某越野車制動(dòng)盤臺(tái)架試驗(yàn)工裝優(yōu)化設(shè)計(jì)

熊志強(qiáng) 趙明軍 熊虎 賈成智 楊剛

熊志強(qiáng)

畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于國(guó)家汽車質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（襄陽），任總成及零部件試驗(yàn)技術(shù)研究主管工程師，已發(fā)表論文4篇。

摘要：針對(duì)越野車制動(dòng)盤臺(tái)架試驗(yàn)中的檢測(cè)要求，本文從盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及臺(tái)架試驗(yàn)工裝現(xiàn)狀出發(fā)，介紹并應(yīng)用了一種制動(dòng)盤臺(tái)架試驗(yàn)工裝分體式改進(jìn)方案，面對(duì)推廣到另一新項(xiàng)目使用中的突發(fā)問題，進(jìn)行原因分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，解決了軸承因潤(rùn)滑不良導(dǎo)致早期損壞的問題。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)盤;工裝;優(yōu)化;潤(rùn)滑

中圖分類號(hào)：U463.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（ 2021） 06-0024-04 Optimization Design Of Brake Disc Bench Test Fixtures For An

Off-road Vehicle

XIONG Zhi-qiang， ZHAO Ming-jun， XIONG Hu， JIA Cheng-zhi， YANG Gang

（ National Automobile Quality Inspection and Test Center （Xiangyang），

Xiangyang 441004， China）

Abstract： According to the requirements of brake disc bench test for off-road vehicles， thispaper rntroduces and applies a split type rmprovement scheme from the structure and the presentsituation of the bench test fixtures. In the face of the unexpected problems in the application ofanother new prOJect， the reasons analysis and structure optimrzation are carried out， The problem ofbearing damage caused by poor lubrication was solved.

Key Words： Brake Disc; Test Fixtures; Optimization; Lubrication

盤式制動(dòng)器，在高速、重載和高溫時(shí)的工況下能長(zhǎng)期保持較高的制動(dòng)力矩，速度穩(wěn)定性好，熱衰退小，在性能和可靠性方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，正逐漸取代傳統(tǒng)的鼓式制動(dòng)器。隨著電動(dòng)化（輪轂電機(jī)）、輕量化（鋁合金、碳陶）等技術(shù)不斷應(yīng)用于盤式制動(dòng)器，制動(dòng)盤的技術(shù)條件也愈加嚴(yán)格，對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)的工裝也提出了更高的要求。

1 盤式制動(dòng)器車橋安裝及臺(tái)架試驗(yàn)工裝現(xiàn)狀

1.1盤式制動(dòng)器在車橋上的安裝

盤式制動(dòng)器主要分為制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗，在車橋上的結(jié)構(gòu)如圖1所示，制動(dòng)盤4安裝在輪轂5上，通過輪轂內(nèi)的2個(gè)圓錐滾子軸承6與固定的橋殼1滾動(dòng)配合。制動(dòng)鉗2是橫跨制動(dòng)盤兩側(cè)的夾鉗形元件，內(nèi)置與制動(dòng)盤摩擦的制動(dòng)襯塊及其促動(dòng)裝置，一般直接用螺栓安裝在橋殼法蘭3上。

1.2盤式制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)工裝現(xiàn)狀

近幾年，經(jīng)常使用的中、重型商用車輛盤式制動(dòng)器臺(tái)架試驗(yàn)工裝借鑒了車橋一體式結(jié)構(gòu)，示意圖如圖2所示：芯軸2模擬橋殼，通過制動(dòng)鉗安裝板3固定制動(dòng)鉗4，經(jīng)過制動(dòng)鉗法蘭1轉(zhuǎn)接后與試驗(yàn)臺(tái)的固定端主軸相連;制動(dòng)盤法蘭7模擬輪轂，直接安裝制動(dòng)盤，通過滑銷9、過渡法蘭10與試驗(yàn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)端主軸連接，主要依靠?jī)?nèi)置2個(gè)圓錐滾子軸承與芯軸2滾動(dòng)配合。

這種工裝將制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗安裝在剛性較大的芯軸2上，在大扭矩試驗(yàn)時(shí)不會(huì)造成制動(dòng)鉗啃傷制動(dòng)盤的問題。一個(gè)臺(tái)次性能試驗(yàn)，約制動(dòng)900次，耗時(shí)3天，所以需頻繁拆裝工裝，遂沿用了車橋的油脂潤(rùn)滑，簡(jiǎn)化了油封，缺點(diǎn)是一體式工裝更換制動(dòng)盤時(shí)需要拆卸軸承，較繁瑣。

2 臺(tái)架試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

2.1制動(dòng)盤臺(tái)架試驗(yàn)要求及工裝現(xiàn)狀分析

在進(jìn)行某越野車普通型結(jié)構(gòu)（見圖3中圖片b）制動(dòng)盤開發(fā)試驗(yàn)過程中，某項(xiàng)目需要進(jìn)行不同生產(chǎn)方、不同批次、不同工藝等多個(gè)制動(dòng)盤的臺(tái)架對(duì)比檢測(cè)，需要反復(fù)檢查制動(dòng)盤兩側(cè)工作面（端面）、安裝部位等處，合計(jì)需要檢查120次，檢查次數(shù)非常多。

工裝現(xiàn)狀分析：

1）工裝為一體式結(jié)構(gòu)，制動(dòng)盤通過制動(dòng)盤法蘭、軸承等安裝在芯軸2上，制動(dòng)盤難以從芯軸上脫開或拆卸，在工裝上的檢查空間很緊湊，尤其是制動(dòng)盤的安裝部位更是難以檢查。

2）當(dāng)需要更換制動(dòng)盤時(shí)，必須將主要部件（含軸承）全部打散后再逆向安裝，這個(gè)步驟比較復(fù)雜，效率低下，而且反復(fù)拆裝工裝容易造成軸承保持架損壞、制動(dòng)盤安裝精度一致性差、工裝壽命縮短等問題。

2.2工裝設(shè)計(jì)改進(jìn)方案

改進(jìn)方案，結(jié)構(gòu)從一體式改進(jìn)為分體式。

具體方案為，圖2中的制動(dòng)鉗連接板3，不通過芯軸2轉(zhuǎn)接，直接用螺栓固定在制動(dòng)鉗法蘭1上;芯軸2的大端法蘭改成外漸開線花鍵（見圖4），制動(dòng)鉗法蘭1的中心孔改成與芯軸外花鍵對(duì)應(yīng)的內(nèi)漸開線花鍵。為盡量貼合實(shí)車狀態(tài)，制動(dòng)盤直接安裝在原車輪轂上，輪轂內(nèi)置軸承并通過輪轂法蘭（見圖5）與試驗(yàn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)端主軸連接，取消原來的滑銷傳動(dòng)裝置。改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的工裝結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

選擇漸開線花鍵的原因主要有2點(diǎn)：當(dāng)齒受載時(shí)，齒上的徑向力能起到自動(dòng)定心作用，以保證同軸度，并有利于各齒均勻承載;齒數(shù)較多，總接觸面積較大，可承受較大的載荷。

2.3工裝設(shè)計(jì)改進(jìn)方案效果

1）檢查十分方便：當(dāng)需要檢查制動(dòng)盤時(shí)，只需將制動(dòng)鉗拆下，制動(dòng)鉗法蘭1（見圖5）的內(nèi)花鍵從芯軸2的外花鍵上滑出，制動(dòng)盤就完全暴露在臺(tái)架工裝的最外面，制動(dòng)盤的各處檢查位置一覽無遺。

2）效率提升明顯：當(dāng)這個(gè)制動(dòng)盤試驗(yàn)做完、需要更換下個(gè)制動(dòng)盤時(shí)，只需拆下這個(gè)制動(dòng)盤的固定螺栓即可，再也不用辛苦地去拆裝制動(dòng)盤法蘭和軸承了。安裝所需時(shí)間縮減至原來的1/3至1/4。

3）適宜對(duì)比檢測(cè)：工裝為分體式結(jié)構(gòu)，整個(gè)試驗(yàn)過程中無需拆裝工裝，軸承及花鍵嚙合的位置沒有改變，不同制動(dòng)盤的安裝精度相同，非常適宜做對(duì)比檢測(cè)。

3 臺(tái)架試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

3.1工裝在新項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)的突發(fā)問題及原因分析

在該越野車制動(dòng)盤開發(fā)試驗(yàn)過程中，新項(xiàng)目需要考核1個(gè)制動(dòng)盤在最高車速、大溫差（ 80-550）℃、大載荷下的可靠性，最高溫度偶爾會(huì)達(dá)到600℃以上（見圖6中圖片a），期間檢查制動(dòng)盤約30次。改進(jìn)方案的工裝在實(shí)際應(yīng)用中，出現(xiàn)了軸承早期損壞的問題（僅完成項(xiàng)目1/4進(jìn)度，見圖6中圖片b）。

原因分析：因改進(jìn)方案選用的軸承型號(hào)與實(shí)車相同，工裝滿足高速、重載的試驗(yàn)要求，但軸承潤(rùn)滑用油脂熔點(diǎn)較低，高溫下油脂熔化、流失，繼而使得軸承因潤(rùn)滑不良、干摩擦導(dǎo)致早期損壞。同時(shí)，油脂只能在工裝組裝時(shí)添加，一旦添加過量，液態(tài)油脂在700r/min左右高速離心力作用下濺向制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗（見圖6中圖片c），不僅影響了制動(dòng)盤檢查效果，也降低了制動(dòng)力矩，嚴(yán)重影響了制動(dòng)盤可靠性檢測(cè)結(jié)果。

3.2工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

優(yōu)化方案，重點(diǎn)優(yōu)化軸承的潤(rùn)滑條件，并導(dǎo)流液態(tài)油脂。

具體方案如圖7所示，因不能改造原車輪轂，為改善軸承潤(rùn)滑條件，重新設(shè)計(jì)制動(dòng)盤法蘭1，以替代原有的輪轂和制動(dòng)盤法蘭2個(gè)零件，內(nèi)置2個(gè)圓錐滾子軸承，增加潤(rùn)滑用的注油口、導(dǎo)油環(huán)3、積油槽和多個(gè)排油口。制動(dòng)盤法蘭上1均布的多個(gè)排油孔，自積油槽底部以與軸線成35。角度向遠(yuǎn)離制動(dòng)盤方向延伸直至貫穿，排油口遠(yuǎn)離制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗。

3.3工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化方案效果

高溫熔化的油滴首先在離心力作用下匯集在積油槽中，通過積油槽底部三只排油孑L將油液排出，避免油液濺向制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗。試驗(yàn)過程中，只需操作人員定期加注潤(rùn)滑脂即可。

該優(yōu)化方案實(shí)際應(yīng)用后，工裝一次就順利完成了后續(xù)3/4項(xiàng)目，優(yōu)化效果十分明顯。軸承在高溫使用環(huán)境中能夠得到充分潤(rùn)滑，整個(gè)過程未見任何異?，F(xiàn)象，軸承壽命提升了3倍以上。另外，制動(dòng)盤和工裝表面無飛濺的油滴（見圖6中圖片d），有效保證了制動(dòng)盤可靠性檢測(cè)結(jié)果，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)預(yù)期。

4 結(jié)語

臺(tái)架試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)的基本原則是在貼合實(shí)車狀態(tài)、滿足臺(tái)架需求的基礎(chǔ)上，盡量簡(jiǎn)化工裝。在該越野車制動(dòng)盤開發(fā)過程中，常用的一體式結(jié)構(gòu)的工裝難以滿足頻繁檢查的要求，改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)采用了分體式結(jié)構(gòu)，但在新項(xiàng)目高溫可靠性試驗(yàn)中又出現(xiàn)了軸承潤(rùn)滑不良的問題，繼而在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)改善了軸承潤(rùn)滑條件，最終確定了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，有效地保證了試驗(yàn)高效可靠地運(yùn)行，在行業(yè)內(nèi)具有較大推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家瑞，汽車構(gòu)造.機(jī)械工業(yè)出版社.2008.

[2]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社.2001.9.

[3]濮良貴，陳國(guó)定，機(jī)械設(shè)計(jì)，高等教育出版社.2013.5.

[4]熊虎、熊志強(qiáng)等.氣壓盤式制動(dòng)器試驗(yàn)工裝優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)械工程師.2017.3.

[5]滾動(dòng)軸承，哈爾濱軸承集團(tuán)公司.

專家推薦語

王猶松

東風(fēng)汽車集團(tuán)有限公司技術(shù)中心

汽車總成臺(tái)架試驗(yàn)及設(shè)計(jì)總師 研究員高級(jí)工程師

文章立意明確，表述清晰，技術(shù)思路上既有問題提出的依據(jù)，又有解決問題的方法，并且在實(shí)際工作中得到落實(shí)，很好的完成了新產(chǎn)品臺(tái)架試驗(yàn)。雖然，解決的技術(shù)問題，不是高難度的，但是能夠在試驗(yàn)工作中，通過總結(jié)解決的實(shí)際問題，分析零件的損壞和受力狀態(tài)，提出解決方案并實(shí)施，最后成文。在試驗(yàn)技術(shù)角度分析問題解決問題的文章并不多見，本文就是一篇值得推薦的論文。