浅谈盘式制动器摩擦块偏磨故障原因

郑朋辉

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

浅谈盘式制动器摩擦块偏磨故障原因

郑朋辉

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

本文从盘式制动器实际出现的摩擦块偏磨问题出发，通过分析研究制动器内部结构和相关部件的配合关系，明确摩擦块异常磨损因素，为制动卡钳的合理设计提供技术支持。

盘式制动器；摩擦块；偏磨

CLC NO.:U461.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)05-128-04

引言

盘式制动器广泛应用于汽车制动系统中，汽车制动过程是通过摩擦块和制动盘的相互挤压作用，产生较大的制动力矩，克服车辆惯性，从而达到汽车平稳停车的过程。可以说，摩擦块的使用状态直接影响到制动器的效能。如果摩擦块发生偏磨现象，很容易导致制动力矩的不协调，最终导致汽车出现制动跑偏和噪音等现象。摩擦块偏磨现象引起单一摩擦块磨损异常，将会严重影响其他部件的使用性能，尤其是与其相互作用的制动盘。

制动器的摩擦系数对制动力的影响较大，也起到决定作用。摩擦块的工作状态在很大程度上起到了使制动器有效发挥功能的作用，因此当摩擦块发生偏磨现象时，制动器的性能必然会下降，严重影响了驾乘感觉和制动安全，对零部件的使用寿命影响严重。对摩擦块偏磨的研究，降低异常偏磨现象的可能，对盘式制动器和制动系统的的开发有非常积极的意义。

1、摩擦块偏磨的表现形式

汽车在正常行驶过程中需要通过给车轮一定的阻力要保证车辆减速或者停止，盘式制动器采用的就是利用摩擦块和制动盘形成的阻力作用在车轮上。

示意简图如图1所示：

靠近车辆中心的摩擦块称之为内侧摩擦块，远离车辆中心的称之为外侧摩擦块。

盘式制动器的接触关系决定了在其制动过程中易产生摩擦块偏磨现象，也就是摩擦块磨损的程度不均匀，就实际车辆发生较多的磨损现象，本文进行分析其原因。主要有以下两种：

1.1 内外侧摩擦块磨损异常

同一制动钳中出现故障现象：内侧或外侧磨损较快；（图2中显示的摩擦块已经磨损至极限，和制动盘本身发生铁块间的摩擦，导致制动盘严重损坏）。

表1 磨损参数表

1.2 左右制动器磨损异常

左右两侧制动器磨损程度偏差较大，表现为一侧制动钳摩擦块磨损异常，检测数值如下表2所示：

表2 磨损参数表

图3所描述的故障现象为车辆行驶至3万公里时，左侧制动钳摩擦块整体剩余摩擦材料为 6.5mm，而右侧制动钳摩擦块基本已经磨损完毕，两者相差近6mm，磨损严重。

2、盘式制动器的工作原理

制动钳内部构造说明，主要包括制动钳体、活塞、密封圈（油封）、防尘罩和弹簧片（保证摩擦块的运动轨迹）、导向销轴等。

制动钳运动原理说明：制动钳在未工作状态时（见图 5所示），摩擦块和制动盘之间一般有0.05mm-0.2mm的间隙，车辆正常前进时确保制动盘和摩擦块无拖磨现象，车辆需要制动时，制动液随踏板和助力器的作用下被压入制动钳分泵内，推动活塞移动，从而使内侧摩擦块接触制动盘，分泵内油压继续上升，因内侧摩擦块已接触制动盘无法运动，反向力会使制动钳体沿导向销向内侧移动，外侧摩擦块也随之接触制动，内外摩擦块同时对制动盘施加压力，起到制动作用，使车辆停止或减速。（工作状态见图6所示）。

当制动接触时，活塞回位，摩擦块根据制动钳慢慢回到未工作状态。

3、偏磨现象的原因

车辆实际使用过程中，导致盘式制动器出现摩擦块偏磨现象的原因很多，实际外界因素也会导致摩擦块不同程度的磨损，排除摩擦块材料差异性外，基本可以归类为制动盘和其中一侧摩擦块出现拖磨现象。在此只考虑制动钳本身或其他相关部件产生的原因。总的原因可以分为以下几类：

3.1 盘式制动器工作原理导致的偏磨

根据盘式制动器的工作原理介绍，制动钳内侧摩擦块在整个制动过程中接触制动盘的时间要比外侧摩擦块长，其磨损必然要较快些，在正常情况下，制动钳体滑动顺畅情况下，内侧摩擦块要比外侧摩擦块磨损的速度快。但是由于整个制动钳过程的非常短，因此内外侧摩擦块的偏磨量较小，可以忽略不计。

3.2 盘式制动器安装位置不居中

在制动器初始安装情况下，制动盘应该居于制动钳体的中间位置，如制动盘在安装之初就与两侧的摩擦块极限运动位置有接触，这样必然会导致早期的拖磨现象；

在设计之初需对尺寸链进行校核：主要包括制动钳、制动盘、转向节和轮毂总成。

3.3制动盘厚度不均匀导致摩擦块偏磨

盘式制动在制动时主要受到两个方向的作用力：分别为法向力和切向力。而且制动盘需要在较高的温度下进行工作，其表面温度甚至可以能达到700多℃，此温度有可能使制动盘产生翘起变形现象，与之相配合的摩擦块在车辆行驶过程中，出现拖滞磨损现象，从而产生摩擦块磨损厚度不均匀情况。

3.4 制动钳拖滞导致摩擦块偏磨

制动钳本身产生拖滞的因素，主要由三个运动关系决定：导向销和销孔的配合、活塞密封圈和卡槽的配合、弹簧片和摩擦块的配合。以下分三部分对其简述说明。

3.4.1 导向销问题导致的制动器拖滞

对于浮动式盘式制动器，制动钳体可以在与制动钳支架的销轴上进行相对自由滑动，判定制动钳运动情况的标准主要为制动钳总成滑动力。

制动钳总成滑动力的大小直接影响到制动钳的正常制动过程，在此范围内制动钳的正常运动对摩擦块磨损成都影响微弱，基本可忽略不计。若导向销无法启动正常的导向作用，制动钳滑动异常沉重，当制动过程结束时，制动钳无法有效在规定时间内恢复到原始位置，此过程引起摩擦块和制动盘的拖磨现象（主要表现为外侧摩擦块的异常磨损）。

引起滑动沉重的原因:

a.主要为销轴和销孔的配合间隙过小；

b.缺少足够的润滑脂，也可能为润滑脂变质或进入杂质；

c.两销轴间的平行度要求，同样会影响制动钳的滑动不畅。

3.4.2 摩擦块和弹簧片

摩擦块是通过弹簧片安装在制动钳体和支架内部，如图8所示。随着制动踏板的前进运动，摩擦块在活塞的作用下向制动盘靠近，活塞完全回位后，摩擦块不会自动回位，但其不随着活塞的回位而退回到初始位置，仅通过制动盘的旋转而使其脱离制动盘，影响其摩擦块运动的最大阻力及来自于弹簧片的阻碍，一旦此阻力过大，就会容易引起制动拖滞。

主要原因是1.摩擦块和弹簧片的尺寸配合不当，弹簧片对摩擦块的夹紧力成为摩擦块滑动的最大阻力。

2.弹簧片的弹性变形量要求：弹簧片每批材料厚度及材料刚性均有差异，会导致弹簧片力质的波动，拖滞力矩和摩擦块滑动阻力成正相关。检测数据见表3所示。

表3

3.4.3 密封圈和密封槽导致的制动器拖滞

a.密封圈（又称为矩形圈）

浮动式盘式制动器因为其制动块和制动盘间隙比较小，一般单侧间隙设定为 0.05mm-0.2mm，活塞回位量设计在0.2-0.5mm，采用的间隙自调机构最常用的是在活塞和缸体之间装有带斜角且能复位调节间隙的橡胶密封圈，见下图所示其界面的形状成矩形，因此也将其称为矩形密封圈，在制动时，密封圈的脚边在活塞的运动作用下发生弹簧变形，当密封圈发生极限变形时，活塞仍可以继续前进，补偿过量的间隙。制动结束后，活塞的密封圈的弹性作用下回位，直到密封圈完全解除变形，摩擦块和制动盘之间则恢复到设定间隙。

密封圈在其中起到活塞回位，自动调节间隙，还同时兼顾密封制动液的作用，因此其材料和尺寸精度要求严格。

在制动过程中会产生大量热量，其中一部分会传递到密封圈中，如密封圈的耐热性能较差，容易产生热变形，导致密封圈无法带动活塞正常回位（见下图所示），致使摩擦块和制动盘之间间隙过小，内外摩擦块产生偏磨现象，严重时会导致制动钳抱死。

密封圈在制动液下浸泡，其出现膨胀现象，也会导致活塞无法有效回位。

密封圈设计过程中必须要满足良好的耐高温和耐制动液性能。

b.密封槽

活塞和缸体之间的密封圈放置在密封槽之中，密封槽的前角形状直接影响到密封圈刃边的弹性变形量，制动过程中，弹性变形量越大，则使活塞回位的弹力就越大。固密封槽的设计不足以产生足够的弹性变形量，活塞难以回位，从而引起制动拖滞现象，导致摩擦块产生偏磨。

4、结论

本文对摩擦块偏磨机理的研究，仅限于浮动盘式制动钳进行研究，未将外界真空助力器等对摩擦块偏磨的影响因素考虑在内。制动摩擦块的偏磨现象不只是摩擦块本身的原因，摩擦块偏磨形式不同，其影响因素也有所区别。摩擦块的偏磨影响到制动器的正常工作，甚至可以造成制动失效，分析偏磨因素，对解决此类问题是非常有必要的。

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Introduction to disc brake pads eccentric wear the cause of the problem

Zheng Penghui
(Anhui JiangHuai Automobile Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This study deals with the problem of the actual friction abrasion to disc brake, by analyzing the relationship between internal structure and the related research brake parts, clear friction piece of abnormal wear factors, provide technical support for reasonable design of brake caliper.

disc brake; friction block; eccentric wear

U461.3

A

1671-7988(2015)05-128-04

郑朋辉，就职于江淮汽车股份有限公司技术中心。