CN100385135C - 盘式制动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及盘式制动器，更精确地说是制动盘(2)到中心部(3)的接触面。该盘式制动器有卡钳(1)，该卡钳容纳一个或多个制动衬块(8)并围绕一个或多个制动盘(2)。至少一个制动盘(2)可滑动地容纳在中心部(3)上，该中心部(3)以轮毂、套筒等形式存在，并容纳在轮轴等上。该盘(2)通过齿(4、5)、花键等以旋转联锁且轴向可滑动的方式连接到中心部(3)上。从轮轴线方向看，该至少一个盘(2)和/或中心部(3)的至少齿(4、5)和/或花键之一的接触部具有弧形的形状。所述接触部是齿面上在制动器释放状态下相互接触的部分。

Description

盘式制动器

技术领域

本发明涉及盘式制动器。虽然盘式制动器已开发用于重型车辆，但本领域熟练技术人员还会意识到它们可用于任何类型的车辆。

本发明主要针对制动器处于释放状态下的情况。

现有技术

本发明类型的盘式制动器有一个或多个制动盘，其中至少一个制动盘可沿轴向滑动。这些制动盘容纳在中心部上，该中心部可以是容纳在轮毂上的套筒，而轮箍本身或其它设备与轮轴等连接。滑动盘以旋转固定或联锁的方式容纳在中心部上，并可在轴向上滑动。盘和所述中心部之间的接触面可以是齿、花键等。为了通过中心部将施加到盘上的制动力从制动衬块传递到轮轴等，需要旋转联锁。

在说明书中使用的词语“轮轴”是广义的用法，以方便描述。许多车辆并没有实际的轮轴，至少从动轮没有。车轮通常由悬架的某种滑柱等支撑。通常车轮容纳在轴螺栓上。

本发明的盘式制动器有一个或多个通常在释放状态下松动的滑动盘。这是因为制动盘和中心部的齿等的接触面是没有优化的直面或曲面，从而在接触面上必然存在间隙。由于制动器通常暴露在污垢和铁锈中，为保证可靠的滑动功能，在中心部和制动盘之间需要有相当大的间隙。而间隙使套筒和盘的旋转中心主要在竖直方向上会产生微小的位移。这样，盘相对中心部在径向上可能存在一个较短的距离。在旋转过程中，该位移会间歇地变化，从而产生振动和噪音。

在齿有直面的情况下，盘和中心部之间的位移在旋转过程中可能变化。位移在旋转角与齿的螺距角相对应处会达到最大值和最小值。最大值和最小值之间的变化通常会产生振动和噪音。在齿具有曲面的情况下，如果没有设计来避免，那么也会发生相同的情况。

在竖直中心线的每一侧同时接触的齿的数量通常是一个或两个。由于不可避免的制造缺陷，少量接触在切换齿时会引起振动和噪音，对已设计来避免这种情况的齿，如果径向位移变化，也会发生这种情况。

说明书中使用的词语“直”指的是从轮轴线方向看，齿面等不是曲的，虽然它们相对盘或中心部的圆周的角度可能会有不同。

发明内容

本发明的盘式制动器有一个或多个制动盘，其中至少一个在中心部上滑动。滑动的制动盘通过齿、花键或其它设备容纳在以轮毂、套筒等形式存在的中心部上，产生旋转联锁且轴向滑动的接触面。

根据本发明，为具有不松动的接触面，需要满足若干条件。每一个盘和中心部之间的位移在释放状态下旋转中，即在制动器没有致动时旋转中，应该尽可能不变。此外，在竖直中心线的每一侧，每一个盘的至少两个齿与中心部的至少两个齿接触。齿面上在释放状态下旋转中待接触部分的弧长，根据齿的数量，应该超过一定的长度。为方便描述，这些部件通常称为接触部。如果齿经过合理的设计弯曲，那么齿之间接触点处的切线应该基本上是水平的。

如上所述，盘和中心部之间的接触面理论上应该达到，盘和中心部的相互竖直位置在旋转中不会变化。这样，每一个盘和中心部之间的位移在制动器处于释放状态下时都应该是不变的或者几乎不变的。由于制造缺陷的存在，位移并不总是不变的，所以使用词语“几乎不变”来反映。

根据本发明，齿是具有弧形面的，即从轮轴线方向看，齿的接触面的形状是弧形的。此外，盘和中心部的齿的接触面之间的额定间隙在整个弧长上几乎是不变的，即盘和中心部的齿的曲面在整个弧长上几乎是相同的。所述弧长指的是在释放状态下旋转中齿待接触部分，或如上所述的接触部分的长度。这里使用的“额定间隙”是在盘和中心部之间的旋转中心零位移的位置下确定的。

需要注意的是，待接触的部件与制动器的释放状态有关。对某些制动器而言，齿面的不同部件可在释放状态和制动状态下接触。

由于本发明的设计，位移在旋转过程中不会变化。这样，盘和中心部之间的接触面的间隙不会或者几乎不会引起振动和噪音，从而可以增大间隙，保证在各种情况下具有可靠的滑动功能。弧可以有固定的或变化的半径。半径固定的弧是一个单独的圆弧，半径变化的弧具有与单独圆弧不同的曲面，如常规的或非常规的曲面。齿的具体曲面可以变化，只要能够满足所需的条件即可。

为在旋转过程中保证径向位移几乎不变，每一个盘和中心部的每一个齿的接触部的弧长都至少等于齿的螺距角。如果每一个齿的接触部的弧长都至少为齿的螺距角的两倍，那么在竖直线每一侧同时接触的齿的数量将为两个或更多。接触数量的增加在切换齿时会削弱振动和噪音，这是因为针对制造缺陷的敏感性降低了。

在齿的接触部的弧长超过90°，最好接近180 °的情况下，同时接触的齿的数量理论上就比较大，约为齿总数量的25到50％。这种大数量的接触会削弱振动和噪音，即使针对制造缺陷的敏感度很低时也是如此。耐磨性也会得到提高。

如果中心部有螺旋花键，那么通常就能够削弱振动和噪音，即使盘的齿具有直齿面也是如此。

为简化描述，在全文中使用了词语“齿”、“中心部”和类似词语。因此，这些词语应该从广义上理解。这里“齿”还包括花键或其它形式的部件，这些部件都能够产生旋转联锁和轴向滑动。“中心部”包括套筒、轮毂或其它形式的部件，这些部件都能够容纳制动盘。在本文中使用的词语“轴向”、“径向”以及类似词语都是针对轮轴线(未显示)的。

由于齿是弧形的，中心部和盘之间的接触点将沿弧走动。

本发明的一个目的是在制动器释放状态下能够削弱振动程度以及噪音程度。

本发明的另一个目的是提高制动盘和中心部之间接触面的耐磨性。本发明的另一个目的是降低对制造公差和缺陷的敏感性。

根据本发明，一种盘式制动器有卡钳，该卡钳容纳一个或多个制动衬块并围绕一个或多个制动盘。至少一个制动盘可滑动地容纳在中心部上，该中心部以轮毂、套筒等形式存在，并容纳在轮轴等上。盘通过齿、花键等以旋转联锁且轴向可滑动的方式连接到中心部上。从轮轴线方向看，至少一个盘和/或中心部的至少齿和/或花键之一的接触部具有弧形的形状。接触部是齿面上在制动器释放状态下相互接触的部分。

通过阅读下面最佳实施方式的详细描述，本领域熟练技术人员能够清晰地了解到本发明的其它目的和优点。

附图简要说明

下面通过实施例并结合附图来进一步描述本发明，其中

图1为一个盘式制动器实施例的分解图；

图2a到2c为现有技术下接触面的主要示意图；

图3a到3c为与图2a到2c相应的包含本发明的接触面的主要示意图；

图4a到4f显示了可能与本发明使用的不同齿的实施例。

最佳实施方式详细描述

在图1中显示了盘式制动器的一个实施例。本领域熟练技术人员可以意识到本发明原理可适用于具有多种不同结构的盘式制动器。在下面的描述中，只会具体涉及到那些对理解本发明重要的部件。

如所示的盘式制动器有一个卡钳1，该卡钳围绕两个容纳在中心部3上的制动盘2，中心部在这里以轮毂的形式存在。制动盘2在内圆周上有齿4，齿4将与中心部3外圆周上的齿5啮合。制动衬块8以常规方式可滑动地容纳在卡钳1内。制动衬块8是通过一个止推垫片6和一个制动机构7施加的，并容纳在卡钳1内。制动力矩分别通过齿4、5和/或制动盘2和中心部3的花键从盘2传递到中心部3。齿4、5和/或制动盘2和中心部3的花键一般分别有常规延伸部，该延伸部与盘的旋转轴之间可以平行，也可以不平行。这样就可以使用螺旋齿。在一些实施方式中，中心部上的螺旋花键与具有直面齿的制动盘协作。

盘2通过齿4容纳后，在旋转方向上产生联锁的接触面，在轴向上产生可滑动的接触面。在其它一些实施方式中(未显示)，使用了其它数量的盘2，其中一个盘2在轴向上固定。这些制动衬块8位于每一个制动盘2的两侧。此外，即使最远离止推垫片的那一个制动衬块8是固定的，这些制动衬块8也都可移动得容纳在卡钳1的轴向上。在制动过程中，制动机构7将止推垫片6挤压向相邻的制动衬块8，制动衬块将受挤压向制动盘2，以此类推。当制动衬块8和制动盘2挤压在一起时，制动发生。

为了制动盘2能够在以轮毂、套筒等形式存在的中心部3上滑动，在盘2的齿4、5和中心部3的接触上必须有一定的间隙。参照图2，它显示了现有技术下盘式制动器的原理，它有盘9和中心部10，并带有直面齿11、12。为解释方便，所示的盘9和中心部10都只有八个齿，而且，间隙也被夸大了。

如上所述，本发明涉及制动处于释放状态时的情况。当旋转盘9和中心部10位于图2a的位置时，盘9通常下降距离s，即与间隙相等的距离。这样，盘9和中心部10的旋转中心都将主要位于同一个竖直方向上，如图2b所示。此外，在中心线13的每一侧通常只有一对齿11、12接触。所述接触通常一直维持，直到盘9和中心部10已旋转到某特定位置为止，在该位置处，所接触的齿相对水平线的角度约为22.5°，如图2c所示。角度22.5°是由所示实施例的齿的数量决定的。如果齿的数量不同，那么该角度也不同。在图2c的位置，接触通常切换到另一对新齿11、12上。在旋转过程中，盘9和中心部10的旋转中心之间的位移通常会变化，并在接触切换到一对新齿时最大。当接触从一对齿切换到另一对齿时，盘9相对中心部10的位移通常开始减少，直到处于图2b所示的位置时，该位移再次达到与间隙相等的距离。当偏移开的制动盘9的齿11撞击中心部10的齿12形成新的接触点时，所述变化的位移产生振动和噪音。

通过布置齿和/或花键不与盘的旋转轴平行，产生螺旋齿和/或花键，可以降低所述变化的位移的幅度。齿和/或花键的面可以是直的或弧形的。一个特殊的齿和/或花键可在预定的盘旋转角间隔内提供水平接触面。这样，接触将浓缩到一个点，在旋转过程中，该接触点沿齿或花键的轴向移动。但是，最佳设计是下面待描述的弧形接触面，它接合在轴向相当长的距离内维持接触，避免上述变化的位移。

根据本发明，盘2和中心部10的齿4、5和/或花键有弧形接触面，其半径为常量或者可以变化。此外，盘和中心部的齿的接触面的额定间隙，在一定的弧长，即接触部范围内，几乎是常量。额定间隙在盘2和中心部3的旋转中心之间位移为零时的位置，在各齿左右侧间隙几乎相同的角位置时确定。

实际上，在旋转过程中，一对具体的齿4、5和/或花键之间的间隙会根据转动的实际位置而变化。在一个旋转轴其中，间隙将在接触和最大间隙之间变化。最大间隙约为额定间隙的两倍。但是，中心部3和每一个盘2之间的位移实质上都是不变的。

在旋转过程中，某一对具体的齿4、5和/或花键的接触点将沿齿4、5的弧走动。接触点将从中心部的齿5开始承受负荷的第一位置走动到中心部的齿5不再承受任何负荷的第二位置。这样，连续的齿5将在一次回转中承受负荷。旋转的方向将决定接触点在一对具体的齿4、5上走动的方向。齿4、5上与待协作的齿4、5接触的面部称为接触部，如上所述。

在图4a到4f中显示了不同形状的齿。曲线形状可以是圆弧或螺旋弧，从而有变化的半径。顶部可由一个形状相同的弧走过，也可由两个弧合并到一起。这样，在一些情况下，左齿面形成有一种弧状，而右齿面形成有另一种弧状。盘2和中心部3的齿4、5也可以由不同凸面和凹面组合而成。所示齿形状只是一些例子，本领域熟练技术人员可以意识到形状可以有很多进一步的变化。在一些实施方式中，齿面部是直的，但是间隙必须足够大，以避免直面部在释放状态下与制动接触。在制动位置它们可能接触。齿上在接触部之外的部分在释放状态下可以有变化的间隙。

如果能够实现无松动接触面在释放状态下的所有状态，那么下面的情况就成立。即齿的接触部具有特定的形状，使得在每一个盘2和中心部3的齿4、5之间的接触点处，齿4、5的弧的切线都是水平的。

齿4、5和/或花键的数量也确实能够影响振动和噪音的程度。随着齿4、5数量的增加，振动和噪音会削弱。此外在每一个齿4、5上，额定间隙几乎不变的弧形接触部的弧长对削弱振动和噪音也是重要的。

齿4、5的数量和上述在每一个齿4、5上接触部的弧长对影响振动和噪音程度是相互关联的。因而，如果齿4、5的数量较少，那么弧长就应该相对较大。而当齿4、5的数量较多时，弧长较短也可以理想地削弱振动和噪音的程度。为在齿4、5的数量和弧长之间获得理想的平衡，每一个盘2和中心部3的齿4、5的弧形接触部的累积弧长都应该大于360°/Z，最好大于2(360°/Z)，其中Z为齿4、5的数量。如果弧长更大，那么同时接触的齿的数量也增加。这将削弱制造缺陷的影响，从而更好地降低振动和噪音。这里使用的词语“累积弧长”指一个齿的接触部的弧长。如果弧的半径有变化，那么所述累积弧长将由多个独立的弧长组成，理论上每一个半径都对应一个弧长。

Claims (17)

1.一种盘式制动器，具有卡钳(1)，该卡钳容纳一个或多个制动衬块(8)并围绕一个或多个制动盘(2)，在该盘式制动器中，至少一个制动盘(2)可滑动地容纳在中心部(3)上，该中心部(3)以轮毂、套筒或类似形式存在，该中心部(3)容纳在轮轴上，该至少一个制动盘(2)通过齿(4、5)、花键或类似装置以旋转联锁且轴向可滑动的方式连接到中心部(3)上，其特征在于，从轮轴线方向看，至少一个盘(2)和/或中心部(3)的齿(4、5)和/或花键的至少接触部具有弧形的形状，该接触部是齿部在制动器释放状态下旋转时相互接触的部分，每一个盘(2)和中心部(3)的齿(4、5)和/或花键的接触部在盘(2)和中心部(3)之间有额定间隙，在盘(2)和中心部(3)之间没有位移时，该额定间隙是常量或者几乎不变，并且每一个盘(2)和/或中心部(3)的每一个齿(4、5)和/或花键的接触部都是弧形的，且其累积弧长都大于360°/Z，其中Z分别为盘(2)和中心部(3)的齿(4、5)的数量。

2.如权利要求1的盘式制动器，其特征在于，每一个盘(2)和中心部(3)的至少两对齿和/或花键在竖直中心线(13)的两侧都相互接触。

3.如权利要求2的盘式制动器，其特征在于，在制动器释放状态下，制动盘(2)和中心部(3)的齿(4、5)和/或花键之间的每一个接触点(7)的切线都基本上是水平的。

4.如权利要求1的盘式制动器，其特征在于，弧具有固定的半径或变化的半径。

5.如权利要求1的盘式制动器，其特征在于，每一个盘(2)和/或中心部(3)的每一个齿(4、5)和/或花键的接触部都是弧形的，且其累积弧长都大于2(360°/Z)，其中Z分别为盘(2)和中心部(3)的齿(4、5)的数量。

6.如权利要求1的盘式制动器，其特征在于，至少一个盘(2)和中心部(3)的齿(4、5)的接触部是弧形的，且其累积弧长大于20°。

7.如权利要求1的盘式制动器，其特征在于，每一个齿(4、5)的接触面都由一个弧形构成，该弧从齿(4、5)一侧的根部到达齿(4、5)另一侧的根部。

8.如权利要求1的盘式制动器，其特征在于，每一个齿(4、5)的接触面都是由两个弧形组成的，每一个弧都从齿(4、5)相反侧的相应根部到达齿(4、5)的顶部。

9.如权利要求1的盘式制动器，其特征在于，在每一个盘(2)和中心部(3)的接触部上，即制动器释放状态下接触点所在部上，齿(4、5)的弧形都是相同的。

10.如权利要求1的盘式制动器，其特征在于，盘和/或中心部的齿和/或花键以螺旋分布，即在所述部件的旋转轴上存在一个角度。

11.一种制动盘(2)，它可用于前述任意一个权利要求的盘式制动器中，其特征在于，从轮轴线方向看，至少制动盘(2)的齿(4)或花键的接触部都具有弧形的形状。

12.如权利要求11的制动盘(2)，其特征在于，弧具有固定的半径或变化的半径。

13.如权利要求11的制动盘(2)，其特征在于，制动盘(2)的每一个齿(4)或花键的接触部都是弧形的，且其累积弧长都大于360°/Z，其中Z为制动盘(2)的齿(4)的数量。

14.如权利要求11的制动盘(2)，其特征在于，制动盘(2)的齿(4、5)的接触部是弧形的，且其累积弧长大于20°。

15.如权利要求11的制动盘(2)，其特征在于，每一个齿(4)的接触面都由一个弧形构成，该弧从齿(4)一侧的根部到达齿(4)另一侧的根部。

16.如权利要求11的制动盘(2)，其特征在于，每一个齿(4)的接触面都是由两个弧形组成的，每一个弧都从齿(4)相反侧的相应根部到达齿(4)的顶部。

17.如权利要求11的制动盘(2)，其特征在于，制动盘(2)的齿或花键以螺旋分布，即在制动盘(2)的旋转轴上存在一个角度。

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