盘式制动器摩擦片偏磨的研究

李霏，胡宝成

(长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000)

盘式制动器摩擦片偏磨的研究

李霏，胡宝成

(长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000)

介绍摩擦片的常见偏磨问题并进行理论分析，总结偏磨的影响因素。常见的摩擦片偏磨有同一制动钳内外片偏磨、同一摩擦片切向偏磨和径向偏磨，偏磨会使整车制动力矩输出不均、制动不平稳、制动跑偏、出现制动噪声及制动抖动等问题。

制动钳；摩擦片；偏磨；制动性能

0 引言

盘式制动器的结构导致它在工作过程中摩擦片极易出现偏磨。摩擦片偏磨是摩擦片在正常使用过程中出现的同一摩擦片轴向或径向磨损不一致,或同一制动钳内外摩擦片磨损不一致的现象。摩擦片偏磨会使制动力矩不稳定，制动性能下降，产生制动异响等。文中主要针对盘式制动器摩擦片常见的偏磨现象进行探讨。

1 浮动钳制动工况分析

制动时，在踏板力的作用下通过真空助力器带动制动泵总成输出高压制动液，推动活塞移出，从而使摩擦片夹紧制动盘，产生强大摩擦力矩，让车辆减速或者停止，实现制动效果。

释放刹车后，内外摩擦片对制动盘压力解除，因制动盘本身存在端面跳动和DTV(制动盘厚薄差)，在转动时制动盘推动摩擦片沿钳架摩擦片拉刀槽向外移动，并推动钳体勾爪向外移动(导销向销孔内移动)回位达到解除制动效果。制动器示意图如图1所示。

当摩擦片回位不畅时，制动钳拖滞力矩将增大，造成刹车片长期与制动盘摩擦，从而加速刹车片的磨耗，导致摩擦片磨损异常。当前行业内要求制动钳的拖滞力矩小于5 N·m，甚至更严格。

图1 制动器示意图

2 摩擦片偏磨理论分析

2.1 正常工况

如图2所示，车辆制动时内摩擦片所受夹紧力直接由活塞施加到摩擦片上，外摩擦片所受夹紧力是通过钳体移动传递的，而钳体的移动需要克服销与销孔的滑动阻力，故内、外摩擦片受力情况为：

f内片=f活塞压力-f内片滑阻

(1)

f外片=f卡爪压力-f外片滑阻-f钳体滑阻

(2)

其中：f活塞压力与f卡爪压力互为作用力与反作用力。

图2 制动器制动受力图

根据上面两式可知：制动时，由于导销滑动阻力的因素，通常情况下内摩擦片比外摩擦片受力大，此时内摩擦片磨损较快，这也是为什么报警片会装在内片的原因。

解除制动后，活塞在矩形密封圈的作用下主动回位，钳体无主动回位装置，外片脱离制动盘除了需要克服摩擦片本身的滑动阻力外，还要克服销滑动阻力及钳体重力的影响，导致行车过程中外片磨损快。

对于没有主动回位机构的制动钳，当解除制动后，内、外摩擦片是通过制动盘DTV、制动器总成盘跳敲击摩擦片使其回位，受力情况如下：

f内片=f盘-f内片滑阻-f活塞滑阻

(3)

f外片=f盘-f外片滑阻-f钳体滑阻-f活塞滑阻

(4)

2.2 异常工况

排除摩擦材料本身差异性引起的偏磨问题外，仅考虑制动钳引起的摩擦片异常磨损，一般都是因内、外片不同程度的回位不良导致，常见的原因有如图3所示的几种。

图3 常见的导致摩擦片异常磨损的原因

2.2.1 导销卡滞

当由于某些异常因素导致制动钳总成导销生锈，导销与销孔间隙设计不合理，导销形状和形位尺寸超差，使钳体滑阻增大，由此导致摩擦片异常磨损现象。

由式(3)可知，当出现导销卡滞时，内摩擦片受力并未发生变化。由式(4)可知：当出现导销卡滞时，钳体滑动阻力f钳体滑阻增大，故外摩擦片受到的回位力变小，从而外摩擦片可能出现回位不畅、拖滞现象，此时外摩擦片相比内摩擦片磨损较快。

导销滑动阻力一般在50 N左右(要求不大于120 N)，设计过小时会导致颠簸路撞击声问题。

2.2.2 活塞卡滞

当制动钳总成矩形密封圈老化、耐制动液性能差、弹性变形力变小导致活塞回位不良；活塞和矩形密封圈磨损变形导致活塞回位不良；活塞、密封圈及矩形槽过盈量设计不合理导致矩形圈变形量小，活塞回位不良；活塞防尘罩密封性不好导致缸孔或活塞配合面生锈卡滞，均会导致摩擦片异常磨损现象。

由式(3)—(4)可知：当活塞卡滞时，活塞滑动阻力f活塞滑阻增大，内、外摩擦片受力均减小，换言之摩擦片回位受阻，此时，内、外摩擦片磨损均加快。

2.2.3 活塞和导销均卡滞

当以上两种失效同时发生的时候，f钳体滑阻和f活塞滑阻均增大，根据式(3)—(4)可知，内、外摩擦片受力均减小，此时内、外摩擦片磨损均加剧，但是外片减小得更快，因此外片相对内片磨损更严重。

2.2.4 摩擦片回位不良

对于制动钳而言，如摩擦片背板、扼簧、钳体和钳架配合尺寸设计不合理：当摩擦片背板与钳架之间间隙设计较大时，会导致Clonk噪声；当间隙设计较小时，将导致摩擦片滑阻增大，摩擦片异常磨损；当扼簧变形时，使摩擦片回位受阻，由此导致摩擦片磨损异常。以上几种情况需根据具体情况进行分析。

3 摩擦片异常磨损判定准则

在检查摩擦片偏磨量时，在摩擦片上均匀选取6个或8个点，分别测量各个点的磨损量求其平均值，其中径向方向数据对比即为径向偏磨量，切向方向数据对比即为切向偏磨量。在摩擦片设计匹配阶段，会对其磨损性能进行验证。一般要求在一侧摩擦片全磨损的情况下，内外摩擦片的磨损差小于2.5 mm，左右两侧制动钳的摩擦片磨损差小于3 mm，由于摩擦片分为旋入侧和旋出侧，通常旋入侧的磨损稍大于旋出侧，一般磨损差控制在2.5 mm以下。

4 摩擦片异常磨损影响因素及类型

从制动器模块角度分析，引起卡钳偏磨的因素主要有以下几个方面：

(1)摩擦片本身平面度、平行度超差；

(2)卡钳安装面与制动盘平行度超差；

(3)卡钳受外力作用发生变形，与制动盘平行度超差。

常见的摩擦片异常磨损有以下几种类型：(1)内、外摩擦片磨损不一致，如图4所示；(2)同一摩擦片径向偏磨，如图5所示；(3)同一摩擦片切向偏磨，如图6所示。

图4 内外摩擦片偏磨 图5 同一摩擦片径向偏磨 图6 同一摩擦片切向偏磨

5 结论

摩擦片的偏磨类型不同，影响因素也有别，通过文中分析可得出如下结论：

(1)当摩擦片内、外片磨损不一致且内片磨损相对较快时，则需检测活塞滑动阻力、摩擦片与制动钳配合尺寸；

(2)当摩擦片内、外片磨损不一致且外片磨损相对较快时，则需检测钳体滑动阻力、摩擦片与制动钳配合尺寸；

(3)当摩擦片切向偏磨时，可能是由于制动器装配误差、制造误差以及制动钳活塞轴向偏置设计不合理(可通过摩擦片压力分布分析)引起；

(4)当摩擦片径向偏磨时，可能是由于制动DTV、装配误差、制造误差以及活塞径向位置设计不合理(可通过摩擦片压力分布分析)引起。

【1】郑朋辉.浅谈盘式制动器摩擦块偏磨故障原因[J].汽车实用技术,2015(5):128-130. ZHENG P H.Introduction to Disc Brake Pads Eccentric Wear the Cause of the Problem[J].Automobile Technology,2015(5):128-130.

【2】张观会.盘式制动器摩擦块偏磨的影响因素研究[J].科学与财富,2015(1):100.

【3】HASAN，SADEQ.汽车盘式制动器摩擦块偏磨研究与应用[D].武汉:武汉理工大学,2011.

【4】蔡亚男.汽车盘式制动器摩擦块偏磨机理的研究与应用[D].武汉:武汉理工大学,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，硕士，工程师，研究方向为汽车底盘制动系统匹配开发。E-mail:tvxqbty@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.02.014

U463.51+2

B

1674-1986(2017)02-055-03