一种新型组合式制动器回位弹簧

韦军，黄民峰

方盛车桥（合肥）有限公司 安徽合肥 230051

重型载货车载重量大，行驶过程中对车轮制动强度要求高且制动时间长，使用工况复杂，目前国内重载货车市场多采用鼓式制动器。鼓式制动器主要通过安装在两个制动蹄之间的回位弹簧来实现制动蹄片的回位，回位弹簧的性能直接影响到整车的制动性能。目前市场上制动器常用的一体式回位弹簧结构（见图1），两端采用圆柱螺旋压缩圆形弹簧，中间利用弹簧的本体材料直线连接。

图1 常用的一体式制动器回位弹簧

此类回位弹簧安装位置受限制，回位弹簧拉伸和收缩工作时直线运动，中间部位易与制动器安装件摩擦导致拉簧断裂，引起制动失效。且回位弹簧采用圆柱螺旋压缩圆形弹簧，承受载荷较小，安装后即为拉伸变形状态，制动使用时拉伸变形增大，长期使用容易造成弹性失效，导致制动不回位，制动器抱死。回位弹簧故障将造成整个货车制动下降或失效，存在交通事故隐患。因此，设计一种新型的一种锥形螺旋弹簧与弓形体组合式制动器回位弹簧，就成为当前值得研究的课题。

技术问题

本设计所要解决的技术问题是：重载车桥制动失效易引起车毁人亡的重大质量事故，一个重要原因系回位弹簧不回位或断裂造成。

通过对故障件的分析和检测，并查阅相关文献，在设计弹簧和分析弹簧的疲劳强度过程中发现，仅考虑它的负荷类型、所承受的应力和许用应力是不完整的，更应该注重考虑受力时弹簧的循环特征——应力变化幅度。应力变化幅度大或者小，是影响弹簧疲劳极限的重要因素之一，所以对制动器回位弹簧的外形尺寸结构设计非常重要［1］。

本设计提供一种新型制动器回位弹簧，通过技术创新和进行结构优化最终达到消除由于制动器回位弹簧弹力失效和弹簧变形与装配件摩擦断裂引起的整车制动失效问题。

新回位弹簧结构组成

这种新型圆截面锥形螺旋弹簧与矩形截面弓形体组合式制动器回位弹簧（见图3），由圆截面锥形螺旋弹簧、矩形截面弓形连接体、弹簧锥形螺旋体、弹簧连接钩和弹簧拉伸挡销组成。

图2 新型组合式制动器回位弹簧结构

具体实施方式

如图3所示，这种新型圆截面锥形螺旋弹簧与矩形截面弓形体组合式制动器回位弹簧，两端各采用一件圆截面锥形螺旋弹簧，中间采用矩形截面弓形连接体。圆截面锥形螺旋弹簧由弹簧锥形螺旋体和弹簧连接钩组成；矩形截面弓形连接体由弓形连接体和弹簧拉伸挡销组成；弓形连接体弹簧拉伸挡销和圆截面锥形螺旋弹簧的锥形结构底端收缩为小圆孔，圆孔孔径和挡销外圆形成挡销软连接。两端弹簧拉伸变形时，弹簧拉伸挡销和弹簧锥形螺旋体底端圆孔将弹簧和弓形连接体连接，形成组合式回位弹簧。

图3 新型组合式制动器回位弹簧实物

制动器工作时，回位弹簧的连接钩连接制动蹄片，弓形连接体通过弹簧拉伸挡销连接圆截面锥形螺旋弹簧，实现两端圆截面锥形螺旋弹簧的伸缩，矩形截面弓形连接体因弓形结构，避开了弹簧伸缩直线运动时和安装件干涉摩擦造成的弹簧断裂。

创新设计特点

1）采用分体式结构，两端各一件圆截面锥形螺旋弹簧，中间部位为矩形截面弓形连接体，连接方式为内嵌自由组合连接。此种分体式结构与现有整体式回位弹簧结构相比，制造工艺和压制成形简单，成本低廉，易实现分段批量化生产。且可根据弹簧不同部位特点要求，在不同部位采用不同的材料和外形。

2）两端采用圆截面锥形螺旋弹簧结构，参考圆柱螺旋拉伸弹簧的设计计算[2]，通过试验确定相关参数。截锥形螺旋弹簧的刚度为可变值，对于缓和或消除共振有利。与圆柱螺旋弹簧相比，在相同的外廓尺寸情况下能承受更大的载荷，并可以产生较大的变形，而且全压缩高度比较小。另外，它在受力时的稳定性能也比较好，所以，与圆柱螺旋压缩弹簧比较，具有较大的横向稳定性。

3）两端弹簧体和中间连接体材料可采用不同的截面材料。锥形螺旋弹簧材料采用圆形线材，制造时成形工艺简单且成本低。

4）中间部位矩形截面弓形连接体采用矩形线材，受力载荷大、抗疲劳性能高及定向好。矩形截面材料制造的连接体可以在相同的空间和相同的变形量之下承受较大的负荷，且回位性好，不易拉伸变形。消除由于制动器回位弹簧失效不回位引起的整车制动失效问题。

5）中间采用弓形体外形结构，它在安装空间受到限制时，可避开相邻的装配件，解决了制动器回位弹簧安装空间小、工作时回位弹簧拉伸和回位直线运动造成的回位弹簧易与桥壳轴头摩擦，从而导致拉簧断裂引起制动失效的严重质量事故。

6）弓形连接体两端挤压成凸台形状，与弓形连接体一体的弹簧拉伸挡销和圆截面截锥形螺旋弹簧锥形结构底端收缩为小圆孔。圆孔孔径和挡销外圆形成挡销软连接，两端弹簧拉伸变形时，弹簧拉伸挡销将弹簧和弓形连接体连接形成组合式回位弹簧。

7）采用分体式结构，锥形螺旋弹簧与弓形连接体连接方式为内嵌自由组合连接。在非制动工作时间内，弹簧和弓形连接体为自由软连接，弓形连接体弹簧拉伸挡销与弹簧连接处有间隙，弹簧在非制动工作时间内基本不受力，减少了弹簧的疲劳失效次数，延长了弹簧的失效时间。

结语

本设计结构通过集思广益优化设计，根据产品的加工特点和使用现场的要求，针对中间部位易与桥壳轴头摩擦导致拉簧断裂和回位弹簧安装后持续保持拉伸状态易变形失效，造成制动不回位、制动器抱死等易出现的回位弹簧制动故障，通过更改回位弹簧的形状、材料和设计结构，弥补现有一体式回位弹簧结构缺陷，减少汽车制动交通事故隐患。