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要使行驶中的汽车减速,驾驶员应踏下制动踏板1,通过推杆2和主缸活塞3,使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸,并通过两个轮缸活塞7使两制动蹄绕支承销转动,上端向两边分开而以其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。这样,不旋转的制动蹄就对旋转着的制动鼓作用一个摩擦力矩Mu,其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩Mu传到车轮后,由于车轮与路面间有附着作用,车轮对路面作用一个向前的周缘力Fu,同时路面也对车轮作用着一个一个向后的反作用力,即制动力Fb。制动力Fb经车桥和悬架传给车架与车身,迫使整个汽车产生一定的减速度。制动力越大,则汽车减速度就越大。当放开制动踏板时,制动蹄回位弹簧即将制动蹄拉回原位,摩擦力矩Mu和制动力Fb消失,制动作用即行终止。
图十五所示为轮缸式领从蹄式制动器。作为旋转元件的制动鼓12固装在车轮轮毂的凸缘上。作为固定部分零件装配基体的制动底板3,用螺栓与后驱动桥半轴套管上的凸缘连接(如果是独立后悬架系统则与后轴分头上的凸缘连接,而前轮制动器则与前桥转向节的凸缘连接)。用钢板料焊接成T形截面的前后制动蹄1和9,以其腹板下端的孔分别同两支承销11上的偏心轴颈作动配合。制动蹄的外圆面上,用埋头铆钉铆接着一般用石棉纤维及其它物质混合压制成的摩擦片2(有些制动器摩擦片和制动蹄也用粘结的方法)。铆钉头顶端埋入深度约为新摩擦片厚度的一半。
图六所示为普遍用轮毂轴承的典型装配关系图。内、外轮毂轴承3外圈与制动鼓5为紧配合,内圈与转向节轴颈(或后轴分头)也为紧配合。轮毂螺栓2通过花键与制动鼓接合并将外面的轮辋与制动鼓装配成一体。制动盘4与安装于制动盘上制动片以及其他制动器零部件6通过螺栓与转向轴颈(或后轴分头)1连接。当汽车行驶时,轮毂轴承3外圈跟随制动鼓5以及轮辋一起旋转,而内圈、转向轴颈(或后轴分头)1以及装配于之上的制动盘及其组件不旋转,从而保证制动时需要的各种条件。图六所示为非驱动轮普遍用轮毂轴承的典型装配关系图,驱动轮的变化在于内外轮毂轴承通过外圈与轮毂接合,轮毂通过螺栓与制动鼓、轮辋连接,同时轮毂通过内花键与驱动轴转向轴颈(或后轴分头)的外花键接合。同样,轮毂轴承的外圈与转向节(或后轴分头)连接,制动盘及其组件通过螺栓连接于转向节(或后轴分头)上。当汽车行驶时,驱动轴带动轮毂、轮毂轴承内圈、制动鼓以及轮辋旋转,而轮毂轴承外圈、转向节(或后轴分头)、制动盘及其组件保持静止。其运动结构恰恰与非驱动轮相反。
第三代轮毂轴承单元(如图四所示)是把与轴承相配合的零件即轮毂、ABS传感器与轴承套圈制成整体化的型式,是继第二代又进一步发展的单元。典型结构就是大填球角、压配式内圈也带法兰盘:其两个套圈有一个法兰,外圈是一个刚性结构,因此可简化枢轴。由于旋转内圈的凸缘兼有轮毂的作用,因此取消了轮毂。对轴承用户来说,这意味着简化了轴承设计与安装,并可以减小重量和外形尺寸。由于套圈的刚性较高,轴承的几何形状基本不会发生变化。第三代轮毂轴承单元的应用是轮毂轴承研制的一大进步。由于它集中了其他零件的功能,已不再仅是一种轴承;而且从安全的角度来看,它也是一个关键部件,一旦损坏会引起严重的后果。轴承的特性、预调游隙、润滑脂和密封是第三代轴承的共同问题,而且对设计人员来说也是一个技术难题。这是结构与功能的重新组合,需要进行专门的研究。某些技术条件是很难达到的,轴承的滚道应是“硬性的”但结构应是弹性的,这就是说,损坏的形式应是由接触疲劳引起的一般剥落,而旋转凸缘不会发生任何挠曲疲劳。第三代轮毂轴承单元的装机量已达250万套。
汽车轮毂轴承在现代汽车设计中一般划归为悬架系统或制动系统。因为从受力分析看,汽车轮毂轴承主要承受通过悬架系统传递而来的汽车的重量,但从装配关系看,汽车轮毂轴承主要与制动系统连接装配。同时,有些人也习惯将轮毂轴承划归传动系,因为轮毂轴承的功能之一就是为轮毂的转动提供精确的向导,尤其是第四代轮毂轴承开发成功以来,轮毂轴承与等速万向节构成一体,轮毂轴承与传动系的关系更为紧密。由于汽车轮毂轴承与汽车的三个系统相关,本篇就不再特意介绍每个系统,因为无论这几个系统有多少种类型,轮毂轴承都有其相对的独立性,并不因悬架系统、制动系统或传动系的类型的改变而结构改变,而且,轮毂轴承发展到今天,已经发展为集成化、小型化、组装工艺合理化及装配简便的轮毂轴承单元,其相对的独立性也就更大。
汽车轮毂轴承既承受径向载荷又承受轴向载荷,是一个非常重要的安全件。90年代中期以前,国内汽车大部分都是采用传统的两套单独的圆锥滚子轴承或者球轴承,如图一所示,这种结构是在汽车装配时进行调整游隙、预紧、添加润滑脂等,质量靠装配过程中诸多人为因素控制,装配难度较大,成本过高且可靠性较差,不利于当今激烈的市场竞争。近几年,随着前置前驱轿车的飞速发展,汽车轮毂轴承发生很大变化。因此开发了一种能解决上述问题的轴承单元,对其要求有以下几点:
图七所示为一代轮毂轴承单元在驱动轮结构中的装配关系简图。一代轮毂轴承单元2内圈紧配合于轮毂6之上,轮毂6通过轮毂螺栓5与制动盘1(盘式制动器)轮辋连接。轮毂6通过花键与带花键传动轴的等速万向节4相连,同时通过螺母7轮毂6通过花键与带花键传动轴的等速万向节4在轴向得以固定。一代轮毂轴承单元2外圈通过转向节(或后轴分头)与悬架系统相连接。同图六所示结构工作原理类似,在汽车行驶时,带花键传动轴的 等速万向节4带动轮毂6、一代轮毂轴承单元2内圈、制动盘1以及轮辋旋转,而一代轮毂轴承单元2外圈与转向节通过悬架系统保持静止。