对于使用凸轮制动器的车辆，若能在其刹车间隙自动调整上安装报警检测器间接测量摩擦片的厚度那就会使报警器的安装和使用更方便更实用。现在的汽车制动蹄片磨损自动报警器一般是安装在汽车摩擦片附近直接检测摩擦片的厚度。而这种调整臂上的制动蹄片磨损报警装置的可行性讨论主要是因磨损而产生的间接测量摩擦片厚度的一系列的系统传递误差，显然这一误差太大，此方案就失去价值。本文按照汽车制动蹄片磨损后径向补偿量与凸轮的升程的关系分析了汽车使用过程中因制动器的磨损产生的配合误差而引起的在调整臂上间接测量摩擦片厚度的误差；并对某S 凸轮制动器报警设备进行了设计。
1 汽车刹车间隙自动调整臂和汽车制动蹄片磨损自动报警器介绍
汽车刹车间隙自动调整臂是位于气室推杆和制动凸轮轴之间，对凸轮轴施加力矩的部件。作用是自动调整制动蹄片与制动鼓之间的间隙。我国于2003 年通过法律强制要求有关车辆采用自动调节臂。车辆上运用的自动调节臂现在大致有齿轮齿条自动调整臂、蜗轮蜗杆自动调整臂。其工作原理有的是把自动调整臂的转角分为间隙角、超量间隙角、弹性间隙角，然后通过自动调整机构转动大蜗轮来消除超量间隙角[1]；有的是根据试验得出推杆的最佳推程范围，设计溢出微量调整机构，当推杆推程超过一定值就通过微量调整机构转动大蜗轮，使推杆运动始终在一定的范围内。总之，自动调整臂是通过其内部的调整机构，使凸轮转动某个角度来达到自动调整制动蹄片与制动鼓之间间隙。
汽车制动蹄片磨损自动报警器是在蹄片磨损到极限时发出报警信号的装置。现在运用的汽车制动磨损报警器由磨损检测件与报警信号显示元件组成。磨损检测探头一般多安装在刹车蹄上放置在摩擦片内部[2,3]。当摩擦片磨损到极限厚度时，就会触到探头产生报警信号，由报警显示元件发出声光报警。这些报警基本上都是直接检查摩擦片的极限厚度，检测元件不会因其它元件配合误差而产生检测误差，只有安装时的误差。安装时，虽然是按要求如CA10B 型汽车摩擦片磨损限度不小于8mm；跃进NJ130 型汽车摩擦片磨损限度不小于5mm，或铆钉头距摩擦片的工作面不小于0.50mm，但由于要求的不确定性和度量精度等问题就会产生一些误差。在现在的汽车行业，上述两个部件都是独立的两个部件，在制动系统中分别安装。特别是一些使用凸轮制动器的汽车根本没有摩擦片磨损报警器，为此若在制动调整臂上设计一个制动蹄片磨损自动报警器是既实用又方便。
2 汽车制动蹄片磨损后径向补偿量与凸轮的升程关系
由上面介绍可知：汽车刹车间隙自动调整臂调整补偿量就是制动凸轮轴转动角度；凸轮轴转角决定凸轮的升程。制动蹄片磨损后补偿量可理解为制动蹄片径向位移。图１是凸轮旋转引起的制动蹄张开的径向位移分析图。
凸轮轴旋转微元dè（图中未画出）使凸轮与制动蹄接触点边缘有升程微元ds，制动蹄就绕点A 旋转一个角度微元da；在制动蹄的摩擦表面任选一点B，则B 绕A 点旋转角度微元da 时到达D 点，微元BD 分解为径向微元行程BC 和切响微元行程CD。
由图１可得：
AN=a+e ；ds=da×AN=da× (a+e)；
OA2=OP2+PA2=a2+m2；
BC=BD×sina；BD=AB×da；AB×sina=OA×sin?；
即 （1）
式（1）表明：在同样的升程ds 下，摩擦片的各点径向位移是不一样的，其主要影响参数是角度?（即自己所在的位置）；取?=90°时，径向位移BC取摩擦片的厚度，ds 即为凸轮的升程。
例如某汽车制动器，前轮制动鼓原厂尺寸为；a=170mm，e=170mm，m=25mm，前摩擦片尺寸宽×厚×长为70×16×220mm（磨损限度不小于8mm）；制动凸轮升程s 与凸轮转角φ的关 。把这些数据代入上面的式子可得出凸轮的旋转角为：取磨损量为8mm 时为75.7°；取磨损量为7.5mm 时为71.0°。如果用大蜗轮的旋转角度来作为报警衡量值比用度量摩擦片的报警装置会更精确、更容易测量（0.5mm 相当于4.7°，对应直径为62 的弧长2.54mm）。
3 测量误差分析
对于一个调整好的制动装置，我们假定凸轮没有旋转，处于0°。由上面的分析知：摩擦片的补偿量即径向位移是由制动鼓的几何位置参数和凸轮的形状参数决定的。
3.1 凸轮的形状参数因磨损引起的测量误差分析
用大蜗轮转角来检测摩擦片的厚度时,影响最为重要的参数就是凸轮的形状参数，因为凸轮轮廓加工比较困难；其外形尺寸难于测量；且凸轮与制动蹄为线接触，易磨损。故不同的凸轮形状就有不同的结果。例如若使用一个S 型的凸轮，其角度与相应的半径数据如表1。则估计大蜗轮报警转角为75°。
制动凸轮常见损坏部位：凸轮表面磨损；凸轮轴与衬套的配合间隙过大；凸轮轴花键磨损。凸轮表面磨损量及对称度误差应在0.16mm 以内，超过0.3mm 要镀铁或堆焊修理。我们假定在预报警处凸轮有0.3mm 的磨损，这将带来的凸轮转角误差大约为其相当于摩擦片的摩损量为0.15mm。制动凸轮轴与衬套的配合应符合规定，如某凸轮承孔孔径原厂尺寸为 、轴颈直径原厂尺寸为、配合间隙原厂规+0.032~+0.150mm、配合间隙凸轮大修允许尺寸为+0.032~+0.400mm。轮轴支撑轴颈磨损超过0.2mm 时，要用镀铁或堆焊修复。这个配合误差几乎不引起的凸轮转角。制动凸轮轴花键磨损超过0.4mm，要堆焊修复。这个参数误差对也几乎不引起凸轮转角误差。由此可知制动凸轮正常使用情况下因自己的磨损等造成大蜗轮转角误差很小，只有1°的误差。
3.2 制动蹄的形位参数因磨损引起的测量误差分析
第二个影响因数是制动蹄的形位参数，这个量比较容易测量，数据容易获得。此参数中制动蹄支承销与销孔的配合磨损和与凸轮端的摩擦磨损量相对于整个制动蹄的参数是可忽略的。例如某汽车制动蹄支承销承孔内径原厂尺寸为 ，销直径，原厂规的配合间隙为+0.060~+0.175mm，大修允许间隙为+0.060~+0.175mm，使用限度间隙为+0.40mm。根据上面的式（1）可知，这个间隙尺寸相对于制动蹄半径约160mm 是可以忽略不计的。
3.3 制动凸轮的初始位置引起的测量误差分析
前面的分析我们忽略了制动凸轮的初始位置的不固定引起的传递误差。如果凸轮的升程对转角的一阶导数是恒定值，那么就不会产生这个因凸轮初始位置的不确定而引起的误差（可改进凸轮轮廓达到这种条件）。但是有的凸轮不是这样的，我们来分析一下这个原因带来的误差。其实自动调整臂的安装维修一般是更换蹄片时的全面维护，不存在在使用过程中的局部调整。对于制动器的全面维护，首先是制动器解体，然后是检查、更换蹄片，其次是制动器的装复，接着是全面调整制动器，最后是检试。在上述过程中，只有全面调整是决定调整臂中凸轮的位置。在全面调整中，首先是用扳手转动蜗杆轴，使制动蹄片压向制动鼓，从制动鼓的检查孔中，用厚薄规检查每个蹄片两端与制动鼓是否贴紧，如果发现蹄片轴端间隙过大，可用转动蹄片轴的方法消除，调整好后拧紧蹄片轴螺母和凸轮支承座紧固螺栓螺母；其次就是连接制动时推杆连接叉和调臂，调整制动鼓与制动蹄片的间隙。可见凸轮的位置没有任何确切的估计量，很难确定其起初始确切位置，这个误差将会产生不可估量的误差，它使得并不是每一种凸轮都能用大蜗轮旋转的角度来准确衡量摩擦片的厚度。
4 调整臂上制动蹄片磨损报警装置的设计
现在分析上述的S 型的凸轮，其升程数据如图1，凸轮前30°是微小带加速的变化，30°到70°和100°到130°凸轮升程对转角的一阶导数几乎是恒定值，可见，如果把初始状态调到30°以后，就可以用大蜗轮的转角来实现摩擦片的磨损报警了。安装自动调整臂，在调整制动鼓与制动蹄片的间隙时，都可以用扳手旋转大蜗轮来调整，有的只要用分泵施压多次的方法，就可把刹车间隙自动调整到设计要求，其实这都是在旋转大蜗轮，这个旋转角度的最大值就是大蜗轮的花键的一个齿对应的角度（如果角度更大可以把调整臂拆下，旋转一个花键装上后重新调整）。一般大蜗轮的花键有10、11、28 等等。取10 个键的大蜗轮为例，其旋转的角最大为36°，所以总可以把凸轮的初始位置旋到30°到70°的某个值．也就是说对于这种S 型的凸轮，用凸轮的转角来检测摩擦片的厚度时，凸轮初始角度引起的误差是可以消除的。与其对应的制动蹄片磨损报警装置如下：检测大蜗轮转角的检测装置，制动器的全面维护完成后，检测装置开始工作，当大蜗轮转动一定角度后发出报警信号。安装时要确保凸轮转角处于30°以后即可。
5 结论
由上面的分析可得出如下结论：（1）用大蜗轮的转动角度来实现摩擦片的磨损报警功能有放大作用，可以更精确，有传递误差。（2）对于凸轮制动器，只要改进凸轮的轮廓使其升程对转角的一阶导数是恒定值，就可以用大蜗轮的转角来实现摩擦片的磨损报警功能。其误差为大蜗轮转角1.０°，相当于摩擦片的摩损量为 0.15mm。（3）对某一类型的凸轮制动器（如上述的S 型的凸轮），是可以用自动调整臂大蜗轮的旋转角度来间接检查摩擦片的厚度的。要求是安装时调整好凸轮的初始位置。
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