車輪快速制動(dòng)器的設(shè)計(jì)

王亞林 劉云 郭姍姍

摘? 要：開發(fā)了一種車輪快速制動(dòng)裝置，克服了傳統(tǒng)液壓制動(dòng)器的諸多不足之處，為進(jìn)一步研究提供了一定的基礎(chǔ)。完成了車輛快速制動(dòng)器總體設(shè)計(jì)，對(duì)制動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)、推力執(zhí)行機(jī)構(gòu)和動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析計(jì)算，系統(tǒng)制動(dòng)性能很好的滿足了車輛行駛的要求。此制動(dòng)系統(tǒng)沒有制動(dòng)液體，反應(yīng)快捷、安全環(huán)保、性能可靠，是一種非常有前途的車輛制動(dòng)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：快速制動(dòng);總體設(shè)計(jì);夾緊機(jī)構(gòu);性能可靠

中圖分類號(hào)：U463.5? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）08-0075-03

Abstract： A kind of wheel fast braking device is developed， which overcomes many shortcomings of the tradetional hydraulic brake and provides a certain basis for further research. The overall design of the vehicle fast brake is completed， and the braking clamping mechanism， thrust actuator and power output mechanism are analyzed and calculated. the braking performance of the system meets the requirements of vehicle driving. This braking system has no braking liquid， fast response， safety and environmental protection， reliable performance， and it is a very promising vehicle braking system.

Keywords： rapid braking; overall design; clamping mechanism; reliable performance

引言

隨著人們對(duì)車輛制動(dòng)安全性能要求的不斷提高，制動(dòng)附加機(jī)構(gòu)越來越多，傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)方式和管路布置也更加復(fù)雜，制動(dòng)器響應(yīng)速度慢、損耗高，制動(dòng)系統(tǒng)維修與裝配的難度、液壓回路泄漏的風(fēng)險(xiǎn)也在不斷增加。開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、制動(dòng)迅速、性能高效的車輪制動(dòng)裝置具有廣闊的發(fā)展空間。本快速制動(dòng)器采用力矩電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，沒有制動(dòng)液體，采用機(jī)械的減速增扭裝置，可以在較短的時(shí)間內(nèi)獲得足夠的制動(dòng)壓力，并能對(duì)制動(dòng)壓力進(jìn)行精細(xì)的控制，提高了車輛的制動(dòng)性能。車輪快速制動(dòng)的機(jī)械裝置與電氣系統(tǒng)直接連接，即使車輛在行進(jìn)過程中出現(xiàn)意外事故，沖擊力不會(huì)通過制動(dòng)系統(tǒng)傳遞給駕駛員，提高了車輛的舒適性和安全性。隨著電子智能控制的不斷發(fā)展，車輪快速制動(dòng)裝置的信號(hào)傳遞將更加迅速，反應(yīng)也愈發(fā)靈敏，有著傳統(tǒng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)無法比擬的諸多優(yōu)勢(shì)。因此，對(duì)車輪快速制動(dòng)裝置進(jìn)行積極的探索和深入的研究，具有非常重要的意義。

1 制動(dòng)器總體設(shè)計(jì)

制動(dòng)器主要由減速增扭機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、回位裝置、制動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)等幾大部分組成。制動(dòng)器的外殼為圓筒狀，并與各大機(jī)構(gòu)連接和提供必要的支撐。制動(dòng)器前端的電動(dòng)機(jī)作為能量輸出模塊，為制動(dòng)器能夠有效的工作提供了可靠的動(dòng)力源，輸出形式為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用行星齒輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)傳來運(yùn)動(dòng)的減速和增大扭矩。行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈固定在制動(dòng)器外殼上，太陽輪軸與電機(jī)相連，電機(jī)傳來的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過太陽輪輸入，行星架與傳動(dòng)裝置相連并輸出低轉(zhuǎn)速和高扭矩。采用NSK滾珠絲杠將行星齒輪機(jī)構(gòu)傳遞過來的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)并輸出動(dòng)力，通過傳動(dòng)架帶動(dòng)制動(dòng)盤實(shí)現(xiàn)車輛的快速制動(dòng)。滾珠絲杠的一端與行星架相連，另一端插入單列軸承后用止推環(huán)固定，并將軸承插入支撐座內(nèi)。傳動(dòng)架可以沿著支撐架左右移動(dòng)，支撐架固定在制動(dòng)器外殼上。回位裝置通過螺栓連接與制動(dòng)盤固定在一起，可以保證在制動(dòng)過后快速良好的回位，制動(dòng)過程簡(jiǎn)便有效，對(duì)制動(dòng)盤起到了保護(hù)作用。制動(dòng)盤作為制動(dòng)器末端的執(zhí)行模塊，將傳動(dòng)架傳來的正壓力轉(zhuǎn)換為制動(dòng)時(shí)的摩擦力。

電機(jī)分別與電子控制單元和減速增扭裝置相連，并在電子控制單元的控制下轉(zhuǎn)動(dòng)，為行星齒輪機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理如圖2所示。

制動(dòng)控制器通過分析制動(dòng)過程中的制動(dòng)盤壓力傳感信號(hào)和車輪速度變化信號(hào)來控制制動(dòng)電機(jī)輸出力矩的大小，從而達(dá)到控制制動(dòng)力的目的。本設(shè)計(jì)制動(dòng)器選用永磁直流力矩電機(jī)，可輸出較大轉(zhuǎn)矩，滿足負(fù)載的需要。在永磁直流力矩電機(jī)的電源輸入端設(shè)置一個(gè)電流傳感器，實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)的工作電流，保證力矩電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 制動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)分析計(jì)算

假設(shè)車輛是在路況良好的路面上行駛，車輛制動(dòng)減速的外力依靠的是輪胎與地面的摩擦力和制動(dòng)盤與車輪之間的摩擦力。

3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分析計(jì)算

本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是將動(dòng)力輸出機(jī)構(gòu)的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為推進(jìn)準(zhǔn)確、速度合理、切實(shí)有效的直線運(yùn)動(dòng)，或車輛制動(dòng)過程結(jié)束后將制動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)力輸出機(jī)構(gòu)的圓周運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過對(duì)幾種能夠?qū)崿F(xiàn)此種功能裝置的對(duì)比，選用了NSK滾珠絲杠，絲杠與螺母之間為滾動(dòng)摩擦，大大提高了傳動(dòng)效率。設(shè)所選滾珠絲杠的主要參數(shù)如表2所示。

4 減速增扭機(jī)構(gòu)分析計(jì)算

為了在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大的傳動(dòng)比，選用NGW型行星齒輪減速機(jī)構(gòu)對(duì)力矩電機(jī)輸出的高轉(zhuǎn)速進(jìn)行減速，并把輸出轉(zhuǎn)矩增加到指定的范圍內(nèi)。太陽輪和行星輪的材料選用20GrMnTi滲碳淬火，以適應(yīng)制動(dòng)器承載、沖擊和耐磨的要求。內(nèi)圈齒輪6固定，以太陽輪3為輸入軸，行星架7為輸出軸，減速器的傳動(dòng)比與齒數(shù)之間的關(guān)系為：

5 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種沒有制動(dòng)液，反應(yīng)迅速，性能可靠的車輪快速制動(dòng)器，它以電能作為能量傳動(dòng)介質(zhì)，減少了制動(dòng)空間，提升了車輛的精度與效率。對(duì)車輪快速制動(dòng)器的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析計(jì)算，結(jié)果表明，此制動(dòng)器很好的滿足了車輛制動(dòng)的要求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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