广范围的非线性特性。
3、用同样的碟形弹簧采用不同的组合方式，能使弹簧特性在很大范围内变化。可采用对合、叠合的组合方式，也可采用复合不同厚度、不同片数等的组合方式。当叠合时，相对于同一变形，弹簧数越多则载荷越大。当对合时，对于同一载荷，弹簧数越多则变形越大。
将设计数量的碟簧按照对合方式叠加套在中心杆1上，此时，碟簧高度高出中心杆1长度，如果靠人工将碟簧压缩后装配，一是实现难度极大，碟簧压缩过程中极易崩出造成危险，二是移动和调整不够灵活，三是调试中一旦作动行程变大，蝶形弹簧极易飞出，因此，需通过以下方法对制动作动用机械蓄能组件进行装配，包括以下步骤：装配时，将设计所需几组压簧6按照对合方式逐对套在中心杆1上，垫片4、球头2和最后几组压簧6先逐个套在推进螺栓3上，然后推进螺栓3与中心杆1内螺纹对接，拧紧推进螺栓3，此时只需较小的扭矩即可实现推进螺栓3向中心杆1的推进，从而通过螺纹的推进作用实现压簧6的预压缩，直至压簧6总高度小于安装位置长度，这时推进螺栓3、垫片4、压簧6变成一个相对独立的部件，可以方便的移动。将完成预压缩的压簧6放至装配位置后，拧松推进螺栓3，垫片4和推进螺栓3在压簧6释放的过程中也逐渐释放，直至球头2沉入安装位置槽孔，最后彻底拧松推进螺栓3，垫片4在压簧6逐渐释放的过程中随推进螺栓3一并拆卸下来，实现制动作动用机械蓄能组件的初步装配。还将所述关节轴承5与制动系统的制动臂连接，将所述调整螺杆7一端与调整架8固连后套上锁紧螺母9，调整螺杆7的外螺纹与锁紧螺母9的内螺纹匹配，并将调整螺杆7另一端与制动系统的加压件固连，可通过调整调整架8和调整螺杆7的相对位置实现压簧6的位移量调整。
根据牛顿第三运动定律：相互作用的两个质点之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。当有力作用在蓄能组件的球头2的球面上时，力可分解为沿轴向和沿径向的两方向的力，球头2与其安装位置槽孔的球面相互作用，沿径向的力互相抵消，沿轴向上的力提供对压簧6的正向压力。关节轴承5的受力与球头2的受力情况类似，由于约束的作用，除轴向之外其它方向的受力由于作用力和反作用力作用，互相抵消。因此，蓄能组件中关节轴承5和球头2的组合设计，极大的降低了蓄能组件工作中所承受偏载力的影响，使得蓄能元件只承受轴向力，提高工作可靠性；且关节轴承5与制动臂连接，制动臂转动对中心杆1造成摆动，由此产生的附加力通过球头2、球头安装位置槽孔和关节轴承5的组合设计实现最大程度的降低。中心杆和压簧6的组合设计，使得压簧6可选择范围更宽，受压蓄能时，在中心杆1的导向作用下不会发生较大挠曲变形，最大限度的实现能量转化；此外，中心杆1长度与压簧6安装空间的合理匹配，使得中心杆1不至于太长影响零件运动也不至于太短导致作动件运动时中心杆1从制动器上脱落；中心杆1和推进螺栓3的组合设计，使得压簧6预压缩难度极大降低，经预压缩推进螺栓3变成独立的装配部件，可实现灵活便捷装配；蓄能元件可与作动缸实现组合设计，使能量利用率极大提升，实现制动的快速响应；当制动器摩擦片磨损后，通过调整调整架8和调整螺杆7的相对位置实现压簧6的位移量调整，定期调整保证制动器的制动空行程最小，实现快速响应。调整组件与蓄能元件的匹配设计，弥补了制动摩擦片正常使用过程中的磨损，可以及时方便的调整作动行程，满足快速制动和回位的需求，延长保养周期；蓄能组件模块化的设计使得其可根据不同需要，满足多种布置形式，方便灵活。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种制动作动用机械蓄能组件，其特征在于，包括蓄能元件及预压工装，每组蓄能元件包括中心杆(1)、球头(2)、关节轴承(5)和压簧(6)，所述预压工装包括推进螺栓(3)和垫片(4)；
所述中心杆(1)的一头为关节轴承(5)，另一头为中空，中空的一头加工内螺纹，压簧(6)套在中心杆(1)上，球头(2)压在所述中心杆(1)的另一头中空位置的槽孔内，所述中心杆(1)的内螺纹与推进螺栓(3)的外螺纹相匹配，垫片(4)用于拧紧推进螺栓(3)时配合装配，实现压簧(6)的预压缩，通过预压工装的推进螺栓(3)及中心杆(1)的内螺纹的推进作用，配合垫片(4)的作用，实现压簧(6)的预压缩，预压缩后的压簧(6)及预压缩工装组成一个相对独立的压簧组件；
所述球头(2)与其安装位置的槽孔匹配，实现导向作用，安装位置槽孔为内凹球形，尺寸与球头(2)匹配设计，实现球面配对；
所述垫片(4)的内孔直径大于中心杆(1)的外径，垫片(4)的外径大于球头(2)端面处的外径，小于球头(2)安装位置的槽孔的直径；
所述关节轴承(5)与制动系统的制动臂连接，可实现万向旋转。
2.如权利要求1所述的制动作动用机械蓄能组件的装配方法，其特征在于，所述制动作动用机械蓄能组件还包括调整组件，所述调整组件包括调整螺杆(7)、调整架(8)和锁紧螺母(9)，所述调整螺杆(7)一端与调整架(8)固连后套上锁紧螺母(9)，调整螺杆(7)的外螺纹与锁紧螺母(9)的内螺纹匹配，调整螺杆(7)另一端与制动系统的加压件固连。
3.如权利要求2所述的制动作动用机械蓄能组件的装配方法，其特征在于，所述中心杆(1)的内螺纹长度可调。
4.如权利要求2所述的制动作动用机械蓄能组件的装配方法，其特征在于，所述压簧(6)为圆柱螺旋弹簧。
5.如权利要求2所述的制动作动用机械蓄能组件的装配方法，其特征在于，所述压簧(6)为碟形弹簧。
6.如权利要求2所述的制动作动用机械蓄能组件的装配方法，其特征在于，所述推进螺栓(3)的长度可调。
7.如权利要求5所述的制动作动用机械蓄能组件的装配方法，其特征在于，所述压簧(6)选取B系列碟片，每组数量为80片，按照对合方式叠加套在中心杆1上。
8.一种权利要求2至7中任一项所述的制动作动用机械蓄能组件的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：装配时，将设计所需几组压簧(6)按照对合方式逐对套在中心杆(1)上，垫片(4)、球头(2)和最后几组压簧(6)先逐个套在推进螺栓(3)上，然后推进螺栓(3)与中心杆(1)内螺纹对接，拧紧推进螺栓(3)，实现推进螺栓(3)向中心杆(1)的推进，从而通过螺纹的推进作用实现压簧(6)的预压缩，直至压簧(6)总高度小于安装位置长度，这时推进螺栓(3)、垫片(4)、压簧(6)变成一个相对独立的部件，可移动；将完成预压缩的压簧(6)放至装配位置后，拧松推进螺栓(3)，垫片(4)和推进螺栓(3)在压簧(6)释放的过程中也逐渐释放，直至球头(2)沉入安装位置槽孔，最后彻底拧松推进螺栓(3)，垫片(4)在压簧(6)逐渐释放的过程中随推进螺栓(3)一并拆卸下来。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，最后还将所述关节轴承(5)与制动系统的制动臂连接，将所述调整螺杆(7)一端与调整架(8)固连后套上锁紧螺母(9)，调整螺杆(7)的外螺纹与锁紧螺母(9)的内螺纹匹配，并将调整螺杆(7)另一端与制动系统的加压件固连，通过调整调整架8和调整螺杆7的相对位置实现压簧6的位移量调整。
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