一種新型組合式制動器回位彈簧

韋軍，黃民峰

方盛車橋（合肥）有限公司 安徽合肥 230051

重型載貨車載重量大，行駛過程中對車輪制動強度要求高且制動時間長，使用工況復(fù)雜，目前國內(nèi)重載貨車市場多采用鼓式制動器。鼓式制動器主要通過安裝在兩個制動蹄之間的回位彈簧來實現(xiàn)制動蹄片的回位，回位彈簧的性能直接影響到整車的制動性能。目前市場上制動器常用的一體式回位彈簧結(jié)構(gòu)（見圖1），兩端采用圓柱螺旋壓縮圓形彈簧，中間利用彈簧的本體材料直線連接。

圖1 常用的一體式制動器回位彈簧

此類回位彈簧安裝位置受限制，回位彈簧拉伸和收縮工作時直線運動，中間部位易與制動器安裝件摩擦導(dǎo)致拉簧斷裂，引起制動失效。且回位彈簧采用圓柱螺旋壓縮圓形彈簧，承受載荷較小，安裝后即為拉伸變形狀態(tài)，制動使用時拉伸變形增大，長期使用容易造成彈性失效，導(dǎo)致制動不回位，制動器抱死。回位彈簧故障將造成整個貨車制動下降或失效，存在交通事故隱患。因此，設(shè)計一種新型的一種錐形螺旋彈簧與弓形體組合式制動器回位彈簧，就成為當(dāng)前值得研究的課題。

技術(shù)問題

本設(shè)計所要解決的技術(shù)問題是：重載車橋制動失效易引起車毀人亡的重大質(zhì)量事故，一個重要原因系回位彈簧不回位或斷裂造成。

通過對故障件的分析和檢測，并查閱相關(guān)文獻(xiàn)，在設(shè)計彈簧和分析彈簧的疲勞強度過程中發(fā)現(xiàn)，僅考慮它的負(fù)荷類型、所承受的應(yīng)力和許用應(yīng)力是不完整的，更應(yīng)該注重考慮受力時彈簧的循環(huán)特征——應(yīng)力變化幅度。應(yīng)力變化幅度大或者小，是影響彈簧疲勞極限的重要因素之一，所以對制動器回位彈簧的外形尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要［1］。

本設(shè)計提供一種新型制動器回位彈簧，通過技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化最終達(dá)到消除由于制動器回位彈簧彈力失效和彈簧變形與裝配件摩擦斷裂引起的整車制動失效問題。

新回位彈簧結(jié)構(gòu)組成

這種新型圓截面錐形螺旋彈簧與矩形截面弓形體組合式制動器回位彈簧（見圖3），由圓截面錐形螺旋彈簧、矩形截面弓形連接體、彈簧錐形螺旋體、彈簧連接鉤和彈簧拉伸擋銷組成。

圖2 新型組合式制動器回位彈簧結(jié)構(gòu)

具體實施方式

如圖3所示，這種新型圓截面錐形螺旋彈簧與矩形截面弓形體組合式制動器回位彈簧，兩端各采用一件圓截面錐形螺旋彈簧，中間采用矩形截面弓形連接體。圓截面錐形螺旋彈簧由彈簧錐形螺旋體和彈簧連接鉤組成；矩形截面弓形連接體由弓形連接體和彈簧拉伸擋銷組成；弓形連接體彈簧拉伸擋銷和圓截面錐形螺旋彈簧的錐形結(jié)構(gòu)底端收縮為小圓孔，圓孔孔徑和擋銷外圓形成擋銷軟連接。兩端彈簧拉伸變形時，彈簧拉伸擋銷和彈簧錐形螺旋體底端圓孔將彈簧和弓形連接體連接，形成組合式回位彈簧。

圖3 新型組合式制動器回位彈簧實物

制動器工作時，回位彈簧的連接鉤連接制動蹄片，弓形連接體通過彈簧拉伸擋銷連接圓截面錐形螺旋彈簧，實現(xiàn)兩端圓截面錐形螺旋彈簧的伸縮，矩形截面弓形連接體因弓形結(jié)構(gòu)，避開了彈簧伸縮直線運動時和安裝件干涉摩擦造成的彈簧斷裂。

創(chuàng)新設(shè)計特點

1）采用分體式結(jié)構(gòu)，兩端各一件圓截面錐形螺旋彈簧，中間部位為矩形截面弓形連接體，連接方式為內(nèi)嵌自由組合連接。此種分體式結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有整體式回位彈簧結(jié)構(gòu)相比，制造工藝和壓制成形簡單，成本低廉，易實現(xiàn)分段批量化生產(chǎn)。且可根據(jù)彈簧不同部位特點要求，在不同部位采用不同的材料和外形。

2）兩端采用圓截面錐形螺旋彈簧結(jié)構(gòu)，參考圓柱螺旋拉伸彈簧的設(shè)計計算[2]，通過試驗確定相關(guān)參數(shù)。截錐形螺旋彈簧的剛度為可變值，對于緩和或消除共振有利。與圓柱螺旋彈簧相比，在相同的外廓尺寸情況下能承受更大的載荷，并可以產(chǎn)生較大的變形，而且全壓縮高度比較小。另外，它在受力時的穩(wěn)定性能也比較好，所以，與圓柱螺旋壓縮彈簧比較，具有較大的橫向穩(wěn)定性。

3）兩端彈簧體和中間連接體材料可采用不同的截面材料。錐形螺旋彈簧材料采用圓形線材，制造時成形工藝簡單且成本低。

4）中間部位矩形截面弓形連接體采用矩形線材，受力載荷大、抗疲勞性能高及定向好。矩形截面材料制造的連接體可以在相同的空間和相同的變形量之下承受較大的負(fù)荷，且回位性好，不易拉伸變形。消除由于制動器回位彈簧失效不回位引起的整車制動失效問題。

5）中間采用弓形體外形結(jié)構(gòu)，它在安裝空間受到限制時，可避開相鄰的裝配件，解決了制動器回位彈簧安裝空間小、工作時回位彈簧拉伸和回位直線運動造成的回位彈簧易與橋殼軸頭摩擦，從而導(dǎo)致拉簧斷裂引起制動失效的嚴(yán)重質(zhì)量事故。

6）弓形連接體兩端擠壓成凸臺形狀，與弓形連接體一體的彈簧拉伸擋銷和圓截面截錐形螺旋彈簧錐形結(jié)構(gòu)底端收縮為小圓孔。圓孔孔徑和擋銷外圓形成擋銷軟連接，兩端彈簧拉伸變形時，彈簧拉伸擋銷將彈簧和弓形連接體連接形成組合式回位彈簧。

7）采用分體式結(jié)構(gòu)，錐形螺旋彈簧與弓形連接體連接方式為內(nèi)嵌自由組合連接。在非制動工作時間內(nèi)，彈簧和弓形連接體為自由軟連接，弓形連接體彈簧拉伸擋銷與彈簧連接處有間隙，彈簧在非制動工作時間內(nèi)基本不受力，減少了彈簧的疲勞失效次數(shù)，延長了彈簧的失效時間。

結(jié)語

本設(shè)計結(jié)構(gòu)通過集思廣益優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)產(chǎn)品的加工特點和使用現(xiàn)場的要求，針對中間部位易與橋殼軸頭摩擦導(dǎo)致拉簧斷裂和回位彈簧安裝后持續(xù)保持拉伸狀態(tài)易變形失效，造成制動不回位、制動器抱死等易出現(xiàn)的回位彈簧制動故障，通過更改回位彈簧的形狀、材料和設(shè)計結(jié)構(gòu)，彌補現(xiàn)有一體式回位彈簧結(jié)構(gòu)缺陷，減少汽車制動交通事故隱患。