淺談盤式制動器摩擦塊偏磨故障原因

鄭朋輝

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺談盤式制動器摩擦塊偏磨故障原因

鄭朋輝

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文從盤式制動器實際出現(xiàn)的摩擦塊偏磨問題出發(fā)，通過分析研究制動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相關(guān)部件的配合關(guān)系，明確摩擦塊異常磨損因素，為制動卡鉗的合理設(shè)計提供技術(shù)支持。

盤式制動器；摩擦塊；偏磨

CLC NO.:U461.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)05-128-04

引言

盤式制動器廣泛應(yīng)用于汽車制動系統(tǒng)中，汽車制動過程是通過摩擦塊和制動盤的相互擠壓作用，產(chǎn)生較大的制動力矩，克服車輛慣性，從而達到汽車平穩(wěn)停車的過程。可以說，摩擦塊的使用狀態(tài)直接影響到制動器的效能。如果摩擦塊發(fā)生偏磨現(xiàn)象，很容易導(dǎo)致制動力矩的不協(xié)調(diào)，最終導(dǎo)致汽車出現(xiàn)制動跑偏和噪音等現(xiàn)象。摩擦塊偏磨現(xiàn)象引起單一摩擦塊磨損異常，將會嚴(yán)重影響其他部件的使用性能，尤其是與其相互作用的制動盤。

制動器的摩擦系數(shù)對制動力的影響較大，也起到?jīng)Q定作用。摩擦塊的工作狀態(tài)在很大程度上起到了使制動器有效發(fā)揮功能的作用，因此當(dāng)摩擦塊發(fā)生偏磨現(xiàn)象時，制動器的性能必然會下降，嚴(yán)重影響了駕乘感覺和制動安全，對零部件的使用壽命影響嚴(yán)重。對摩擦塊偏磨的研究，降低異常偏磨現(xiàn)象的可能，對盤式制動器和制動系統(tǒng)的的開發(fā)有非常積極的意義。

1、摩擦塊偏磨的表現(xiàn)形式

汽車在正常行駛過程中需要通過給車輪一定的阻力要保證車輛減速或者停止，盤式制動器采用的就是利用摩擦塊和制動盤形成的阻力作用在車輪上。

示意簡圖如圖1所示：

靠近車輛中心的摩擦塊稱之為內(nèi)側(cè)摩擦塊，遠離車輛中心的稱之為外側(cè)摩擦塊。

盤式制動器的接觸關(guān)系決定了在其制動過程中易產(chǎn)生摩擦塊偏磨現(xiàn)象，也就是摩擦塊磨損的程度不均勻，就實際車輛發(fā)生較多的磨損現(xiàn)象，本文進行分析其原因。主要有以下兩種：

1.1 內(nèi)外側(cè)摩擦塊磨損異常

同一制動鉗中出現(xiàn)故障現(xiàn)象：內(nèi)側(cè)或外側(cè)磨損較快；（圖2中顯示的摩擦塊已經(jīng)磨損至極限，和制動盤本身發(fā)生鐵塊間的摩擦，導(dǎo)致制動盤嚴(yán)重損壞）。

表1 磨損參數(shù)表

1.2 左右制動器磨損異常

左右兩側(cè)制動器磨損程度偏差較大，表現(xiàn)為一側(cè)制動鉗摩擦塊磨損異常，檢測數(shù)值如下表2所示：

表2 磨損參數(shù)表

圖3所描述的故障現(xiàn)象為車輛行駛至3萬公里時，左側(cè)制動鉗摩擦塊整體剩余摩擦材料為 6.5mm，而右側(cè)制動鉗摩擦塊基本已經(jīng)磨損完畢，兩者相差近6mm，磨損嚴(yán)重。

2、盤式制動器的工作原理

制動鉗內(nèi)部構(gòu)造說明，主要包括制動鉗體、活塞、密封圈（油封）、防塵罩和彈簧片（保證摩擦塊的運動軌跡）、導(dǎo)向銷軸等。

制動鉗運動原理說明：制動鉗在未工作狀態(tài)時（見圖 5所示），摩擦塊和制動盤之間一般有0.05mm-0.2mm的間隙，車輛正常前進時確保制動盤和摩擦塊無拖磨現(xiàn)象，車輛需要制動時，制動液隨踏板和助力器的作用下被壓入制動鉗分泵內(nèi)，推動活塞移動，從而使內(nèi)側(cè)摩擦塊接觸制動盤，分泵內(nèi)油壓繼續(xù)上升，因內(nèi)側(cè)摩擦塊已接觸制動盤無法運動，反向力會使制動鉗體沿導(dǎo)向銷向內(nèi)側(cè)移動，外側(cè)摩擦塊也隨之接觸制動，內(nèi)外摩擦塊同時對制動盤施加壓力，起到制動作用，使車輛停止或減速。（工作狀態(tài)見圖6所示）。

當(dāng)制動接觸時，活塞回位，摩擦塊根據(jù)制動鉗慢慢回到未工作狀態(tài)。

3、偏磨現(xiàn)象的原因

車輛實際使用過程中，導(dǎo)致盤式制動器出現(xiàn)摩擦塊偏磨現(xiàn)象的原因很多，實際外界因素也會導(dǎo)致摩擦塊不同程度的磨損，排除摩擦塊材料差異性外，基本可以歸類為制動盤和其中一側(cè)摩擦塊出現(xiàn)拖磨現(xiàn)象。在此只考慮制動鉗本身或其他相關(guān)部件產(chǎn)生的原因。總的原因可以分為以下幾類：

3.1 盤式制動器工作原理導(dǎo)致的偏磨

根據(jù)盤式制動器的工作原理介紹，制動鉗內(nèi)側(cè)摩擦塊在整個制動過程中接觸制動盤的時間要比外側(cè)摩擦塊長，其磨損必然要較快些，在正常情況下，制動鉗體滑動順暢情況下，內(nèi)側(cè)摩擦塊要比外側(cè)摩擦塊磨損的速度快。但是由于整個制動鉗過程的非常短，因此內(nèi)外側(cè)摩擦塊的偏磨量較小，可以忽略不計。

3.2 盤式制動器安裝位置不居中

在制動器初始安裝情況下，制動盤應(yīng)該居于制動鉗體的中間位置，如制動盤在安裝之初就與兩側(cè)的摩擦塊極限運動位置有接觸，這樣必然會導(dǎo)致早期的拖磨現(xiàn)象；

在設(shè)計之初需對尺寸鏈進行校核：主要包括制動鉗、制動盤、轉(zhuǎn)向節(jié)和輪轂總成。

3.3制動盤厚度不均勻?qū)е履Σ翂K偏磨

盤式制動在制動時主要受到兩個方向的作用力：分別為法向力和切向力。而且制動盤需要在較高的溫度下進行工作，其表面溫度甚至可以能達到700多℃，此溫度有可能使制動盤產(chǎn)生翹起變形現(xiàn)象，與之相配合的摩擦塊在車輛行駛過程中，出現(xiàn)拖滯磨損現(xiàn)象，從而產(chǎn)生摩擦塊磨損厚度不均勻情況。

3.4 制動鉗拖滯導(dǎo)致摩擦塊偏磨

制動鉗本身產(chǎn)生拖滯的因素，主要由三個運動關(guān)系決定：導(dǎo)向銷和銷孔的配合、活塞密封圈和卡槽的配合、彈簧片和摩擦塊的配合。以下分三部分對其簡述說明。

3.4.1 導(dǎo)向銷問題導(dǎo)致的制動器拖滯

對于浮動式盤式制動器，制動鉗體可以在與制動鉗支架的銷軸上進行相對自由滑動，判定制動鉗運動情況的標(biāo)準(zhǔn)主要為制動鉗總成滑動力。

制動鉗總成滑動力的大小直接影響到制動鉗的正常制動過程，在此范圍內(nèi)制動鉗的正常運動對摩擦塊磨損成都影響微弱，基本可忽略不計。若導(dǎo)向銷無法啟動正常的導(dǎo)向作用，制動鉗滑動異常沉重，當(dāng)制動過程結(jié)束時，制動鉗無法有效在規(guī)定時間內(nèi)恢復(fù)到原始位置，此過程引起摩擦塊和制動盤的拖磨現(xiàn)象（主要表現(xiàn)為外側(cè)摩擦塊的異常磨損）。

引起滑動沉重的原因:

a.主要為銷軸和銷孔的配合間隙過??；

b.缺少足夠的潤滑脂，也可能為潤滑脂變質(zhì)或進入雜質(zhì)；

c.兩銷軸間的平行度要求，同樣會影響制動鉗的滑動不暢。

3.4.2 摩擦塊和彈簧片

摩擦塊是通過彈簧片安裝在制動鉗體和支架內(nèi)部，如圖8所示。隨著制動踏板的前進運動，摩擦塊在活塞的作用下向制動盤靠近，活塞完全回位后，摩擦塊不會自動回位，但其不隨著活塞的回位而退回到初始位置，僅通過制動盤的旋轉(zhuǎn)而使其脫離制動盤，影響其摩擦塊運動的最大阻力及來自于彈簧片的阻礙，一旦此阻力過大，就會容易引起制動拖滯。

主要原因是1.摩擦塊和彈簧片的尺寸配合不當(dāng)，彈簧片對摩擦塊的夾緊力成為摩擦塊滑動的最大阻力。

2.彈簧片的彈性變形量要求：彈簧片每批材料厚度及材料剛性均有差異，會導(dǎo)致彈簧片力質(zhì)的波動，拖滯力矩和摩擦塊滑動阻力成正相關(guān)。檢測數(shù)據(jù)見表3所示。

表3

3.4.3 密封圈和密封槽導(dǎo)致的制動器拖滯

a.密封圈（又稱為矩形圈）

浮動式盤式制動器因為其制動塊和制動盤間隙比較小，一般單側(cè)間隙設(shè)定為 0.05mm-0.2mm，活塞回位量設(shè)計在0.2-0.5mm，采用的間隙自調(diào)機構(gòu)最常用的是在活塞和缸體之間裝有帶斜角且能復(fù)位調(diào)節(jié)間隙的橡膠密封圈，見下圖所示其界面的形狀成矩形，因此也將其稱為矩形密封圈，在制動時，密封圈的腳邊在活塞的運動作用下發(fā)生彈簧變形，當(dāng)密封圈發(fā)生極限變形時，活塞仍可以繼續(xù)前進，補償過量的間隙。制動結(jié)束后，活塞的密封圈的彈性作用下回位，直到密封圈完全解除變形，摩擦塊和制動盤之間則恢復(fù)到設(shè)定間隙。

密封圈在其中起到活塞回位，自動調(diào)節(jié)間隙，還同時兼顧密封制動液的作用，因此其材料和尺寸精度要求嚴(yán)格。

在制動過程中會產(chǎn)生大量熱量，其中一部分會傳遞到密封圈中，如密封圈的耐熱性能較差，容易產(chǎn)生熱變形，導(dǎo)致密封圈無法帶動活塞正常回位（見下圖所示），致使摩擦塊和制動盤之間間隙過小，內(nèi)外摩擦塊產(chǎn)生偏磨現(xiàn)象，嚴(yán)重時會導(dǎo)致制動鉗抱死。

密封圈在制動液下浸泡，其出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，也會導(dǎo)致活塞無法有效回位。

密封圈設(shè)計過程中必須要滿足良好的耐高溫和耐制動液性能。

b.密封槽

活塞和缸體之間的密封圈放置在密封槽之中，密封槽的前角形狀直接影響到密封圈刃邊的彈性變形量，制動過程中，彈性變形量越大，則使活塞回位的彈力就越大。固密封槽的設(shè)計不足以產(chǎn)生足夠的彈性變形量，活塞難以回位，從而引起制動拖滯現(xiàn)象，導(dǎo)致摩擦塊產(chǎn)生偏磨。

4、結(jié)論

本文對摩擦塊偏磨機理的研究，僅限于浮動盤式制動鉗進行研究，未將外界真空助力器等對摩擦塊偏磨的影響因素考慮在內(nèi)。制動摩擦塊的偏磨現(xiàn)象不只是摩擦塊本身的原因，摩擦塊偏磨形式不同，其影響因素也有所區(qū)別。摩擦塊的偏磨影響到制動器的正常工作，甚至可以造成制動失效，分析偏磨因素，對解決此類問題是非常有必要的。

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Introduction to disc brake pads eccentric wear the cause of the problem

Zheng Penghui
(Anhui JiangHuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This study deals with the problem of the actual friction abrasion to disc brake, by analyzing the relationship between internal structure and the related research brake parts, clear friction piece of abnormal wear factors, provide technical support for reasonable design of brake caliper.

disc brake; friction block; eccentric wear

U461.3

A

1671-7988(2015)05-128-04

鄭朋輝，就職于江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心。