周盤式制動器簡介

周盤式制動器將平盤式制動器和鼓式制動器的優(yōu)點相結(jié)合，采用雙面制動，其既具備了盤式制動器雙向夾緊制動功能，同時又保留了鼓式制動器制動面積大、制動力矩大等優(yōu)點。周盤式制動器摩擦元件中的旋轉(zhuǎn)元件是以兩周面工作的金屬圓盤，稱為周制動盤。周制動盤有內(nèi)外制動面，對應(yīng)于周制動盤的外周面安設(shè)周向夾緊制動蹄，對應(yīng)于周制動盤的內(nèi)周面安設(shè)周向外撐制動蹄。周制動盤內(nèi)、外制動面形成內(nèi)撐外抱的夾緊制動，摩擦元件從周制動盤內(nèi)外兩側(cè)同時夾緊產(chǎn)生制動，形成“內(nèi)撐外抱”雙面夾緊的制動形式。內(nèi)撐和夾緊的同步制動性能通過從1～10mm的過程磨損理論分析來達(dá)到實現(xiàn)內(nèi)外同步制動最大的制動效果。

周盤式制動器內(nèi)撐外抱的夾緊制動方式能增加制動面積，加大制動力矩，縮短制動距離；內(nèi)、外周向夾緊制動蹄平均分配了制動部件受力強度，延長了使用壽命，減少摩擦片磨損，避免制動發(fā)熱；導(dǎo)風(fēng)罩利用車輛行駛自然風(fēng)給制動系統(tǒng)和輪胎降溫，避免了制動高溫。周盤式制動器車軸如圖1所示。


圖1 周盤式制動器車軸

周盤式制動器結(jié)構(gòu)及制動原理

1.周盤式制動器結(jié)構(gòu)

周盤式制動器主要由周制動盤、周向夾緊制動蹄、周向外撐制動蹄、雙S凸輪軸、凸輪支架、蹄片軸支架、制動臂、回位拉簧等零部件組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。


圖2 周盤式制動器結(jié)構(gòu)圖

2.周盤式制動器制動原理

周盤式制動器制動過程：氣室產(chǎn)生氣壓帶動雙S凸輪軸，雙S凸輪軸的內(nèi)外結(jié)構(gòu)件分別驅(qū)動周向夾緊制動蹄和周向外撐制動蹄，在周向夾緊制動蹄和周向外撐制動蹄的作用下，內(nèi)撐外抱周向夾緊裝置與雙面周向制動盤靠近接觸并產(chǎn)生摩擦制力，使車輛減速或停止[2]。制動原理如圖3所示。


圖3 制動原理圖

理論力學(xué)計算方法

1.雙S凸輪軸外S及內(nèi)S的推力計算

1.1 雙S凸輪軸的受力分析

周盤式制動雙S凸輪軸分析如圖4所示。圖4中，F(xiàn)為氣室推力；L1為調(diào)整臂長；D1為雙S凸輪軸外S基圓直徑；d1為雙S凸輪軸內(nèi)S基圓直徑；P2為雙S凸輪軸外S對應(yīng)左制動臂輸入端的受力；P2′為雙S凸輪軸外S對應(yīng)右制動臂輸入端的受力；P3為雙S凸輪軸內(nèi)S對應(yīng)上內(nèi)周制動鉗活動端的受力；P3′為雙S凸輪軸內(nèi)S對應(yīng)下內(nèi)周制動鉗活動端受力。


圖4 周盤式制動雙S凸輪軸分析圖

1.2 受力計算

由杠桿比得出：

L 1×F=P 2 ×D1 +P 3 ×d1

受力計算結(jié)果為：




2.制動臂推力計算分析

2.1 左右制動臂的受力分析

制動臂受力分析如圖5所示,圖5中，L2為左制動臂旋轉(zhuǎn)中心與P2的力臂；L2′為右制動臂旋轉(zhuǎn)中心與P2′的力臂；L3為左制動臂旋轉(zhuǎn)中心與P4的力臂；L3′為右制動臂旋轉(zhuǎn)中心與P4′的力臂；P4為左制動臂輸出端對應(yīng)上外周制動鉗的受力；P4′為右制動臂輸出端對應(yīng)下外周制動鉗的受力。


圖5 制動臂受力分析圖

2.2 制動臂推力計算

由杠桿比得出：



受力計算結(jié)果為：

3.周制動鉗總成力分析

3.1 上周制動鉗總成分析

上周制動鉗總成受力分析如圖6所示，圖6中，L4為上外周制動鉗固定端對應(yīng)P4的力臂；L5為上外周制動鉗固定端對應(yīng)周制動盤中心的力臂；L6為上內(nèi)周制動鉗固定端對應(yīng)P3的力臂；L7為上內(nèi)周制動鉗固定端對應(yīng)周制動盤中心的力臂；F1為上外周制動鉗受力；F2為上內(nèi)周制動鉗受力；R為周制動盤外周半徑；r為周制動盤內(nèi)周半徑；f為摩擦系數(shù)。


圖6 上周制動鉗總成受力分析圖

3.2 F1、 F2計算

由杠桿比得出：


受力計算結(jié)果為：


3.3 下周制動鉗總成分析

下周制動鉗總成受力分析如圖7所示，圖7中，L4′為 下外周制動鉗固定端對應(yīng)P4′的 力臂；L5′為下外周制動鉗固定端對應(yīng)周制動盤中心的力臂；L6′為下內(nèi)周制動鉗固定端對應(yīng)P3′的 力臂；L7′為下內(nèi)周制動鉗固定端對應(yīng)周制動盤中心的力臂；F3為下外周制動鉗受力；F4為下內(nèi)周制動鉗受力；R為周制動盤外周半徑；r為周制動盤內(nèi)周半徑；f為摩擦系數(shù)。

3.4 計算F3、 F4

由杠桿比得出：



受力計算結(jié)果為：

圖7 下周制動鉗總成受力分析圖

4.計算制動力矩Tμ

根據(jù)圖1～5分析結(jié)果得出：[周制動鉗受力(F1 +F2)×周制動盤半徑R+周制動鉗受力(F3 +F4)×周制動盤半徑r]摩擦系數(shù)f
計算公式為：



5.制動力計算分析

通過對周盤式制動器制動力矩的計算和分析可以發(fā)現(xiàn)，在制動推力、調(diào)整臂長度和摩擦片相同的情況下，凸輪軸的尺寸結(jié)構(gòu)、制動盤的尺寸結(jié)構(gòu)和制動面積是影響制動力矩的關(guān)鍵因素，分別對這兩種形式的制動器進(jìn)行了力矩測試，測得周盤式制動器總制動力矩為1 5 0 4 1.2 N m，鉗盤式制動器總制動力矩為13698.6Nm，周盤式制動器“內(nèi)撐外抱”的獨特制動形式和雙S凸輪軸的特殊結(jié)構(gòu)使得其制動力矩比傳統(tǒng)鉗盤式制動器高出9.8%。

周盤式制動器制動性能及效益優(yōu)勢分析

1.制動面積大

相比傳統(tǒng)的鉗盤式制動器，周盤式制動器采用的是“內(nèi)撐外抱 ”的雙面制動形式，制動剎車片幾乎可以與周制動盤約 7 0%的面積進(jìn)行接觸，制動面積達(dá)211520mm 2，是鉗盤式制動器制動面積 39052mm 2的5倍，制動性能更好。



2.雙制動系統(tǒng)雙重安全保障

周盤式制動器內(nèi)外制動蹄正常情況下同時工作，如遇任意一個制動蹄失效，其他兩個制動蹄仍然可以正常工作，可保證在極端情況下車輛正常減速或停止，提高了車輛制動的安全性。



3.防止制動盤受損飛濺

傳統(tǒng)的鉗盤式制動盤損壞后會直接接觸到輪轂，制動盤與輪轂高速摩擦產(chǎn)生大量的火星，會導(dǎo)致出現(xiàn)火災(zāi)或碎片飛濺等風(fēng)險。周盤式制動器不僅有導(dǎo)風(fēng)防塵罩能隔絕周向制動盤，防范制動盤損壞后產(chǎn)生的火星及碎片到處飛濺，而且雙面夾緊的制動方式能確保制動盤受損后不脫落，不飛出。



4.散熱性強

周盤式車軸擁有獨立的散熱系統(tǒng)，周制動盤為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外制動面間設(shè)有散熱通道，獨創(chuàng)的導(dǎo)風(fēng)防塵罩設(shè)計，可利用車輛行駛的自然風(fēng)對制動對制動系統(tǒng)冷卻散熱，雙層結(jié)構(gòu)的周制動盤更利于通風(fēng)散熱。



5．抗衰熱性能強

周盤式制動器采用了雙面制動，將制動力平均分配在兩個制動面上，周制動盤的發(fā)熱量減少了一倍，雙向夾緊制動模式也使得汽車制動響應(yīng)速度更快。根據(jù)掛車制動試驗表明，周盤式制動器熱態(tài)制動強度為41.3%，比標(biāo)準(zhǔn)要求的36%提高14.7%，在熱衰退試驗后仍具有較好的熱態(tài)制動效能，具有較強的抗熱衰性。

表1 兩種制動器制動性能對比


6.周盤式制動器經(jīng)濟效益分析

周盤式制動器因其獨特的結(jié)構(gòu)和制動模式，其制動面積是傳統(tǒng)的鉗盤式制動器的5倍，大摩擦面積實現(xiàn)較大的制動力，制動器的使用壽命也大大延長；鉗盤式制動器的制動面積小，每行駛1～3萬km就需要更換一次摩擦片，而周盤式制動器的制動面積大，正常行駛10～20萬km才需要更換一次摩擦片；周盤式制動器的結(jié)構(gòu)相對簡單，零部件價格較低，其使用維修成本較低；周盤式制動器的摩擦片磨損極限厚，使用壽命長，傳統(tǒng)鼓式制動器最大磨損厚度為12mm，周盤式制動器最大磨損厚度為外12mm+內(nèi)10mm；周盤式制動器能降低輪胎起火、制動盤破裂及制動性能失效等事故的發(fā)生率，避免造成巨大的經(jīng)濟損失。



結(jié)語

相比傳統(tǒng)的鉗盤式和鼓式制動器，周盤式制動器有制動面積大、雙制動系統(tǒng)雙重安全保障、防止制動盤受損脫落飛出、散熱性強、制動響應(yīng)速度快、發(fā)熱小等優(yōu)勢。對周盤式這種新型的制動器而言，有必要進(jìn)行大量的理論數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)和實車數(shù)據(jù)的積累，探究其制動性能、散熱性能、耐久性能、與制動控制系統(tǒng)的匹配性和適應(yīng)性等，不斷對其進(jìn)行完善改進(jìn)，進(jìn)一步提升該制動器的綜合性能。