專利名稱：雙盤式制動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及盤式制動器，更具體地說涉及一種采用相對于一固定的卡鉗可滑動地安裝的多個轉(zhuǎn)子或圓盤的制動器。
傳統(tǒng)盤式制動器的一個固有的問題是，對于一給定的扭矩需要相當(dāng)高的夾緊力，為產(chǎn)生這樣的夾緊力，必需用大而重的卡鉗，這些卡鉗的尺寸，要求用直徑較小的圓盤或轉(zhuǎn)子。而高的夾緊力同樣也要求在卡鉗中使用大直徑氣缸，隨著卡鉗的撓曲產(chǎn)生一具有“海綿”似松軟感覺的制動器。此外，高夾緊力導(dǎo)致熱度增加，傳統(tǒng)的盤式制動器采用大面積金屬來逸散熱量從而使其重量比鼓式制動器為重。
雙盤式制動器最根本的優(yōu)點是夾緊力可以較小，小夾緊力可以使雙盤式制動器的重量減輕、甚至可以降低其成本。已有技術(shù)的雙盤式制動器的顯著缺點是圓盤會“粘”在轂上，且易發(fā)生顫動。
本發(fā)明的最佳實施例中，若干環(huán)狀轉(zhuǎn)子用齒槽接合到盤轂上，多個轉(zhuǎn)子提供增大了的、可迅速散熱的表面積，從而相應(yīng)地減少內(nèi)襯的溫度促使效率較快地恢復(fù)。更具體地說，本發(fā)明一個實施例的齒槽設(shè)計包括若干個形成于一盤轂中的凹槽和相同數(shù)目的、形成于兩轉(zhuǎn)子的每個轉(zhuǎn)子上的齒牙。本發(fā)明的另一實施例中，齒牙設(shè)在盤轂上，而凹槽設(shè)于轉(zhuǎn)子上。凹槽中有淬硬的不銹鋼襯墊并容納一相應(yīng)的齒牙，將齒牙的荷載分布在硬度較低的盤轂上。這一襯墊呈弧狀并含有一可變形的壁體以吸收扭矩、緩沖轉(zhuǎn)子。在扭矩值很高的情況下，這一可變形的壁體完全成為底座，從而;加強了力在盤轂上的分布。在一個實施例中，這些襯墊有一受力的平直邊及一彎曲邊。后者沿某一方向給圓盤加荷以減少制動過程中的“蠕動”(扭曲)量。另一實施例采用具有平行邊的轉(zhuǎn)子齒，這樣，由于齒邊偏置入盤轂轉(zhuǎn)子，僅由齒邊定位而不是由凹槽的底部定位。因此允許較大的熱膨脹而不會使控制(導(dǎo)向)受到損失。當(dāng)采用本發(fā)明的滑動式雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)時，對卡鉗外殼有幾個可供選擇的余地(方案)。這些選擇方案之一是采用模壓鋼卡鉗橋，因為產(chǎn)生于卡鉗和各轉(zhuǎn)子之間的夾緊力降低了一半，故這一方案是可行的。此外，請注意本發(fā)明的卡鉗與以往的設(shè)計相左，卡鉗可固定到轉(zhuǎn)向節(jié)上，而在已有技術(shù)中，因要求其吸收扭矩，故卡鉗是可滑動地連接到轉(zhuǎn)向節(jié)上的。
制動器的一重要的特點是制動流體的“剛度”(勁度Stiffness)也就是說，為了改變某一力矩所必須增加或減少的流體的體積。這一流體“剛度”受到卡鉗的剛度或結(jié)構(gòu)剛度的影響，因為改變力矩需要由卡鉗根據(jù)情況偏轉(zhuǎn)流體。本發(fā)明中，活塞面積可以是單圓盤設(shè)計的活塞面積的一半，從而卡鉗橋剛度可減小一半以使系統(tǒng)的總剛度保持一致。實際過程中，雙盤設(shè)計一般此傳統(tǒng)的制動器剛度大30%-50%。雙盤制動器的一個不利因素是總的墊片(壓力)可能增加，因為依次使用了四個墊片而不是傳統(tǒng)制動器的兩個墊片。然而在實際過程中，因墊片總面積增大，其厚度可減少，抵消了這一不利因素。
此外，一盤制動器所需的總的摩擦材料由其磨損特點及所需的壽命決定。在本發(fā)明的雙盤制動器中，因制動作用力由四個墊片分擔(dān)，每個墊片只有一半的磨損量(與兩墊片制動器相比)因此，工作溫度下降磨損減少。據(jù)此，本發(fā)明采用的襯墊材料厚度可以是傳統(tǒng)制動器的一半是合乎邏輯的。
因此，本發(fā)明的最佳實施例的構(gòu)成是一盤式制動器，包括一裝在車輪上的盤轂、若干環(huán)狀轉(zhuǎn)子或圓盤、將轉(zhuǎn)子安裝到盤轂上從而轉(zhuǎn)子隨同盤轂旋轉(zhuǎn)并可沿一大體上垂直于旋轉(zhuǎn)方向的第一方向滑動的裝置、若干對置的制動墊片(每一轉(zhuǎn)子一片)，以及用于迫使制動墊片依次與轉(zhuǎn)子摩擦嚙合的裝置，特殊形狀的襯墊插入盤轂凹槽與每一轉(zhuǎn)子上的齒牙之間，卡鉗橋和若干制動墊片之間設(shè)置第二套襯墊以增強滑動能力并減小摩擦。
下面的附圖及詳細說明，將使本發(fā)明的許多其它目的變得更為清楚。
附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的盤式制動器的側(cè)面示意圖;
圖2是圖1中各部件的正面剖視圖;
圖3是一襯墊(插入物)的透視圖;
圖4是圖1、2所示的卡鉗橋的獨立平面圖;
圖5是圖1中四個制動墊片之一的平面圖;
圖6是又一在圖2中示出的襯墊(插入物)之透視圖;
圖7是圖1的局部放大圖;
圖8是自由體受力示意圖;
圖9是本發(fā)明的另一實施例。
圖1、2表示一安裝在普通車輪21里的雙盤式制動器20，該盤式制動器20包括一圓筒形盤轂22，該盤轂包括一軸向伸展的圓柱形壁體24以及一徑向伸展、其本上平坦的壁體26。圖1所示的結(jié)構(gòu)是用于前輪驅(qū)動車輛中的典型結(jié)構(gòu)，該車輪21安裝在一輪轂28上并用若干輪轂螺栓30固定在輪轂上、該輪轂用一種已知的轉(zhuǎn)向節(jié)32支撐，與一驅(qū)動軸34驅(qū)動聯(lián)接。盡管本發(fā)明結(jié)合前輪驅(qū)動車輛闡述，但本發(fā)明并不限于前輪驅(qū)動車輛，它可用于車輛的任何車輪上。
車輪21、輪轂28、驅(qū)動軸34以及輪轂螺栓30在圖1中未畫出以避免該圖不易看清。該盤轂22安裝在輪轂28和車輪21上，這種安裝裝置可包括若干開孔，其中各裝入螺栓30。壁體24的外部呈多邊形結(jié)構(gòu)。更具體地說，如圖2所示，此結(jié)構(gòu)呈五邊形，有五個垂直于徑向壁體26延伸的邊44，這些邊44交點處形成有軸向延伸的凹槽或槽縫46a-e。每一凹槽46包括一底部47及向外延的壁體49，第一和第二轉(zhuǎn)子或圓盤50a、50b可滑動地裝設(shè)于凹槽或槽縫46中。在此，“轉(zhuǎn)子”和“圓盤”兩詞混用，轉(zhuǎn)子最好用鑄鐵、但也可用其它金屬制造，并基本呈環(huán)形、圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)。若干齒牙56a-e和58a-e從各轉(zhuǎn)子50a、50b的內(nèi)邊向內(nèi)延伸。圖2示出了表明其齒牙56位置的轉(zhuǎn)子50a之平面視圖，相同數(shù)量的齒牙(58a-e)同樣制在轉(zhuǎn)子50b上(圖2中僅畫出齒58c)。如上所述。本發(fā)明的最佳實施例采用五個凹槽46和五個相似形狀的牙56或58。我們發(fā)現(xiàn)凹槽和齒牙數(shù)最好采用奇數(shù)，以便在制動期間將轉(zhuǎn)子50a、50b的振動降至最小。盡管圖2所示的凹槽和齒牙數(shù)為五個，但可以理解多于五個或少于五個、偶數(shù)個或奇數(shù)個凹槽或齒牙數(shù)均在本發(fā)明的范圍之中。
為降低根據(jù)本發(fā)明制造的盤式制動器之成本并減輕其重量，盤轂22不需采用具有轉(zhuǎn)子材料那樣的壽命的材料，此外為提高轉(zhuǎn)子在凹槽46中滑動能力、將轉(zhuǎn)子的壓力荷載分散到面積更大的盤轂上、為了減少接觸應(yīng)力和侵蝕、減小轉(zhuǎn)子相對盤轂的震動和顫動，將若干彈簧襯墊(插入物)60a-e嵌到盤轂上各槽縫46與轉(zhuǎn)子50的齒牙56、58之間。請注意為了在圖中清晰表示，這些襯墊60的厚度已被放大。
圖3是中示出的是一典型的襯墊60。每一襯墊的橫剖面大致呈“U”形，具有一底62和凸出的彈性側(cè)壁64、66。如圖2、3、8所示，至少有一側(cè)壁諸如壁66呈弧形，以有效地將轉(zhuǎn)子朝盤轂22壓緊。組裝時，將襯墊60配裝到相應(yīng)的凹槽46上并用若干延伸的接片68a和68b固定到盤轂22上。使用制動器時，轉(zhuǎn)子壓向盤轂22、壓緊弧狀側(cè)壁66，從而壓力沿凹槽46的長度分散。
在這一點上，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的盤式制動器相比是很說明問題的。如上所述，本發(fā)明的轉(zhuǎn)子50設(shè)計成可相對于盤轂26滑動。此外，不是轉(zhuǎn)子的整個內(nèi)表面54都與制動器轂接觸。相反，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子不能橫向運動(而是卡鉗在滑動)，再且，先有技術(shù)的轉(zhuǎn)子因與其它車輛或車輛構(gòu)件處于全接觸狀態(tài)，故不能向內(nèi)膨脹。因此，當(dāng)這些轉(zhuǎn)子膨脹時、它們還發(fā)生變形，這種變形在猛烈制動時會引起感覺得到的振動。相反，如圖2所示，除延伸的齒牙外，環(huán)狀轉(zhuǎn)子50的內(nèi)側(cè)的一絕大部分不與盤轂22的邊44接觸，因此本發(fā)明的轉(zhuǎn)子可以自由膨脹，變形可被減少或完全消除。此外，傳統(tǒng)的盤式制動器常會在猛烈制動時產(chǎn)生所聽得見的尖叫聲，這部分是由于轉(zhuǎn)子變形所致。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子變形小，噪音很低。在制動過程中會產(chǎn)生大量的熱，這些熱量必須通過轉(zhuǎn)子逸散掉以免發(fā)生熱變形。為此，傳統(tǒng)盤式制動器的轉(zhuǎn)子常通風(fēng)的辦法以幫助散熱，從而增加了轉(zhuǎn)子的重量。本發(fā)明利用兩個轉(zhuǎn)子的增加了的表面積而使散熱得以加強，但并不增加其重量。
圖7是凹槽之一46b的放大圖，圖中示出了凹槽的底面47b及延伸壁49b、49b′。與凹槽46b相配的是齒牙56b，它有一底57b及邊59b、59b′，位于齒56b和槽縫46b之間的是一襯墊60b。齒牙邊59的角以及凹槽46b的邊49的角選擇得使其接觸壓力最大限度地減小且減小轉(zhuǎn)子“蠕動”的趨勢。這一現(xiàn)象的產(chǎn)生是因為從轉(zhuǎn)子傳至轂的力是一橫向力和一扭矩之組合(因摩擦接觸集中在卡鉗上)。因此，每一齒牙所承受的是力的組合，其合力矢量F在旋轉(zhuǎn)過程中不斷變化幅值和方向。本發(fā)明中，齒牙的角垂直于旋轉(zhuǎn)點的合力矢量，其值最大，從而消除了轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中連續(xù)變換位置的趨向。決定上述夾角的方法通過參考圖8進行說明，該圖為一盤轂22和一轉(zhuǎn)子50的自由體受力示意圖。在驅(qū)動制動器卡鉗70時(見后述)，在每一轉(zhuǎn)子50上產(chǎn)生反作用力矢量F，這一反作用力可傳遞至盤轂22的中心并分別由一等效的摩擦力FR和扭力TR表示。軸向摩擦力FR的分力表示為圖2中各齒牙56的示意位置處的水平力矢量。扭轉(zhuǎn)反作用力矩TR的分量表示為各相應(yīng)齒牙56位置處的徑向作用矢量TRi。各軸向和扭轉(zhuǎn)反作用力矢量分量用常規(guī)矢量符號相加法求和得到每一齒牙位處的反作用合力。如圖所示，在制動期間加到每一齒牙處的反作用力R1-R5，其量值和方向都是變化的。我們發(fā)現(xiàn)制動過程中最大合力將在點A、B之間產(chǎn)生。因此，側(cè)壁59b′的角和壁49b′的角選擇得與合力矢量R5垂直，隨著而側(cè)壁59b、49b的角與之相等相反，上述關(guān)系確定后，其余齒牙和凹槽的幾何關(guān)系是一樣的。
如前所述，圖1、2所示的本發(fā)明的另一實施形式可通過將齒牙與凹槽的壁制成平行來實現(xiàn)。可以想象齒牙的底部57將與襯墊60保持足夠的距離從而使該底部不對轉(zhuǎn)子在盤轂22的凹槽中的定心產(chǎn)生影響。轉(zhuǎn)子相對于盤轂的定心或定位因所有襯墊的彈性邊或曲邊都將轉(zhuǎn)子的齒牙壓向凹槽的相對壁上而得以完成。這樣，轉(zhuǎn)子在其溫度升高時可以自由膨脹。
圖9表示本發(fā)明的另一實施例，其中盤轂22′包括若干徑向延伸的齒牙200，且兩圓盤(如50a′、50b′)各包括容納齒牙200的凹槽202。圖9僅繪出圓盤50a′。
下面再參見圖1、2。為減緩車輪21的運動，本發(fā)明采用一制動器卡鉗組件70，該卡鉗組件包括一外殼72，其中形成一氣缸74，通過一入口75納入制動流體?？稍跉飧字型鶑?fù)運動的是一活塞76，在外殼72和活塞76之間采用合適的密封以避免制動流體從中漏出?；钊难由毂砻?8形成第一嚙合表面，從外殼72伸出的是一卡鉗橋80，它包括一過橋或軸向延伸部分86和一端面84，端面84可整體制作成為過橋的一部分或與過橋分開，該端面也形成一第二嚙合表面84。所述過橋86一般呈弧形且可用螺栓82和諸如此類之固定件將之與外殼72固定。過橋部分86在圖4中單獨示出，該過橋部分86包括上曲和下曲表面90、91，兩表面在端部92a、92b處變細。如圖2所示，過橋86的端部96與殼頂部98的嚙合表面96′嚙合。
卡鉗橋80的較細的邊92a、92b支撐若干制動墊片108a-d，每個制動墊片108a-d包括一底板110e和一摩擦材料墊片112，如圖2所示，第一轉(zhuǎn)子50a設(shè)置在制動墊片108a、108b、之間，而第二轉(zhuǎn)子50b則設(shè)置在制動墊片108c、108d之間。
如上所述，卡鉗橋80的過橋部分86含有較細邊92a、92b，底板110a-d最好由鋼材制作，它們各包含向內(nèi)凸的接片122a、b和一與卡鉗橋80的弧狀下表面91形狀相配合的中表面124。接片122和中表面124共同形成具有與邊92a、b同樣形狀的凹槽120a、b。各底板110a-d在裝到外殼72之前滑到卡鉗橋80上，各底板110借助細端92與凹槽120的配合而在切向、徑向得以固定。一襯墊如襯墊130(見圖2、4、6)，位于各細邊92a、92b與底板的凹槽之間。在組裝時，襯墊130使各底板稍稍偏離卡鉗橋以防止顫動。此外，這種襯墊130可由淬硬不銹鋼制成并將各底板的壓載沿細邊92a、92b的長度分布，且提供一光滑表面，底板可于其上滑動，減少卡鉗橋及制動墊片的損耗并防止侵蝕。
如上所述，凹槽120a、b被分別接納在細邊92a、b上，邊92a、b的表面，從而凹槽120的角安排得使對每一墊片108(即底板108之接片122)上的摩擦力的反作用力FF垂直于凹槽相應(yīng)的上下表面上。這一關(guān)系可從圖4看到，圖4示出了對典型制動墊片108上摩擦力FF的反作用力，該力已分解為垂直作用在邊92a、b表面上的兩個力F1和F2。
操作時，在驅(qū)動活塞76之前，車輪21、盤轂22及其余各部件是自由旋轉(zhuǎn)的，此外，安裝在盤轂22上的轉(zhuǎn)子50a、b相對于每對制動墊片108旋轉(zhuǎn)。在使用制動踏板后，活塞76從外殼72向外移動從而使制動墊片依次與轉(zhuǎn)子嚙合，舉個例子，摩擦材料墊片112d被活塞76迫至轉(zhuǎn)子50a上，這一作用將轉(zhuǎn)子移動而與對置的摩擦材料墊片112c相接觸。此后，底板110c以同樣方式將摩擦材料墊片112b迫至與轉(zhuǎn)子50b相接觸，此墊片接著又仁棺 0b緊抵摩擦材料墊片112d。上述運動在各摩擦片與其相應(yīng)轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生一摩擦嚙合，從而使車輪的運動減速。在制動踏板釋放后，氣缸74中的壓力將下降，從而上述各摩擦墊片與轉(zhuǎn)子間的摩擦嚙合終止。此后，各摩擦墊片將保持與轉(zhuǎn)子相貼近的位置。
綜上所述可以看到本發(fā)明采用四個摩擦表面，它們依次嚙合以減小各轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。通過采用兩副制動墊片，本發(fā)明產(chǎn)生的制動力是采用單個轉(zhuǎn)子和單副對置的摩擦墊片的傳統(tǒng)盤式制動器的兩倍，因此，如要達到傳統(tǒng)的卡鉗/盤式制動器系統(tǒng)所需的同樣的制動力，僅要求施加先前所用制動力的一半。這一作用在制動器上的力的減少足以使人們不再需要制動功率增強器。此外，因制動力現(xiàn)在由四個底板分布在卡鉗橋上，卡鉗外殼和過橋可制得較薄、較輕，從而有效地改善整個車輛的重量。
本制動器的基本優(yōu)點是制動力在四個摩擦表面(而不是兩上)之間進行分配，這一特點可從每個方面獲得益處。首先，夾緊力減半，在維持同樣的有效剛度情況下，允許采用強度減半的卡鉗，有效剛度定義為改變一給定制動扭矩所需的流體的體積。決定轉(zhuǎn)子表面面積的增加可以提高散熱的能力。此外，轉(zhuǎn)子的可以增大、減少橋形結(jié)構(gòu)的突出部分150，進一步允許用較薄的過橋。試舉一例，增大轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑時，作用在制動墊片上的壓縮力將更移近卡鉗橋，減小了卡鉗必須承受的扭力。較薄的過橋允許使用甚至更大直徑的轉(zhuǎn)子，進一步減小夾緊力需求并增大轉(zhuǎn)子的表面積。轉(zhuǎn)子的較大內(nèi)徑還允許采用較大直徑的花鍵連接的齒割面，減小每一齒牙上的荷載。優(yōu)良的冷卻能力降低了溫度，提高了襯墊材料的壽合，允許使用更薄的摩擦材料墊片。而且，因磨損分配在四個摩擦墊片上，墊片厚度可進一步減少。摩擦表面熱量的減小意味著每一轉(zhuǎn)子只需要傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的一半質(zhì)量、無需配裝有通風(fēng)裝置的轉(zhuǎn)子。另外，轉(zhuǎn)子形狀簡單，可選用諸如模壓鋼、銅或鋁等材料。
對本發(fā)明的上述實施例的可以有許多變化與修改但這些變化和修改仍落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明范圍將僅由所附權(quán)項的范圍所限制。
權(quán)利要求
1.一種盤式制動器20，其特征是包括一適合裝配到一車輪21上的盤轂22；若干扁平的環(huán)狀轉(zhuǎn)子或圓盤50a、b；由盤轂和轉(zhuǎn)子構(gòu)成的、用以將轉(zhuǎn)子50a、b安裝到所述轂上、從而所述轉(zhuǎn)子隨盤轂22旋轉(zhuǎn)并沿基本垂直于車輪旋轉(zhuǎn)方向的第一方向自由滑動的裝置；若干副對置的制動墊片108a、b、c、d，每一轉(zhuǎn)子50a、b各一對，以及迫使所述制動墊片與其對應(yīng)的轉(zhuǎn)子摩擦嚙合的裝置；其中所述的安裝裝置包括若干沿第一方向延伸的凹槽46以及相同數(shù)目的、可滑動地容納在對應(yīng)的凹槽中的與之配合的齒牙56、58；其中每一凹槽包括一平底47及由底部47向外延伸并具有一定角度的斜壁49；其中所述安裝裝置還包括一位于各凹槽46和對應(yīng)齒牙56、58之間的襯墊60；其中所述襯墊包括一薄壁結(jié)構(gòu)，該薄壁結(jié)構(gòu)含有一可安置在凹槽46底部47上的底62以及由底部向外凸出的側(cè)壁64、66，其中襯墊60的側(cè)壁64、66之一呈弧狀以將對應(yīng)的齒牙偏向?qū)?yīng)凹槽的相對壁。
2.如權(quán)利要求1所述的制動器，其特征在于弧狀襯墊壁沿一與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的方向推動轉(zhuǎn)子。
3.如權(quán)利要求1所述的制動器，其特征在于所述襯墊包括將其固定到制動轂的裝置，其中該固定裝置包括若干從襯墊一側(cè)壁延伸的接片68以與所述盤轂22的對應(yīng)端之端壁接合。
4.如權(quán)利要求1所述的制動器，其特征在于所述的若干凹槽46形成在盤轂22上并以所述第一方向延伸;且其中每一轉(zhuǎn)子包括若干從其一內(nèi)邊向外延伸的與凹槽配合的齒牙56、58。
5.如權(quán)利要求1所述的制動器，其特征在于所述側(cè)壁之一的斜角選擇得與最大摩擦反作用力的合力的方向垂直，另一側(cè)壁之斜角其大小相等方向相反。
全文摘要
雙盤式制動器，包括一可裝到車輪21上的盤轂22、若干環(huán)狀轉(zhuǎn)子或圓盤50a、b、將轉(zhuǎn)子50a、b裝到盤轂22從而使轉(zhuǎn)子隨同盤轂旋轉(zhuǎn)并以與旋轉(zhuǎn)方向基本垂直的第一方向自由滑移的裝置。若干對相對設(shè)置的制動墊片108a、b、c、d(其中每一轉(zhuǎn)子(50a、b)各一對)以及促使制動墊片與轉(zhuǎn)子摩擦嚙合的裝置、有特殊形狀的襯墊置于轂22的凹槽46與轉(zhuǎn)子的齒牙之間，而第二套襯墊則設(shè)置在制動卡鉗70與制動墊片之間。
文檔編號F16K15/18GK1037951SQ89101869
公開日1989年12月13日 申請日期1989年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月17日
發(fā)明者加里·李·凱西 申請人:聯(lián)合訊號公司