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摘 要
分析了汽车用摩擦衬片应用于实际中所出现的问题、原因等,旨在探讨如何客观地认识摩擦片所起的作用及相应的改善方法。
关键词
摩擦片 制动系统 均一性
汽车制动系统的安全性、舒适性等,是汽车制造业的重要指标之一,而作为汽车制动的安全件———制动器,则直接关系到制动性能的好坏。制动器性能好坏的关键有三个要素:即重要尺寸的配合,摩擦片和橡胶件。而摩擦片在其中占很重要的位臵,这是因为刹车过程中,主要是凭借摩擦片产生理想的力矩。所以,对摩擦片的选用与拆装要慎重。
目前,摩擦片的制造,一般是经过小样、台试、路试等一系列试验程序,来考核其制动性能、热衰退、热恢复、使用寿命等,然后才开始批量生产。但在实际应用中,用户往往提出各种问题,令摩擦片的生产复杂化。究其原因,汽车制动系统的制动过程是个很复杂的问题,综合性强,涉及情况多。
现仅从摩擦片的角度,来分析汽车制动过程中易出现的问题。
1 刹车失灵
1. 1 摩擦片新装 出现刹车失灵,是因为拆换摩擦片过程中,表面浸染油污;或几何尺寸超差,对偶摩擦副不能很好的贴合;或者是摩擦片的摩擦系数小,产生的力矩不够。
1. 2 刹车频繁 这种情况引起的刹车失灵,可能是摩擦片的热衰退性不好;或者是摩擦片导热性过高,摩擦热通过热传导传给背板,然后依次传给装在夹持架内的油缸机构内,而因防止漏油设臵的O 形密封圈等橡胶材料,会因受热软化而变得不良,制动液温度升高,使油产生气泡,导致出现气阻现象,造成刹车失灵。
1. 3 制动液质量问题 由此引起的刹车失灵,是汽车液压制动系统中可能出现、但易被忽视的另一个重要因素。
1. 3. 1 制动液高温引起的气阻:普通制动液沸点在100 ℃左右,甚至有些劣质产品在74 ℃～89 ℃左右,易被气化。尤其是在炎热季节频繁刹车,制动液的温度可达100 ℃以上,极易产生气阻,造成局部和全部刹车失灵。所以,选用制动液应保证其沸点不低于205 ℃,以提高制动的安全性。
1. 3. 2 水对制动液的影响:制动液进水的原因之一,是空气中含有的水蒸汽被制动液吸收。国外有关试验表明,在正常行驶条件下,制动液每年可从空气中吸收3. 5 %的水份。原因之二,雨天行驶或是汽车经过水洼、河流时,制动液里也会进入少量的水,相应地就会对制动液的质量产生影响。首先是使制动液的沸点下降,而制动液的抗气阻能
力就显著降低;其次是水份影响制动液的低温流动性,进水后制动液的凝固点增高,制动液在- 20 ℃～30 ℃时就会不流动,冷天时,甚至会出现结冰现象,引起刹车失灵。
2 拖磨现象 指踏下的制动踏板力感到高而硬,汽车起步困难,行车无力。当踏下离合器踏板时,汽车就减速,有制动的感觉(这种情况在惯性试验台上,反映出的就是汽车没制动时,空转就有制动力) 。造成这种现象的原因,除去主缸活塞回位不好,制动液太脏或粘度太大等,而由摩擦片引起的主导原因有下述三项。
2 . 1 摩擦片热膨胀 摩擦片与制动盘的间隙在0. 15mm 左右,相当小。若摩擦片的材料配方中,其导热性设计不恰当,生产工艺制订得不合理,而应用于实际,就易随着频繁刹车的温升而膨胀起泡,由此引起拖磨或刹车抱死。
2. 2 摩擦片的几何尺寸精度超差 摩擦片的钢背和摩擦材料的加工尺寸,若超出公差极限范围,在实际制动过程中,极易造成刹车回位不好或带刹。
2. 3 制动回弹性组件的影响 这也是造成拖磨的原因之一。如盘式摩擦片上装的卡簧,用于鼓式制动器的拉簧等。
3 刹车力不足 一般说来,汽车用摩擦片是汽车厂的设计者根据车型、总重、速度等有关参数,求出对比数值(摩擦系数及摩擦面积) ,再经过小样、台试、路试等一系列考核,定型制成。在实际应用中,不应出现制动力矩不够的现象。所以,造成刹车力不足的问题主要有下述几方面的原因: ①摩擦片与制动鼓(或盘) 贴合的贴合面不好,或几何尺寸超出公差极限引起,或因制动鼓失圆、盘的平整度不好、有严重划伤等引起。②摩擦片的制造工艺若不当,致使表面硬度大或出现油污。③装配失误。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。在市场上,经常发现装配过程中,存在着错装、漏装等情况,不仅影响刹车力矩,也易造成噪音。
4 制动噪音问题 当某一制动系统被认为噪音过大时,所使用的摩擦片便会遭到指责,而且处理这种问题的经常手段,则是更换摩擦片。传统上,人们觉得考虑噪音问题,与其看作是制动系统的问题,不如更应看作是制动系统的特殊部件———摩擦片的问题更直接些。其实,制动噪音是一个复杂的现象,对所有制动系统部件的注意及改进,都能在相当程度上降低给定制动器的噪音。如制动器的制造技术、对偶材质的均一性、底盘悬架的振动情况等,均为噪音产生源。但本文拟仅从摩擦片方面,讨论噪音的形成及其改善。众所周知,摩擦片与对偶件相互滑动摩擦
不和谐时,才会产生不正常振动,形成噪音,它由下述四方面的影响造成。
4. 1 摩擦片技术特性的影响 配方设计时,人们一直都在考虑,如何选用适当特性的材料、合适的工艺,以减小材料的弹性模量、硬度等,取得****摩擦磨损特性。但是,各种材料在相辅相成之时,相互又存在干扰和阻碍作用。所以,如果搭配不能适度,往往易出现噪音。
4. 2 摩擦片生产工艺的影响
1. 摩擦片表面,有不均匀的成团成块的磨料颗粒、铜丝束及明显的金属颗粒。
2. 摩擦片制造过程中,铺料严重不均,致使摩擦表面硬度相差悬殊,形成刹车力分配不均,产生噪音。
4. 3 制动过程中的工况影响 关于制动条件所引起的噪音,首先是摩擦片在低速滑动摩擦时,若引起静摩擦大于动摩擦,且摩擦系数过大时,就会产生摩擦振动,出现噪音。这就要求材料配方中某些材料要合理配比,尽量排除引起摩擦系数低温条件下增大的因素,才有可能避免制动噪音的产生。第二,频繁刹车形成的瞬时高温,导致两方面不利因素:一方面,部分材料组份在某些高温范围内熔化,而与对偶材质发生粘着磨损,出现刹车噪音;另一方面,高温摩擦易使材料部分碳化,摩擦力增大,与制动系统不能很好地匹配,从而出现刹车噪音。
4. 4 装配和修理技术的影响 主要是制动鼓失圆或盘变形,表面经长期使用划伤严重,未经修整,装配上新摩擦片后,产生不和谐振动;或者是摩擦片的附件(消音片、卡簧等) 漏装或错装等。
5 摩擦片的磨损寿命 摩擦片在实际使用过程中的磨损寿命,是一个复杂的课题,材料在制动过程中脱落下,原因很多,如磨粒磨损、粘着磨损、失效磨损等,其中材料配方的质量虽然占很重要的位臵,但同时也取决于驾驶状态和驾驶员的习惯。然而,在机理分析中,可发现各种磨损形式所存在的共性———热磨损。热磨损是因为刹车频繁产生摩擦热的结果,摩擦片会因热解和氧化这样的化学反应,使磨损速率随温度升高而增加,如磨粒磨损、粘着磨损等,也会相继产生。故摩擦热迅速消除,能减弱这种热磨损。因此,在配制摩擦片配方时,使用高热稳定性的聚合物、纤维和摩擦调节剂、高导热材料,也能相当程度地改善材料的热磨损。改善材料热磨损的方法之二,是保持对偶摩擦盘(鼓) 的平滑度,避免由于摩擦热产生热裂纹及热腐蚀,从而出现摩擦片的热磨损。传统观念里,人们认为摩擦界面中存在磨损灰屑是不良现象。其实它从某种意义上来讲,对摩擦是有益的。这是因为在摩擦片中有部分材料组份会在使用温度中熔化,或为与铁形成金属化合物的金属屑,或为遇热发粘的有机物。通常高温制动后,容易出现异常磨损,因而磨损灰屑的
粘附能减小。从这一点上讲,材料配方应该考虑高抗拉强度等。另外,摩擦片的制造工艺不当(摩擦片生产过程中,固化不够或固化过度) 、制动器回位情况不好等,也都是严重影响材料热磨损的因素。
6 制动跑偏
汽车制动跑偏的主要原因,一是汽车左右轮,特别是左右转向轮制动器的制动力不相等;二是悬架杆系在制动时产生运动干涉等。然而,在这个问题上,汽车制造厂一般总是习惯地首先考虑是摩擦片的原因,因而就片的外观尺寸、内在质量提出一系列意见。针对这一问题,我们拟从两方面进行探讨。
6. 1 摩擦片的均一性 目前,对摩擦片的检验及试验手段都在不断提高,但摩擦片互相之间的均一性还是必须重视的问题。摩擦片的材料是由十几种原料配制而成的,包括纤维、有机物、无机物、粘结剂及金属粉等,本身就是非均匀性物质;而不管生产中的磨削工序控制得如何严格,也同样会存在公差极限的问题;再加上制动系统制造过程中存在的误差,各方面因素综合起来,反映出的数据,就是左右轮制动力,不可能绝对统一,总之是有点差别。一般说来,摩擦副一侧的制动力,不得大于或小于另一侧的19 %左右。这个差值越小,汽车的制动稳定性也越好。如果差值过大,应该综合分析各方面的因素,相应地使制动稳定性得以改善。
6. 2 摩擦片与制动盘(或鼓) 的匹配 这是影响制动跑偏的另一因素。相同的摩擦片与不同生产厂家的制动盘匹配,产生的摩擦系数相对存在差异。美国克莱斯勒公司的研究表明,制动盘的金相组织中,碳、钛等含量不同,摩擦片摩擦系数将随其下降而升高;而英国费乐多公司则应用摩擦学的“硬粒理论”,通过大量的摩擦磨损试验,提出“跑偏”主要是制动盘(或鼓) 中的微量元素钛所致。在实际应用中,也会遇到类似的情况。同时,还曾将有差异的两个不同盘,与同一副摩擦片装在惯性试验台上做过试验,发现摩擦系数会相差0. 1 左右。因此,摩擦片要针对不同的对偶件,试配不同的材料配方。
7 结语 综上所述,保证汽车制动性能的安全性,涉及到制动器结构、制动器的制造技术,摩擦片的技术特性,摩擦片生产的工艺设备、实际应用中的装配及保养等,故需多方协同合作、研究改进,方能奏效。当然,我们不应因制动器本身对制动系统有重要的影响力,而忽视摩擦片自身的改善与提高。毕竟摩擦片的开发余地较大,相对来说,比制动器的改造成本低得多。主要的问题是,我们应考虑摩擦片的试验程序及生产过程如何改进和提高,才能保证产品性能的均一性,并根据车型、总重、速度等有关参数进行多种试验,研制不同系列产品的配方,以适应与不同车辆的对偶盘匹配,更好地促进汽车制动系统上档次、上水平,迎接WTO 的挑战。
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