浮動(dòng)式制動(dòng)鉗總成制動(dòng)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(dòng)式制動(dòng)鉗總成制動(dòng)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(duì)內(nèi)/外側(cè)制動(dòng)塊總成偏磨損的貢獻(xiàn)度，從而解析制動(dòng)塊偏磨損是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)制動(dòng)鉗總成無法避免的現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：徑向偏磨損 制動(dòng)塊總成 制動(dòng)鉗總成 內(nèi)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(fā)中，制動(dòng)系統(tǒng)是作為關(guān)鍵的行車安全系統(tǒng)之一，產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性是客戶非常關(guān)心的問題。制動(dòng)鉗總成在臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，路試耐久后，制動(dòng)塊徑向方向偏磨損的問題，行業(yè)內(nèi)還沒有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于制動(dòng)塊偏磨損問題是如何產(chǎn)生的，各部件對(duì)偏磨損的貢獻(xiàn)度等分析沒有太多參考文獻(xiàn)，本文將通過某車型進(jìn)行定量的分析說明，并提出浮動(dòng)式制動(dòng)鉗制動(dòng)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(nèi)容、目標(biāo)與方法

本文研究的主要內(nèi)容是：制動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)原理簡介、運(yùn)動(dòng)受力分析、狀態(tài)變化分析、部件偏擺貢獻(xiàn)量、常見問題解析;本文的目標(biāo)是分析出制動(dòng)塊徑向方向偏磨損的問題，提出制動(dòng)鉗各部件的影響比例;主要的方法是，依據(jù)我司已開發(fā)的典型產(chǎn)品為例，并結(jié)合臺(tái)架驗(yàn)證和實(shí)車測試，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)、受力、耐久等方面比較全面的分析制動(dòng)塊徑向偏磨損產(chǎn)生的機(jī)理。

2 制動(dòng)分析和受力變化分析

2.1 制動(dòng)塊總成運(yùn)動(dòng)過程簡介

制動(dòng)塊總成的運(yùn)動(dòng)過程：制動(dòng)時(shí)，活塞（4）推動(dòng)內(nèi)側(cè)制動(dòng)塊及外側(cè)制動(dòng)塊（3）貼向制動(dòng)盤，產(chǎn)生制動(dòng)力矩，車輛停止;當(dāng)制動(dòng)解除時(shí)，活塞回位，內(nèi)側(cè)制動(dòng)塊（3）在回位機(jī)構(gòu)（內(nèi)側(cè)）彈力及制動(dòng)盤（1）的離心力共同作用下，克服制動(dòng)塊的滑動(dòng)阻力，脫離制動(dòng)盤;外側(cè)制動(dòng)塊（3）在回位機(jī)構(gòu)（外側(cè)）彈力及制動(dòng)盤的離心力共同作用下，脫離制動(dòng)盤，達(dá)到制動(dòng)塊和制動(dòng)盤分離的目的。

2.2 制動(dòng)塊徑向偏磨損狀態(tài)

問題現(xiàn)象：某車型試驗(yàn)后，出現(xiàn)外側(cè)制動(dòng)塊總成徑向方向偏磨損，外周圓弧比內(nèi)周圓弧磨損快0.5mm。

2.3 制動(dòng)塊徑向偏磨損問題分析

1、如下圖為某車型臺(tái)架程序出現(xiàn)的各工況下制動(dòng)塊和盤的姿勢(shì)圖分析：

磨耗大于內(nèi)周，趨勢(shì)正常。

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

3、制動(dòng)盤翹趨說明

在制動(dòng)過程中，制動(dòng)盤的中外徑溫度要明顯高于內(nèi)徑，從CAE溫度場及熱變形分析，制動(dòng)盤高溫下翹曲度達(dá)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(duì)應(yīng)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(dòng)塊的內(nèi)/外周圓弧偏磨上。

鉗體剛性結(jié)構(gòu)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(gè)因素。

從如上CAE視圖可見，由于鉗體結(jié)構(gòu)的影響，制動(dòng)塊外周圓弧壓應(yīng)力明顯要高于內(nèi)周圓弧，這是外周圓弧磨損快的要因。

5、內(nèi)/外圈線速度、制動(dòng)塊高溫磨損差值

圖5解析：（1）溫度差引起外周 VS 內(nèi)周 磨損快慢的不同;（2）制動(dòng)盤內(nèi)外圈溫度差約20℃（不同項(xiàng)目有所差異）;（3）這需要結(jié)合制動(dòng)塊配方中不同溫度下的磨損速率，較難評(píng)估。

圖6解析：在同樣的壓力條件下，制動(dòng)塊上不同區(qū)域能量的產(chǎn)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(chǎn)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(gè)因素。

3 結(jié)論

（1）在整個(gè)耐久制動(dòng)過程中，磨合階段和高溫高壓制動(dòng)階段直接決定了制動(dòng)徑向方向的偏磨損量。（2）在磨合階段過程中，制動(dòng)鉗總成和周邊制動(dòng)盤等部件形位公差以及低壓力下制動(dòng)鉗的剛性、盤的低溫?zé)嶙冃螞Q定了制動(dòng)塊徑向方向的偏磨損量。（3）在高溫高壓制動(dòng)階段，制動(dòng)盤的熱變形，高壓狀態(tài)下制動(dòng)鉗的剛性，制動(dòng)壓力分布差異，制動(dòng)盤內(nèi)外徑溫度差異決定了制動(dòng)塊徑向方向的偏磨損量，其中制動(dòng)盤熱變形和壓力分布是主要因素。（4）通過對(duì)制動(dòng)塊不同階段的磨損特性分析，以及浮動(dòng)式制動(dòng)鉗結(jié)構(gòu)特性，制動(dòng)塊的表面壓力分布特性，制動(dòng)塊徑向偏磨損是浮動(dòng)式制動(dòng)鉗的難以避免的特性，在穩(wěn)定的工況條件下，偏磨量達(dá)到一定值時(shí)偏磨量趨于穩(wěn)定，即制動(dòng)塊的磨損有一個(gè)自適應(yīng)調(diào)整的過程。

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