浮动式制动钳总成制动块径向偏磨损问题原因解析

冯晓虹　李杰　凌利峰

摘 要：本文主要研究目的是比较全面的分析浮动式制动钳总成制动块径总成向方向偏磨损的因素，案例分析周边部件在各工况下对内/外侧制动块总成偏磨损的贡献度，从而解析制动块偏磨损是现有结构制动钳总成无法避免的现象。

关键词：径向偏磨损 制动块总成 制动钳总成 内周圆弧 外周圆弧 问题解析

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 绪论

1.1 问题的提出

汽车底盘开发中，制动系统是作为关键的行车安全系统之一，产品的可靠性、稳定性是客户非常关心的问题。制动钳总成在台架实验，路试耐久后，制动块径向方向偏磨损的问题，行业内还没有统一的评价标准，对于制动块偏磨损问题是如何产生的，各部件对偏磨损的贡献度等分析没有太多参考文献，本文将通过某车型进行定量的分析说明，并提出浮动式制动钳制动块一定量的偏磨损是不可避免的特性。

1.2 本文研究的主要内容、目标与方法

本文研究的主要内容是：制动块运动原理简介、运动受力分析、状态变化分析、部件偏摆贡献量、常见问题解析;本文的目标是分析出制动块径向方向偏磨损的问题，提出制动钳各部件的影响比例;主要的方法是，依据我司已开发的典型产品为例，并结合台架验证和实车测试，从结构设计、运动、受力、耐久等方面比较全面的分析制动块径向偏磨损产生的机理。

2 制动分析和受力变化分析

2.1 制动块总成运动过程简介

制动块总成的运动过程：制动时，活塞（4）推动内侧制动块及外侧制动块（3）贴向制动盘，产生制动力矩，车辆停止;当制动解除时，活塞回位，内侧制动块（3）在回位机构（内侧）弹力及制动盘（1）的离心力共同作用下，克服制动块的滑动阻力，脱离制动盘;外侧制动块（3）在回位机构（外侧）弹力及制动盘的离心力共同作用下，脱离制动盘，达到制动块和制动盘分离的目的。

2.2 制动块径向偏磨损状态

问题现象：某车型试验后，出现外侧制动块总成径向方向偏磨损，外周圆弧比内周圆弧磨损快0.5mm。

2.3 制动块径向偏磨损问题分析

1、如下图为某车型台架程序出现的各工况下制动块和盘的姿势图分析：

磨耗大于内周，趋势正常。

2、制动块总成偏磨损因素：制动盘跳动、钳体刚性、制动块与活塞接触平面度、制动块和钳体勾爪平行度和平面度，制动块平行度和平面度，制动盘热翘趋、制动块高温耐磨性不佳、消音片翘曲等。

3、制动盘翘趋说明

在制动过程中，制动盘的中外径温度要明显高于内径，从CAE温度场及热变形分析，制动盘高温下翘曲度达0.25mm以上。

4、钳体变形

如图4CAE分析，在油压作用下，钳体勾爪部分外翘，钳体缸孔端面主体部分后翘，对应的油压下在上/中/下部位的位移量;

4MPa油压下落差：0.1/2=0.05mm;     3.5MPa油压下落差：0.08/2=0.04mm

以上差值也在一定程度上反馈到制动块的内/外周圆弧偏磨上。

钳体刚性结构的影响，是不可避免的，如图8所示，是影响上圆弧磨损快的一个因素。

从如上CAE视图可见，由于钳体结构的影响，制动块外周圆弧压应力明显要高于内周圆弧，这是外周圆弧磨损快的要因。

5、内/外圈线速度、制动块高温磨损差值

图5解析：（1）温度差引起外周 VS 内周 磨损快慢的不同;（2）制动盘内外圈温度差约20℃（不同项目有所差异）;（3）这需要结合制动块配方中不同温度下的磨损速率，较难评估。

图6解析：在同样的压力条件下，制动块上不同区域能量的产生是和线速度成正比：

线速度（V）=角速度（w）*作用半径（R）;①、摩擦材料线长比：L1/L2=112/81=1.38

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

从方程式①和②，外周圆弧单位摩擦材料长度上承受的线速度要高。V1/L1：V2/L2 =1.055

即外周圆弧产生能量要多出5.5%;如上述理论角度分析，线速度的差异是影响外周圆弧磨损快的一个因素。

3 结论

（1）在整个耐久制动过程中，磨合阶段和高温高压制动阶段直接决定了制动径向方向的偏磨损量。（2）在磨合阶段过程中，制动钳总成和周边制动盘等部件形位公差以及低压力下制动钳的刚性、盘的低温热变形决定了制动块径向方向的偏磨损量。（3）在高温高压制动阶段，制动盘的热变形，高压状态下制动钳的刚性，制动压力分布差异，制动盘内外径温度差异决定了制动块径向方向的偏磨损量，其中制动盘热变形和压力分布是主要因素。（4）通过对制动块不同阶段的磨损特性分析，以及浮动式制动钳结构特性，制动块的表面压力分布特性，制动块径向偏磨损是浮动式制动钳的难以避免的特性，在稳定的工况条件下，偏磨量达到一定值时偏磨量趋于稳定，即制动块的磨损有一个自适应调整的过程。

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