浮動式制動鉗總成制動塊徑向偏磨損問題原因解析

馮曉虹　李杰　凌利峰

摘 要：本文主要研究目的是比較全面的分析浮動式制動鉗總成制動塊徑總成向方向偏磨損的因素，案例分析周邊部件在各工況下對內/外側制動塊總成偏磨損的貢獻度，從而解析制動塊偏磨損是現有結構制動鉗總成無法避免的現象。

關鍵詞：徑向偏磨損 制動塊總成 制動鉗總成 內周圓弧 外周圓弧 問題解析

Analysis of the Causes of Radial Partial Wear of Brake Pads of Floating Brake Caliper Assembly

Feng Xiaohong Li Jie Ling Lifeng

Abstract：The main purpose of this paper is to analyze the factors of radial wear of the floating brake caliper assembly， and the contribution of peripheral components to the partial wear of the internal/external brake block assembly under various working conditions. And the paper finds that the partial wear of the brake block assembly is an unavoidable phenomenon of the existing structure brake block assembly.

Key words：radial offset wear， brake block assembly， brake caliper assembly， inner circle arc， peripheral arc， problem analysis

1 緒論

1.1 問題的提出

汽車底盤開發中，制動系統是作為關鍵的行車安全系統之一，產品的可靠性、穩定性是客戶非常關心的問題。制動鉗總成在臺架實驗，路試耐久后，制動塊徑向方向偏磨損的問題，行業內還沒有統一的評價標準，對于制動塊偏磨損問題是如何產生的，各部件對偏磨損的貢獻度等分析沒有太多參考文獻，本文將通過某車型進行定量的分析說明，并提出浮動式制動鉗制動塊一定量的偏磨損是不可避免的特性。

1.2 本文研究的主要內容、目標與方法

本文研究的主要內容是：制動塊運動原理簡介、運動受力分析、狀態變化分析、部件偏擺貢獻量、常見問題解析;本文的目標是分析出制動塊徑向方向偏磨損的問題，提出制動鉗各部件的影響比例;主要的方法是，依據我司已開發的典型產品為例，并結合臺架驗證和實車測試，從結構設計、運動、受力、耐久等方面比較全面的分析制動塊徑向偏磨損產生的機理。

2 制動分析和受力變化分析

2.1 制動塊總成運動過程簡介

制動塊總成的運動過程：制動時，活塞（4）推動內側制動塊及外側制動塊（3）貼向制動盤，產生制動力矩，車輛停止;當制動解除時，活塞回位，內側制動塊（3）在回位機構（內側）彈力及制動盤（1）的離心力共同作用下，克服制動塊的滑動阻力，脫離制動盤;外側制動塊（3）在回位機構（外側）彈力及制動盤的離心力共同作用下，脫離制動盤，達到制動塊和制動盤分離的目的。

2.2 制動塊徑向偏磨損狀態

問題現象：某車型試驗后，出現外側制動塊總成徑向方向偏磨損，外周圓弧比內周圓弧磨損快0.5mm。

2.3 制動塊徑向偏磨損問題分析

1、如下圖為某車型臺架程序出現的各工況下制動塊和盤的姿勢圖分析：

磨耗大于內周，趨勢正常。

2、制動塊總成偏磨損因素：制動盤跳動、鉗體剛性、制動塊與活塞接觸平面度、制動塊和鉗體勾爪平行度和平面度，制動塊平行度和平面度，制動盤熱翹趨、制動塊高溫耐磨性不佳、消音片翹曲等。

3、制動盤翹趨說明

在制動過程中，制動盤的中外徑溫度要明顯高于內徑，從CAE溫度場及熱變形分析，制動盤高溫下翹曲度達0.25mm以上。

4、鉗體變形

如圖4CAE分析，在油壓作用下，鉗體勾爪部分外翹，鉗體缸孔端面主體部分后翹，對應的油壓下在上/中/下部位的位移量;

4MPa油壓下落差：0.1/2=0.05mm;? ? ?3.5MPa油壓下落差：0.08/2=0.04mm

以上差值也在一定程度上反饋到制動塊的內/外周圓弧偏磨上。

鉗體剛性結構的影響，是不可避免的，如圖8所示，是影響上圓弧磨損快的一個因素。

從如上CAE視圖可見，由于鉗體結構的影響，制動塊外周圓弧壓應力明顯要高于內周圓弧，這是外周圓弧磨損快的要因。

5、內/外圈線速度、制動塊高溫磨損差值

圖5解析：（1）溫度差引起外周 VS 內周 磨損快慢的不同;（2）制動盤內外圈溫度差約20℃（不同項目有所差異）;（3）這需要結合制動塊配方中不同溫度下的磨損速率，較難評估。

圖6解析：在同樣的壓力條件下，制動塊上不同區域能量的產生是和線速度成正比：

線速度（V）=角速度（w）*作用半徑（R）;①、摩擦材料線長比：L1/L2=112/81=1.38

線速度（V）=角速度（w）*作用半徑（R）;②、線速度比：V1/V2=135/92.5=1.46

從方程式①和②，外周圓弧單位摩擦材料長度上承受的線速度要高。V1/L1：V2/L2 =1.055

即外周圓弧產生能量要多出5.5%;如上述理論角度分析，線速度的差異是影響外周圓弧磨損快的一個因素。

3 結論

（1）在整個耐久制動過程中，磨合階段和高溫高壓制動階段直接決定了制動徑向方向的偏磨損量。（2）在磨合階段過程中，制動鉗總成和周邊制動盤等部件形位公差以及低壓力下制動鉗的剛性、盤的低溫熱變形決定了制動塊徑向方向的偏磨損量。（3）在高溫高壓制動階段，制動盤的熱變形，高壓狀態下制動鉗的剛性，制動壓力分布差異，制動盤內外徑溫度差異決定了制動塊徑向方向的偏磨損量，其中制動盤熱變形和壓力分布是主要因素。（4）通過對制動塊不同階段的磨損特性分析，以及浮動式制動鉗結構特性，制動塊的表面壓力分布特性，制動塊徑向偏磨損是浮動式制動鉗的難以避免的特性，在穩定的工況條件下，偏磨量達到一定值時偏磨量趨于穩定，即制動塊的磨損有一個自適應調整的過程。

參考文獻：

[1]朱龍根主編. 簡明機械零件設計手冊.第2版.北京.機械工業出版社，2005.6? 256.

[2]陳東.華南理工大學機械與汽車工程學院? 盤式制動器摩擦片偏磨分析研究 第6期 機械設計與制造 2020年6月.

[3]鄭朋輝. 安徽江淮汽車股份有限公司? 淺談盤式制動器摩擦塊偏磨故障原因 第5期 汽車實用技術 2015年5月.

[4]國家機械工業局? 轎車制動鉗總成性能要求及臺架試驗方法 QC/T 592 2013版.

[5]黃健萌，高誠輝，林謝昭.盤式制動器摩擦界面接觸壓力分布研究[J].固體力學學報，2007，28（3）：297-302.

[6]楊國棟，盤式制動器制動片偏磨和制動力不夠的原因探究[J]，汽車維修，2010，（11）：23—23.