一种新型刹车间隙自动补偿机构的设计与实现

朱聪强，周丹宇

（合肥工业大学机械工程系，安徽宣城 242000）

0 引言

制动系统作为汽车的一个重要组成部分，其性能直接影响汽车行驶时的安全性能。随着消费者对汽车安全性的日益重视，汽车的制动系统也在不断地改进中。

在传统的制动系统中，汽车制动时驾驶员通过制动踏板操纵液压制动总泵，用液压管路方式传送油液到各个车轮的制动分泵。驾驶员通过制动主缸的调节，对盘式制动器起制动作用。液压制动的制动压力高，制动力基本可以满足汽车需要。但是液压制动系统也存在很多问题，如易漏油、响应慢等，一旦液压系统管路油液泄漏也会对环境造成影响。液压制动总泵或管路系统失灵，则会导致汽车无法制动。

电控机械制动是汽车线控制动技术的一种，作为汽车行业的一项前沿技术，其一直是该领域创新的突破口。相比于传统的制动系统，电控机械制动器有诸多优点，如无需制动液、环境友好、控制响应快、制动力更加准确、减轻制动系统的质量等优点。

但是，现有的电子机械制动系统也存在一些不足，如缺少现在国际标准规定的刹车间隙补偿功能，在刹车片磨损后不能进行自动补偿。针对以上不足，设计了一种新型的刹车间隙自动补偿机构。

1 机构基本构成

本新型刹车间隙自动补偿机构，主要包括前后摩擦片、制动盘、复位密封橡胶圈、普通平键、锥形非自锁螺母、螺母、单向轴承、螺钉、弹簧、连接体、丝杠、活塞和导向滑块等。其中，摩擦片、活塞和锥形非自锁螺母正常情况下贴合在一起；矩形密封圈与活塞为过盈配合；矩形密封圈在正常制动时会发生弹性变形，且不与活塞发生相对滑动；单向轴承通过2 个普通平键与锥形非自锁螺母和导向滑块相连；弹簧安装在导向滑块和连接体之间，且始终处于压缩状态；连接体上开有导向槽，导向套筒可以在导向槽中沿丝杠轴向左右移动；连接体和丝杠通过螺钉连接；螺母在沿丝杠轴向是固定不动的（图1）。

图1 新型刹车间隙自动补偿机构结构

以上所述的特征，使机构具有以下效果：①采用的矩形密封圈可以使机构在刹车结束后能够自动复位，结构简单，复位效果良好；②采用单向轴承，使得锥形非自锁螺母和导向滑块之间只能按一种转向相对转动；③当锥形非自锁螺母受到活塞的推力时不会与丝杠发生相对转动，而当锥形非自锁螺母受到导向滑块的推力时则会与丝杆发生相对转动；④在进行制动时锥形非自锁螺母不会因为与丝杆发生相对转动而影响制动，而在摩擦片磨损时则可以在弹簧的弹力作用下与丝杆发生相对转动从而自动补偿刹车间隙。

2 设计基本原理

2.1 制动系统正常工作情况

当汽车刹车时，汽车通过中间传力机构把制动力传递给螺母，使螺母开始转动。由于螺母在沿丝杠轴向是固定不动的，所以螺母的转动使丝杠轴向运动。在弹簧的作用下，导向滑块、单向轴承、锥形非自锁螺母和活塞等紧密贴合在一起，所以当丝杠轴向运动时，其整体都将沿轴向运动。需要特别说明的是，由于单向轴承的存在，锥形非自锁螺母并不会在活塞对其反作用力的作用下发生转动而影响制动，保证了制动可以顺利进行。当活塞沿丝杠轴向运动时，就会推动摩擦块轴向移动，直到接触制动盘开始制动。在制动过程中，与活塞接触的矩形密封圈会发生弹性变形，且在正常刹车即摩擦片未磨损的情况下，矩形密封圈与活塞之间不会发生相对滑动；当制动结束，制动力撤去后，矩形密封圈会自动恢复原来的形状，与矩形密封圈紧密接触的活塞也会回位，等待下一次制动，从而完成正常情况下的制动过程。

2.2 摩擦片磨损后的刹车间隙自动补偿过程

当摩擦片磨损后，汽车进行制动时，活塞的运动位移会比正常制动时大，这时矩形密封圈和活塞之间便会发生相对滑动。这样，当制动结束后活塞便不会回到原来的位置，导致活塞和锥形非自锁螺母之间出现间隙。此时，在弹簧弹力的作用下，锥形非自锁螺母连同单向轴承外圈与丝杠之间会发生相对转动，即锥形非自锁螺母会沿丝杠轴向运动，直到与活塞再次接触，从而填补锥形非自锁螺母与活塞之间的间隙，完成自动补偿过程。当再一次制动时，在受到制动力反作用下，由于单向轴承的单向性，而且锥形非自锁螺母与活塞之间存在摩擦力，这样锥形非自锁螺母不会再次反转而相对丝杠向后移动，因而保证了制动的可靠性。

图2 局部剖视图

3 结论

该新型刹车间隙自动补偿机构经过初步理论设计分析，已基本满足设计需求，其结构紧凑合理，可以在较大程度上适用于制动行业。相比于目前传统间隙补偿机构有多方面改进，其结构更加简单，制造相对容易，且由于不需要使用传感器判断摩擦片磨损后刹车间隙，可以在很大程度上不受外界环境干扰，使其有更好的控制效果。