CN117043488A - 单活塞空气盘式制动器 - Google Patents

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CN117043488A CN202080108141.9A CN202080108141A CN117043488A CN 117043488 A CN117043488 A CN 117043488A CN 202080108141 A CN202080108141 A CN 202080108141A CN 117043488 A CN117043488 A CN 117043488A
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Abstract

本发明涉及一种用于服务车辆中的单活塞盘式制动器以及其包括的创新。使用比现有技术中所使用的数量更少的部件，本发明的主题涉及盘式制动器，所述盘式制动器被设计成降低盘式制动器的卡钳部件的封闭容积中的驱动和调节机构的复杂性。

Description

单活塞空气盘式制动器
技术领域
本发明涉及一种用于商用车辆中的单活塞盘式制动器以及其包括的创新。使用比现有技术中所使用的数量更少的部件，本发明的主题涉及盘式制动器，所述盘式制动器被设计成降低盘式制动器的卡钳壳体的封闭容积中的驱动和调节机构的复杂性。
背景技术
在专利文件EP1852627A2、US10221907B2、EP3431800A1和US2016/0215835A1中，卡钳壳体经由引导销连接至载架。卡钳壳体可以在引导销上滑动并且在轴向方向上运动。这样，力可以被施加于衬垫上。在卡钳壳体内部，存在驱动机构，所述驱动机构可以通过对衬垫中的一个施加压缩力而激活制动器。驱动机构由一个或多个活塞、杆以及轴承元件组成，所述轴承元件通过以可变速率增加驱动力而将驱动力传输至活塞。使用半轴承和活塞衬套，所述半轴承将力从杆传递至卡钳壳体并且容许杆在轴线上旋转，所述活塞衬套承载来自推力器活塞的侧向载荷并且容许推力器活塞在轴线上运动。存在一个或多个复位弹簧，在制动过程期间，当驱动力减小或终止时，所述复位弹簧使推力器活塞与衬垫分离(图23、图24)。
在已经转变为现有技术的文件EP1852627A2、US10221907B2中，在制动过程期间，只要衬垫摩擦制动器盘，就会在衬垫和制动器盘上发生磨损。这种磨损量基本上在衬垫的摩擦表面上发生。因此，制动器盘与衬垫之间的操作间隙会随着时间的推移而增大。在这种情况下，使用自动调节机构来确保将工作间隙保持于某个值，以便确保制动性能不降低，并且获得期望的制动力矩且制动器激活时间不延长。随着操作间隙增加，通过推进推力器活塞而容许衬垫接近盘的自动调节机构位于卡钳壳体内部，集成至活塞轴中或紧邻驱动机构(图25)。
如在文件US10221907B2中，驱动杆通过两个半轴承安置于含有自动调节机构的设计中，所述自动调节机构通过集成至推力器活塞而操作。在这些设计中，使用大而重的压力板和至少两个复位弹簧。这增加制动器的总重量(图22)。
引入现有技术的专利文件US10570970B2包含带有靠近活塞的单独的调节机构的发明。这些调节机构包含大量的部件，并且它们具有复杂的结构。在这些技术中，自动调节机构的运动通过齿轮或链条传输至活塞轴，并且推力器活塞的位置被自动调节。在一些技术中，驱动杆通过半轴承和额外的轴承元件安置。驱动杆的几何形状复杂且难以生产。组装劳动力和维护/服务成本较高(图26)。
在上述文件和现有技术的所有已知应用中遇到的问题如下：
1-由于轴承元件、自动调节机构部件、具有复杂几何形状的驱动杆，这些部件的生产是困难且昂贵的。
2-由于构成制动机构的大量的部件，制动器的总重量较高。
3-由于使用大量的构件，组装和维修成本较高。
因此，有必要对空气盘式制动器进行R&D研究，以消除上述缺点以及开发针对现有问题的解决方案。
发明内容
制动器的总重量对于车辆制造商来说很重要。为此，期望制动器制造商将优化制动器的结构部件，以便通过减轻内部机构的重量来增加制动能力以及增加承载部件的横截面。
通过本发明，内部机构部件的重量已经显著减轻。通过更简单的自动调节机构的设计，该优点已经成为可能。代替复杂且难以制造的驱动杆，设计具有简单的几何形状且更易于制造的轻质驱动杆。因此，已经确保制动器成本更低并且更容易制造和维护。
更轻的盘式制动器可以满足车辆制造商所期望的制动性能。这一点的驾驶员舒适性、环境和经济的积极影响都是不可忽视的。
附图说明
为了以最佳方式理解为了实现根据本发明的单活塞空气盘式制动器的上述目的而进行的创新，应当根据以下附图进行评估。
在这些附图中；
图-1为盘式制动器的整体立体图
图-2为从不同角度观察的盘式制动器的整体立体图
图-3为整个盘式制动器的内部细节立体图
图-4为盘式制动器卡钳壳体的内部细节图
图-5为盘式制动器内部细节的卡钳后视图
图-6为盘式制动器横截面视图
图-7为盘式制动器卡钳壳体的内部细节立体图
图-8为制动器驱动机构立体图
图-9为制动器驱动机构的分解图
图-10为制动器自动调节机构的分解图
图-11为盘式制动器横截面视图
图-12为第二类型调节机构的设计的分解图
图-13为第二类型的压力板的立体图
图-14为卡钳壳体的横截面视图
图-15为第二类型调节机构的设计的横截面视图
图-16为第二类型的制动衬垫以及其上的活塞固定通道的视图
图-17为第二类型的驱动和调节机构的分解图
图-18为驱动杆的立体图
图-19为驱动杆的前视图
图-20为驱动杆的横截面视图
图-21为卡钳罩的立体图
图-22为与US10221907B2相关的带有双座杆的单活塞盘式制动器视图
图-23为与EP3431800A1相关的带有双座杆和多板式离合器调节机构的单活塞盘式制动器视图
图-24为与US2016/0215835A1相关的带有单座杆和多板式调节机构的单活塞盘式制动器视图
图-25为与EP1852627A2相关的带有与活塞分离的调节机构的盘式制动器视图，所述活塞包含带有大轴承和小轴承的弯曲杆
图-26为与US10570970B2相关的带有与活塞分离的调节机构的单活塞盘式制动器视图
为了以最佳方式理解在根据本发明的单活塞空气盘式制动器中所进行的创新，在图上标注数字。
相应地；
1.载架
1.1.引导销
2.卡钳壳体
2.1.活塞支撑件
2.2.齿锁定垫圈通道
3.衬垫
3.1.活塞保持通道
4.制动器盘
5.推力活塞
5.1.活塞保持凸起
6.驱动杆
6.1.连接区域
6.2.轴承通道
6.3.杆臂
6.4.销壳体
6.5.中空部
6.6.辊壳体
6.7.空气室推杆凹坑
7.半轴承
8.活塞衬套
9.复位弹簧
10.手动调节机构
11.自动调节机构
11.1.调节叉
11.2.卷绕弹簧
11.3.调节环
11.4.活塞轴
11.5.弹簧垫圈
11.6.簧环
11.7.锥离合器
12.卡钳罩
12.1.轴承座表面
12.2.轴承齿座
13.压力板
13.1.辊压力表面
13.2.台阶
14.齿锁定垫圈
14.1.齿
15.垫圈
16.驱动齿轮
16.1.齿锁定垫圈接触表面17.密封件
18.球端销
19.辊
20.辊衬套21.第二类型自动调节机构
21.1.第二类型调节叉
21.2.第二类型卷绕弹簧
21.3.第二类型调节环
21.4.第二类型活塞轴
21.5.螺旋压力弹簧
21.6.压力垫圈
21.7.推力轴承
21.8.第二类型簧环
21.9.第二类型锥离合器
22.第二类型压力板
22.1.辊压力表面
22.2.台阶
a.延伸角
b.臂宽度
c.臂深度
d.中空部宽度
e.中空部长度
f.中空部深度
具体实施方式
空气盘式制动器具有载架(1)。载架的作用是保持引导至卡钳壳体(2)的销(1.1)。在载架的中间空间中存在制动器盘(4)，并且在制动器盘(4)的两侧放置有衬垫(3)。载架的另一个作用是承载衬垫(3)在制动器盘(4)上的摩擦所引起的制动力(图1、图2)。
本发明具有在卡钳壳体(2)中的推力器活塞(5)、在与活塞轴相同的轴线上操作并且集成于活塞轴上的自动调节机构(11)、驱动杆(6)、与驱动杆(6)一起操作的半轴承(7)、以及复位弹簧(9)。还存在手动调节机构(10)，所述手动调节机构(10)通过齿轮提供运动传输。在本发明的卡钳壳体(2)中，用于将驱动力从驱动杆(6)传输至活塞轴(11.4)的压力板(13)薄且轻。本发明中使用的力传输线在一条直线上(图6、图7)。因此，可以使用薄压力板(13)。驱动杆(6)上的辊壳体(6.6)包含辊衬套(20)。辊(19)可以在辊衬套(20)中旋转。压力板(13)具有与辊(19)接触的平坦的辊接触表面(13.1)。存在包围辊接触表面(13.1)的四边形或圆形台阶(13.2)。该台阶(13.2)防止驱动杆(6)上的辊(19)轴向地运动并且从其座脱落(图3、图4、图6、图17)。
本发明的主要创新是使用驱动杆(6)，所述驱动杆(6)通过锻造或铸造方法制造并且被机械加工有轴承通道(6.2)，以便与用作轴承元件的半轴承(7)一起使用。计算作用于图18中所示的驱动杆(6)上的驱动力以及这些力在驱动杆(6)上生成的应力水平。
根据工程计算，杆臂(6.3)的横截面尺寸已经被确定为在7.5-9.5mm之间的臂宽度(b)以及在18.5-21.5mm之间的臂深度(c)。因此，防止驱动杆(6)在车辆的经济寿命期间在重复的载荷下从指定的臂破裂和断裂。另外，通过将辊壳体(6.6)的下部中的中空部(6.5)的中空部长度(e)确定为23-25mm、将中空部宽度(d)确定为11-13mm以及将中空部深度(f)确定为9.5-10.5mm以减轻驱动杆(6)，实现杆质量与强度之间的优化(图–20)。球端形销(18)连接至形成于辊壳体(6.6)的一端处的销壳体(6.4)。空气室推杆凹坑(6.7)与驱动杆(6)的杆臂(6.3)之间的连接区域(6.1)被设计成使得某一延伸角(α)在38度与42度之间，以防止应力集中(图19)。这样，驱动杆(6)更轻，并且生产和机械加工成本低于现有技术(图5)。
另一个创新是使用齿锁定垫圈(14)，所述齿锁定垫圈位于复位弹簧(9)与驱动齿轮(16)之间并且接触这两个部件。垫圈(15)接触复位弹簧(9)的另一侧，并且垫圈(15)和复位弹簧(9)位于活塞衬套(8)之上。齿锁定垫圈(14)设计有齿形式。在装配期间，齿锁定垫圈(14)上的齿(14.1)被放入卡钳壳体(2)上的齿锁定垫圈通道(2.2)中，并且锁定垫圈(14)的旋转运动被阻止(图-14)。然而，当推力器活塞(5)在制动方向上运动时，齿锁定垫圈(14)的齿(14.1)能够在齿锁定垫圈通道(2.2)内执行轴向运动。同时，当自动调节机构(11)进行调节时，齿锁定垫圈(14)不旋转，而驱动齿轮(16)逆时针旋转。因此，没有能量在旋转方向上被储存于复位弹簧(9)上(图-8、图-9)。如果能量在旋转方向上被储存于复位弹簧(9)上，则当制动终止时，驱动齿轮(16)与复位弹簧(9)一起顺时针旋转并且去调节(de-adjust)操作空隙。因此，衬垫(3)与制动器盘(4)之间的间隙增大并且制动性能降低。齿锁定垫圈(14)通过复位弹簧(9)在旋转方向上的形状改变来防止能量储存，并且在它与驱动齿轮(16)接触时生成摩擦力。齿锁定垫圈(14)与驱动齿轮(16)之间的摩擦力由工程计算指定(图-14)。这样，自动调节机构(11)中的锥离合器(11.7)可以在制动器被激活时使活塞轴(11.4)和驱动齿轮(16)旋转，并且调节操作空隙。压力通过弹簧垫圈(11.5)传输至锥离合器(11.7)。簧环(11.6)连接至弹簧垫圈(11.5)的一端。当制动完成时，卷绕弹簧(11.2)终止离合器功能，从而容许调节环(11.3)独立于活塞轴(11.4)返回。活塞轴(11.4)不会在相反方向上旋转，并且防止操作间隙增大。如果齿锁定垫圈(14)与驱动齿轮(16)之间的接触表面(16.1)上的摩擦力较高，则锥离合器(11.7)的离合器力矩在制动期间不足。锥离合器(11.7)打滑，并且调节无法进行。如果齿锁定垫圈(14)与驱动齿轮(16)之间的摩擦不足，则活塞轴(11.4)在制动释放阶段中在相反方向上旋转，并且发生去调节(de-adjustment)。自动调节机构(11)上的所有这些平衡可以通过工程计算来实现。
本发明的另一个创新在于，可以使用比现有技术轻得多且薄得多的压力板(13)来执行从驱动杆(6)至活塞轴(11.4)的力传递。压力板(13)的辊压力表面(13.1)被设计成平坦的。因此，由驱动杆(6)的偏心运动引起的侧向载荷减小，并且制动效率提高。还存在围绕辊压力表面(13.1)的台阶(13.2)。该台阶(13.2)可以为圆形的或狭槽(22.2)。使用台阶(13.2)的目的是防止辊(19)由于重力或振动引起的力而与驱动杆(6)分离。如果辊(19)与驱动杆(6)分离并且落入卡钳壳体(2)中，则制动失效并且导致事故。因此，台阶(13.2)非常重要。
图17中所示的第二类型自动调节机构(21)连接至第二类型压力板(22)。第二类型压力板(22)具有与辊(19)接触的辊压力表面(22.1)和形成于第二类型压力板(22)的两侧上的台阶(22.2)(图-13)。通过工程计算，台阶(22.2)的宽度在38-40mm之间并且其长度在8-18mm之间。
本发明的另一个创新是，图21中所示的轴承座表面(12.1)和用于支承的轴承座表面(12.1)在底部和上方具有两个轴承齿锁定垫圈壳体(12.2)。由于该特征，通过防止半轴承(7)从轴承座表面(12.1)轴向地运动，防止用作轴承的半轴承(7)由于在振动力和重力的影响下离开壳体而失去其功能。另外，由于其在轴承座表面(12.1)上的单轴承特征，使用易于机械加工的、低成本的卡钳罩(12)。
本发明的另一个创新标准是在卡钳壳体(2)内存在活塞支撑件(2.1)(图-11)。活塞支撑件(2.1)定位于调节叉(11.1)下方，用于承载来自驱动杆(6)的竖直力。调节叉(11.1)被设计成以与外半径相同的半径测量的凸起的形式。由于调节叉(11.1)的该特性，降低活塞衬套(8)上的载荷。因此，延长活塞衬套(8)的使用寿命。还提高制动效率。因为调节叉(11.1)的线性运动和旋转运动都由该活塞支撑件(2.1)引导，所以通过评估工程分析和摩擦计算来设计活塞支撑件(2.1)。
自动调节机构(11)的另一种应用模式是使用较大直径的第二类型锥离合器(21.9)、螺旋压力弹簧(21.5)、推力轴承(21.7)，这是第二类型自动调节机构(21)。由于生产公差，弹簧垫圈(11.5)的相同压缩量可能产生不同的力。这可能导致每个机构具有不同的效率和不同的特性。这是不理想的情况。由于螺旋压力弹簧(21.5)，与使用弹簧垫圈(11.5)相比，施加至第二类型锥离合器(21.9)的压力的大小更稳定。具有大直径(40-45mm)和小离合器角(1-5度)的第二类型的锥离合器(21.9)中的力的可变性的影响可以保持最小。第二类型活塞轴(21.4)与第二类型调节环(21.3)之间的接触被螺旋压力弹簧(21.5)所处的位置中断。因此，第二类型自动调节机构(21)的效率以及间接地制动效率已经提高，并且随着时间的推移可能在第二类型活塞轴(21.4)和第二类型调节环(21.3)中看到的磨损问题已经消除。另外，由于定位于螺旋压力弹簧(21.5)与第二类型活塞轴(21.4)之间的推力轴承(21.7)，对制动调节性能产生负面影响的摩擦力也被最小化。压力垫圈(21.6)定位于螺旋压力弹簧(21.5)与推力轴承(21.7)之间。当制动完成时，第二类型卷绕弹簧(21.2)终止离合器功能，从而容许第二类型调节环(21.3)独立于第二类型活塞轴(21.4)返回。然而，第二类型锥离合器(21.9)设计具有在40-45mm的范围内的锥直径和在1-5度的范围内的锥角，随着时间的推移可能在第二类型调节环(21.3)和第二类型调节叉(21.1)中观察到的磨损问题被最小化。因此，第二类型的锥离合器(21.9)、第二类型的调节环(21.3)以及第二类型的调节叉(21.1)具有更长的寿命。第二类型簧环(21.8)连接至第二类型调节叉(21.1)的端部。另外，由于第二类型的锥离合器(21.9)的大直径(40-45mm)，随着离合器所需的压缩力减小，调节效率也增加(图12、图15)。
与现有技术不同，在本发明中应用活塞固定方法。存在在推力活塞(5)上的保持凸起(5.1)以及推力活塞(5)。在衬垫(3)的背面，存在图16中所示的狭槽和/或通道形状的活塞固定通道(3.1)，其中被安置有保持凸起(5.1)并且防止推力器活塞(5)的旋转运动。密封件(17)被放置成使得其与活塞保持凸起(5.1)接触。通过测量最大手动调节力矩以及计算部件的强度来设计活塞固定凸起(5.1)和活塞固定通道(3.1)，以防止在施加过大的力矩的情况下损坏部件。

Claims (16)

1.一种单活塞空气盘式制动器，包括：
a.能够连接半轴承(7)的至多一个轴承通道(6.2)；
b.在所述轴承通道(6.2)的两侧上的至少两个杆臂(6.3)；
c.至少一个辊壳体(6.6)，辊(19)定位于所述辊壳体(6.6)中；
d.在所述辊壳体(6.6)的下部中的至少一个孔(6.5)；
e.至少一个销壳体(6.4)，推力器销定位于所述销壳体(6.4)中；
f.至少一个驱动杆(6)，所述驱动杆(6)通过锻造或铸造方法制造有至少两个连接区域(6.1)并且定位于两个所述杆臂(6.3)之间以帮助防止张力积聚。
2.一种单活塞空气盘式制动器，包括：
a.至少一个齿锁定垫圈(14)，所述齿锁定垫圈(14)具有形成于所述齿锁定垫圈(14)上的至少一个齿(14.1)，以提供至齿锁定垫圈通道(2.2)的连接；
b.至少一个活塞轴(11.4)，所述活塞轴(11.4)穿过所述驱动齿轮(16)并且通过与所述齿锁定垫圈(14)接触的所述驱动齿轮(16)与所述驱动齿轮一起旋转；
c.连接至球端销(18)的至少一个调节叉(11.1)以及与所述活塞轴(11.4)对准的至少一个调节环(11.3)；
d.至少一个锥离合器(11.7)，当所述制动器被按压时，所述锥离合器(11.7)帮助使所述调节环(11.3)旋转；
e.具有弹簧垫圈(11.5)的至少一个自动调节机构(11)，所述弹簧垫圈(11.5)形成所述锥离合器(11.7)中所需的压力。
3.一种单活塞空气盘式制动器，包括：
a.至少一个辊接触表面(13.1)，所述辊接触表面(13.1)与所述辊(19)接触并且具有平坦形式；
b.至少一个压力板(13)，所述压力板(13)具有形成于所述接触表面(13.1)上的至少一个台阶(13.2)，所述台阶(13.2)防止所述辊(19)由于重力和/或与振动相关的力而与所述驱动杆(6)分离。
4.一种单活塞空气盘式制动器，包括：
a.具有单轴承特征的至少一个轴承座表面(12.1)；
b.至少一个卡钳罩(12)，所述卡钳罩(12)在所述轴承座表面(12.1)的底部和顶部上具有至少两个轴承齿壳体(12.2)。
5.一种单活塞空气盘式制动器，其包括至少一个推力活塞(5)，在所述推力活塞(5)上形成至少一个活塞固定凸起(5.1)，所述活塞固定凸起(5.1)有助于在自动调节期间防止旋转。
6.一种单活塞空气盘式制动器，包括：
a.至少一个第二类型的簧环(21.8)，所述簧环(21.8)连接至至少一个第二类型的调节叉(21.1)的端部；
b.具有宽直径的至少一个第二类型的锥离合器(21.9)；
c.至少一个螺旋压力弹簧(21.5)；
d.至少一个推力轴承(21.7)，所述推力轴承(21.7)定位于所述螺旋压力弹簧(21.5)与第二类型的活塞轴(21.4)之间；
e.至少一个第二类型的自动调节机构(21)，所述自动调节机构(21)定位于所述螺旋压力弹簧(21.5)与所述推力轴承(21.7)之间。
7.一种单活塞空气盘式制动器，其包括至少一个固定通道(3.1)，所述固定通道(3.1)以壳体和/或通道的形式形成于衬垫(3)的背面，并且活塞固定凸起(5.1)连接至所述固定通道(3.1)。
8.根据权利要求1所述的调节叉(11.1)，其特征在于，所述调节叉具有至少一个活塞支撑件(2.1)，所述活塞支撑件(2.1)形成于所述卡钳壳体(2)中并且将线性运动和旋转运动两者引导至调节叉(11.1)。
9.根据权利要求1所述的杆臂(6.3)，其特征在于，其具有的宽度(b)具有在7.5-9.5mm之间的值。
10.根据权利要求1所述的杆臂(6.3)，其特征在于，其具有的杆深度(c)具有在18.5-21.5mm之间的值。
11.根据权利要求1所述的中空部(6.5)，其特征在于，所述中空部的长度(e)具有在23-25mm之间的值。
12.根据权利要求1所述的中空部(6.5)，其特征在于，中空部的宽度(d)具有在11-13mm之间的值。
13.根据权利要求1所述的中空部(6.5)，其特征在于，中空部的深度(f)具有在9.5-10.5mm之间的值。
14.根据权利要求1所述的连接区域(6.1)，其特征在于，防止应力集中的延伸角(α)具有在38-42度之间的值。
15.根据权利要求6所述的第二类型的锥离合器(21.9)，其特征在于，锥直径具有在40-45mm的范围内的值。
16.根据权利要求6所述的第二类型的锥离合器(21.9)，其特征在于，锥角度具有在1-5度的范围内的值。
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