一種新型剎車間隙自動補(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

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

在傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)中，汽車制動時駕駛員通過制動踏板操縱液壓制動總泵，用液壓管路方式傳送油液到各個車輪的制動分泵。駕駛員通過制動主缸的調(diào)節(jié)，對盤式制動器起制動作用。液壓制動的制動壓力高，制動力基本可以滿足汽車需要。但是液壓制動系統(tǒng)也存在很多問題，如易漏油、響應(yīng)慢等，一旦液壓系統(tǒng)管路油液泄漏也會對環(huán)境造成影響。液壓制動總泵或管路系統(tǒng)失靈，則會導(dǎo)致汽車無法制動。

電控機(jī)械制動是汽車線控制動技術(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)的制動系統(tǒng)，電控機(jī)械制動器有諸多優(yōu)點(diǎn)，如無需制動液、環(huán)境友好、控制響應(yīng)快、制動力更加準(zhǔn)確、減輕制動系統(tǒng)的質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。

但是，現(xiàn)有的電子機(jī)械制動系統(tǒng)也存在一些不足，如缺少現(xiàn)在國際標(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)行自動補(bǔ)償。針對以上不足，設(shè)計(jì)了一種新型的剎車間隙自動補(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補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，主要包括前后摩擦片、制動盤、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時會發(fā)生彈性變形，且不與活塞發(fā)生相對滑動；單向軸承通過2 個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；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的（圖1）。

圖1 新型剎車間隙自動補(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)束后能夠自動復(fù)位，結(jié)構(gòu)簡單，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)向相對轉(zhuǎn)動；③當(dāng)錐形非自鎖螺母受到活塞的推力時不會與絲杠發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，而當(dāng)錐形非自鎖螺母受到導(dǎo)向滑塊的推力時則會與絲桿發(fā)生相對轉(zhuǎn)動；④在進(jìn)行制動時錐形非自鎖螺母不會因?yàn)榕c絲桿發(fā)生相對轉(zhuǎn)動而影響制動，而在摩擦片磨損時則可以在彈簧的彈力作用下與絲桿發(fā)生相對轉(zhuǎn)動從而自動補(bǔ)償剎車間隙。

2 設(shè)計(jì)基本原理

2.1 制動系統(tǒng)正常工作情況

當(dāng)汽車剎車時，汽車通過中間傳力機(jī)構(gòu)把制動力傳遞給螺母，使螺母開始轉(zhuǎn)動。由于螺母在沿絲杠軸向是固定不動的，所以螺母的轉(zhuǎn)動使絲杠軸向運(yùn)動。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)動時，其整體都將沿軸向運(yùn)動。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在活塞對其反作用力的作用下發(fā)生轉(zhuǎn)動而影響制動，保證了制動可以順利進(jìn)行。當(dāng)活塞沿絲杠軸向運(yùn)動時，就會推動摩擦塊軸向移動，直到接觸制動盤開始制動。在制動過程中，與活塞接觸的矩形密封圈會發(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發(fā)生相對滑動；當(dāng)制動結(jié)束，制動力撤去后，矩形密封圈會自動恢復(fù)原來的形狀，與矩形密封圈緊密接觸的活塞也會回位，等待下一次制動，從而完成正常情況下的制動過程。

2.2 摩擦片磨損后的剎車間隙自動補(bǔ)償過程

當(dāng)摩擦片磨損后，汽車進(jìn)行制動時，活塞的運(yùn)動位移會比正常制動時大，這時矩形密封圈和活塞之間便會發(fā)生相對滑動。這樣，當(dāng)制動結(jié)束后活塞便不會回到原來的位置，導(dǎo)致活塞和錐形非自鎖螺母之間出現(xiàn)間隙。此時，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發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，即錐形非自鎖螺母會沿絲杠軸向運(yùn)動，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，完成自動補(bǔ)償過程。當(dāng)再一次制動時，在受到制動力反作用下，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再次反轉(zhuǎn)而相對絲杠向后移動，因而保證了制動的可靠性。

圖2 局部剖視圖

3 結(jié)論

該新型剎車間隙自動補(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)更加簡單，制造相對容易，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。