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【摘 要】传统工艺生产的鼓式制动器装配整车下线路试中容易出现制动力矩不足和新车制动跑偏,引起许多汽车厂家,包括郑州宇通客车厂和东风汽车公司的极大重视。本文作者通过参加东风车桥跑偏攻关,提出了调整最终加工尺寸,使制动蹄片的最初接触点在可控的范围,达到增大制动力矩和防止制动跑偏的目的,多次试验后效果明显。此方法已获得国家实用新型专利。
【关键词】汽车制动;跑偏;鼓式制动器
New ideas for new car brake drum brake new ideas deviation
Shi Yu-cong
(Ankang City General Machinery Co., Ltd. Ankang Shaanxi 725000)
【Abstract】Traditional process of production of drum brake assembly test vehicle in the next line prone to shortages and car brake braking torque deviation, caused a lot of car manufacturers, including Zhengzhou Yutong Bus Works and Dongfeng Motor Corporation of great importance. The author Dongfeng Axle wandering through participation in research, made the final processing to adjust the size so that the first brake shoe contact points in the controllable range, to increase the braking torque and braking to prevent deviation of the purpose, many times After the test results significantly. This method has received national utility model patent.
【Key words】Brake; Wandering; Drum brakes
解决鼓式制动器新车制动跑偏的新思路
鼓式制动器是汽车常用的制动装置,其结构简单、制动可靠、成本低廉。但是采用鼓式制动器的新车制动跑偏和新车制动力矩不足是长期困绕汽车界的一个头痛问题。据我了解,这种现象绝不是个别问题,某些车型跑偏率达到30%以上,个别车型跑偏率甚至达到50%以上。对于出现跑偏的车辆人们通常的做法是对制动力矩较大一侧拆开进行刮片,通过减小其制动力矩实现两侧制动力矩的简单平衡,但使原本下线制动力矩不足问题进一步加剧!
造成鼓式制动器新车制动跑偏和新车制动力矩不足问题的原因是多方面的,笔者曾配合东风汽车德纳车桥公司参予郑州宇通客车厂鼓式制动器客车出现的制动跑偏和制动力矩不足问题攻关,通过研究和两次现场试验,认为产生制动跑偏的原因主要有以下几个方面:一是制动器的设计和制造过程中不可避免的中心漂移,使得鼓式制动器的初始接触点紊乱,两侧制动力矩不平衡导致制动跑偏;而且前后桥两侧制动力矩不平衡其效果是一样的,也会造成汽车制动跑偏;其次是前桥的强度和刚度设计;前后桥制动力矩的分配和制动强度的设计与实际效果的差异。
国内汽车鼓式制动器总成的设计,一般都采用的是一个中心模式,即制动蹄与制动底板一个中心,摩擦片外圆与制动底板也是一个中心,摩擦片在最后加工成形时也是与制动底板装配后在一个中心的情况下加工的。也就是说,制动器中的摩擦片的工作状态是建立在同时接触并同时工作的情况下的。而在实际工作状态中,特别是初始状态,由于刹车毂与制动器之间有间隙,理论上制动器摩擦片最先接触刹车毂内壁的应是靠近凸轮轴端(如图一所示),这不仅导致新车制动力矩因车而异,同时也是新车制动力矩达不到国家规定的60%制动力矩的原因之一。
由制动时间的差异所造成的制动跑偏解决起来比较容易,除了提高零件制造精度以外,关键是保持刹车间隙的一致性。在这方面,重要的是要提高制动器形状和位置公差,特别是提高制动摩擦片与制动毂接触面的吻合,至于孔的配合间隙所造成的影响应该说可以忽略不计,而重要的是必须关注形位公差,譬如说提高制动底板蹄片轴孔的垂直和平行问题,制动蹄摩擦片侧母线与蹄片轴孔平行问题,制动摩擦片最终相对于制动底板全跳动的控制问题就非常必要。按理,目前国产客车当采用鼓式制动器时均同时安装刹车间隙自动调整臂装置,可以有效的控制刹车间隙的一致性,如果不是制动器零部件制造中形位公差控制出现问题,一般不会因此造成太大的问题。
引起新车制动力矩不平衡的主要原因是制动器实际制动中心偏离理论制动中心,即中心漂移。
制动器总成的中心与刹车毂回转中心不重合反映在制动力矩大小的差异是比较大的:如果制动器中心向蹄片轴方向偏移,刹车时摩擦片与刹车毂接触点则会向蹄片轴方向漂移,制动力矩相对较小;如果向远离蹄片轴的方向偏移,这时刹车时则是靠近凸轮轴的方向摩擦片先与刹车毂接触,这时的刹车力矩相对较大,刹车速度也比较快;二者刹车力矩的差别是比较大。应用鼓式领从蹄凸轮结构的制动器数学模型对出现跑偏的制动器进行计算分析,假设将靠近凸轮轴端的摩擦片取掉与将靠近蹄片轴端的摩擦片取掉时制动器的制动力矩做了个计算对比:后者的制动力矩是前者的1.21倍。如果制动器中心偏向领蹄或从蹄(这会由于制动底板和制动蹄的制造公差的不合理或制造偏差所造成,也可以由配合零部件强度、刚度不足变形所致),则在相同输入力矩的情况下,制动力矩的差别会更大。一般来说,如果两个制动蹄分别受力的情况下,输入力矩相同,领蹄的制动力矩是从蹄的制动力矩的三倍。
图1
如果新车初始制动时左右两侧的制动器中心沿凸轮轴、蹄片轴中心连线方向偏移,左右分别处于两种极限状态时,二者制动力矩的差距会远远大于1.21倍,则极易出现制动跑偏;而如果两侧分别处于领蹄工作状态和从蹄工作状态,则制动力矩要相差数倍,出现跑偏则在所难免了。
在什么情况下会出现中心偏移呢?
从制动器总成零部件的结构设计来看,由于制动蹄在凸轮轴的推动下围绕蹄片轴销旋转,如果两个制动蹄与凸轮轴渐开线曲面接触点其升角不一样,其张开的角度就会出现差异,所造成的制动力矩的差异不容忽视。以现3501.6B1-010/015制动器总成为例,制动底板从蹄片轴孔到凸轮轴孔的距离公差是±0.2mm,制动蹄两孔的公差是±0.2mm,(2006年修订为±0.065mm),累计下来就是±0.4mm(现在是0.265mm)。假设底板为正极限公差,蹄为负极限公差,所造成的两蹄张开相差0.17mm(按公差修正后值进行计算)。
由于加工过程中零部件制造精度的差别会出现制动器总成的中心与刹车毂回转中心不重合。
考虑到这一点,目前制动器专业厂的制动器摩擦片外径最终尺寸的形成上基本上都采用装配后加工,借以消除各种零部件加工误差。遗憾的是,这种加工无法将凸轮轴包括在内,而是用一圆轴替代凸轮轴的位置。这与实际凸轮轴与制动蹄的工作状态相去甚远,即使通过装配后加工的制动摩擦片外径,在正常凸轮轴工作状态下,当处于前者所述的制动底板与制动蹄正负极限偏差时,靠凸轮升角一侧随着升角的增加而增大,而在另一侧却处于凸轮轴的凹面作加速减少,同样难免造成制动器实际工作中心的偏移。在整车上,如果其中一侧制动器的领蹄和另一侧制动器的从蹄同时受凸轮轴作用力大,则会造成两侧制动力矩的不平衡而出现跑偏。
如何来解决这一问题呢?
我提出的解决思路,就是从新车制动器总成的初始工作状态来着手解决因制动器中心相对刹车毂中心不重合问题的,通过工艺手段可以使制动时摩擦片初始接触点保持在稳定的区域,提高新车制动力矩,大大削弱由于制动底板和制动蹄公差所造成的中心偏移。这种工艺由于加工摩擦片最终尺寸与原工艺不同,不能通过制动蹄总成与制动底板装配后加工摩擦片最终尺寸消除相对形位公差,仍然需要严格控制制动底板和制动蹄的孔位置公差和形位公差,以达到设计要求。但采用这样的工艺之后,明显改善了两侧制动力矩不平衡问题,并大大提高了初始制动力矩,同时提高了制动蹄总成的可换性。在郑州宇通的试验中,初始制动力矩由单侧8000N.m,提高到11000~12000N.m;在出现跑偏的客车上更换上试验制动蹄总成后,两侧制动力矩自平衡明显改善。
此外,通过研究制动过程我们发现,鼓式制动器中制动蹄总成的滚轮与凸轮面的接触点取决于制动底板凸轮轴孔和蹄片轴孔与制动蹄两孔精度。因此建议:如果将制动底板凸轮轴孔和蹄片轴孔的现有的尺寸链改成独立存在的两个尺寸,即凸轮轴孔与中心尺寸和凸轮轴孔与蹄片轴孔尺寸,两个尺寸的公差分别为±0.1mm,可以将现有公差之和±0.2mm修改成±0.1mm,既不会增加工艺难度,也大大减少由于偏差造成领从蹄制动中心的偏移。
客车出现制动跑偏,人们往往会想到是由担任转向的前桥两侧制动力矩不平衡所致,而忽视由于后桥两侧制动力矩不平衡对前桥转向的影响。汽车后桥的差速机构是为驱动桥克服转向时两侧驱动轮转速不匹配而设置的,但在减速时,驱动力让位于惯性力,此时的差速机构仍然起作用,但此时的差速却是允许两侧车轮以不同的转速行进,其结果必然影响前轮的转向!而实际上,像宇通客车跑偏是在前制动器制动效能并没有充分发挥的情况下产生的,也就是说,前制动器的制动强度此时并不能达到最大值而处于滚动状态,后轮的制动强度大,会处于抱死状态;如果此时有一侧制动器也因同样的问题相对另一侧出现滚动时会发生什么情况呢?它会影响并促使前轮改变方向!在郑州宇通,我发现:出现跑偏往往并不是在前后轮同时处于抱死的紧急刹车,而是在点刹时出现,证明后桥制动力矩的不平衡对跑偏起到十分重要的作用。
因此,我认为后桥制动器总成中的摩擦片加工也应该采用这种新工艺,最大限度的缩小后桥两侧制动力矩的差异。
至于前桥的强度和刚度设计、后桥制动力矩的分配和制动强度的设计与实际效果的差异所引起的制动跑偏问题就不在这里赘述了。
[文章编号]1006-7619(2010)06-02-494
【关键词】汽车制动;跑偏;鼓式制动器
New ideas for new car brake drum brake new ideas deviation
Shi Yu-cong
(Ankang City General Machinery Co., Ltd. Ankang Shaanxi 725000)
【Abstract】Traditional process of production of drum brake assembly test vehicle in the next line prone to shortages and car brake braking torque deviation, caused a lot of car manufacturers, including Zhengzhou Yutong Bus Works and Dongfeng Motor Corporation of great importance. The author Dongfeng Axle wandering through participation in research, made the final processing to adjust the size so that the first brake shoe contact points in the controllable range, to increase the braking torque and braking to prevent deviation of the purpose, many times After the test results significantly. This method has received national utility model patent.
【Key words】Brake; Wandering; Drum brakes
解决鼓式制动器新车制动跑偏的新思路
鼓式制动器是汽车常用的制动装置,其结构简单、制动可靠、成本低廉。但是采用鼓式制动器的新车制动跑偏和新车制动力矩不足是长期困绕汽车界的一个头痛问题。据我了解,这种现象绝不是个别问题,某些车型跑偏率达到30%以上,个别车型跑偏率甚至达到50%以上。对于出现跑偏的车辆人们通常的做法是对制动力矩较大一侧拆开进行刮片,通过减小其制动力矩实现两侧制动力矩的简单平衡,但使原本下线制动力矩不足问题进一步加剧!
造成鼓式制动器新车制动跑偏和新车制动力矩不足问题的原因是多方面的,笔者曾配合东风汽车德纳车桥公司参予郑州宇通客车厂鼓式制动器客车出现的制动跑偏和制动力矩不足问题攻关,通过研究和两次现场试验,认为产生制动跑偏的原因主要有以下几个方面:一是制动器的设计和制造过程中不可避免的中心漂移,使得鼓式制动器的初始接触点紊乱,两侧制动力矩不平衡导致制动跑偏;而且前后桥两侧制动力矩不平衡其效果是一样的,也会造成汽车制动跑偏;其次是前桥的强度和刚度设计;前后桥制动力矩的分配和制动强度的设计与实际效果的差异。
国内汽车鼓式制动器总成的设计,一般都采用的是一个中心模式,即制动蹄与制动底板一个中心,摩擦片外圆与制动底板也是一个中心,摩擦片在最后加工成形时也是与制动底板装配后在一个中心的情况下加工的。也就是说,制动器中的摩擦片的工作状态是建立在同时接触并同时工作的情况下的。而在实际工作状态中,特别是初始状态,由于刹车毂与制动器之间有间隙,理论上制动器摩擦片最先接触刹车毂内壁的应是靠近凸轮轴端(如图一所示),这不仅导致新车制动力矩因车而异,同时也是新车制动力矩达不到国家规定的60%制动力矩的原因之一。
由制动时间的差异所造成的制动跑偏解决起来比较容易,除了提高零件制造精度以外,关键是保持刹车间隙的一致性。在这方面,重要的是要提高制动器形状和位置公差,特别是提高制动摩擦片与制动毂接触面的吻合,至于孔的配合间隙所造成的影响应该说可以忽略不计,而重要的是必须关注形位公差,譬如说提高制动底板蹄片轴孔的垂直和平行问题,制动蹄摩擦片侧母线与蹄片轴孔平行问题,制动摩擦片最终相对于制动底板全跳动的控制问题就非常必要。按理,目前国产客车当采用鼓式制动器时均同时安装刹车间隙自动调整臂装置,可以有效的控制刹车间隙的一致性,如果不是制动器零部件制造中形位公差控制出现问题,一般不会因此造成太大的问题。
引起新车制动力矩不平衡的主要原因是制动器实际制动中心偏离理论制动中心,即中心漂移。
制动器总成的中心与刹车毂回转中心不重合反映在制动力矩大小的差异是比较大的:如果制动器中心向蹄片轴方向偏移,刹车时摩擦片与刹车毂接触点则会向蹄片轴方向漂移,制动力矩相对较小;如果向远离蹄片轴的方向偏移,这时刹车时则是靠近凸轮轴的方向摩擦片先与刹车毂接触,这时的刹车力矩相对较大,刹车速度也比较快;二者刹车力矩的差别是比较大。应用鼓式领从蹄凸轮结构的制动器数学模型对出现跑偏的制动器进行计算分析,假设将靠近凸轮轴端的摩擦片取掉与将靠近蹄片轴端的摩擦片取掉时制动器的制动力矩做了个计算对比:后者的制动力矩是前者的1.21倍。如果制动器中心偏向领蹄或从蹄(这会由于制动底板和制动蹄的制造公差的不合理或制造偏差所造成,也可以由配合零部件强度、刚度不足变形所致),则在相同输入力矩的情况下,制动力矩的差别会更大。一般来说,如果两个制动蹄分别受力的情况下,输入力矩相同,领蹄的制动力矩是从蹄的制动力矩的三倍。
图1
如果新车初始制动时左右两侧的制动器中心沿凸轮轴、蹄片轴中心连线方向偏移,左右分别处于两种极限状态时,二者制动力矩的差距会远远大于1.21倍,则极易出现制动跑偏;而如果两侧分别处于领蹄工作状态和从蹄工作状态,则制动力矩要相差数倍,出现跑偏则在所难免了。
在什么情况下会出现中心偏移呢?
从制动器总成零部件的结构设计来看,由于制动蹄在凸轮轴的推动下围绕蹄片轴销旋转,如果两个制动蹄与凸轮轴渐开线曲面接触点其升角不一样,其张开的角度就会出现差异,所造成的制动力矩的差异不容忽视。以现3501.6B1-010/015制动器总成为例,制动底板从蹄片轴孔到凸轮轴孔的距离公差是±0.2mm,制动蹄两孔的公差是±0.2mm,(2006年修订为±0.065mm),累计下来就是±0.4mm(现在是0.265mm)。假设底板为正极限公差,蹄为负极限公差,所造成的两蹄张开相差0.17mm(按公差修正后值进行计算)。
由于加工过程中零部件制造精度的差别会出现制动器总成的中心与刹车毂回转中心不重合。
考虑到这一点,目前制动器专业厂的制动器摩擦片外径最终尺寸的形成上基本上都采用装配后加工,借以消除各种零部件加工误差。遗憾的是,这种加工无法将凸轮轴包括在内,而是用一圆轴替代凸轮轴的位置。这与实际凸轮轴与制动蹄的工作状态相去甚远,即使通过装配后加工的制动摩擦片外径,在正常凸轮轴工作状态下,当处于前者所述的制动底板与制动蹄正负极限偏差时,靠凸轮升角一侧随着升角的增加而增大,而在另一侧却处于凸轮轴的凹面作加速减少,同样难免造成制动器实际工作中心的偏移。在整车上,如果其中一侧制动器的领蹄和另一侧制动器的从蹄同时受凸轮轴作用力大,则会造成两侧制动力矩的不平衡而出现跑偏。
如何来解决这一问题呢?
我提出的解决思路,就是从新车制动器总成的初始工作状态来着手解决因制动器中心相对刹车毂中心不重合问题的,通过工艺手段可以使制动时摩擦片初始接触点保持在稳定的区域,提高新车制动力矩,大大削弱由于制动底板和制动蹄公差所造成的中心偏移。这种工艺由于加工摩擦片最终尺寸与原工艺不同,不能通过制动蹄总成与制动底板装配后加工摩擦片最终尺寸消除相对形位公差,仍然需要严格控制制动底板和制动蹄的孔位置公差和形位公差,以达到设计要求。但采用这样的工艺之后,明显改善了两侧制动力矩不平衡问题,并大大提高了初始制动力矩,同时提高了制动蹄总成的可换性。在郑州宇通的试验中,初始制动力矩由单侧8000N.m,提高到11000~12000N.m;在出现跑偏的客车上更换上试验制动蹄总成后,两侧制动力矩自平衡明显改善。
此外,通过研究制动过程我们发现,鼓式制动器中制动蹄总成的滚轮与凸轮面的接触点取决于制动底板凸轮轴孔和蹄片轴孔与制动蹄两孔精度。因此建议:如果将制动底板凸轮轴孔和蹄片轴孔的现有的尺寸链改成独立存在的两个尺寸,即凸轮轴孔与中心尺寸和凸轮轴孔与蹄片轴孔尺寸,两个尺寸的公差分别为±0.1mm,可以将现有公差之和±0.2mm修改成±0.1mm,既不会增加工艺难度,也大大减少由于偏差造成领从蹄制动中心的偏移。
客车出现制动跑偏,人们往往会想到是由担任转向的前桥两侧制动力矩不平衡所致,而忽视由于后桥两侧制动力矩不平衡对前桥转向的影响。汽车后桥的差速机构是为驱动桥克服转向时两侧驱动轮转速不匹配而设置的,但在减速时,驱动力让位于惯性力,此时的差速机构仍然起作用,但此时的差速却是允许两侧车轮以不同的转速行进,其结果必然影响前轮的转向!而实际上,像宇通客车跑偏是在前制动器制动效能并没有充分发挥的情况下产生的,也就是说,前制动器的制动强度此时并不能达到最大值而处于滚动状态,后轮的制动强度大,会处于抱死状态;如果此时有一侧制动器也因同样的问题相对另一侧出现滚动时会发生什么情况呢?它会影响并促使前轮改变方向!在郑州宇通,我发现:出现跑偏往往并不是在前后轮同时处于抱死的紧急刹车,而是在点刹时出现,证明后桥制动力矩的不平衡对跑偏起到十分重要的作用。
因此,我认为后桥制动器总成中的摩擦片加工也应该采用这种新工艺,最大限度的缩小后桥两侧制动力矩的差异。
至于前桥的强度和刚度设计、后桥制动力矩的分配和制动强度的设计与实际效果的差异所引起的制动跑偏问题就不在这里赘述了。
[文章编号]1006-7619(2010)06-02-494