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摩擦片在汽車制動系統(tǒng)使用過程中易出現(xiàn)的問題 |
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摘 要
分析了汽車用摩擦襯片應(yīng)用于實際中所出現(xiàn)的問題、原因等,旨在探討如何客觀地認識摩擦片所起的作用及相應(yīng)的改善方法。
關(guān)鍵詞
摩擦片 制動系統(tǒng) 均一性
汽車制動系統(tǒng)的安全性、舒適性等,是汽車制造業(yè)的重要指標之一,而作為汽車制動的安全件———制動器,則直接關(guān)系到制動性能的好壞。制動器性能好壞的關(guān)鍵有三個要素:即重要尺寸的配合,摩擦片和橡膠件。而摩擦片在其中占很重要的位臵,這是因為剎車過程中,主要是憑借摩擦片產(chǎn)生理想的力矩。所以,對摩擦片的選用與拆裝要慎重。
目前,摩擦片的制造,一般是經(jīng)過小樣、臺試、路試等一系列試驗程序,來考核其制動性能、熱衰退、熱恢復(fù)、使用壽命等,然后才開始批量生產(chǎn)。但在實際應(yīng)用中,用戶往往提出各種問題,令摩擦片的生產(chǎn)復(fù)雜化。究其原因,汽車制動系統(tǒng)的制動過程是個很復(fù)雜的問題,綜合性強,涉及情況多。
現(xiàn)僅從摩擦片的角度,來分析汽車制動過程中易出現(xiàn)的問題。
1 剎車失靈
1. 1 摩擦片新裝 出現(xiàn)剎車失靈,是因為拆換摩擦片過程中,表面浸染油污;或幾何尺寸超差,對偶摩擦副不能很好的貼合;或者是摩擦片的摩擦系數(shù)小,產(chǎn)生的力矩不夠。
1. 2 剎車頻繁 這種情況引起的剎車失靈,可能是摩擦片的熱衰退性不好;或者是摩擦片導(dǎo)熱性過高,摩擦熱通過熱傳導(dǎo)傳給背板,然后依次傳給裝在夾持架內(nèi)的油缸機構(gòu)內(nèi),而因防止漏油設(shè)臵的O 形密封圈等橡膠材料,會因受熱軟化而變得不良,制動液溫度升高,使油產(chǎn)生氣泡,導(dǎo)致出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象,造成剎車失靈。
1. 3 制動液質(zhì)量問題 由此引起的剎車失靈,是汽車液壓制動系統(tǒng)中可能出現(xiàn)、但易被忽視的另一個重要因素。
1. 3. 1 制動液高溫引起的氣阻:普通制動液沸點在100 ℃左右,甚至有些劣質(zhì)產(chǎn)品在74 ℃～89 ℃左右,易被氣化。尤其是在炎熱季節(jié)頻繁剎車,制動液的溫度可達100 ℃以上,極易產(chǎn)生氣阻,造成局部和全部剎車失靈。所以,選用制動液應(yīng)保證其沸點不低于205 ℃,以提高制動的安全性。
1. 3. 2 水對制動液的影響:制動液進水的原因之一,是空氣中含有的水蒸汽被制動液吸收。國外有關(guān)試驗表明,在正常行駛條件下,制動液每年可從空氣中吸收3. 5 %的水份。原因之二,雨天行駛或是汽車經(jīng)過水洼、河流時,制動液里也會進入少量的水,相應(yīng)地就會對制動液的質(zhì)量產(chǎn)生影響。首先是使制動液的沸點下降,而制動液的抗氣阻能
力就顯著降低;其次是水份影響制動液的低溫流動性,進水后制動液的凝固點增高,制動液在- 20 ℃～30 ℃時就會不流動,冷天時,甚至會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象,引起剎車失靈。
2 拖磨現(xiàn)象 指踏下的制動踏板力感到高而硬,汽車起步困難,行車無力。當踏下離合器踏板時,汽車就減速,有制動的感覺(這種情況在慣性試驗臺上,反映出的就是汽車沒制動時,空轉(zhuǎn)就有制動力) 。造成這種現(xiàn)象的原因,除去主缸活塞回位不好,制動液太臟或粘度太大等,而由摩擦片引起的主導(dǎo)原因有下述三項。
2 . 1 摩擦片熱膨脹 摩擦片與制動盤的間隙在0. 15mm 左右,相當小。若摩擦片的材料配方中,其導(dǎo)熱性設(shè)計不恰當,生產(chǎn)工藝制訂得不合理,而應(yīng)用于實際,就易隨著頻繁剎車的溫升而膨脹起泡,由此引起拖磨或剎車抱死。
2. 2 摩擦片的幾何尺寸精度超差 摩擦片的鋼背和摩擦材料的加工尺寸,若超出公差極限范圍,在實際制動過程中,極易造成剎車回位不好或帶剎。
2. 3 制動回彈性組件的影響 這也是造成拖磨的原因之一。如盤式摩擦片上裝的卡簧,用于鼓式制動器的拉簧等。
3 剎車力不足 一般說來,汽車用摩擦片是汽車廠的設(shè)計者根據(jù)車型、總重、速度等有關(guān)參數(shù),求出對比數(shù)值(摩擦系數(shù)及摩擦面積) ,再經(jīng)過小樣、臺試、路試等一系列考核,定型制成。在實際應(yīng)用中,不應(yīng)出現(xiàn)制動力矩不夠的現(xiàn)象。所以,造成剎車力不足的問題主要有下述幾方面的原因: ①摩擦片與制動鼓(或盤) 貼合的貼合面不好,或幾何尺寸超出公差極限引起,或因制動鼓失圓、盤的平整度不好、有嚴重劃傷等引起。②摩擦片的制造工藝若不當,致使表面硬度大或出現(xiàn)油污。③裝配失誤。通常的摩擦片都有消音片、卡簧等附件,主要起消音、回位作用。在市場上,經(jīng)常發(fā)現(xiàn)裝配過程中,存在著錯裝、漏裝等情況,不僅影響剎車力矩,也易造成噪音。
4 制動噪音問題 當某一制動系統(tǒng)被認為噪音過大時,所使用的摩擦片便會遭到指責,而且處理這種問題的經(jīng)常手段,則是更換摩擦片。傳統(tǒng)上,人們覺得考慮噪音問題,與其看作是制動系統(tǒng)的問題,不如更應(yīng)看作是制動系統(tǒng)的特殊部件———摩擦片的問題更直接些。其實,制動噪音是一個復(fù)雜的現(xiàn)象,對所有制動系統(tǒng)部件的注意及改進,都能在相當程度上降低給定制動器的噪音。如制動器的制造技術(shù)、對偶材質(zhì)的均一性、底盤懸架的振動情況等,均為噪音產(chǎn)生源。但本文擬僅從摩擦片方面,討論噪音的形成及其改善。眾所周知,摩擦片與對偶件相互滑動摩擦
不和諧時,才會產(chǎn)生不正常振動,形成噪音,它由下述四方面的影響造成。
4. 1 摩擦片技術(shù)特性的影響 配方設(shè)計時,人們一直都在考慮,如何選用適當特性的材料、合適的工藝,以減小材料的彈性模量、硬度等,取得****摩擦磨損特性。但是,各種材料在相輔相成之時,相互又存在干擾和阻礙作用。所以,如果搭配不能適度,往往易出現(xiàn)噪音。
4. 2 摩擦片生產(chǎn)工藝的影響
1. 摩擦片表面,有不均勻的成團成塊的磨料顆粒、銅絲束及明顯的金屬顆粒。
2. 摩擦片制造過程中,鋪料嚴重不均,致使摩擦表面硬度相差懸殊,形成剎車力分配不均,產(chǎn)生噪音。
4. 3 制動過程中的工況影響 關(guān)于制動條件所引起的噪音,首先是摩擦片在低速滑動摩擦時,若引起靜摩擦大于動摩擦,且摩擦系數(shù)過大時,就會產(chǎn)生摩擦振動,出現(xiàn)噪音。這就要求材料配方中某些材料要合理配比,盡量排除引起摩擦系數(shù)低溫條件下增大的因素,才有可能避免制動噪音的產(chǎn)生。第二,頻繁剎車形成的瞬時高溫,導(dǎo)致兩方面不利因素:一方面,部分材料組份在某些高溫范圍內(nèi)熔化,而與對偶材質(zhì)發(fā)生粘著磨損,出現(xiàn)剎車噪音;另一方面,高溫摩擦易使材料部分碳化,摩擦力增大,與制動系統(tǒng)不能很好地匹配,從而出現(xiàn)剎車噪音。
4. 4 裝配和修理技術(shù)的影響 主要是制動鼓失圓或盤變形,表面經(jīng)長期使用劃傷嚴重,未經(jīng)修整,裝配上新摩擦片后,產(chǎn)生不和諧振動;或者是摩擦片的附件(消音片、卡簧等) 漏裝或錯裝等。
5 摩擦片的磨損壽命 摩擦片在實際使用過程中的磨損壽命,是一個復(fù)雜的課題,材料在制動過程中脫落下,原因很多,如磨粒磨損、粘著磨損、失效磨損等,其中材料配方的質(zhì)量雖然占很重要的位臵,但同時也取決于駕駛狀態(tài)和駕駛員的習慣。然而,在機理分析中,可發(fā)現(xiàn)各種磨損形式所存在的共性———熱磨損。熱磨損是因為剎車頻繁產(chǎn)生摩擦熱的結(jié)果,摩擦片會因熱解和氧化這樣的化學反應(yīng),使磨損速率隨溫度升高而增加,如磨粒磨損、粘著磨損等,也會相繼產(chǎn)生。故摩擦熱迅速消除,能減弱這種熱磨損。因此,在配制摩擦片配方時,使用高熱穩(wěn)定性的聚合物、纖維和摩擦調(diào)節(jié)劑、高導(dǎo)熱材料,也能相當程度地改善材料的熱磨損。改善材料熱磨損的方法之二,是保持對偶摩擦盤(鼓) 的平滑度,避免由于摩擦熱產(chǎn)生熱裂紋及熱腐蝕,從而出現(xiàn)摩擦片的熱磨損。傳統(tǒng)觀念里,人們認為摩擦界面中存在磨損灰屑是不良現(xiàn)象。其實它從某種意義上來講,對摩擦是有益的。這是因為在摩擦片中有部分材料組份會在使用溫度中熔化,或為與鐵形成金屬化合物的金屬屑,或為遇熱發(fā)粘的有機物。通常高溫制動后,容易出現(xiàn)異常磨損,因而磨損灰屑的
粘附能減小。從這一點上講,材料配方應(yīng)該考慮高抗拉強度等。另外,摩擦片的制造工藝不當(摩擦片生產(chǎn)過程中,固化不夠或固化過度) 、制動器回位情況不好等,也都是嚴重影響材料熱磨損的因素。
6 制動跑偏
汽車制動跑偏的主要原因,一是汽車左右輪,特別是左右轉(zhuǎn)向輪制動器的制動力不相等;二是懸架桿系在制動時產(chǎn)生運動干涉等。然而,在這個問題上,汽車制造廠一般總是習慣地首先考慮是摩擦片的原因,因而就片的外觀尺寸、內(nèi)在質(zhì)量提出一系列意見。針對這一問題,我們擬從兩方面進行探討。
6. 1 摩擦片的均一性 目前,對摩擦片的檢驗及試驗手段都在不斷提高,但摩擦片互相之間的均一性還是必須重視的問題。摩擦片的材料是由十幾種原料配制而成的,包括纖維、有機物、無機物、粘結(jié)劑及金屬粉等,本身就是非均勻性物質(zhì);而不管生產(chǎn)中的磨削工序控制得如何嚴格,也同樣會存在公差極限的問題;再加上制動系統(tǒng)制造過程中存在的誤差,各方面因素綜合起來,反映出的數(shù)據(jù),就是左右輪制動力,不可能絕對統(tǒng)一,總之是有點差別。一般說來,摩擦副一側(cè)的制動力,不得大于或小于另一側(cè)的19 %左右。這個差值越小,汽車的制動穩(wěn)定性也越好。如果差值過大,應(yīng)該綜合分析各方面的因素,相應(yīng)地使制動穩(wěn)定性得以改善。
6. 2 摩擦片與制動盤(或鼓) 的匹配 這是影響制動跑偏的另一因素。相同的摩擦片與不同生產(chǎn)廠家的制動盤匹配,產(chǎn)生的摩擦系數(shù)相對存在差異。美國克萊斯勒公司的研究表明,制動盤的金相組織中,碳、鈦等含量不同,摩擦片摩擦系數(shù)將隨其下降而升高;而英國費樂多公司則應(yīng)用摩擦學的“硬粒理論”,通過大量的摩擦磨損試驗,提出“跑偏”主要是制動盤(或鼓) 中的微量元素鈦所致。在實際應(yīng)用中,也會遇到類似的情況。同時,還曾將有差異的兩個不同盤,與同一副摩擦片裝在慣性試驗臺上做過試驗,發(fā)現(xiàn)摩擦系數(shù)會相差0. 1 左右。因此,摩擦片要針對不同的對偶件,試配不同的材料配方。
7 結(jié)語 綜上所述,保證汽車制動性能的安全性,涉及到制動器結(jié)構(gòu)、制動器的制造技術(shù),摩擦片的技術(shù)特性,摩擦片生產(chǎn)的工藝設(shè)備、實際應(yīng)用中的裝配及保養(yǎng)等,故需多方協(xié)同合作、研究改進,方能奏效。當然,我們不應(yīng)因制動器本身對制動系統(tǒng)有重要的影響力,而忽視摩擦片自身的改善與提高。畢竟摩擦片的開發(fā)余地較大,相對來說,比制動器的改造成本低得多。主要的問題是,我們應(yīng)考慮摩擦片的試驗程序及生產(chǎn)過程如何改進和提高,才能保證產(chǎn)品性能的均一性,并根據(jù)車型、總重、速度等有關(guān)參數(shù)進行多種試驗,研制不同系列產(chǎn)品的配方,以適應(yīng)與不同車輛的對偶盤匹配,更好地促進汽車制動系統(tǒng)上檔次、上水平,迎接WTO 的挑戰(zhàn)。
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