一種新型剎車間隙自動補償機構的設計與實現

朱聰強，周丹宇

（合肥工業大學機械工程系，安徽宣城 242000）

0 引言

制動系統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。隨著消費者對汽車安全性的日益重視，汽車的制動系統也在不斷地改進中。

在傳統的制動系統中，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節，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。但是液壓制動系統也存在很多問題，如易漏油、響應慢等，一旦液壓系統管路油液泄漏也會對環境造成影響。液壓制動總泵或管路系統失靈，則會導致汽車無法制動。

電控機械制動是汽車線控制動技術的一種，作為汽車行業的一項前沿技術，其一直是該領域創新的突破口。相比于傳統的制動系統，電控機械制動器有諸多優點，如無需制動液、環境友好、控制響應快、制動力更加準確、減輕制動系統的質量等優點。

但是，現有的電子機械制動系統也存在一些不足，如缺少現在國際標準規定的剎車間隙補償功能，在剎車片磨損后不能進行自動補償。針對以上不足，設計了一種新型的剎車間隙自動補償機構。

1 機構基本構成

本新型剎車間隙自動補償機構，主要包括前后摩擦片、制動盤、復位密封橡膠圈、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生彈性變形，且不與活塞發生相對滑動；單向軸承通過2 個普通平鍵與錐形非自鎖螺母和導向滑塊相連；彈簧安裝在導向滑塊和連接體之間，且始終處于壓縮狀態；連接體上開有導向槽，導向套筒可以在導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償機構結構

以上所述的特征，使機構具有以下效果：①采用的矩形密封圈可以使機構在剎車結束后能夠自動復位，結構簡單，復位效果良好；②采用單向軸承，使得錐形非自鎖螺母和導向滑塊之間只能按一種轉向相對轉動；③當錐形非自鎖螺母受到活塞的推力時不會與絲杠發生相對轉動，而當錐形非自鎖螺母受到導向滑塊的推力時則會與絲桿發生相對轉動；④在進行制動時錐形非自鎖螺母不會因為與絲桿發生相對轉動而影響制動，而在摩擦片磨損時則可以在彈簧的彈力作用下與絲桿發生相對轉動從而自動補償剎車間隙。

2 設計基本原理

2.1 制動系統正常工作情況

當汽車剎車時，汽車通過中間傳力機構把制動力傳遞給螺母，使螺母開始轉動。由于螺母在沿絲杠軸向是固定不動的，所以螺母的轉動使絲杠軸向運動。在彈簧的作用下，導向滑塊、單向軸承、錐形非自鎖螺母和活塞等緊密貼合在一起，所以當絲杠軸向運動時，其整體都將沿軸向運動。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生轉動而影響制動，保證了制動可以順利進行。當活塞沿絲杠軸向運動時，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生相對滑動；當制動結束，制動力撤去后，矩形密封圈會自動恢復原來的形狀，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償過程

當摩擦片磨損后，汽車進行制動時，活塞的運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生相對滑動。這樣，當制動結束后活塞便不會回到原來的位置，導致活塞和錐形非自鎖螺母之間出現間隙。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生相對轉動，即錐形非自鎖螺母會沿絲杠軸向運動，直到與活塞再次接觸，從而填補錐形非自鎖螺母與活塞之間的間隙，完成自動補償過程。當再一次制動時，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 結論

該新型剎車間隙自動補償機構經過初步理論設計分析，已基本滿足設計需求，其結構緊湊合理，可以在較大程度上適用于制動行業。相比于目前傳統間隙補償機構有多方面改進，其結構更加簡單，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境干擾，使其有更好的控制效果。