車輪快速制動器的設(shè)計

王亞林 劉云 郭姍姍

摘? 要：開發(fā)了一種車輪快速制動裝置，克服了傳統(tǒng)液壓制動器的諸多不足之處，為進(jìn)一步研究提供了一定的基礎(chǔ)。完成了車輛快速制動器總體設(shè)計，對制動夾緊機構(gòu)、推力執(zhí)行機構(gòu)和動力輸出機構(gòu)進(jìn)行了分析計算，系統(tǒng)制動性能很好的滿足了車輛行駛的要求。此制動系統(tǒng)沒有制動液體，反應(yīng)快捷、安全環(huán)保、性能可靠，是一種非常有前途的車輛制動系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：快速制動;總體設(shè)計;夾緊機構(gòu);性能可靠

中圖分類號：U463.5? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）08-0075-03

Abstract： A kind of wheel fast braking device is developed， which overcomes many shortcomings of the tradetional hydraulic brake and provides a certain basis for further research. The overall design of the vehicle fast brake is completed， and the braking clamping mechanism， thrust actuator and power output mechanism are analyzed and calculated. the braking performance of the system meets the requirements of vehicle driving. This braking system has no braking liquid， fast response， safety and environmental protection， reliable performance， and it is a very promising vehicle braking system.

Keywords： rapid braking; overall design; clamping mechanism; reliable performance

引言

隨著人們對車輛制動安全性能要求的不斷提高，制動附加機構(gòu)越來越多，傳統(tǒng)的液壓制動方式和管路布置也更加復(fù)雜，制動器響應(yīng)速度慢、損耗高，制動系統(tǒng)維修與裝配的難度、液壓回路泄漏的風(fēng)險也在不斷增加。開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡潔、制動迅速、性能高效的車輪制動裝置具有廣闊的發(fā)展空間。本快速制動器采用力矩電機來驅(qū)動，沒有制動液體，采用機械的減速增扭裝置，可以在較短的時間內(nèi)獲得足夠的制動壓力，并能對制動壓力進(jìn)行精細(xì)的控制，提高了車輛的制動性能。車輪快速制動的機械裝置與電氣系統(tǒng)直接連接，即使車輛在行進(jìn)過程中出現(xiàn)意外事故，沖擊力不會通過制動系統(tǒng)傳遞給駕駛員，提高了車輛的舒適性和安全性。隨著電子智能控制的不斷發(fā)展，車輪快速制動裝置的信號傳遞將更加迅速，反應(yīng)也愈發(fā)靈敏，有著傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)無法比擬的諸多優(yōu)勢。因此，對車輪快速制動裝置進(jìn)行積極的探索和深入的研究，具有非常重要的意義。

1 制動器總體設(shè)計

制動器主要由減速增扭機構(gòu)、傳動機構(gòu)、回位裝置、制動夾緊機構(gòu)等幾大部分組成。制動器的外殼為圓筒狀，并與各大機構(gòu)連接和提供必要的支撐。制動器前端的電動機作為能量輸出模塊，為制動器能夠有效的工作提供了可靠的動力源，輸出形式為旋轉(zhuǎn)運動。

本設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用行星齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)對電機傳來運動的減速和增大扭矩。行星齒輪機構(gòu)的齒圈固定在制動器外殼上，太陽輪軸與電機相連，電機傳來的運動和動力通過太陽輪輸入，行星架與傳動裝置相連并輸出低轉(zhuǎn)速和高扭矩。采用NSK滾珠絲杠將行星齒輪機構(gòu)傳遞過來的圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動并輸出動力，通過傳動架帶動制動盤實現(xiàn)車輛的快速制動。滾珠絲杠的一端與行星架相連，另一端插入單列軸承后用止推環(huán)固定，并將軸承插入支撐座內(nèi)。傳動架可以沿著支撐架左右移動，支撐架固定在制動器外殼上。回位裝置通過螺栓連接與制動盤固定在一起，可以保證在制動過后快速良好的回位，制動過程簡便有效，對制動盤起到了保護(hù)作用。制動盤作為制動器末端的執(zhí)行模塊，將傳動架傳來的正壓力轉(zhuǎn)換為制動時的摩擦力。

電機分別與電子控制單元和減速增扭裝置相連，并在電子控制單元的控制下轉(zhuǎn)動，為行星齒輪機構(gòu)提供動力。制動系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。

制動控制器通過分析制動過程中的制動盤壓力傳感信號和車輪速度變化信號來控制制動電機輸出力矩的大小，從而達(dá)到控制制動力的目的。本設(shè)計制動器選用永磁直流力矩電機，可輸出較大轉(zhuǎn)矩，滿足負(fù)載的需要。在永磁直流力矩電機的電源輸入端設(shè)置一個電流傳感器，實時檢測電機的工作電流，保證力矩電機的正常運轉(zhuǎn)。

2 制動夾緊機構(gòu)分析計算

假設(shè)車輛是在路況良好的路面上行駛，車輛制動減速的外力依靠的是輪胎與地面的摩擦力和制動盤與車輪之間的摩擦力。

3 傳動機構(gòu)分析計算

本設(shè)計的傳動機構(gòu)主要是將動力輸出機構(gòu)的圓周運動轉(zhuǎn)化為推進(jìn)準(zhǔn)確、速度合理、切實有效的直線運動，或車輛制動過程結(jié)束后將制動夾緊機構(gòu)的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)閯恿敵鰴C構(gòu)的圓周運動。經(jīng)過對幾種能夠?qū)崿F(xiàn)此種功能裝置的對比，選用了NSK滾珠絲杠，絲杠與螺母之間為滾動摩擦，大大提高了傳動效率。設(shè)所選滾珠絲杠的主要參數(shù)如表2所示。

4 減速增扭機構(gòu)分析計算

為了在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)較大的傳動比，選用NGW型行星齒輪減速機構(gòu)對力矩電機輸出的高轉(zhuǎn)速進(jìn)行減速，并把輸出轉(zhuǎn)矩增加到指定的范圍內(nèi)。太陽輪和行星輪的材料選用20GrMnTi滲碳淬火，以適應(yīng)制動器承載、沖擊和耐磨的要求。內(nèi)圈齒輪6固定，以太陽輪3為輸入軸，行星架7為輸出軸，減速器的傳動比與齒數(shù)之間的關(guān)系為：

5 結(jié)論

設(shè)計了一種沒有制動液，反應(yīng)迅速，性能可靠的車輪快速制動器，它以電能作為能量傳動介質(zhì)，減少了制動空間，提升了車輛的精度與效率。對車輪快速制動器的各個執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行了分析計算，結(jié)果表明，此制動器很好的滿足了車輛制動的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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