刹车系统中刹车盘与刹车片的性能升级-毕业论文.docx

摘要近年来，人们生活质量越来越好，越来越多的汽车走进平民家庭，拉动了人们对于汽车的消费，汽车的用量呈上升趋势。各种新型汽车的不断涌现和汽车行业的蓬勃发展又加快了相关机械行业的前进步伐，诸如和汽车相关的零部件：汽车刹车盘、制动鼓等。因为现在大部分车主都拿爱车十分小心呵护，有些还想要改装爱车以达到更快速启动和制动等的优越性能，所以就非常有必要了解以下自己刹车系统的组成以及对于刹车片、以及刹车盘的改装相关的知识。关键词： 汽车； 刹车系统； 刹车盘；刹车片；性能改造；AbstractIn recent years, peoples quality of life is getting better and better, more and more cars into the civilian families, driving people for car consumption, the amount of cars is on the rise. The emergence of new cars and the vigorous development of the automotive industry has accelerated the pace of the relevant machinery industry, such as car-related parts: car brake discs, brake drums and so on. Because most of the owners are now very careful care of car care, and some also want to modify the car to achieve faster start and braking and other superior performance, so it is necessary to understand the following brake system and the composition of the brake pads, As well as the training of brake discs.Key words: automobile; brake system; brake disc; brake pads; performance improvement;目录摘要1目录21.汽车刹车系统简介31.1 基本的制动原理31.2 制动系统的模型52.汽车刹车片的基本知识82.1 刹车片的构成82.2 刹车片的材料92.3 刹车片的性能103.汽车刹车盘的基本知识103.1 鼓式刹车盘的构成113.2 碟式刹车片的原理113.3 鼓式刹车与碟式刹车各有优缺点124.汽车刹车系统的优化134.1高性能刹车片优化制动性能134.2刹车钢喉提升脚感134.3高性能刹车盘的改装145.结论151. 汽车刹车系统简介1.1 基本的制动原理首先我们把制动系统分成6部分，从踏板到车轮依次解释每部分的工作原理，在了解汽车制动原理之前我们先了解一些基本理论，附加部分包括制动系统的基本操作方式。图 1-1 刹车系统的组成当司机踩下制动踏板时，机构会通过液压把你脚上的力量传递给车轮。但实际上要想让车停下来必须要一个很大的力量，这要比人腿的力量大很多。所以制动系统必须能够放大腿部的力量，要做到这一点有两个办法:杠杆作用液压,即利用帕斯卡定律，用液力放大制动系统把力量传递给车轮，给车轮一个摩擦力，然后车轮也相应的给地面一个摩擦力。在我们讨论制动系统构成原理之前，让我们了解三个原理:杠杆作用、液压作用、摩擦力作用。杠杆作用是指制动踏板能够利用杠杆作用放大人腿部的力量，然后把这个力量传递给液压系统。图 1-2杠杆作用的组成如上图1-2所示，在杠杆的左边施加一个力F，杠杆左边的长度（2X）是右边（X）的两倍。因此在杠杆右端可以得到左端两倍的力2F，但是它的行程Y只有左端行程2Y的一半。液压作用是指：作用在一点的力被不能压缩的液体传递到另一点，这种液体通常是油。绝大多数制动系统也在此中放大制动力量。下图是最简单的液压系统：图 1-3液压作用的原理如图1-3所示：两个活塞（红色）装在充满油（蓝色）的玻璃圆桶中，之间由一个充满油的导管连接，如果你施一个向下的力给其中一个活塞（图中左边的活塞）那么这个力可以通过管道内的液压油传送到第二个活塞。由于油不能被压缩，所以这种方式传递力矩的效率非常高，几乎100%的力传递给了第二个活塞。液压传力系统最大的好处就是可以以任何长度，或者曲折成各种形状绕过其他部件来连接两个圆桶型的液压缸。还有一个好处就是液压管可以分支，这样一个主缸可以被分成多个副缸，如图1-4所示：图 1-4液压的分缸作用的原理摩檫力的作用：摩擦力是一个物体在另一个物体上滑动的相互阻力，参照下图。两个物体的接触面都是用相同材料做成的但其中一个较另一个重，所以不难看出哪一边较难推动。即使用肉眼看起来接触面很平滑，但在显微镜下他们确是相当粗糙的。当你把物体平放在桌面上时，物体和桌面之间的小锯齿会结合在一起，而他们其中有一些合适的锯齿会相互咬合，如果给他的压力越大，那么咬合的锯齿就越多，其阻力也越大，所以重的物体就更难推动。不同的材料表面，有不同的锯齿结构；举例来说：橡皮与橡皮之间就比钢与钢之间更难滑动。材料的类型决定了摩擦系数。所以摩擦力与物体接触面上的正压力成正比。例如：如果摩擦系数为0.1，一个物体重100磅，另一个物体重400磅，那么如果要推动他们就必须给100磅的物体施加一个10磅的力，给400磅的物体施加一个40磅的力才能克服摩擦力前进。物体越重则需要克服更大的摩擦力。这个原理就跟制动抓紧装置相似，如果给制动碟的压力越大那么车辆获得的制动力就越大。1.2 制动系统的模型图 1-5制动系统的模型原理当踩下制动踏板时，在踏板处通过杠杆原理把制动力放大了3倍，再通过液压机构驱动活塞把制动力又放大了3被。放大以后的制动力推动活塞移动，活塞推动蹄片带动刹车卡钳紧紧的夹住制动碟，由蹄片与制动碟产生的强大摩擦力，让车减速。这就是简单的制动模型。通过它我们就可以理解制动系统的基本原理了。刹车系统有盘式、鼓式两种，盘式刹车又可分为盘式与通风盘式。碟式、盘式、摩擦片式都可归于盘式刹车。 鼓式刹车鼓式刹车是一种传统的制动系统，其工作原理可以很形象地用一只咖啡杯来形容。刹车鼓就像咖啡杯，当您将五个手指伸入旋转的咖啡杯时，手指就是刹车片，只要您将五指向外一张，摩擦咖啡杯内壁,咖啡杯就会停止旋转汽车上的鼓式刹车简单点说是由制动油泵,活塞,刹车片和鼓室组成,刹车时由制动分泵的高压刹车油推动活塞， 对两片半月形的制动蹄片施加作用力,使其压紧鼓室内壁，靠摩擦力阻止刹车鼓转动从而达到制动效果。碟式刹车的工作原理：可用一只碟子来形容，您用拇指和食指捏住旋转的碟子时,碟子也会停止旋转汽车上的碟式刹车是由刹车油泵,一个与车轮相连的刹车圆盘和圆盘上的刹车卡钳组成刹车时，高压刹车油推动卡钳内的活塞,将制动蹄片压向刹车盘从而产生制动效果。碟式刹车有时也叫盘式刹车,它分普通盘式刹车和通风盘式刹车两种。通风盘式刹车是在两块刹车盘之间预留出一个空隙,使气流在空隙中穿过,有些通风盘还在盘面上钻出许多圆形通风孔，或是在盘面上割出通风槽或预制出矩形的通风孔通风盘式刹车利用风流作用,其冷热效果要比普通盘式刹车更好。碟式刹车的主要优点是在高速刹车时能迅速制动，散热效果优于鼓式刹车,制动效能的恒定性好,便于安装像ABS那样的高级电子设备鼓式刹车的主要优点是刹车蹄片磨损较少,成本较低,便于维修、由于鼓式刹车的绝对制动力远远高于碟式刹车,所以普遍用于后轮驱动的卡车上。鼓式刹车优点 :1、自刹作用：鼓式刹车有良好的自刹作用，由于刹车来令片外张，车轮旋转连带着外张的刹车鼓扭曲一个角度（当然不会大到让你很容易看得出来）刹车来令片外张力（刹车制动力）越大，则情形就越明显，因此，一般大型车辆还是使用鼓式刹车，除了成本较低外，大型车与小型车的鼓刹，差别可能只有大型采用气动辅助，而小型车采用真空辅助来帮助刹车。 2、成本较低：鼓式刹车制造技术层次较低，也是最先用于刹车系统，因此制造成本要比碟式刹车低。 鼓式刹车缺点 :由于鼓式刹车刹车来令片密封于刹车鼓内，造成刹车来令片磨损后的碎屑无法散去，影响刹车鼓与来令片的接触面而影响刹车性能。 盘式刹车的优点 : 由于刹车系统没有密封，因此刹车磨损的细屑不会沉积在刹车上，盘式刹车的离心力可以将一切水、灰尘等污染向外抛出，以维持一定的清洁。此外由于盘式刹车零件独立在外，要比鼓式刹车更易于维修 盘式刹车的缺点 :盘式刹车除了成本较高，基本上皆优于鼓式刹车，不过光就这一点，便成了它致命伤，人都爱钱嘛，除非你非常富有，否则买东西基本上都是先以钱先做考量，您说是不是？盘式制动器又称为碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好象用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。这种制动器散热快，重量轻，构造简单，调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，加速通风散热提高制动效率。反观鼓式制动器，由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量。制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。当然，盘式制动器也有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求较高，摩擦片的耗损量较大，成本贵，而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也较小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用，所以只能适用于轻型车上。而鼓式制动器成本相对低廉，比较经济。 所以，汽车设计者从经济与实用的角度出发，一般轿车采用了混合的形式，前轮盘式制动，后轮鼓式制动。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%80%，因此前轮制动力要比后轮大。轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。四轮盘式制动的中高级轿车，采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热，至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多，价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低，在轿车领域中，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。2. 汽车刹车片的基本知识2.1 刹车片的构成刹车片也叫刹车皮。在汽车的刹车系统中,刹车片是最关键的安全零件，所有刹车效果的好坏都是刹车片起决定性作用，所以说好的刹车片是人和汽车的保护神。刹车片是指固定在与车轮旋转的制动鼓或制动盘上的摩擦材料，其中的摩擦衬片及摩擦衬块承受外来压力，产生摩擦作用从而达到车辆减速的目的。组成结构：刹车片一般由钢板、粘接隔热层和摩擦块构成，钢板要经过涂装来防锈，涂装过程用SMT-4炉温跟踪仪来检测涂装过程的温度分布来保证质量。其中隔热层是由不传热的材料组成，目的是隔热。摩擦块由摩擦材料、粘合剂组成，刹车时被挤压在刹车盘或刹车鼓上产生摩擦，从而达到车辆减速刹车的目的。由于摩擦作用，摩擦块会逐渐被磨损，一般来讲成本越低的刹车片磨损得越快。摩擦材料使用完后要及时更换刹车片，否则钢板与刹车盘就会直接接触，最终会丧失刹车效果并损坏刹车盘。传统制造工艺中，在刹车片上使用的摩擦材料是由多种粘合剂或添加剂组成的混合物，并在其中添入纤维以提高其强度，起加固作用。刹车片生产厂家在关于使用材料的公布上特别是新配方上往往是守口如瓶的，当然，一些成分配料如：云母、硅石、橡胶碎片等是公开的。而刹车片制动的最终效果、抗磨损能力、抗温能力及其它性能将取决于不同成分间的相对比例。2.2 刹车片的材料刹车片原材料的组成：一般分为粘结剂、增强纤维、摩擦性能调节剂、填料四大部份:粘结剂是摩擦材料中的一个最重要的组元，它可以影响材料的热衰退性能、恢复性能、磨损性能和机械性能。一般有热固性、热塑性、橡胶类、复合型类几种，汽车摩擦材料中一般采用的是热固化型粘结剂，具体应用的有酚醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、硅树脂、聚酰胺树脂等。应用最广泛的是酚醛树脂及其改性树脂。改性的目的是改善树脂的高温性能。为了更大的提高粘结剂的高温性能，现在先进的汽车摩擦材料已经有些采用聚酰亚胺树脂，但目前这种树脂成本太高，普及不容易 。增强纤维：是摩擦材料也是主要的摩擦组元起增强基的作用，传统材料用的是石棉等矿物纤维，半金属汽车摩擦材料中使用的是钢纤维，同时加入少量铜纤维及其少量矿物纤维。近年来，增强纤维的种类也越来越多，其中最引人注目的是芳纶（Kevlar）的应用。有机纤维的加入，可以降低材料的密度、减小其磨损量，但同时也会降低材料的摩擦系数。为了提高摩擦材料在各温度段的稳定性及其纤维和粘结剂的亲和性能，在实际应用中往往采用多种纤维混合使用。 摩擦性能调节剂：可以分为2类：（1）减摩材料：莫氏硬度一般小于2，它的加入可提高材料的耐摩性，减小噪音及降低摩擦系数。这类材料主要有：石墨、二硫化钼、铅、铜等。（2）摩阻材料：莫氏硬度一般大于4，它的加入可以增加材料的摩擦系数。大部分无机填料和部分金属及其氧化物属这一类。摩擦性能调节剂的加入主要是调节材料的热稳定性能以及其工作稳定性。填料：主要以粉末的形式加入。填料的作用很多，比如说加入铜粉，它的作用是可以在摩擦材料和对偶间形成转移膜，既能提高摩擦力矩和稳定摩擦系数，有能减小对对偶件的损伤，提高整个摩擦副的耐摩性能。加入硫酸钡，可以提高材料的密度。2.3 刹车片的性能刹车片的主要性能：耐磨损、摩擦系数大、优良的隔热性能。1、高性能：摩擦系数高（金麒麟陶瓷刹车片摩擦系数达0.45，属于高摩擦系数刹车片），耐高温，高速行驶和高温行驶过程中表现突出，驾驶过程中高速高温情况下制动效果和制动舒适性良好。2、安全性：热衰退低，恢复性能良好，山区道路和高温、高速状态下制动性能不降低。最大限度的提高了车辆的安全性。非常适合与山路地区，高速以其他各种路况的使用。3、舒适性：制动舒适，无噪音，无污染，制动平衡。4、合理的使用寿命: 一般非改装车辆，在正常行驶的情况的下，前制动器的刹车片寿命为35万公里，后制动器刹车片的使用寿命为万公里前刹车盘使用寿命万公里当然经常在山区行驶的汽车刹车片和盘则寿命要短很多。 5、较低的掉粉率 刹车片的摩擦系数：是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值。它是和表面的粗糙度有关，而和接触面积的大小无关。依运动的性质，它可分为动摩擦系数和静摩擦系数。刹车片最重要的性能指标就是摩擦系数。国家标准规定的刹车摩擦系数在0.35-0.40之间。合格的刹车片摩擦系数适中、稳定， 如果摩擦系数低于0.35，刹车时就会超过安全制动距离甚至刹车失灵， 如果摩擦系数高于0.40，刹车容易突然抱死，出现翻车事故。3. 汽车刹车盘的基本知识说到汽车的制动系统，它的关键部件之一就是刹车盘，目前我们比较常见的刹车装置主要是“鼓式刹车”和“碟式刹车”二种型式，其中碟式刹车有时也叫盘式刹车，它分普通盘式刹车和通风盘式刹车两种。另外，像一些豪华品牌的跑车还会装备或选装更加高级的“陶瓷刹车盘”，当然这也属于“碟式刹车”的范畴。3.1 鼓式刹车盘的构成鼓刹/碟刹/陶瓷刹 解读制动部件刹车盘：鼓式刹车由刹车底板、刹车分泵、刹车蹄片等有关连杆、弹簧、梢钉、刹车鼓所组成。它是利用液压将装置于刹车鼓内之刹车片往外推，使刹车片与随着车轮转动的刹车鼓之内面发生摩擦，而产生刹车的效果。图3-1鼓式刹车结构图鼓式刹车有一形状类似铃鼓的铸铁件，称为刹车鼓，它与轮胎固定并同速转动。鼓式刹车的刹车鼓内面就是刹车装置产生刹车力矩的位置。在获得相同刹车力矩的情况下，鼓式刹车装置的刹车鼓的直径可以比盘式刹车的刹车盘还要小上许多。因此载重用的大型车辆为获取强大的制动力，只能够在轮圈的有限空间之中装置鼓式刹车。鼓式刹车的作用方式：简单的说，鼓式刹车就是利用刹车鼓内静止的刹车片，去摩擦随着车轮转动的刹车鼓，以产生摩擦力使车轮转动速度降低的刹车装置。鼓式刹车工作原理：在踩下刹车踏板时，脚的施力会使刹车总泵内的活塞将刹车油往前推去并在油路中产生压力。压力经由刹车油传送到每个车轮的刹车分泵活塞，刹车分泵的活塞再推动刹车片向外，使刹车片与刹车鼓的内面发生摩擦，并产生足够的摩擦力去降低车轮的转速，以达到刹车的目的。3.2 碟式刹车片的原理碟式刹车工作原理及分类：碟式刹车是由一个与车轮相连的刹车圆盘和圆盘边缘的刹车钳组成刹车时，高压刹车油推动制动块使之夹紧刹车盘从而产生制动效果。碟式刹车的工作原理可用一只碟子来形容，您用拇指和食指捏住旋转的碟子时，碟子也会停止旋转。图3-2碟式刹车结构图碟式刹车有时也叫盘式刹车，它分普通盘式刹车和通风盘式刹车两种。通风盘式刹车是在盘面上钻出许多圆形通风孔，或是在盘的端面上割出通风槽或预制出矩形的通风孔。通风盘式刹车利用风流作用，其冷却效果要比普通盘式刹车更好。碟式刹车（盘式刹车）的作用方式：顾名思义，碟式刹车以静止的刹车盘片，夹住随着轮胎转动的刹车碟盘以产生摩擦力，使车轮转动速度降低的刹车装置。当踩下刹车踏板时，刹车总泵内的活塞会被推动，而在刹车油路中建立压力。压力经由刹车油传送到刹车卡钳上之刹车分泵的活塞，刹车分泵的活塞在受到压力后，会向外移动并推动刹车片去夹紧刹车盘，使得刹车片与刹车盘发生摩擦，以降低车轮转速，好让汽车减速或是停止。3.3 鼓式刹车与碟式刹车各有优缺点目前很多小型车上的刹车系统都是采用前碟后鼓的搭配型式，当然也有部分小型车已经采用了四轮碟刹。在现实生活中，我们会看到很多中高级车前后都装上了闪亮的碟刹，因此在很多人的观念里，碟刹就是要比鼓刹好，其实这也并不绝对。下面我们就来分析下碟刹、鼓刹各自的优缺点。制动力方面的比较：鼓刹就是在车轮毂里面装设二个半圆型的刹车片，利用“杠杆原理”推动刹车片使刹车片与轮鼓内面接触而发生摩擦。而碟刹是以刹车卡钳控制两片刹车片去夹住轮子上的刹车碟盘。在刹车片夹住碟盘时，其二者间会产生摩擦。在鼓刹中，一般采用主动杠杆设计，刹止前进车轮时有自动增扭的效果，在获得相同刹车力的情况下，鼓式刹车装置的刹车鼓的直径可以比盘式刹车的刹车盘还要小上许多，这也是很多重型卡车都采用鼓刹的原因之一，目前的碟刹还很难提供很高的制动力。制动稳定性的比较：鼓刹中，刹车片和轮毂之间的位置因驾驶员踩动刹车踏板而改变，然后靠弹簧回位，刹车片与轮毂之间间隙需要经常调整，而且很容易造成拖刹，但碟刹却有自调功能。一些微客车主反映过采用鼓刹的后轮有拖刹，而一般采用碟刹的前轮很少拖刹。所以在制动稳定性方面，碟刹是优于鼓刹的，制动稳定性方面碟刹优于鼓刹。制动恒定性的比较：制动恒定是指刹车后，恒定的制动力能够保证多长的时间。由于碟刹系统是开放式的，冷却效果好，刹车片产生的高温很容易被气流带走；但鼓刹系统却是封闭的，而且制动片之间摩擦面积大，很容易造成刹车片过热而导致了制动力的下降，碟刹制动恒定性要远优于鼓刹。试想，当驾车遇到长下坡，最怕的不是刹车力不够大，而是刹车突然失效了。4. 汽车刹车系统的优化4.1高性能刹车片优化制动性能不少车主都感觉原厂刹车力度不足，说白了就是刹车时感觉脚软，需要大力制动时总是有点心里没底。针对改善这一问题，其实我们不需要动辄花费数万元来对整套刹车系统进行改装，换装一套好的刹车片就能得到立竿见影的效果。市面上可以买到的高性能刹车片有很多，在选择上要遵循适用就好的原则：首先，衡量刹车片性能需要注意两个指标：摩擦系数与工作温度，这两个数值也是具有正比规律的，通常摩擦系数较强的刹车片，起始工作温度也相对较高。需要注意的是，一些摩擦性能很强的刹车片并不适用于街道行驶，极高的摩擦系数会使刹车变得异常灵敏，使行驶舒适性大打折扣，搞的车内乘客人仰马翻倒是小事，较高的起始工作温度会使低温状态下刹车性能无法发挥，如果刹车系统不能用的话，就会对安全驾驶构成威胁。并且摩擦系数越高的刹车片对刹车盘的磨损也就越强，所以对刹车片的升级改装一定要适用就好，不要去追求极高的摩擦力与工作温度。4.2刹车钢喉提升脚感对于注重刹车脚感的驾驶者来说，更换刹车油管也是一个极具性价比的升级项目，由于原厂刹车油管普遍采用橡胶材料制成，在强力制动时橡胶油管会因刹车油的压力过高造成膨胀，减缓了刹车油前进的速度，也就使得踏下制动的感觉不够实在。升级刹车油管在橡胶管外侧包裹了一层结实的金属丝，所以也称刹车钢喉。在更换刹车钢喉后制动踏板的回馈力度会明显增强，给人一种顶脚的扎实感觉。4.3高性能刹车盘的改装接下来说说刹车盘，刹车盘升级通常分为原尺寸替换盘与加大盘。原尺寸替换盘的更换更为方便，