盤式制動器摩擦片偏磨的研究

李霏，胡寶成

(長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000)

盤式制動器摩擦片偏磨的研究

李霏，胡寶成

(長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000)

介紹摩擦片的常見偏磨問題并進行理論分析，總結(jié)偏磨的影響因素。常見的摩擦片偏磨有同一制動鉗內(nèi)外片偏磨、同一摩擦片切向偏磨和徑向偏磨，偏磨會使整車制動力矩輸出不均、制動不平穩(wěn)、制動跑偏、出現(xiàn)制動噪聲及制動抖動等問題。

制動鉗；摩擦片；偏磨；制動性能

0 引言

盤式制動器的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致它在工作過程中摩擦片極易出現(xiàn)偏磨。摩擦片偏磨是摩擦片在正常使用過程中出現(xiàn)的同一摩擦片軸向或徑向磨損不一致,或同一制動鉗內(nèi)外摩擦片磨損不一致的現(xiàn)象。摩擦片偏磨會使制動力矩不穩(wěn)定，制動性能下降，產(chǎn)生制動異響等。文中主要針對盤式制動器摩擦片常見的偏磨現(xiàn)象進行探討。

1 浮動鉗制動工況分析

制動時，在踏板力的作用下通過真空助力器帶動制動泵總成輸出高壓制動液，推動活塞移出，從而使摩擦片夾緊制動盤，產(chǎn)生強大摩擦力矩，讓車輛減速或者停止，實現(xiàn)制動效果。

釋放剎車后，內(nèi)外摩擦片對制動盤壓力解除，因制動盤本身存在端面跳動和DTV(制動盤厚薄差)，在轉(zhuǎn)動時制動盤推動摩擦片沿鉗架摩擦片拉刀槽向外移動，并推動鉗體勾爪向外移動(導(dǎo)銷向銷孔內(nèi)移動)回位達到解除制動效果。制動器示意圖如圖1所示。

當(dāng)摩擦片回位不暢時，制動鉗拖滯力矩將增大，造成剎車片長期與制動盤摩擦，從而加速剎車片的磨耗，導(dǎo)致摩擦片磨損異常。當(dāng)前行業(yè)內(nèi)要求制動鉗的拖滯力矩小于5 N·m，甚至更嚴格。

圖1 制動器示意圖

2 摩擦片偏磨理論分析

2.1 正常工況

如圖2所示，車輛制動時內(nèi)摩擦片所受夾緊力直接由活塞施加到摩擦片上，外摩擦片所受夾緊力是通過鉗體移動傳遞的，而鉗體的移動需要克服銷與銷孔的滑動阻力，故內(nèi)、外摩擦片受力情況為：

f內(nèi)片=f活塞壓力-f內(nèi)片滑阻

(1)

f外片=f卡爪壓力-f外片滑阻-f鉗體滑阻

(2)

其中：f活塞壓力與f卡爪壓力互為作用力與反作用力。

圖2 制動器制動受力圖

根據(jù)上面兩式可知：制動時，由于導(dǎo)銷滑動阻力的因素，通常情況下內(nèi)摩擦片比外摩擦片受力大，此時內(nèi)摩擦片磨損較快，這也是為什么報警片會裝在內(nèi)片的原因。

解除制動后，活塞在矩形密封圈的作用下主動回位，鉗體無主動回位裝置，外片脫離制動盤除了需要克服摩擦片本身的滑動阻力外，還要克服銷滑動阻力及鉗體重力的影響，導(dǎo)致行車過程中外片磨損快。

對于沒有主動回位機構(gòu)的制動鉗，當(dāng)解除制動后，內(nèi)、外摩擦片是通過制動盤DTV、制動器總成盤跳敲擊摩擦片使其回位，受力情況如下：

f內(nèi)片=f盤-f內(nèi)片滑阻-f活塞滑阻

(3)

f外片=f盤-f外片滑阻-f鉗體滑阻-f活塞滑阻

(4)

2.2 異常工況

排除摩擦材料本身差異性引起的偏磨問題外，僅考慮制動鉗引起的摩擦片異常磨損，一般都是因內(nèi)、外片不同程度的回位不良導(dǎo)致，常見的原因有如圖3所示的幾種。

圖3 常見的導(dǎo)致摩擦片異常磨損的原因

2.2.1 導(dǎo)銷卡滯

當(dāng)由于某些異常因素導(dǎo)致制動鉗總成導(dǎo)銷生銹，導(dǎo)銷與銷孔間隙設(shè)計不合理，導(dǎo)銷形狀和形位尺寸超差，使鉗體滑阻增大，由此導(dǎo)致摩擦片異常磨損現(xiàn)象。

由式(3)可知，當(dāng)出現(xiàn)導(dǎo)銷卡滯時，內(nèi)摩擦片受力并未發(fā)生變化。由式(4)可知：當(dāng)出現(xiàn)導(dǎo)銷卡滯時，鉗體滑動阻力f鉗體滑阻增大，故外摩擦片受到的回位力變小，從而外摩擦片可能出現(xiàn)回位不暢、拖滯現(xiàn)象，此時外摩擦片相比內(nèi)摩擦片磨損較快。

導(dǎo)銷滑動阻力一般在50 N左右(要求不大于120 N)，設(shè)計過小時會導(dǎo)致顛簸路撞擊聲問題。

2.2.2 活塞卡滯

當(dāng)制動鉗總成矩形密封圈老化、耐制動液性能差、彈性變形力變小導(dǎo)致活塞回位不良；活塞和矩形密封圈磨損變形導(dǎo)致活塞回位不良；活塞、密封圈及矩形槽過盈量設(shè)計不合理導(dǎo)致矩形圈變形量小，活塞回位不良；活塞防塵罩密封性不好導(dǎo)致缸孔或活塞配合面生銹卡滯，均會導(dǎo)致摩擦片異常磨損現(xiàn)象。

由式(3)—(4)可知：當(dāng)活塞卡滯時，活塞滑動阻力f活塞滑阻增大，內(nèi)、外摩擦片受力均減小，換言之摩擦片回位受阻，此時，內(nèi)、外摩擦片磨損均加快。

2.2.3 活塞和導(dǎo)銷均卡滯

當(dāng)以上兩種失效同時發(fā)生的時候，f鉗體滑阻和f活塞滑阻均增大，根據(jù)式(3)—(4)可知，內(nèi)、外摩擦片受力均減小，此時內(nèi)、外摩擦片磨損均加劇，但是外片減小得更快，因此外片相對內(nèi)片磨損更嚴重。

2.2.4 摩擦片回位不良

對于制動鉗而言，如摩擦片背板、扼簧、鉗體和鉗架配合尺寸設(shè)計不合理：當(dāng)摩擦片背板與鉗架之間間隙設(shè)計較大時，會導(dǎo)致Clonk噪聲；當(dāng)間隙設(shè)計較小時，將導(dǎo)致摩擦片滑阻增大，摩擦片異常磨損；當(dāng)扼簧變形時，使摩擦片回位受阻，由此導(dǎo)致摩擦片磨損異常。以上幾種情況需根據(jù)具體情況進行分析。

3 摩擦片異常磨損判定準則

在檢查摩擦片偏磨量時，在摩擦片上均勻選取6個或8個點，分別測量各個點的磨損量求其平均值，其中徑向方向數(shù)據(jù)對比即為徑向偏磨量，切向方向數(shù)據(jù)對比即為切向偏磨量。在摩擦片設(shè)計匹配階段，會對其磨損性能進行驗證。一般要求在一側(cè)摩擦片全磨損的情況下，內(nèi)外摩擦片的磨損差小于2.5 mm，左右兩側(cè)制動鉗的摩擦片磨損差小于3 mm，由于摩擦片分為旋入側(cè)和旋出側(cè)，通常旋入側(cè)的磨損稍大于旋出側(cè)，一般磨損差控制在2.5 mm以下。

4 摩擦片異常磨損影響因素及類型

從制動器模塊角度分析，引起卡鉗偏磨的因素主要有以下幾個方面：

(1)摩擦片本身平面度、平行度超差；

(2)卡鉗安裝面與制動盤平行度超差；

(3)卡鉗受外力作用發(fā)生變形，與制動盤平行度超差。

常見的摩擦片異常磨損有以下幾種類型：(1)內(nèi)、外摩擦片磨損不一致，如圖4所示；(2)同一摩擦片徑向偏磨，如圖5所示；(3)同一摩擦片切向偏磨，如圖6所示。

圖4 內(nèi)外摩擦片偏磨 圖5 同一摩擦片徑向偏磨 圖6 同一摩擦片切向偏磨

5 結(jié)論

摩擦片的偏磨類型不同，影響因素也有別，通過文中分析可得出如下結(jié)論：

(1)當(dāng)摩擦片內(nèi)、外片磨損不一致且內(nèi)片磨損相對較快時，則需檢測活塞滑動阻力、摩擦片與制動鉗配合尺寸；

(2)當(dāng)摩擦片內(nèi)、外片磨損不一致且外片磨損相對較快時，則需檢測鉗體滑動阻力、摩擦片與制動鉗配合尺寸；

(3)當(dāng)摩擦片切向偏磨時，可能是由于制動器裝配誤差、制造誤差以及制動鉗活塞軸向偏置設(shè)計不合理(可通過摩擦片壓力分布分析)引起；

(4)當(dāng)摩擦片徑向偏磨時，可能是由于制動DTV、裝配誤差、制造誤差以及活塞徑向位置設(shè)計不合理(可通過摩擦片壓力分布分析)引起。

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【2】張觀會.盤式制動器摩擦塊偏磨的影響因素研究[J].科學(xué)與財富,2015(1):100.

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【4】蔡亞男.汽車盤式制動器摩擦塊偏磨機理的研究與應(yīng)用[D].武漢:武漢理工大學(xué),2006.

Research on the Side Wear of Disk Brake Pads

LI Fei，HU Baocheng

(Research & Development Center, Great Wall Motor Co.,Ltd.,Baoding Hebei 071000,China)

Common side wear problems of disk brake pads were described and theoretical analysis was made. The influencing factors for side wear were summarized. Common side wear problems of pad have inner pads side wear or outer pads side wear of the same caliper，the tangential side wear or radial side wear of the same pads. Siding wear will make vehicle brake torque unevenly, braking unsmooth,braking deviation,braking noise and brake judder and so on.

Caliper; Pads; Side wear; Brake performance

2016-09-25

李霏(1986—)，男，碩士，工程師，研究方向為汽車底盤制動系統(tǒng)匹配開發(fā)。E-mail:tvxqbty@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.02.014

U463.51+2

B

1674-1986(2017)02-055-03