一種新型剎車間隙自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱聰強(qiáng)，周丹宇

（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程系，安徽宣城 242000）

0 引言

制動(dòng)系統(tǒng)作為汽車的一個(gè)重要組成部分，其性能直接影響汽車行駛時(shí)的安全性能。隨著消費(fèi)者對(duì)汽車安全性的日益重視，汽車的制動(dòng)系統(tǒng)也在不斷地改進(jìn)中。

在傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)中，汽車制動(dòng)時(shí)駕駛員通過制動(dòng)踏板操縱液壓制動(dòng)總泵，用液壓管路方式傳送油液到各個(gè)車輪的制動(dòng)分泵。駕駛員通過制動(dòng)主缸的調(diào)節(jié)，對(duì)盤式制動(dòng)器起制動(dòng)作用。液壓制動(dòng)的制動(dòng)壓力高，制動(dòng)力基本可以滿足汽車需要。但是液壓制動(dòng)系統(tǒng)也存在很多問題，如易漏油、響應(yīng)慢等，一旦液壓系統(tǒng)管路油液泄漏也會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。液壓制動(dòng)總泵或管路系統(tǒng)失靈，則會(huì)導(dǎo)致汽車無法制動(dòng)。

電控機(jī)械制動(dòng)是汽車線控制動(dòng)技術(shù)的一種，作為汽車行業(yè)的一項(xiàng)前沿技術(shù)，其一直是該領(lǐng)域創(chuàng)新的突破口。相比于傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，電控機(jī)械制動(dòng)器有諸多優(yōu)點(diǎn)，如無需制動(dòng)液、環(huán)境友好、控制響應(yīng)快、制動(dòng)力更加準(zhǔn)確、減輕制動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。

但是，現(xiàn)有的電子機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)也存在一些不足，如缺少現(xiàn)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的剎車間隙補(bǔ)償功能，在剎車片磨損后不能進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。針對(duì)以上不足，設(shè)計(jì)了一種新型的剎車間隙自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。

1 機(jī)構(gòu)基本構(gòu)成

本新型剎車間隙自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，主要包括前后摩擦片、制動(dòng)盤、復(fù)位密封橡膠圈、普通平鍵、錐形非自鎖螺母、螺母、單向軸承、螺釘、彈簧、連接體、絲杠、活塞和導(dǎo)向滑塊等。其中，摩擦片、活塞和錐形非自鎖螺母正常情況下貼合在一起；矩形密封圈與活塞為過盈配合；矩形密封圈在正常制動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生彈性變形，且不與活塞發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)；單向軸承通過2 個(gè)普通平鍵與錐形非自鎖螺母和導(dǎo)向滑塊相連；彈簧安裝在導(dǎo)向滑塊和連接體之間，且始終處于壓縮狀態(tài)；連接體上開有導(dǎo)向槽，導(dǎo)向套筒可以在導(dǎo)向槽中沿絲杠軸向左右移動(dòng)；連接體和絲杠通過螺釘連接；螺母在沿絲杠軸向是固定不動(dòng)的（圖1）。

圖1 新型剎車間隙自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

以上所述的特征，使機(jī)構(gòu)具有以下效果：①采用的矩形密封圈可以使機(jī)構(gòu)在剎車結(jié)束后能夠自動(dòng)復(fù)位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，復(fù)位效果良好；②采用單向軸承，使得錐形非自鎖螺母和導(dǎo)向滑塊之間只能按一種轉(zhuǎn)向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；③當(dāng)錐形非自鎖螺母受到活塞的推力時(shí)不會(huì)與絲杠發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)錐形非自鎖螺母受到導(dǎo)向滑塊的推力時(shí)則會(huì)與絲桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；④在進(jìn)行制動(dòng)時(shí)錐形非自鎖螺母不會(huì)因?yàn)榕c絲桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而影響制動(dòng)，而在摩擦片磨損時(shí)則可以在彈簧的彈力作用下與絲桿發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)從而自動(dòng)補(bǔ)償剎車間隙。

2 設(shè)計(jì)基本原理

2.1 制動(dòng)系統(tǒng)正常工作情況

當(dāng)汽車剎車時(shí)，汽車通過中間傳力機(jī)構(gòu)把制動(dòng)力傳遞給螺母，使螺母開始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于螺母在沿絲杠軸向是固定不動(dòng)的，所以螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)使絲杠軸向運(yùn)動(dòng)。在彈簧的作用下，導(dǎo)向滑塊、單向軸承、錐形非自鎖螺母和活塞等緊密貼合在一起，所以當(dāng)絲杠軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其整體都將沿軸向運(yùn)動(dòng)。需要特別說明的是，由于單向軸承的存在，錐形非自鎖螺母并不會(huì)在活塞對(duì)其反作用力的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)而影響制動(dòng)，保證了制動(dòng)可以順利進(jìn)行。當(dāng)活塞沿絲杠軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)推動(dòng)摩擦塊軸向移動(dòng)，直到接觸制動(dòng)盤開始制動(dòng)。在制動(dòng)過程中，與活塞接觸的矩形密封圈會(huì)發(fā)生彈性變形，且在正常剎車即摩擦片未磨損的情況下，矩形密封圈與活塞之間不會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)；當(dāng)制動(dòng)結(jié)束，制動(dòng)力撤去后，矩形密封圈會(huì)自動(dòng)恢復(fù)原來的形狀，與矩形密封圈緊密接觸的活塞也會(huì)回位，等待下一次制動(dòng)，從而完成正常情況下的制動(dòng)過程。

2.2 摩擦片磨損后的剎車間隙自動(dòng)補(bǔ)償過程

當(dāng)摩擦片磨損后，汽車進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)位移會(huì)比正常制動(dòng)時(shí)大，這時(shí)矩形密封圈和活塞之間便會(huì)發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。這樣，當(dāng)制動(dòng)結(jié)束后活塞便不會(huì)回到原來的位置，導(dǎo)致活塞和錐形非自鎖螺母之間出現(xiàn)間隙。此時(shí)，在彈簧彈力的作用下，錐形非自鎖螺母連同單向軸承外圈與絲杠之間會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即錐形非自鎖螺母會(huì)沿絲杠軸向運(yùn)動(dòng)，直到與活塞再次接觸，從而填補(bǔ)錐形非自鎖螺母與活塞之間的間隙，完成自動(dòng)補(bǔ)償過程。當(dāng)再一次制動(dòng)時(shí)，在受到制動(dòng)力反作用下，由于單向軸承的單向性，而且錐形非自鎖螺母與活塞之間存在摩擦力，這樣錐形非自鎖螺母不會(huì)再次反轉(zhuǎn)而相對(duì)絲杠向后移動(dòng)，因而保證了制動(dòng)的可靠性。

圖2 局部剖視圖

3 結(jié)論

該新型剎車間隙自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)經(jīng)過初步理論設(shè)計(jì)分析，已基本滿足設(shè)計(jì)需求，其結(jié)構(gòu)緊湊合理，可以在較大程度上適用于制動(dòng)行業(yè)。相比于目前傳統(tǒng)間隙補(bǔ)償機(jī)構(gòu)有多方面改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，制造相對(duì)容易，且由于不需要使用傳感器判斷摩擦片磨損后剎車間隙，可以在很大程度上不受外界環(huán)境干擾，使其有更好的控制效果。