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                汽車輪轂軸承課題研究,發展、應用、與制動系統的結合

                [ 關鍵詞:汽車輪轂軸承 發表日期:2019-03-08 08:57:12 ]

                  本文由樂邦回收軸承與您探討汽車輪轂軸承課題研究,主要包括汽車輪轂軸承發展、應用、與制動系統的結合。

                  汽車輪轂軸承在現代汽車設計中一般劃歸為懸架系統或制動系統。因為從受力分析看,汽車輪轂軸承主要承受通過懸架系統傳遞而來的汽車的重量,但從裝配關系看,汽車輪轂軸承主要與制動系統連接裝配。同時,有些人也習慣將輪轂軸承劃歸傳動系,因為輪轂軸承的功能之一就是為輪轂的轉動提供精確的向導,尤其是第四代輪轂軸承開發成功以來,輪轂軸承與等速萬向節構成一體,輪轂軸承與傳動系的關系更為緊密。由于汽車輪轂軸承與汽車的三個系統相關,本篇就不再特意介紹每個系統,因為無論這幾個系統有多少種類型,輪轂軸承都有其相對的獨立性,并不因懸架系統、制動系統或傳動系的類型的改變而結構改變,而且,輪轂軸承發展到今天,已經發展為集成化、小型化、組裝工藝合理化及裝配簡便的輪轂軸承單元,其相對的獨立性也就更大。

                一 汽車輪轂軸承的發展

                  汽車輪轂軸承既承受徑向載荷又承受軸向載荷,是一個非常重要的安全件。90 年代中期以前,國內汽車大部分都是采用傳統的兩套單獨的圓錐滾子軸承或者球軸承,如圖一所示,這種結構是在汽車裝配時進行調整游隙、預緊、添加潤滑脂等,質量靠裝配過程中諸多人為因素控制,裝配難度較大,成本過高且可靠性較差,不利于當今激烈的市場競爭。

                  近幾年,隨著前置前驅轎車的飛速發展,汽車輪轂軸承發生很大變化。因此開發了一種能解決上述問題的軸承單元,對其要求有以下幾點:

                   ⑴ 不需要調整軸承組裝間隙(過去選擇間隔形式或按照力矩調整間隙)。
                   ⑵ 軸承組裝工藝合理化。
                   ⑶ 輕量化和小型化。
                   ⑷ 提高可靠性。
                   ⑸ 降低整體成本。

                  近幾年,國內已逐漸開發應用了第一代和第二代輪轂軸承(球軸承),第三代目前正處于研發試制階段。對輪轂軸承用圓錐滾子軸承,國內也基本處于傳統結構的應用階段。而在國外,輪轂用球軸承的開發已進入第四代,輪轂用圓錐滾子軸承的第二代也早已進入批量應用階段。

                  第一代是外圈整體型雙列角接觸球軸承、填入潤滑脂、帶密封的普通型軸承,如圖二所示。這種結構的主要優點就是可靠、有效載荷間距短、易安裝、無需調整、結構緊湊等。這種軸承單元在歐洲已達到相當的實用化階段,目前轎車轎車輪轂軸承一代單元的裝配量已達1600 萬套。我國引進的車型大多采用這種結構的輪轂軸承。 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第2 頁 共29 頁 研發中心

                  第二代輪轂軸承單元與第一代輪轂軸承單元相比,就是為了有利于與相配合結構連接裝配,將轉向節或輪轂與軸承套圈制成一體,也就是帶法蘭盤的軸承單元,如圖三所示。目前,二代輪轂軸承單元的裝機量已達500 萬套。

                  第三代輪轂軸承單元(如圖四所示)是把與軸承相配合的零件即輪轂、ABS 傳感器與軸承套圈制成整體化的型式,是繼第二代又進一步發展的單元。典型結構就是大填球角、壓配式內圈也帶法蘭盤:其兩個套圈有一個法蘭,外圈是一個剛性結構,因此可簡化樞軸。由于旋轉內圈的凸緣兼有輪轂的作用,因此取消了輪轂。對軸承用戶來說,這意味著簡化了軸承設計與安裝,并可以減小重量和外形尺寸。由于套圈的剛性較高,軸承的幾何形狀基本不會發生變化。第三代輪轂軸承單元的應用是輪轂軸承研制的一大進步。由于它集中了其他零件的功能,已不再僅是一種軸承;而且從安全的角度來看,它也是一個關鍵部件,一旦損壞會引起嚴重的后果。軸承的特性、預調游隙、潤滑脂和密封是第三代軸承的共同問題,而且對設計人員來說也是一個技術難題。這是結構與功能的重新組合,需要進行專門的研究。某些技術條件是很難達到的,軸承的滾道應是“硬性的”但結構應是彈性的,這就是說,損壞的形式應是由接觸疲勞引起的一般剝落,而旋轉凸緣不會發生任何撓曲疲勞。第三代輪轂軸承單元的裝機量已達250 萬套。

                  第四代輪轂軸承單元(如圖五所示)的典型結構就是將等速萬向節與軸承制成整體化,這種型式引人注目的是廢除了輪轂花鍵軸,更加小型化以及使之安裝更加合理的結構。目前第四代僅僅研制成功,實用化還有一些問題有待解決。

                二 汽車輪轂軸承單元的裝配關系

                  汽車輪轂軸承單元的裝配關系主要是與制動系統以及轉向軸頸(或后軸分頭)、輪轂等部件的裝配關系。由于輪轂軸承單元發展至今已有很多種不同的結構,每一代輪轂軸承單元有不同的裝配關系,而且驅動輪與非驅動輪的裝配關系也有所區別。 圖六所示為普遍用輪轂軸承的典型裝配關系圖。內、外輪轂軸承3 外圈與制動鼓5 為緊配合,內圈與轉向節軸頸(或后軸分頭)也為緊配合。輪轂螺栓2 通過花鍵與制動鼓接合并將外面的輪輞與制動鼓裝配成一體。制動盤4 與安裝于制動盤上制動片以及其他制動器零部件 6 通過螺栓與 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第3 頁 共29 頁 研發中心 轉向軸頸(或后軸分頭)1 連接。當汽車行駛時,輪轂軸承3 外圈跟隨制動鼓5 以及輪輞一起旋轉,而內圈、轉向軸頸(或后軸分頭)1 以及裝配于之上的制動盤及其組件不旋轉,從而保證制動時需要的各種條件。圖六所示為非驅動輪普遍用輪轂軸承的典型裝配關系圖,驅動輪的變化在于內外輪轂軸承 通過外圈與輪轂接合,輪轂通過螺栓與制動鼓、輪輞連接,同時輪轂通過內花鍵與驅動軸轉向軸頸(或后軸分頭)的外花鍵接合。同樣,輪轂軸承的外圈與轉向節(或后軸分頭)連接,制動盤及其組件通過螺栓連接于轉向節(或后軸分頭)上。當汽車行駛時,驅動軸帶動輪轂、輪轂軸承內圈、制動鼓以及輪輞旋轉,而輪轂軸承外圈、轉向節(或后軸分頭)、制動盤及其組件保持靜止。其運動結構恰恰與非驅動輪相反。 圖六所示結構在現代汽車上一般應用于非驅動輪,而驅動輪則為圖七所示結構取代。 圖七所示為一代輪轂軸承單元在驅動輪結構中的裝配關系簡圖。一代輪轂軸承單元 2 內圈緊配合于輪轂 6 之上,輪轂 6 通過輪轂螺栓 5 與制動盤 1 (盤式制動器)輪輞連接。輪轂6 通過花鍵與帶花鍵傳動軸的等速萬向節 4 相連,同時通過螺母7 輪轂6 通過花鍵與帶花鍵傳動軸的等速萬向節4 在軸向得以固定。一代輪轂軸承單元2 外圈通過轉向節(或后軸分頭)與懸架系統相連接。同圖六所示結構工作原理類似,在汽車行駛時,帶花鍵傳動軸的等速萬向節4 帶動輪轂6、一代輪轂軸承單元2 內圈、制動盤 1 以及輪輞旋轉,而一代輪轂軸承單元2 外圈與轉向節通過懸架系統保持靜止。 圖七所示為一代輪轂軸承單元在驅動輪結構中的裝配關系簡圖,一代輪轂軸承單元在非驅動輪結構中的裝配關系如圖八所示。 一代輪轂軸承單元2 外圈與輪轂4 緊配合,輪轂4 通過輪轂螺栓 5 與制動鼓 6、輪輞1 接合在一起。一代輪轂軸承單元 2 內圈通過等速萬向節臺肩以及等速萬向節連接螺母3 與等速萬向節8 連接,等速萬向節再通過螺栓與制動盤及其制動器組件7 連接在一起。當汽車行駛時,一代輪轂軸承單元2 外 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第4 頁 共29 頁 研發中心 圈、輪轂4、制動鼓6、輪輞被動旋轉,而一代輪轂軸承單元2 內圈、等速萬向節8、制動盤及其制動器組件7 保持靜止。 圖八所示一代輪轂軸承單元在非驅動輪中的應用結構為外圈旋轉,也有選擇內圈旋轉的,其結構大體類似,但在現代汽車中一般都采用外圈旋轉型結構,在接下來的二代,三代中都如此。 圖九所示為二代輪轂軸承單元在驅動輪應用中的裝配關系。其大體結構與圖七所示一代輪轂軸承單元在驅動輪應用中類似,僅僅是軸承外圈 6 成為一個帶法蘭盤的變形外圈與轉向節(或后軸分頭)通過螺栓連接。 圖十所示為二代輪轂軸承單元在非驅動輪中外圈旋轉的應用結構。 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第5 頁 共29 頁 研發中心 圖十一和圖十二分別為三代輪轂軸承單元在驅動輪與非驅動輪中的應用結構。與二代輪轂軸承單元的最大區別在于三代輪轂軸承單元的內圈與輪轂合為一體與制動盤或制動鼓、輪輞接合,同時還有一個小內圈。 圖十三為四代輪轂軸承單元,與三代輪轂軸承單元的主要區別在于四代輪轂軸承單元將等速萬向節與輪轂軸承單元內圈接合成一體。目前,四代輪轂軸承單元還沒有得到實際應用。

                三 汽車輪轂軸承與制動系統的結合應用

                  就汽車輪轂軸承而言,在裝配關系上主要與制動系統連接,因此有時又將汽車輪轂軸承歸類于汽車制動系統。 汽車制動系統的功能是使行駛中的汽車減速甚至停止,使下坡行駛的汽車速度保持穩定,以及使已停止行駛的汽車保持靜止不動。這三種功能分別對應為汽車行車制動系、輔助制動系以及駐車制動系,另外汽車還應有第二制動系,即在行車制動系失效的情況下,保證汽車仍能實現減速或停車的一套裝置。在現代汽車法規中,這四種汽車制動系都是必備的。

                (一)汽車制動系的工作原理

                  一般制動系的工作原理可用圖十四所示的一種簡單的液壓制動系(鼓式制動器)示意圖來說明。一個以內圓面為工作表面的金屬的制動鼓 8 固定在車輪輪轂上,隨車輪一同旋轉。在固定不動的制動底板11 上,有兩個支承銷12,支承著兩個弧形制動蹄10 的下端。制動蹄的外圓面上裝有摩擦片9。制動底板上還裝有液壓制動輪缸6,用油管5 與裝在車架的液壓制動主缸4 相連通。主缸活塞3 可由駕駛員通過制動踏板機構來操縱。 制動系不工作時,制動鼓 8 的內圓面與制動蹄摩擦片 9 的外圓面之間保持一定間隙,使車輪和制動鼓可以自由旋轉。 要使行駛中的汽車減速,駕駛員應踏下制動踏板1,通過推桿2 和主缸活塞3,使主缸 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第6 頁 共29 頁 研發中心 內的油液在一定壓力下流入輪缸,并通過兩個輪缸活塞 7 使兩制動蹄繞支承銷轉動,上端向兩邊分開而以其摩擦片壓緊在制動鼓的內圓面上。這樣,不旋轉的制動蹄就對旋轉著的制動鼓作用一個摩擦力矩Mu,其方向與車輪旋轉方向相反。制動鼓將該力矩Mu 傳到車輪后,由于車輪與路面間有附著作用,車輪對路面作用一個向前的周緣力Fu,同時路面也對車輪作用著一個一個向后的反作用力,即制動力Fb。制動力Fb 經車橋和懸架傳給車架與車身,迫使整個汽車產生一定的減速度。制動力越大,則汽車減速度就越大。當放開制動踏板時,制動蹄回位彈簧即將制動蹄拉回原位,摩擦力矩 Mu 和制動力 Fb 消失,制動作用即行終止。 圖十四所示制動系中,主要由制動鼓8、帶摩擦片9 的制動蹄10 構成對車輪施加制動力矩(即摩擦力矩Mu)以阻礙其裝得的部件,稱為制動器。

                  由制動系的工作原理可以得知,任何制動系都具有以下幾個基本部分:

                  1 供能裝置——包括供給、調節制動所需能量以及改善傳能介質狀態的各種部件。其中,產生制動能源的部分稱為制動能源。
                  2 控制裝置——包括產生制動動作和控制制動效果的各種部件。圖十四中的制動踏板機構是最簡單的一種控制裝置。
                  3 傳動裝置——包括將制動能量傳輸到制動器的各個部件,如圖十四中的制動主缸4 和制動輪缸6。
                  4 制動器——產生阻礙車輛的運動或運動趨勢的力(制動力)的部件,其中包括輔助制動系中的緩速裝置。較為完善的制動系還具有制動力調節裝置以及報警裝置、壓力保護裝置等附加裝置。
                 
                (二)制動器

                  制動器是制動系中用以產生阻礙車輛的運動或運動趨勢的力的部件。后一種指駐車制動系。除了競賽汽車才裝設的通過張開活動翼板以增加空氣阻力的空氣動力緩速裝置以外,一般制動器都是通過其中的固定元件對旋轉元件施加制動力矩,使后者的旋轉角度降低,同時依靠車輪與路面的附著作用,產生路面對車輪的制動力使汽車減速。 凡利用固定元件與旋轉元件工作表面的摩擦產生制動力矩的制動器,都稱為摩擦制動器。目前各種汽車所用的摩擦制動器可分為鼓式和盤式兩大類。鼓式制動器的摩擦副的旋轉元件為制動鼓,工作表面為圓柱面;盤式制動器的旋轉元件則為圓盤狀的制動盤,其端面為工作面。 旋轉元件固裝在車輪或半軸上,即制動力矩直接分別作用兩側車輪的制動器稱為車輪制動器。旋轉元件固裝在傳動系的傳動軸上,其制動力矩必須經過驅動橋再分配到兩側車輪上的制動器,則稱為中央制動器。車輪制動器一般用作行車制動,也有兼用于第二制動(應急制動)和駐車制動。中央制動器一般只用于駐車制動和緩速制動。本篇主要講用于行車制動的車輪制動器。

                1 鼓式制動器

                  鼓式制動器有內張型和外束型兩種。前者的制動鼓以內圓柱面為工作表面,在汽車上應用廣泛;后者制動鼓的工作表面則是外圓柱面,目前只有少數汽車用作駐車制動器。內張型制動器都采用帶摩擦片的制動蹄作為固定元件。位于制動鼓內部的制動蹄在一端承受促動力時,可繞其另一端的支點向外旋轉,壓靠在制動鼓內圓柱面上,產生摩擦力矩(制動力矩)。凡對蹄端加力使蹄轉動的裝置,統稱為制動力促動裝置。 如圖十五所示的制動器以液壓制動輪缸作為制動蹄促動裝置,所以稱為輪缸式制動器。此外,還有用凸輪促動裝置的凸輪式制動器和用楔式促動裝 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第7 頁 共29 頁 研發中心 置的楔式制動器。 圖十五所示為輪缸式領從蹄式制動器。作為旋轉元件的制動鼓 12 固裝在車輪輪轂的凸緣上。作為固定部分零件裝配基體的制動底板 3,用螺栓與后驅動橋半軸套管上的凸緣連接(如果是獨立后懸架系統則與后軸分頭上的凸緣連接,而前輪制動器則與前橋轉向節的凸緣連接)。用鋼板料焊接成T 形截面的前后制動蹄1 和9,以其腹板下端的孔分別同兩支承銷 11 上的偏心軸頸作動配合。制動蹄的外圓面上,用埋頭鉚釘鉚接著一般用石棉纖維及其它物質混合壓制成的摩擦片2(有些制動器摩擦片和制動蹄也用粘結的方法)。鉚釘頭頂端埋入深度約為新摩擦片厚度的一半。 屬于液壓傳動裝置的制動輪缸 13 直接作為制動蹄促動裝置,也用螺釘裝在制動底板上,因而在結構上它又成為制動器不可分割的一部分。制動蹄腹板的上端松嵌入壓合在制動輪缸活塞 5 上的頂塊6 的直槽中。兩制動蹄由回位彈簧4 和10 拉攏。并以焊接在腹板上的鎖銷 8 緊靠著裝在制動底板上的調整凸輪 7。制動蹄限位彈簧 19 使制動蹄腹板緊靠著限位桿 17 中部的臺肩,借以防止制動蹄的軸向竄動。 制動時,兩蹄在輪缸中液壓的作用下,各自繞其支承銷偏心軸頸的軸線向外旋轉,緊壓在制動鼓上。解除制動時,撤除液壓,兩蹄便在回位彈簧4 和10 地作用下回位。 領從蹄式制動器制動蹄受力情況如圖十六所示。設汽車前進時制動鼓旋轉方向如圖中上端箭頭所示(這稱為制動鼓正向旋轉)。沿箭頭方向看,前制動蹄1 支撐點在其前端,輪缸所施加的促動力作用于其后端,因而該制動蹄張開時的旋轉方向與制動鼓旋轉方向相同。具有這種屬性的制 20 制動蹄回位彈簧 11 10 圖十五 輪缸領從蹄式制動器支承銷 14 13 制動蹄回位彈簧制動底板摩擦片前制動蹄 6 2 4 1 5 制動輪缸活塞 3 7 8 后制動蹄 9 制動底板調整凸輪鎖銷活塞頂塊調整凸輪 3 12 制動鼓制動蹄限位彈簧制動蹄限位桿螺母制動輪缸 16 支承銷內端面上的標記調整凸輪壓緊彈簧 19 17 18 彈簧盤彈簧墊圈15 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第8 頁 共29 頁 研發中心 動蹄稱為領蹄。與此相反,后制動蹄 4 的支撐點在后端,促動力加于其前端,其張開時的旋轉方向與制動鼓相反。具有這種屬性的制動蹄稱為從蹄。當汽車倒向行駛時,制動蹄1 變成從蹄,制動蹄4 變為領蹄。這種在制動鼓正向與反響旋轉時都有一個領蹄和從蹄的制動器,即稱為領從蹄式制動器。 在圖十六與圖十五所示的結構中,輪缸中的兩個活塞都可在輪缸內軸向浮動,且兩者直徑相同。因此,制動時兩個活塞對兩個制動蹄所施加的促動力永遠是相等的。凡兩蹄所受促動力相等的領從蹄式制動器,都可稱為等促動力制動器。 如圖十六所示,制動時,領蹄1 和從蹄4 在等促動力Fs 的作用下,分別繞各自的支承點2 和3 旋轉到壓緊制動鼓5 的位置。旋轉著的制動鼓即對兩蹄分別作用著微元法向反力的等效合力(以下簡稱法向反力)FN1 和FN2,以及微元切向反力(即微元摩擦力)的等效合力(以下簡稱切向反力)FT1 和FT2。為解釋方便起見,姑且假定這些力的作用點如圖十六所示。兩蹄上的這些力分別為各自支點 2 和3 的支點反力FS1 和FS2 所平衡。由圖十六所示,領蹄上的切向合力 FT1 所造成的繞支點 2 的力矩與促動力 Fs 所造成的繞同一支點的力矩是同向的。所以力 FT1 的作用結果是使領蹄一在制動鼓上壓得更緊,即力 FN1 變得更大。這表明領蹄具有“增勢”的作用。與此相反,切向合力 FT2 則使從蹄 4 具有放松制動鼓,即有使FN2 和FT2 本身減小的趨勢,故從蹄具有“減勢”作用。由此可見,雖然領蹄和從蹄所受促動力相等,但制動鼓所受法向反力FN1 和FN2 卻不相等,且FN1>FN2,相應的FT1>FT2,故兩制動蹄對制動鼓所施加的制動力矩不等。一般說來,領蹄制動力矩約為從蹄制動力矩的 2~2.5 倍。倒車制動時,雖然蹄4 變為領蹄,蹄1 變為從蹄,但整個制動器的制動效能還是同前進制動時一樣。 顯然,由于領蹄與從蹄所受法向反力不等,在兩蹄摩擦片工作面積相等的情況下,領蹄摩擦片上的單位壓力較大,因而 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第9 頁 共29 頁 研發中心 磨損較為嚴重。為了使領蹄和從蹄的摩擦片壽命相近,有些領從蹄制動器的領蹄摩擦片周向尺寸設計得較大,但這樣使得兩摩擦片不能互換,從而增加了零件種數和成本。此外,領從蹄式制動器的制動鼓所受來自兩蹄的法向力FN1 和FN2 不相平衡,則此二法向力之和只能由車輪的輪轂軸承的反力來平衡。這對輪轂軸承造成了附加徑向載荷,使其壽命縮短。凡制動鼓所受來自兩蹄的法向力不能相互平衡的制動器,均屬于非平衡式制動器。 前面講過,在制動鼓正向與反響旋轉時都有一個領蹄和從蹄的制動器,即稱為領從蹄式制動器。同理,在制動鼓正向旋轉時,兩蹄均為領蹄,同時在制動鼓反向旋轉時,兩蹄均為從蹄的制動器稱為雙領蹄式制動器。而在制動鼓正向與反向旋轉時,兩蹄都為領蹄的制動器稱為雙向雙領蹄式制動器。 由圖十七所示可知,領從蹄式制動器與雙領蹄式制動器在結構上的區別就是后者有兩個輪缸,每個輪缸只有一個活塞,而輪缸沒有活塞的一端分別為兩蹄的受力支點。而雙向雙領蹄式制動器同樣有兩個輪缸,但每個輪缸都有兩個活塞,而且每個輪缸的每個活塞都同時工作。單向自增力式制動器也只有一個輪缸,輪缸只有一個活塞,但活塞作用點不是制動蹄兩端的任一端,而是中間某點,而且作用在前蹄上。雙向自增力式制動器只有一個輪缸,但有兩個活塞,分別作用在兩個制動蹄上,作用點與單向自增力式制動器類似。

                  目前,由于領從蹄式制動器發展較早,其效能及效能穩定性都居中游,而且有結構簡單等優點,因此在現代汽車上仍得到廣泛應用。 前面已講過,鼓式制動器除了上述所講的輪缸式制動器外,還有還有用凸輪促動裝置的凸輪式制動器和用楔式促動裝置的楔式制動器。目前,所有國產汽車和部分國外汽車的氣壓制動系中,都采用凸輪制動器,而且大部分設計成領從蹄式。凸輪促動的雙向自增力式制動器只用作中央制動器。本篇開篇所講的普遍用輪轂軸承結構(圖一)所用的制動器結構范例就是凸輪式制動器。制動時,制動調整臂8 在制動氣室的推動下,帶動制動凸輪軸9 轉動,推使兩制動蹄壓靠制動鼓6。由于凸輪輪廓的中心對稱性,以及兩蹄結構和安裝的軸對稱性,凸輪轉動所引起的兩蹄上相應點的位移必然相等。而楔式制動器在國內汽車上基本沒用應用實例,就是在國外一般也僅是用在重型汽車上,在此就不作多講。

                2 盤式制動器

                  盤式制動器分為鉗盤式制動器和全盤式制動器。鉗盤式制動器指固定元件由面積不大的摩擦塊與其金屬背塊組成的制動塊以及金屬制動盤組成的制動器。全盤式制動器指制動盤的工作面積可同時與呈圓盤狀的摩擦塊接觸的盤式制動器。全盤式制動器只有少數汽車(主要是重型汽車)用作車輪制動器,個別情況還可以作為緩速器。這里主要講鉗盤式制動器。 鉗盤式制動器又可分為定鉗盤式和浮鉗盤式兩類。 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第10 頁 共29 頁 研發中心 定鉗盤式制動器的制動鉗固定安裝在車橋上,既不能旋轉,也不能沿制動盤軸向移動,因而必須在制動盤兩側都裝設制動塊促動裝置,以便將兩側的制動塊壓向制動盤。因此,結構較為復雜,尺寸較大,熱負荷較大,制動液容易受熱汽化,而且若用于駐車制動,必須加裝一個機械促動的制動器。由于以上缺點,使得定鉗盤式制動器難以適應現代汽車的使用要求,自上世紀70 年代,逐漸讓位于浮鉗盤式制動器。 浮鉗盤式制動器的制動鉗一般可設計得可以相對制動盤軸向滑動。其中,只在制動盤的內側設置液壓缸。浮鉗盤式制動器的工作原理如圖十八所示。制動鉗支架3 固定在轉向節上(盤式制動器一般用于前輪,當用于后輪時,一般是高級轎車,則制動鉗支架就裝在后軸分頭上),制動鉗體1 與支架3 可沿導向銷2 軸向滑動。制動時,活塞8 在液壓力p1 的作用下,將活動制動塊6(帶摩擦塊磨損報警裝置)推向制動盤4。與此同時,作用在制動鉗體1 的反作用力 p2 推動制動鉗體沿導向銷2 向右移動,使固定在制動鉗體1 上的固定制動塊5 壓靠到制動盤上。于是,制動盤兩側的摩擦塊在p1 和p2 的作用下壓緊制動盤,使之在制動盤上產生與運動方向相反的制動力矩,促使汽車制動。

                  盤式制動器與鼓式制動器相比有以下優點:

                  ⑴一般無摩擦助勢作用,因而制動器效能受摩擦因素的影響較小,即效能較穩定。
                  ⑵浸水后效能降低較少,而且只需經一兩次制動即可恢復正常。
                  ⑶在輸出制動力矩相同的情況下,尺寸和質量一般較小。
                  ⑷制動盤沿厚度方向的熱膨脹量較小,不會象制動鼓的熱膨脹那樣使制動器間隙明顯增加而導致制動踏板行程過大。
                  ⑸較容易實現間隙自動調整,其他保養修理作業也比較簡單。

                  但盤式制動器也有明顯的不足之處:

                  ⑴效能較低,故用于液壓制動系時所需的制動促動管路壓力較高,一般要伺服裝置。
                  ⑵兼用于駐車制動時,需要加裝的駐車制動傳動裝置較鼓式制動器復雜,因而在后輪上的應用受到限制。 目前,盤式制動器已廣泛應用于轎車,但除了在一些高性能轎車上用于全部車輪外,大都只用作前輪制動器,而與后輪的鼓式制動器配合,以獲得汽車在較高車速下制動時的方向穩定性。在貨車上,盤式制動器目前也采用,但離普及還有相當的距離。

                (三)汽車輪轂軸承與汽車制動器的裝配關系

                  汽車輪轂軸承與汽車制動器的裝配關系可以參見第二章汽車輪轂軸承單元的裝配關系。 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第11 頁 共29 頁 研發中心

                四 具有ABS能力的汽車輪轂軸承單元

                  現代汽車中越來越多的轎車都配備了ABS,而中國自2003 年10 月開始,國家要求ABS 成為轎車的一種標準配置。因此,以前作為賣點的ABS 就被廠家從功能上下功夫:要求功能越來越強,即使在很低的車速下也能保持效能。而對于 ABS 零部件如機械脈沖論和傳感器則要求尺寸更小、重量更輕、耐磨性更好、成本更低。目前 ABS 中大多由電傳感器來掌握車速。該傳感器觸到一個齒輪式為主的車輪轉速脈沖還上。這樣的“齒輪”在驅動輪中壓套在等速萬向節的鐘形罩上,在從動輪則壓套在第二代輪轂軸承的法蘭外圈上。

                (一)ABS(Antilock Braking System)的工作原理

                  當車輪抱死滑移時,車輪與路面的側向附著力將完全消失。如果是前輪(轉向輪)制動到抱死滑移而后輪還在滾動,汽車將失去轉向能力(跑偏)。如果是后輪制動到抱死滑移而前輪還在滾動,即使受到不大的側向力干擾,汽車也將產生側滑(甩尾)現象。這些都極易造成嚴重的交通事故。因此。汽車在制動時不希望車輪制動到抱死滑移,而是希望車輪制動到邊滾變滑的滑動狀態。 1, ABS 的組成 ABS 一般由輪速傳感器、電子控制器和液壓調節器組成,其組成和布置如圖十九所示。 輪速傳感器的功能是通過磁極將車輪轉速轉化為感應電壓,并將該交流電壓信號輸送給電子控制器。 電子控制器(EDU)具有運算功能。它接收輪速傳感器的交流電壓信號后,計算出車輪速度,并與參考車速比較,得出滑移率s 及加、減速度;對這些信號進行分析,向液壓調節器發出控制指令。此外,電子控制器對其他部件還具有監控功能。當這些部件發生異常時,由指示燈或蜂鳴器發出警報信號。 液壓調節器接收電子控制器的指令,由電磁閥、液壓泵和驅動電機直接或間接控制制動輪缸油壓的增減。 2, ABS 的工作原理 四個輪速傳感器分別將各車輪的信號傳給電子控制器,經電子控制器運算得出各車輪的滑移率,并根據滑移率控制各輪缸油壓。當滑移率 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第12 頁 共29 頁 研發中心 在8%~35%(不同的車有不同的范圍)時,車輛的縱向附著力和側向附著力都較高。將這一附著區域內汽車制動的有關參數預先輸入到制動防抱死裝置(ABS)的控制系統,控制器可隨機根據實際工況進行判斷,給執行機構發出動作指令,使車輪的滑移率控制在這一最佳范圍內,即各車輪制動到不抱死的極限狀態。

                (二)ABS 與汽車輪缸軸承單元的結合應用

                  圖二十所示的是設置有例如所謂 1A 代非對稱輪轂軸承的脈沖論和傳感器目前流行的標準配置情況。 目前,ABS 傳感器用的主動傳感器及其目前的發展大多用霍爾差分集成電路(Hall-Differenz-IC’S)工作。在該集成電路的輸出處有一直至似乎零的具有與轉速無關之振幅的穩定的輸出信號備用。因為按照這種原理工作的傳感器所需要的磁通量變化大大小于老式線圈傳感器的磁通量變化,從而為“脈沖論”開辟了新的解決途徑。以下就第一、二和三代輪轂軸承單元作具體結構說明。 因為主動傳感器實際上直至速度為零時都能發揮作用,所以這種信號此外不僅能用于ABS 調節,而且也能用于諸如防滑調節和計數器顯示等其他用途。

                1 第一代輪轂軸承單元解決方法:脈沖離心圈。 大多數1 代和1A 代(非對稱)的輪轂軸承目前都裝有密封圈和離心圈,該離心圈隨內圈旋轉。它由一個加固的薄金屬襯片和包在外面的橡膠層構成。 軸承應用研究課題 汽車輪轂軸承單元 第13 頁 共29 頁 研發中心 這樣襯片就有“終生”防銹性能,如果在硫化膠合前在襯片中沖出一定數量的窗孔,與具有效率的主動傳感器接合下就可以產生與速度成正比的信號。這樣就把ABS 脈沖發生器集成到輪轂軸承單元中。從而使軸承具有信號功能及ABS 功能。圖二十一為1A 代輪轂軸承具有這種裝置的正視圖與側視圖。 圖二十二所示為 ABS 所裝備的非對稱輪轂軸承。不動的主動傳感器固定在羊角叉(轉向節)上,它觸及旋轉的離心圈,也稱為脈沖離心圈。燒結的脈沖論及其在等速萬向節上的配合面等都可以省略。這種結構眾所周知的優點是車輪外側的泥污侵襲大大地減小了。因此可如圖二十二所示那樣在安軸承一側放棄離心圈。當然目前必須從側向安裝軸承;但通過非對稱設計也就排除了混淆。靠萬向節一側的內圈內徑小2mm。此外它還比較寬且非常結實地壓配在輪轂上。這樣也就減輕軸向力和由內圈引起的傾覆力矩對加長螺栓的負擔。該加長螺栓具有眾所周知的重要任務,它使通過鐘形罩與輪轂并緊的兩個內圈一直保持無間隙地壓緊在一起。由圖二十二可見,外圈軸向只有一端貼合在車輪羊角叉上。之所以能夠如此,系因厚臂外圈以重壓配合安裝,因此所引起的摩擦力足以在相反方向上作軸向固定。

                2 第二代輪轂軸承單元解決方法:脈沖密封圈。

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