CN102996684A - 高增力盘式制动器 - Google Patents

Abstract

这是一种有巨大自增力作用的盘式制动器，它可以在摩托车、轿车、货车、火车、电梯中使用。它有十分巧妙简捷的结构，它不用动力助力器就可轻易的把轿车或者电动轿车刹住。它十分好设计成电控盘式制动器，它的电控电动机的功率、体积可以比现在电控电动机小几-十几倍，推广后可以使汽车、摩托车的安全性大幅提高。由于它有巨大的自增力作用，所以它能减少很多机构，节省很多成本。它将给我们带来巨大的社会效益和经济效益，它是一种划时代的制动器。

Description

高增力盘式制动器

所属技术领域：

本制动器涉及交通、运输机械的盘式制动器，如汽车、摩托车、火车、电梯等领域。

背景技术：

在我申请的专利号为200910140564.4的自增力盘式制动器中公开了一种制动器，它解决了盘式制动器不能自增力的问题，提升了盘式制动器的使用范围，但是它也还有自增力比大的时候它分离不彻底，有很大的拖滞阻力，甚至可能还要卡往。所以在分离彻底时它能用的自增力比并不大。在《制动技术手册》(德)B.布勒伊尔K.比尔著机械工业出版社2011.06出版I SBN 978-7-111-34916-7第359页第363页中公开了两种正在实验并且很有前途的电控盘式制动器，他们采取的也是单面斜面增力(楔块增力)的办法，他们用电动机经过变速机构在中央控制器(电脑)的控制下进行制动，由于他们这种盘式制动器的增力比很大，制动器有可能卡住(制动器力过大)，他们使用的电动机的功率太大，汽车上的电源基本上都不能满足需要，同时成本过高，所以影响它的推广。

现在轿车上都使用盘式制动器，它大幅提高了轿车的安全性。但盘式制动器有制动力小(效能因数低)，它需要动力助力(汽油车是真空助力器)才能刹住车，并且设置驻车制动和应急制动困难。它有成本高，在发动机熄火后它的制动力很小，特别是汽车在高速行使时意外熄火后，它基本刹不住车，安全性不能完全得到保证等方面的缺点。为了保证任何时候都有足够大的制动力，发动机的怠速要调的比较高，因为真空助力器需要较大的真空度来助力，这样在等红绿灯、塞车时要多用较多的燃油，这对经济性和环境都没有好处。另外把它用在柴油车、双能源车、电动车上，由于它需要另配真空泵，它的成本会大幅上升。现在常用的盘式制动器设置驻车制动的成本也比较高。

本发明就是要解决普通盘式制动器制效能因数低，必须要使用动力助力器，设置驻车制动成本高，安全性不够高，成本过高，发动机的怠速比较高，所代来的经济、环保、安全问题而提供的一种高增力的盘式制动器的一系列方案。它也解决了我原来的的自增力盘式制动器在增力比高时，它分离不彻底，有很大的拖滞阻力，甚至可能还要卡往的缺点；也解决了现在自增比大时不好控制的问题；它还可以对制动器的机体(钳体)在制动时产生的变形进行补偿，从而减小了操作行程，这样又可以加大制动器的增力比。本发明的盘式制动器在制动力与传统盘式制动器相同的情况下，操作行程也相同时，我的制动器的操作力可以比传统的小几至几十倍。这样我的制动器就可以非常方便的使用电伺服机构(如电动机)等进行电控制。而现在的盘式制动器进行电控制的电动机的功率很大，从而体积大、消耗的电能也大，影响它的使用和推广。而我的盘式制动器可以直接进行电控，直接由中央处理器(电脑)直接进行ABS、ASR、ESP、EBV、ECD、HDC等控制。从而可以省去许多液压、机械的机构，减少成本、提高可靠性、减少滞后现象提高安全性。

技术方案是：

本发明所用的制动片(又叫制动蹄片)、制动盘、滑销、固定支架与现在常用盘式制动器的一样。它由机体(又叫钳体)、活塞(也可以是其它的零件)、自动补偿机构、斜板、支承板等零件、部件组成。机体主要由钳体、钳桥和钳爪等部分组成。制动盘的两边装有制动蹄片和斜板。制动片安在斜板上。在机体钳爪一边的斜板上的斜面或者曲面与钳爪上的斜面或者曲面靠接，或者经过其它零件进行连接。另一制动片安在制动盘的另一边的另一斜板上，我把它叫作控制斜板。装在机体中的活塞(或者其它的零件)与控制斜板靠接，或者经其它零件与控制斜板靠接，控制斜板上的斜面或者曲面与机体或者支承板上的斜面或者曲面靠接。上述这种的曲面、斜面的叫主工作曲面或者主要工作斜面。控制斜板还与其它零件连接或者靠接。支承板的另一面与自动补偿机构的自动补偿螺杆靠接，或者经滚动体靠接。支承板的两端可以滑套在滑销上。滑销与固定支架固定连接，固定支架固定在支承车轮的支架上，它们都不随着车轮转动。当需要的制动力比较小时可以不设置自动补偿机构。而需要的制动力大或者很大时制动器中可以设置自动补偿机构。自动补偿螺杆也可以由其它零件驱动，如由附图6、7所示中的杠杆上的拨叉进行驱动。

上述零件中靠接的斜面，它们可以为单一斜面、可以为几个斜面、还可以为曲面或者几个曲面，或者斜面与曲面混合组成。上述零件靠接的斜面处之间可以装滚动体，较好为滚针或滚柱、钢球。在支承板与自动补偿螺杆靠接处之间也可以装滚动体，较好为钢球等滚动体。在支承板与活塞之间装有回位簧。在支承板上也装有另外的回位簧。在控制斜板上还可以联接驻车制动钢丝绳，形成驻车制动器。其它零件如机体、滑销的联接方式基本上与现在常用的盘式制动器一样。

一般情况下曲面、斜面的主工作角度大时增力比较小，而分离容易，分离后的拖滞阻力比较小。而曲面、斜面主工作角度小时增力较大，分离后的拖滞阻力很大。一般在机体钳爪一边的斜板的工作角度比控制斜板的小，特别是角度相差比较大时(如相差20度时)，它产生了意想不到的效果，这种盘式制动器既有小角度斜面增力大的效果，又有大角度好分离和解除制动后拖滞阻力小的优点。它把两种角度工作时的优点集中在一起，而没有两种角度在工作时的缺点，这就是这种盘式制动器最神奇的地方。

在斜板上还装有回位弹簧，使它在解除制动后快速回位，立即使制动片与制动盘之间产生合理的间隙，并在正常行使时不产生噪音。

有益效果：

它解决了国内外使用使用斜面增力(楔块增力)，当增力大时，控制功率很大不好控制的难题，并且结构非常简单。在机体钳爪一边的斜板的工作角度比控制斜板的小，特别是角度相差比较大时，它产生了意想不到的效果，这种盘式制动器既有小角度斜面增力大的效果，又有大角度好分离和解除制动后拖滞阻力小的优点。它把两种角度工作时的优点集中在一起，而没有两种角度在工作时的缺点，这就是这种盘式制动器最神奇的地方。

高增力制动器是一种盘式制动器，它有现在常用盘式制动器的优秀性能，它没有热衰退、水衰退的缺点。由于它有高自增力能力，它又具备了鼓式制动器的优点，它的增力效果可以比鼓式制动器的自增力效果还要大很多。它没有常用盘式制动器制动力小(效能因数低)、需要动力助力器(对汽车而言)和在它上面设置驻车制动困难的缺点，从而造成它安全性不足够高，成本高。由于它不需要使用动力助***(对轿车而言)，并且在它上面设置驻车基本不增加成本，它能节省很大的成本，特别是柴油车、新能源轿车汽车(如电动、双燃料汽车等)使用它后可以比传统制动***节省70％以上的成本。由于它在轿车上不使用动力助***，发动机不必向动力助力***提供足够的真空度，发动机的怠速转速只维持它能正常转动既可，因而怠速转速可以下降很多，特别是在堵车、等红绿灯时可以节省很多燃油，省很多钱，这样既节能又减少污染。由于它不使用动力助***，减少了发生故障的几率，因而它的安全性又大幅上升。特别是它有非常高的自增力，非常好控制，用它来作电控盘式制动***非常容易。这样它可以节省很多液压、机械、电子控制机构，它直接由汽车的中央控制器(电脑)进行控制。从而带来结构简单、成本底、制动响应快。这一点恰恰是汽车界现在非常想解决而又无法解决的一个难题。它还可以对制动器的机体(钳体)在制动时产生的变形进行补偿，从而减小了很大的操作行程，这样又可以加大增力比。从而减小控制力，增大制动力。由于它能产生非常大的正压力，它对制动蹄片的要求可以降的非常低，特别是它的摩擦因数(摩擦系数)可以从0.3降到0.05，使它的选择范围扩大好多倍，非常好选择制动蹄片的材料。所以它是一种集常用盘式制动器和鼓式制动器的优点于一身，并且在性能、安全性、成本、节能、环保方面都更好的新一代制动器。

附图说明：

附图1-----1种用于轿车、电动轿车的浮动钳体式高增力盘式制动器的剖面示意图，由于控制斜板(5)的工作角度很大，它不用其它机构进行补偿，因而结构特别简单、成本很低，制动力也完全满足要求。图中制动盘的转动方向为V标示的方向(以下相同)。

附图2-----附图1的K向视图。

附图3----1种可以进行部分补偿的高增力盘式制动器的剖视图。活塞(7)在进行制动时，它也经过滚动体(8)推动补偿斜块(18)向上移动，从而进行补偿。由于活塞(7)经过补偿斜块(18)作用于控制斜板(5)的增力应该比作用于控制斜板(5)的大，所以它不能完全补偿制动蹄片(2)的磨损量，它只能作部分补偿。但在其它情况相同的条件下它的活塞(7)每次的工作行程要小些。活塞(7)的直径在设计时可以增大，或者活塞(7)与控制斜板(5)之间的工作角度可以减小，它的增力可以比附图1所示的制动器大。

附图4--1种浮动钳体式的高增力盘式制动器的剖面示意图。它的控制斜板(5)与支承板(13)靠接的主工作面是曲面组成。它由液压活塞驱动，它上面设置有驻车制动。补偿螺纹杆由扭簧提供动力驱动进行自动补偿，由摩擦环对补偿量进行限制，钳爪面的斜板行程被限位。在基本条件相同的情况下，它的增力比附图1、附图3要大很多。

附图5------附图4中活塞(7)上安装的滚柱(8)与控制斜板(5)上的斜面靠接处的放大图，它由两段斜面组成工作斜面，在制动开始时可以快速的消除制动蹄片(2)与制动盘(1)的间歇，减少活塞(7)的工作行程，增大增力比。

附图6--1种由气缸驱动，经过摇臂增力，再经过斜面增力的高自增力盘式制动器剖面总图。它在制动蹄片磨损后的自动补偿是由摇臂驱动限扭非阶跃方型扭簧式超越离合器，然后再驱动螺杆进行的，这种补偿方式在气动盘式制动器中非常普遍，已有产品出售。为解决制动器摩擦副耐高温、耐磨损的问题，斜面和可能有高温的摩擦面采用了镶嵌硬质合金的方案，图中小方块既是。这种制动器可以使用摩擦系数为0.05---0.1的材料来作制动蹄片。这种制动器我正在实验。

附图7--附图6的K向视图。

附图8-----1种结构十分简单，成本很低的摩托车用高增力盘式制动器。它直接由钢丝绳(12)拖斜板(5)控制制动器进行制动。

附图9-----附图8的K向剖视图。它直接由钢丝绳(12)拖控制斜板(5)控制制动器进行制动。由回位簧(9)回位。

附图10---附图8所示摩托车盘式制动器安装在摩托车前轮的示意图。

附图11----1种电动机(17)直接用螺杆拖动支承板(13)进行制动的电控盘式制动器。

附图12--1种摩托车用的高自增力盘式制动器产品总图。它采用的是与附图6附图7基本相同的自动补偿机构，它的超越离合器是限扭非阶跃方型扭簧式超越离合器。它的控制斜板(5)是由凸轮轴来驱动。它的制动力在基本情况相同的情况下比附图8的大很多。

附图13--附图12的K向剖视图。

附图14--附图12、13所示摩托车高自增力盘式制动器安装在摩托车前轮的示意图。

附图15--1种用电动机推动螺杆进行电控的轿车和电动轿车的高自增力盘式制动器的示意图。这个电动机的功率和体积比现在人们正在使用和实验的电控盘式制动器的电动机小几-十几倍，它非常好控制。图中(17)为电动机。

附图16--1种用电动机代替气缸，进行电控的货车盘式制动器示意图。其它的情况与附图6附图7的基本相同。

附图17--附图16的K向视图。

附图18--我进行实验的只有单边有斜板的模拟实验台，它能进行简单的动态模拟，对设计很有帮助。

附图19--我进行实验的两边都有斜板的模拟实验台，虽然它简单但非常好用，它揭示了本发明的许多优秀性能。它们都用虎钳夹住实验台，一边把控制斜板(5)用绳子(图中粗黑线)和弹簧称用力拉起(如4Kg)，并固定。另一边拉另外一把弹簧称，就可以进行实验，得到制动力。解除制动后拖滞阻力的实验，可以先把控制斜板(5)用力拉住(如5Kg)，然后放开，放开后再拉另外一把弹簧称得到拖滞阻力的大小，和解除时的霎时启动阻力的大小。

附图中编号所代表的零件：1-制动盘 2-制动蹄片3-斜板 4-机体上的钳爪 5-控制斜板 6-机体 7-活塞 8-滚动体 9-回位簧 10-固定支架 11-滑销 12-钢丝绳组合 13-支承板 14-自动补偿螺杆 15-扭簧16-摩擦环 17-电动机 18-补偿斜板 19-回位胶圈

具体实施方案：

附图1是1种用于轿车、电动轿车的浮动钳体式高增力盘式制动器的剖面示意图，由于控制斜板的工作角度很大，它不用其它机构进行补偿，因而结构特别简单、成本很低，制动力也完全满足要求。

现在根据附图1来介绍它的结构和工作原理。它的制动盘(1)与现在常用的制动盘完全一样。制动蹄片(2)与常用的基本一样(又叫制动片)。两制动蹄片(2)夹装在制动盘(1)的两边，制动盘(1)固定在车轮上并与它一起转动。机体主要由钳体(6)、钳桥和钳爪(4)等部分组成。机体(6)滑套在滑销(11)上，滑销(11)固定在支架(10)上并固定在支承车轮的支架上。一块制动蹄片(2)安在机体(6)的钳爪(4)一边的斜板(3)上。斜板(3)上的两主要工作斜面与钳爪(4)上面的两滚轴(8)靠接。另一制动蹄片(2)安在另一控制控制斜板(5)上。控制斜板(5)上的两主要工作斜面与机体(6)上的两斜面靠接。控制斜板(5)上的另外一个工作斜面经过滚轴(8)与活塞(7)靠接。

工作原理，当车向前行使时，制动盘(1)的转动方向是从下向上转动(V的方向)。当车需要制动时，操作者踏下制动踏板，它推动制动总泵把压力油经管道输入机体(6)与活塞(7)之间。活塞(7)在油液的推动下向左移动。活塞(7)上的滚轴(8)经过控制斜板(5)上的斜面推动控制斜板(5)向上移动，在机体上主要工作斜面和它的主要工作斜面的作用下，它在向上移动时也要向左移动。在右制动蹄片(2)接触接触制动盘(1)后，控制斜板(5)作用于机体(6)的作用力也要推动机体(6)向右移动，这样又拉动钳爪(4)、滚动体(8)向左，最后又拉斜板(3)、制动蹄片(2)向制动盘(1)移动。当消除了制动蹄片(2)与制动盘(1)的间歇后，它们开始接触进行制动。由于这时产生的制动力经左右两边的制动蹄片(2)反作用在控制斜板(5)和斜板(3)上，并与活塞(7)作用于(5)的楔紧方向一致，这样制动力又使控制斜板(5)和斜板(3)增加了新的楔紧力，使它总的楔紧力增大，由于它的楔紧力的增大又使制动力再增大，制动力增大又使楔紧力再增大，这样周而复始的循环，它就达到了自增力的效果。

一般情况下钳爪(4)一边的斜板(3)的主要工作角度比另一边的小很多。因而这一边的自增力比可以比另一边的大。这里有一个问题要注意，就是各曲面的主要工作角度设计应合适，不能一味的提高自增力能力，楔紧力过大后可能造成卡死和制动踏板行程过大的问题。如果控制斜板(5)只是在右边有，而左面没有斜板(3)，这时它的工作角度不能太小，如果太小可能要被卡死，这个角度与零件的摩擦系数(因数)有关，摩擦系数小角度小，摩擦系数大角度大。这是我在试验中证明了的。

但是在制动盘(1)的左右都设置安装斜板(3)(5)后，特别是控制斜板(5)的工作角度比斜板(3)的大很多后，奇迹出现了，这种装置既有大工作角度好分离和分离后拖滞阻力比较小的特点，又有小工作角度增力大的优点，它集中了这两种角度的优点，而没有这两种角度的缺点。在制动盘(1)的左面也设置有斜板(3)后，还带来另外一个好处。在制动时，特别是在大制动时，机体(6)上的钳爪(4)与机体上装活塞(7)的端面之间有比较大的变形。而斜板(3)向上移动，它在向上移动时也要向右移动并带动制动蹄片(2)向右移动，它就可以对机体(6)在制动时产生的变形进行补偿，由于可以对机体(6)的变形进行补偿。这样就可以减小活塞(7)的工作行程，一般减小在10％以上，高的时候可以减小50％以上。这样活塞(7)的直径就可以增加，或者活塞(7)与斜板(5)之间的增力比又可以增加很多。因此可以说这是一种神奇的制动器。在不增加操作行程和增加工作压力的情况下，它的增力比可以做的非常大。从而使总的增力比增加很多，可以轻易的比常用的盘式制动器增加几至十几倍，甚至更高。

它的制动力大小控制是由活塞(10)作用于控制斜板(5)上的力的大小来决定的，作用于控制斜板(5)上的力大，制动力大，作用于控制斜板(5)上的力小，制动力小。作用于控制斜板(5)上的力为0，制动器解除制动。而活塞(10)的力量大小是人的踏力决定的。在两滑销(11)上安装有回位胶圈(19)，目的是在解除制动时好回位，减少拖滞阻力。

高自增力制动器可以设置自动补偿机构，它的自动补偿机构可以有多种。当需要的制动力比较小时可以不设置自动补偿机构。而需要的制动力大或者很大时制动器中可以设置自动补偿机构。自动补偿螺杆也可以由其它零件驱动，如由附图6、7所示中的杠杆上的拨叉进行驱动。

另外它还可以使用现在货车盘式制动器上常用的自动补偿结构，它也有补偿螺杆，它的动力来自摇臂，摇臂驱动限扭非阶跃方型扭簧式超越离合器，然后再驱动螺杆进行的，这种补偿方式在气动盘式制动器中非常普遍，已有产品出售。附图4中有部分介绍。

如果用电动机直接用螺杆推动控制斜板(5)，或者直接推动支承板(6)，由于电动机(21)螺杆(8)的工作行程可以做的非常大，本发明可以不使用其它的补偿机构。如附图11。有关补偿机构的原理可以参考我的另外一个专利的说明书，也可以参考货车气动盘式制动器的补偿结构原理。

另外在常用的盘式制动器上设置驻车制动器比较困难，并且成本增加很多。而我的制动器上另设驻车制动器相当容易，基本不增加成本，这一点的优势相当明显。它工作原理是这样的，在控制斜板(5)上直接拉一条手刹钢丝绳(20)，当拉动手刹时，手刹拉动钢丝绳(20)，再拉动控制斜板(5)向上移动，在控制斜板(5)和支承板(6)的楔紧作用下两制动片(2)夹住制动盘(1)从而进行驻车和应急制动。当然也可以在斜块(12)处联接手制动钢丝绳(20)，这样可以增加手刹的制动力。

为快速消除间隙，为适应制动的需要。几个斜面可以是曲面，如圆弧面、双曲线面、抛物曲面等。每个曲面还可以由几个斜面或者几个曲面组成，或者由它们混合组成。

为提高制动器的效率，使它增大制动力和方便回位，在它的主要工作曲面或者斜面之间可以装滚动体，最好为滚针或滚柱。在支承板(6)与自动补偿螺杆(8)之间也可以装滚动体，如钢球等。

本发明可以用于轿车、货车、摩托车、自行车、电梯等交通、运输等需要进行制动的机械上。它可以使制动器非常好控制，并且制动力非常大。

Claims (5)

1.一种盘式制动器，它由制动盘、机体、制动蹄片、滑销、活塞等零件组成，其特征为：制动盘两边的制动蹄片分别装在斜板和控制斜板上；斜板上的主要工作曲面与钳爪上的主要工作曲面靠接，控制斜板上的主要工作曲面与机体上的主要工作曲面靠接，控制斜板还与其它零部件靠接或者连接。

2.根据权利要求1所述的制动器，其特征为：斜板、控制斜板以及靠接零件上的主要工作曲面可以是斜面、圆弧面、双曲线面、抛物线面等曲面组成；它还可以由几段曲面组成；它还可以由上述曲面混合组成；它还可以根据需要的设计曲面组成。

3.根据权利要求2所述的制动器，其特征为：主要工作曲面较好为斜面；斜板、控制斜板以及靠接零件上的主要工作曲面靠接处之间可以装滚动体，较好为滚针或滚柱、钢球。

4.根据权利要求1所述的制动器，其特征为：在控制斜板与机体之间还可以设置支承板；支承板与补偿结构的零件靠接。

5.根据权利要求1、4所述的制动器，其特征为：在控制斜板与机体之间还可以设置支承板和补偿斜板；支承板与补偿斜板靠接；补偿斜板的另一面还与机体靠接；它们也可以经滚动体进行靠接。

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