CN102808873B - 用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器，主要结构特征是制动器摩擦副由制动压力施力件和受力件构成，制动压力施力件和受力件的摩擦面采用圆锥面，是相对于现有鼓式制动器利用圆柱面、盘式制动器利用端面产生摩擦力矩的另一种方式，属于机械装置和运输技术领域。由于圆锥面摩擦制动具有自行增力、改变制动作用力与圆锥面之间夹角可调节制动力矩大小等特点，因此能够获得改善制动器零部件的互换性、增加摩擦材料选用范围、节约能源、增大制动力矩等优势，因而其在工业和汽车制动器方面具有广阔的应用前景。

Description

用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器

技术领域

本发明涉及一种应用于工业和汽车制动的摩擦类制动器，其用于制动的摩擦副是由制动压力施力件和受力件构成，制动压力施力件和受力件的摩擦面采用圆锥面，是相对于现有鼓式制动器利用圆柱面、盘式制动器利用端面摩擦的另一种方式。属于机械装置及运输技术领域。

背景技术

摩擦制动器结构型式包括鼓式制动器和盘式制动器等，鼓式制动器又分为外抱块式和内涨蹄式。鼓式制动器的摩擦面是利用制动鼓内或外圆柱面；盘式制动器的摩擦面是利用制动盘端面。按使用场所不同，鼓式和盘式制动器又可分为工业制动器和汽车制动器。

摩擦制动器作为通用机械装置，应用十分广泛。外抱块式制动器常用于一般的机械传动，内涨蹄式制动器常用于载重汽车，盘式制动器在机械传动和小型车辆上广泛应用。

目前使用的摩擦制动器增加制动力矩是靠增大摩擦表面压力或滑动摩擦系数的方式获得，相应地对摩擦材料要求高，摩擦材料的选择范围窄。在相同摩擦材料和源动力情况下，要获得更大的摩擦力矩靠增加制动鼓或制动盘结构尺寸，因此鼓式和盘式制动器产品针对不同力矩需要不同的结构尺寸。鼓式制动器还存在受水、热影响大，制动效能衰减明显等问题。在汽车上应用的盘式制动器受车轮轮毂尺寸限制、制动力矩小，满足载重汽车的制动力矩要求困难；而且相对鼓式制动器，还存在成本高等缺点。

圆锥面为母线是直线段，与旋转轴线斜交，母线绕旋转轴线旋转所形成的曲面。

发明内容

本发明的目的是克服上述工业和汽车所使用鼓式和盘式制动器缺点，发挥圆锥面增力的优势，提供一种制动力调节方便、对材料选择范围宽、性能稳定的摩擦制动器。

制动器上用于制动的摩擦副中，与供能装置连接，不制动时处于静止状态，制动时提供摩擦副动力的零件称之为制动压力施力件。制动器上用于制动的摩擦副中，与旋转零件连接且同步旋转，制动时承受制动压力并逐步减速的零件称之为制动压力受力件。在制动器中，制动压力施力件数量为1件以上，制动压力受力件数量为1件。

本发明的结构特征是利用圆锥面作为制动器摩擦副的摩擦面，圆锥面在制动压力施力件和受力件上相互匹配。用于制动的圆锥面，其母线与旋转轴线斜交，但母线线段与旋转轴线可以无交点。制动压力受力件上圆锥面为母线绕旋转轴线旋转360°形成的圆锥面，每件制动压力施力件上圆锥面为与制动压力受力件上相匹配圆锥面的一部分。圆锥面相对于摩擦副零件实体部分可凹进或凸出，在制动压力施力件和受力件上，凹进或凸出的方向相反。制动压力施力件和受力件摩擦面为两圆锥面，且两圆锥面沿径向截面对称。当设置对称的两圆锥面时，凹进的两圆锥面交线处需有退刀槽。即上述圆锥面可以相对于零件实体部分内凹或外凸，制动压力施力件和受力件的内凹或外凸相互匹配，内凹的两圆锥面交线处可设置退刀槽。为增加散热、施加冷却剂等，圆锥面的零件实体上还可以有开孔、沟槽等辅助构造。

圆锥面也可由两段或两段以上母线绕相同旋转轴线所形成的多段圆锥面构成。两段圆锥面之间采用过渡面连接，制动压力施力件和受力件的过渡面所形成的空间可用于冷却、拆卸等用途。

本发明摩擦力产生并增力的原理是：若制动作用力与制动压力施力件或受力件的圆锥面之间角度为α(0°＜α≤65°)，施加的制动作用力为则在圆锥面上产生的制动压力N＝F/sinα，是施加的制动作用力F的1/sinα倍。在制动作用力F相同的情况下，相对鼓式和盘式制动器，圆锥面摩擦制动的摩擦力及制动力矩与压力N增加相同的1/sinα倍。需要获得不同的制动力矩，可通过改变制动作用力F与锥面之间角度α获得。

下面对本发明应用于各种鼓式和盘式制动器的方式举例说明如下：

本发明应用于具有圆锥面的外抱块式制动器的做法是：当沿径向施加制动作用力时，现鼓式制动器除摩擦面以外的其它部分结构型式可不变，制动鼓摩擦面为对称的两圆锥面，制动蹄摩擦面与其一致。两圆锥面在制动压力受力件上内凹或外凸均可以，可根据使用环境和相关传动零件装或拆方便确定。也可以采用轴向施加制动作用力的方式，这种方式需改变现鼓式制动器传力装置结构。

本发明应用于具有圆锥面的内涨蹄式制动器的做法可以有两种：一是制动鼓和制动蹄的摩擦面为对称的两圆锥面，制动器其余部分结构型式可以不变；二是制动鼓的摩擦面为单圆锥面，制动蹄摩擦面与之适应，制动作用力沿轴线方向施加，这样可利用圆锥面增力作用达到增大制动力矩的目的。

本发明应用于具有圆锥面的盘式制动器的做法是：制动盘摩擦面为对称的两圆锥面，，制动蹄摩擦面与其一致。制动作用力施加方向不同于现使用的平行于制动盘轴线方向，沿具有圆锥面的制动盘的径向方向施加。为克服径向施加作用力不平衡对制动盘传动轴等零件的影响，制动蹄可沿圆锥面制动盘周向对称布置。

为解决圆锥面制动结构带来的安装、拆卸问题，可将制动压力受力件做成剖分结构，剖分的各件采用配合加工。也可将制动压力施力件或受力件两圆锥面部分做成可分别整体拆卸结构，更进一步做成剖分结构或其他方便拆卸结构。

本发明的有益效果如下：

1.在制动器供能装置所提供制动作用力不变的情况下，可获得比现有鼓式或盘式制动器大的制动力矩，制动作用力与圆锥面夹角越小，增力作用越大；

2.在供能装置及相关结构尺寸不变的情况下，圆锥面摩擦制动通过改变制动作用力与圆锥面间夹角大小，可获得不同的制动力矩，为制动器产品零部件的互换性创造良好的条件；

3.由于圆锥面摩擦副的增力作用，摩擦副制动压力得到有效增加，为获得相同的制动力矩，摩擦副材料的滑动摩擦系数可降低，这对摩擦副材料的选取提供了更广的范围，对于制动器的耐磨损、耐高温方面起到积极的作用，进一步提高制动器性能的稳定性。

4.与现有制动器相比，在相同制动力矩情况下，可减小供能装置提供的动力，可有效节省能源；

5.现有汽车盘式制动器制动力矩或经济性不能满足载重汽车的要求，本发明为载重汽车采用盘式制动器提供了经济、可靠的方案。

附图说明

图1：圆锥面摩擦制动原理图。

图2：具有对称的两圆锥面的外抱块式制动器示意图。

图3：具有对称的两圆锥面的内涨蹄式制动器示意图。

图4：具有圆锥面的盘式制动器原理图。

图5：图4的C向视图。

图6：具有单圆锥面的鼓式制动器示意图。

图7：图6的D向视图。

图8：多段圆锥面示意图。

图9：图2的A-A剖面图。

图10：图3的B-B剖面图。

图中标号对应零部件名称或标识说明如下：

制动压力受力件1、制动压力受力件中心线2、制动压力施力件3、圆锥面4、圆锥面制动蹄一5、复位弹簧6、支架横梁7、圆锥面制动鼓一8、供能装置9、圆锥面摩擦衬片10、圆锥面制动鼓二11、凸轮12、制动底板13、圆锥面制动蹄二14、销轴15、圆锥面盘式制动蹄16、圆锥面制动盘17、单圆锥面制动鼓18、单圆锥面制动蹄19、圆锥面一20、母线一21、过渡面22、圆锥面二23、母线二24、制动作用力F、制动压力N、制动作用力与圆锥面间夹角α。

具体实施方式

图1为本发明的圆锥面摩擦制动原理图。制动压力受力件1为圆形，绕其中心线2旋转，其上有圆锥面4。制动压力施力件3上有与制动压力受力件1相匹配的圆锥面4，可向制动压力受力件1施加制动作用力F。制动压力施力件3可单独设置，也可沿制动压力受力件1周向对称布置，如图中双点划线所示。当制动作用力F与圆锥面间夹角为α时，则在两圆锥面上产生的压力N＝F/sinα，是施加制动作用力F的1/sinα倍。两圆锥面在压力N作用下产生大小为Nμ(μ为滑动摩擦系数)的摩擦力，从而对制动压力受力件1产生相对于中心线2的制动力矩。由图可知：不改变制动作用力F大小，只改变制动作用力与圆锥面间夹角α，便可改变制动力矩的大小。在需要获得与现使用鼓式或盘式制动器相同制动力矩的情况下，由于圆锥面的增力作用，可减小摩擦材料的摩擦系数，因此相对于现有鼓式和盘式制动器的摩擦材料，本发明的摩擦材料的选择范围更广，可更好地满足高温、耐磨等制动器所需的各方面性能要求。

图2、图9为本发明的具有对称的两圆锥面的外抱块式制动器的示意图。如果采用径向施加制动作用力的方式，现有外抱块式制动器除摩擦面以外的其余结构可不变。制动压力施力件为圆锥面制动蹄一5，制动压力受力件为圆锥面制动鼓一8，圆锥面制动鼓一8和圆锥面制动蹄一5摩擦面为相互匹配的两圆锥面，且两圆锥面沿径向截面对称。在供能装置9提供的动力作用下，圆锥面制动鼓一8和圆锥面制动蹄一5的圆锥面4相互贴合，并获得相对于现摩擦面为圆柱面的鼓式制动器更大的制动力矩。对于该类型制动器，由于复位弹簧6及支架横梁7可方便拆卸，因此圆锥面制动鼓一8和圆锥面制动蹄一5可分别与制动压力受力件和施力件做成整体式。为满足特定需要，其也可做成各种可拆卸结构，如剖分结构或螺栓连接结构。制动作用力F与圆锥面4之间夹角α的范围为：6°≤α≤60°。为节省材料，可单独制作圆锥面摩擦衬片10并安装于相应制动压力施力件或受力件本体上。

图3、图10为具有对称的两圆锥面的内涨蹄式制动器示意图。该类制动器主要用于载重汽车，图示为常用的领从蹄式制动器。制动压力施力件为圆锥面制动蹄二14，制动压力受力件为圆锥面制动鼓二11。圆锥面制动鼓二11和圆锥面制动蹄二14摩擦面为两圆锥面，且两圆锥面沿径向截面对称。制动底板13安装于车架上，圆锥面制动鼓二11安装于车轮上，凸轮12、圆锥面制动蹄二14、销轴15安装于制动底板13上。在凸轮的带动下，圆锥面制动蹄二14绕销轴15旋转，圆锥面制动鼓二11与圆锥面制动蹄二14的圆锥面4贴合并产生制动力。制动鼓圆锥面部分同样也可做成可拆卸结构，以满足安装或拆卸需要。制动作用力F与圆锥面4之间夹角α的范围为：6°≤α≤60°。

图4、图5为本发明的具有圆锥面的盘式制动器原理图。该类制动器制动压力施力件为圆锥面盘式制动蹄16，制动压力受力件为圆锥面制动盘17，摩擦面为相互匹配的两圆锥面，且两圆锥面沿径向截面对称。该类制动器制动作用力F沿圆锥面制动盘17径向施加，以获得增力的制动效果。圆锥面制动盘17可做成剖分结构，圆锥面摩擦衬片10可单独制作并安装于盘式圆锥面制动蹄16本体上。制动作用力F与圆锥面4之间夹角α的范围为：1°≤α≤50°。

图6、图7为本发明的具有单圆锥面的鼓式制动器示意图。制动压力施力件为单圆锥面制动蹄19，制动压力受力件为单圆锥面制动鼓18，单圆锥面制动鼓18和单圆锥面制动蹄19的圆锥面相互匹配。在轴向施加制动作用力F。这种方式可利用圆锥面增力，从而获得更大的制动力矩，适用于对载重汽车内涨蹄式制动器的改造。制动作用力F与圆锥面之间夹角α的范围为：1°≤α≤50°。

图8为本发明的多段圆锥面示意图。制动压力施力件和受力件上的多段圆锥面的对应面相互匹配。图示为两段构成情况，圆锥面由圆锥面一20、圆锥面二23和过渡面22构成，圆锥面的母线分别由母线一21和母线二24组成，图示两段母线相互平行，有共同的旋转轴线。该种结构可在制动压力受力件和施力件的过渡面22之间形成空间，可用于冷却和拆卸等用途。多段圆锥面的两段母线也可以不平行，但有共同的旋转轴线，利用其圆锥角不一样以实现一些特殊的功能。

Claims (8)

1.一种应用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器，其特征是：用于制动的摩擦副由制动压力施力件(3)和受力件(1)构成，制动压力施力件和受力件的制动摩擦面采用圆锥面(4)，制动压力施力件沿径向对受力件施加制动作用力，制动压力施力件和受力件摩擦面为两圆锥面，且两圆锥面沿径向截面对称；制动压力施力件和受力件的摩擦面为两段或两段以上的圆锥面，各段圆锥面有共同的旋转轴线，其每段圆锥面由各自的母线绕共同的旋转轴线形成，制动压力施力件和受力件上两段圆锥面之间为过渡面(22)，并在制动压力施力件和受力件的过渡面(22)之间形成空间。

2.如权利要求1所述的应用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器，其特征是：圆锥面(4)与制动压力施力件上制动作用力(F)的夹角(α)的范围为：0°＜α≤65°。

3.如权利要求1或2所述的应用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器，其特征是：所述的摩擦制动器为外抱块式制动器时，所述制动压力施力件为圆锥面制动蹄一(5)、所述制动压力受力件为圆锥面制动鼓一(8)，圆锥面制动蹄一(5)与圆锥面制动鼓一(8)的制动摩擦面为对称的两圆锥面，制动作用力(F)与圆锥面(4)之间夹角(α)的范围为：6°≤α≤60°。

4.如权利要求1或2所述的应用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器，其特征是：所述的摩擦制动器为内涨蹄式制动器时，所述制动压力施力件为圆锥面制动蹄二(14)，所述制动压力受力件为圆锥面制动鼓二(11)，圆锥面制动蹄二(14)与圆锥面制动鼓二(11)的制动摩擦面为对称的两圆锥面，制动作用力(F)与圆锥面(4)之间夹角(α)的范围为：6°≤α≤60°。

5.如权利要求1或2所述的应用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器，其特征是：所述的摩擦制动器为盘式制动器时，所述制动压力施力件为圆锥面盘式制动蹄(16)，所述制动压力受力件为圆锥面制动盘(17)，圆锥面盘式制动蹄(16)与圆锥面制动盘(17)的制动摩擦面为对称的两圆锥面，制动作用力(F)与圆锥面(4)之间夹角(α)的范围为：1°≤α≤50°。

6.如权利要求1或2所述的应用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器，其特征是：圆锥面(4)可以相对于零件实体部分内凹或外凸，制动压力施力件(3)和受力件(1)的内凹或外凸相互匹配，内凹的两圆锥面交线处设置退刀槽。

7.如权利要求1或2所述的应用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器，其特征是：所述圆锥面(4)在制动压力施力件和受力件上可做成整体结构，也可将两圆锥面做成分别可拆卸结构。

8.如权利要求1或2所述的应用于工业和汽车的圆锥面摩擦制动器，其特征是：所述圆锥面可采用圆锥面摩擦衬片(10)，并安装于制动压力施力件或受力件本体上；也可在制动压力施力件或受力件本体上直接加工圆锥面。