某越野車制動盤臺架試驗工裝優(yōu)化設計

熊志強 趙明軍 熊虎 賈成智 楊剛

熊志強

畢業(yè)于西安電子科技大學，機械設計制造及其自動化專業(yè)，本科學歷，現(xiàn)就職于國家汽車質(zhì)量檢驗檢測中心（襄陽），任總成及零部件試驗技術研究主管工程師，已發(fā)表論文4篇。

摘要：針對越野車制動盤臺架試驗中的檢測要求，本文從盤式制動器的結(jié)構(gòu)及臺架試驗工裝現(xiàn)狀出發(fā)，介紹并應用了一種制動盤臺架試驗工裝分體式改進方案，面對推廣到另一新項目使用中的突發(fā)問題，進行原因分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，解決了軸承因潤滑不良導致早期損壞的問題。

關鍵詞：制動盤;工裝;優(yōu)化;潤滑

中圖分類號：U463.57 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（ 2021） 06-0024-04 Optimization Design Of Brake Disc Bench Test Fixtures For An

Off-road Vehicle

XIONG Zhi-qiang， ZHAO Ming-jun， XIONG Hu， JIA Cheng-zhi， YANG Gang

（ National Automobile Quality Inspection and Test Center （Xiangyang），

Xiangyang 441004， China）

Abstract： According to the requirements of brake disc bench test for off-road vehicles， thispaper rntroduces and applies a split type rmprovement scheme from the structure and the presentsituation of the bench test fixtures. In the face of the unexpected problems in the application ofanother new prOJect， the reasons analysis and structure optimrzation are carried out， The problem ofbearing damage caused by poor lubrication was solved.

Key Words： Brake Disc; Test Fixtures; Optimization; Lubrication

盤式制動器，在高速、重載和高溫時的工況下能長期保持較高的制動力矩，速度穩(wěn)定性好，熱衰退小，在性能和可靠性方面均具有明顯的優(yōu)勢，正逐漸取代傳統(tǒng)的鼓式制動器。隨著電動化（輪轂電機）、輕量化（鋁合金、碳陶）等技術不斷應用于盤式制動器，制動盤的技術條件也愈加嚴格，對臺架試驗的工裝也提出了更高的要求。

1 盤式制動器車橋安裝及臺架試驗工裝現(xiàn)狀

1.1盤式制動器在車橋上的安裝

盤式制動器主要分為制動盤和制動鉗，在車橋上的結(jié)構(gòu)如圖1所示，制動盤4安裝在輪轂5上，通過輪轂內(nèi)的2個圓錐滾子軸承6與固定的橋殼1滾動配合。制動鉗2是橫跨制動盤兩側(cè)的夾鉗形元件，內(nèi)置與制動盤摩擦的制動襯塊及其促動裝置，一般直接用螺栓安裝在橋殼法蘭3上。

1.2盤式制動器臺架試驗工裝現(xiàn)狀

近幾年，經(jīng)常使用的中、重型商用車輛盤式制動器臺架試驗工裝借鑒了車橋一體式結(jié)構(gòu)，示意圖如圖2所示：芯軸2模擬橋殼，通過制動鉗安裝板3固定制動鉗4，經(jīng)過制動鉗法蘭1轉(zhuǎn)接后與試驗臺的固定端主軸相連;制動盤法蘭7模擬輪轂，直接安裝制動盤，通過滑銷9、過渡法蘭10與試驗臺的旋轉(zhuǎn)端主軸連接，主要依靠內(nèi)置2個圓錐滾子軸承與芯軸2滾動配合。

這種工裝將制動盤和制動鉗安裝在剛性較大的芯軸2上，在大扭矩試驗時不會造成制動鉗啃傷制動盤的問題。一個臺次性能試驗，約制動900次，耗時3天，所以需頻繁拆裝工裝，遂沿用了車橋的油脂潤滑，簡化了油封，缺點是一體式工裝更換制動盤時需要拆卸軸承，較繁瑣。

2 臺架試驗工裝設計改進方案

2.1制動盤臺架試驗要求及工裝現(xiàn)狀分析

在進行某越野車普通型結(jié)構(gòu)（見圖3中圖片b）制動盤開發(fā)試驗過程中，某項目需要進行不同生產(chǎn)方、不同批次、不同工藝等多個制動盤的臺架對比檢測，需要反復檢查制動盤兩側(cè)工作面（端面）、安裝部位等處，合計需要檢查120次，檢查次數(shù)非常多。

工裝現(xiàn)狀分析：

1）工裝為一體式結(jié)構(gòu)，制動盤通過制動盤法蘭、軸承等安裝在芯軸2上，制動盤難以從芯軸上脫開或拆卸，在工裝上的檢查空間很緊湊，尤其是制動盤的安裝部位更是難以檢查。

2）當需要更換制動盤時，必須將主要部件（含軸承）全部打散后再逆向安裝，這個步驟比較復雜，效率低下，而且反復拆裝工裝容易造成軸承保持架損壞、制動盤安裝精度一致性差、工裝壽命縮短等問題。

2.2工裝設計改進方案

改進方案，結(jié)構(gòu)從一體式改進為分體式。

具體方案為，圖2中的制動鉗連接板3，不通過芯軸2轉(zhuǎn)接，直接用螺栓固定在制動鉗法蘭1上;芯軸2的大端法蘭改成外漸開線花鍵（見圖4），制動鉗法蘭1的中心孔改成與芯軸外花鍵對應的內(nèi)漸開線花鍵。為盡量貼合實車狀態(tài)，制動盤直接安裝在原車輪轂上，輪轂內(nèi)置軸承并通過輪轂法蘭（見圖5）與試驗臺旋轉(zhuǎn)端主軸連接，取消原來的滑銷傳動裝置。改進設計方案的工裝結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

選擇漸開線花鍵的原因主要有2點：當齒受載時，齒上的徑向力能起到自動定心作用，以保證同軸度，并有利于各齒均勻承載;齒數(shù)較多，總接觸面積較大，可承受較大的載荷。

2.3工裝設計改進方案效果

1）檢查十分方便：當需要檢查制動盤時，只需將制動鉗拆下，制動鉗法蘭1（見圖5）的內(nèi)花鍵從芯軸2的外花鍵上滑出，制動盤就完全暴露在臺架工裝的最外面，制動盤的各處檢查位置一覽無遺。

2）效率提升明顯：當這個制動盤試驗做完、需要更換下個制動盤時，只需拆下這個制動盤的固定螺栓即可，再也不用辛苦地去拆裝制動盤法蘭和軸承了。安裝所需時間縮減至原來的1/3至1/4。

3）適宜對比檢測：工裝為分體式結(jié)構(gòu)，整個試驗過程中無需拆裝工裝，軸承及花鍵嚙合的位置沒有改變，不同制動盤的安裝精度相同，非常適宜做對比檢測。

3 臺架試驗工裝設計優(yōu)化方案

3.1工裝在新項目應用時的突發(fā)問題及原因分析

在該越野車制動盤開發(fā)試驗過程中，新項目需要考核1個制動盤在最高車速、大溫差（ 80-550）℃、大載荷下的可靠性，最高溫度偶爾會達到600℃以上（見圖6中圖片a），期間檢查制動盤約30次。改進方案的工裝在實際應用中，出現(xiàn)了軸承早期損壞的問題（僅完成項目1/4進度，見圖6中圖片b）。

原因分析：因改進方案選用的軸承型號與實車相同，工裝滿足高速、重載的試驗要求，但軸承潤滑用油脂熔點較低，高溫下油脂熔化、流失，繼而使得軸承因潤滑不良、干摩擦導致早期損壞。同時，油脂只能在工裝組裝時添加，一旦添加過量，液態(tài)油脂在700r/min左右高速離心力作用下濺向制動盤和制動鉗（見圖6中圖片c），不僅影響了制動盤檢查效果，也降低了制動力矩，嚴重影響了制動盤可靠性檢測結(jié)果。

3.2工裝設計優(yōu)化方案

優(yōu)化方案，重點優(yōu)化軸承的潤滑條件，并導流液態(tài)油脂。

具體方案如圖7所示，因不能改造原車輪轂，為改善軸承潤滑條件，重新設計制動盤法蘭1，以替代原有的輪轂和制動盤法蘭2個零件，內(nèi)置2個圓錐滾子軸承，增加潤滑用的注油口、導油環(huán)3、積油槽和多個排油口。制動盤法蘭上1均布的多個排油孔，自積油槽底部以與軸線成35。角度向遠離制動盤方向延伸直至貫穿，排油口遠離制動盤和制動鉗。

3.3工裝設計優(yōu)化方案效果

高溫熔化的油滴首先在離心力作用下匯集在積油槽中，通過積油槽底部三只排油孑L將油液排出，避免油液濺向制動盤和制動鉗。試驗過程中，只需操作人員定期加注潤滑脂即可。

該優(yōu)化方案實際應用后，工裝一次就順利完成了后續(xù)3/4項目，優(yōu)化效果十分明顯。軸承在高溫使用環(huán)境中能夠得到充分潤滑，整個過程未見任何異常現(xiàn)象，軸承壽命提升了3倍以上。另外，制動盤和工裝表面無飛濺的油滴（見圖6中圖片d），有效保證了制動盤可靠性檢測結(jié)果，達到了優(yōu)化設計預期。

4 結(jié)語

臺架試驗工裝設計的基本原則是在貼合實車狀態(tài)、滿足臺架需求的基礎上，盡量簡化工裝。在該越野車制動盤開發(fā)過程中，常用的一體式結(jié)構(gòu)的工裝難以滿足頻繁檢查的要求，改進設計時采用了分體式結(jié)構(gòu)，但在新項目高溫可靠性試驗中又出現(xiàn)了軸承潤滑不良的問題，繼而在優(yōu)化設計時重點改善了軸承潤滑條件，最終確定了優(yōu)化設計方案，有效地保證了試驗高效可靠地運行，在行業(yè)內(nèi)具有較大推廣價值。

參考文獻：

[1]陳家瑞，汽車構(gòu)造.機械工業(yè)出版社.2008.

[2]徐灝.機械設計手冊.機械工業(yè)出版社.2001.9.

[3]濮良貴，陳國定，機械設計，高等教育出版社.2013.5.

[4]熊虎、熊志強等.氣壓盤式制動器試驗工裝優(yōu)化設計，機械工程師.2017.3.

[5]滾動軸承，哈爾濱軸承集團公司.

專家推薦語

王猶松

東風汽車集團有限公司技術中心

汽車總成臺架試驗及設計總師 研究員高級工程師

文章立意明確，表述清晰，技術思路上既有問題提出的依據(jù)，又有解決問題的方法，并且在實際工作中得到落實，很好的完成了新產(chǎn)品臺架試驗。雖然，解決的技術問題，不是高難度的，但是能夠在試驗工作中，通過總結(jié)解決的實際問題，分析零件的損壞和受力狀態(tài)，提出解決方案并實施，最后成文。在試驗技術角度分析問題解決問題的文章并不多見，本文就是一篇值得推薦的論文。