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    摩托車碟剎總成結構原理

    鼓式制動器、摩托車剎車圈、輪轂剎車圈專業生產廠家無錫九環2020年9月7日訊 摩托車制動器是保證摩托車安全行駛的重要部件,它的作用是控制行駛中的摩托車的車速,并在緊急情況下,使摩托車在最短的時間(距離)內穩定可靠的停止行駛。

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    二:制動器的分類及優缺點分析

    (一)制動器的分類

    摩托車制動器一般為常開操縱機械摩擦式,可分為內脹蹄式制動器(又稱鼓式制動器或鼓剎)和液壓盤式制動器。在液壓盤式制動器中按制動鉗的特點可分為固定鉗式和浮動鉗式。按制動油缸的數量可分為單缸、多缸制動器,按制動油缸的布置結構可分為油缸單側式制動器與油缸對置式制動器兩類。

    1鼓式制動器

    優點:鼓式制動器有良好的自剎作用,由于剎車來令片外張,車輪旋轉連帶著外長的剎車扭曲一個角度,剎車來令片外張力(剎車制動力)越大,則情形就越明顯,因此,一般大型車輛使用鼓式制動器,除了成本較低外,大型車于小型車的鼓式制動器 ,差別可能只有大型車采用氣動輔助,而小型車采用真空輔助來幫助剎車。鼓式制動器制造技術層次較低,也是最先用于剎車系統,因此制造成本要比碟式制動器要低。

    缺點:由于鼓式制動器剎車來令片密封與剎車鼓內,造成剎車來令片磨損后的碎屑無法散去,影響剎車鼓與來令片的接觸面而影響剎車性能。鼓剎最大的缺點是下雨天沾了雨水后會打滑,造成剎車失靈。

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    2:盤式制動器

    優點:由于剎車系統沒有密封,因此剎車磨損的碎屑不會沉積在剎車上,碟式上的離心力可以將一切水、灰塵等污染向外拋出,以維持一定的清潔,此外由于碟式剎車的零件獨立在外,要比鼓式剎車更易于維修。盤式制動器散熱快、重量輕、構造簡單、調整方便。特別是告負載時耐高溫性能好,制動效果穩定,而且不怕泥水侵襲,在冬季和惡劣路況下行車,盤式制動器比鼓式制動器更容易在較短的時間內令車停下來。有些盤式制動器的制動盤上還開了許多小孔,加速通風散熱提高制動效率。反觀鼓式制動器,由于散熱性能差,在制動過程中會聚集大量的熱量。制動蹄片和輪鼓在高溫影響下較易發生復雜的變形,容易產生制動衰退和振抖現象,引起制動效率下降。 

    缺點:碟式剎車除了成本較高外,基本皆優于鼓式剎車。對制動器和制動管路的制造要求高,摩擦片損耗量大,成本貴,而且由于摩擦片的面積小,相對摩擦的工作面也較小,需要的制動液壓高,必須要有助力裝置的車輛才能使用,所以只能適用于輕型車。

    從以上分析可以看出,盤式制動器相對于鼓式制動器更適于摩托車使用,因此盤式制動器在摩托車上的使用也成為一種流行。

    一般情況下,當摩托車的排量小于125ml時,前后輪均采用鼓式制動器當摩托車的排量在125~250ml范圍內時,前輪采用液壓制動器,后輪采用鼓式制動器;對于排量大于250ml的摩托車,前、后輪都采用液壓制動器,甚至在某些中、大型摩托車及部分賽車上,前輪還采用雙盤液壓制動器。

    (二)盤式制動器的分類

    液剎按結構可分為固定鉗式和浮動鉗式兩種

    1:固定鉗式

    固定鉗式液剎制動盤兩側有對稱的兩個活塞。制動時,制動主缸中的制動液同時進入制動油缸,推動兩個活塞移動,壓緊制動盤。在這種結構中,制動油缸的制動活塞有兩個,制動液需要左右連通,加工工序增多,難度增大,成本提高。制動盤內側需要設置油缸和活塞,使車輪與制動盤距離增大,也增加了設計難度。另外,固定式制動鉗要求制動活塞的運動方向與制動盤垂直,若稍有歪斜,使制動蹄塊與制動盤不能全面貼合,會導致制動時產生噪聲與振動。固定鉗式的優點是制動活塞的移動量可以任意選定。

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    2: 浮動鉗式

    浮動鉗式油缸布置在制動盤的一側,一塊制動蹄塊安裝在活塞上,稱為活動制動蹄塊,另一塊安裝在鉗體上,稱為固定制動蹄塊。制動鉗通過支架安裝在懸架上。制動時,活動制動蹄塊在油缸內油壓作用下由活塞推動壓靠住制動盤,同時,制動盤對活動制動蹄塊的反力將整個制動鉗推向反方向移動,使固定制動蹄塊也壓靠在制動盤的另一側,直到完全制動為止。這 

    種制動器因為只有一個油缸,所以體積小、質量輕、結構簡單,在摩托車上應用較多。解除制動時,油缸內油壓下降,活塞右移回原位,活動制動蹄塊離開制動盤,制動盤對鉗體的反作用力消失,使得固定制動蹄塊與制動盤之間的壓力下降為零。與固定鉗式不同,浮動鉗式只有單側一個油缸,不用跨越制動盤的油管或油道,故制動鉗的剛性好、體積小質量輕、結構簡單。

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    三:液剎的構成

    摩托車液壓盤是制動系統主要由制造油壓的油泵,傳輸壓力的制動油管,制動時夾緊制動盤產生制動力的制動缸組件和制動盤組成。制動盤安裝于車輪轂上,遂車輪轉動,為運動件,同時也又是制動力承受零件;制動油泵,制動油管和制動鉗為靜止件,又是制動力促動零件;靜止的制動鉗夾緊運動的制動盤,既使之產生制動力,使車輪減速,直至停止運動。(如下圖所示)

    (一)油泵體組件由油泵體液剎手柄、柱塞防塵四罩,柱塞、前皮碗、后皮碗、柱塞回位彈簧、剎車燈開關、油杯蓋、油杯蓋襯墊,油杯蓋密封墊、油鏡組成。

      

    (二)制動缸組件由制動缸、大小導柱、聯板、制動蹄塊、活塞、矩形圈、防塵罩、制動蹄塊固定軸、放氣螺釘、導柱防塵罩等組成。

       

    (三)制動油管是由制動軟管、固定螺栓、防漏墊片組成。

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    (四)制動盤

    制動盤的結構設計

       1,制動盤摩擦外徑與其輪輞之比為D/d

             前輪      0.4~0.45

             后輪      0.38~0.42

    一般<250ml摩托車前盤的外徑為150~250mm,250ml摩托車前盤外徑為240~336mm(單盤),245~320mm;后盤外徑為210~250mm。

    2,制動盤厚度:一般為3.5~5.0mm,雙盤薄,單盤可厚一些(6.0~7.0mm)后盤為5~6mm。

    3,制動盤摩擦面上設計有通風孔,不僅可以通風散熱,且可減小質量10%左右,可增大摩擦因數,保證制動安全性,還可改變固有頻率,防止制動噪聲等,以及排擠制動盤與摩擦襯片間的泥沙。

    4,制動盤選材,一般為2Cr131Cr13,1Cr13耐蝕性比2Cr13好,見加工性稍差。硬度要求HRC36±3,平行度和跳動不大于0.05mm(國外最好達到0.02mm)。

    四:液剎的工作原理及動作過程

    (一)液剎的工作原理

    液壓制動器是利用杠桿原理和帕斯卡爾定律傳遞并增大操縱力,對車輪產生制動轉矩,以摩擦原件之間的摩擦阻力將行使種摩托車的動能(有時含勢能)轉化為摩擦熱能,依靠摩擦原件吸收與釋放熱量,來達到減緩車速或直至停車的目的。

    請參考下圖:

    左端為把手總泵活塞,右端為卡鉗活塞,假設兩邊的管橫截面積分別為A1A2。當壓下剎車把手時,兩邊的位移量分別為H1H2,因液剎油無法被壓縮,故兩邊移動的液體必須等量,因此: 

                            A1 x H1 = A2 x H2

    此外,左方所施加的壓力(P1)會等于右方所承受的壓力(P2),各可表示為 

    P1 = P2 

    P1 = F1/A1, P2 = F2/A2  

    其中F1為剎車手把對柱塞所施加的力量,而F2為制動鉗活塞對制動蹄塊所作用之正向力,再利用摩擦力(Fb)等于正向力乘于摩擦系數(Cn)

                             Fb = F2 x Cn 

    這個摩擦力即是我們所謂的剎車力道,綜合上述公式可表示如下:

                       Fb = 2×F1 x Cn x (A2/A1)

    雖然這邊沒考慮到把手對油泵體柱塞的杠桿比,但上面的公式告訴我們,要達到比較大的剎車力道,可以利用下面幾種方式

    1) 加大F1:更用力的拉剎把  

    2) 增加Cn:讓摩擦系數系數變大,可以采用不同的液剎盤或者改制動蹄塊。

    3) 提高A2/A1A2/A1這個比值我們稱之為油壓放大倍率。(這個值通常在原廠設計該組碟剎時就考慮進去。)理論上,越小的油泵體柱塞(A1),越大的制動鉗活塞(A2)可以得到較大的剎車力道。這也是為什么重度用途的碟剎會使用到四活塞的設計,越大的油壓放大倍率在相同條件下可達到比較大的剎車力道;但最上面的公式告訴我們,高放大倍率的設計,制動鉗活塞所走的距離也比較短,因此它的制動盤對制動鉗的對準要比較精確;另一方面,整個碟剎油路也并非完美剛體,例如油管可能會因壓力而稍微膨脹,若總泵活塞所推出的油太少無法克服這個體積,那么活塞推動的力道都被油管膨脹給吸收掉,會出現手感軟,剎車無力。

    增加碟盤大小是最常見也最方便用來提高剎車力道的方式,但盤片所增加的剎車力道其實并沒有你想象中的大。舉個最極端的例子,假設原來使用的是160mm 的碟盤,若改成203mm的碟盤能提高多少的力道呢?改變碟盤大小就是改變來令片施力點到輪軸中心這段的力臂大小,若假設施力中心是在碟盤邊緣往內5mm 的地方,則原來的力臂即為160/2-5=75mm,更換后的力臂長為203/2-5=96.5mm,新的力臂為原來的96.5/75=1.287,也就是說單純考慮碟盤增大所增加的剎車力道為原來的28.7%,似乎比起它帶來的視覺震撼還少了許多呢!不過,事情也不是那么悲觀,因為摩擦力所做的功=摩擦力x作用距離,其中作用距離正比于碟盤直徑,因此大碟盤還是有"能在越短的輪胎轉動距離把車子剎停"的好處。

    (二)液剎的工作過程

    下面就以前液剎為例,介紹一下液剎的動作過程。手握動液剎手柄,推動柱塞往內運動,當裝在柱塞上的前皮碗到達并封住油泵體上的0.5孔時,制動油路開始封閉,形成壓油腔,柱塞繼續往內運動,系統內開始產生壓強,油液壓力即升高,根據帕斯卡原理,密閉系統內的液體壓強處處相同,油液壓力通過制動油管傳遞到制動油缸內,活塞開始受到制動液的壓力,活塞開始推動活動制動蹄塊向制動盤運動,(在制動缸矩形密封圈安裝槽外側加工了一圈倒角,由于矩形密封圈內側受到制動液的壓力向倒角產生彈性變形。)當活動制動蹄塊碰到制動盤時,制動缸組件受到制動盤的反作用力,向反方向運動,使固定制動蹄塊也壓靠在制動盤的另一側,(這時手感會有一明顯硬點)制動蹄塊與制動盤之間開始產生摩擦力(即制動力),阻止前輪轉動,當然,手握力越大,制動力也越大;松剎時,手松開液剎手柄,柱塞由于回位彈簧的作用,迅速往外運動,此時前皮碗前側便會形成瞬間真空,前皮碗由于受柱塞孔壁摩擦力和真空吸力的作用,產生收縮,此時儲油室油液從旁通孔經活塞進入皮碗右側,并且從皮碗邊緣與油缸壁之間的間隙流入壓油腔以填補真空,同時0.5孔也起到了補液作用,同時制動油管內油液也流到制動泵缸內,使油管壓力降低,此時,活塞受到的推力消失,對矩形密封圈的作用力也就沒有了,制動蹄塊與制動盤之間摩擦力也沒有了;矩形密封圈要恢復原形,帶動活塞回縮,給制動盤轉動留出間隙,活塞回縮推動制動液回到油泵體,此時便多出來一部分油便經過0.5孔回到油杯內。在這里要注意一點,制動缸上的倒角大小一定,所以矩形密封圈的彈性變形也一定,當因為蹄塊磨損使得活塞的推出量超出矩形密封圈的彈性變形時,矩形密封圈與活塞間便產生滑動,使得活塞的推出量大于活塞的回復量,系統內的空間便加大了,而這一部分空間就要由制動液來補充,因此,制動后由0.5孔溢出的油量便小于補入的油量,經過長期使用,油杯內的液面便慢慢下降;液面的下降必須要有東西來補充,否則便會形成真空,阻止液剎向制動缸補制動液,造成液剎疲軟,剎不住車。因此,在油杯蓋密封墊上設計了很多折皺,同時,在油杯蓋上還專門設有氣道,使油杯蓋密封墊上部空氣與外界相連,液面下降時,油杯蓋密封墊上下的壓力差迫使拆皺打開追隨液面下降,油杯蓋密封墊的這種特性我們稱之為追隨性。

    摩擦間隙的密封圈式自動調整

    液壓制動的摩擦片在于制動盤在使用一段時間后,必然會產生一定的磨損,其磨損量直接影響液壓制動的制動性能。為了恢復液壓制動的制動性能,必須對摩擦原件之間的摩擦間隙進行調整。摩擦片在制動后,主要是依靠泵體內壓縮彈簧的伸張形成缸體內油缸負壓及密封圈的彈性變形復位。密封圈的另一作用即是自動調整制動盤與摩擦片之間的間隙,下圖a\b\c分別為制動盤和摩擦片在起始制動及復位時狀態。制動盤與摩擦片在磨損后的(d\e \f圖),通過油缸活塞與密封圈之間的相對滑移自動補償其磨損量。矩形密封圈的三大作用:1,密封 2,回位 3,消除盤與蹄片之間的磨損間隙。

    1/5 底板   2/4 摩擦片   制動盤   油缸活塞   防塵圈   矩形圈   缸體

    五:液剎的要求

    (一)外觀

    總成涂裝表面無斑跡、裂紋、脫落、起泡等缺陷;所有零部件結合處不允許有漏油現象;制動液面應位于標識線內;手柄轉軸、下泵油塞涂潤滑脂;字跡標識清晰、美觀,整體潔凈無臟污;無錯漏裝現象;固定蓋同泵體配合良好,無錯位,外露橡膠件無老化;油管標識有3CDOT標記且符合(GB16897-1997);其它狀態符合錢江指定狀態油管,如油管要求是金星,金龍,南京油管。

    (二)尺寸

    總成各項尺寸應符合總成的工作及裝配尺寸。最低應符合檢驗指導書上的尺寸要求。

    (三)性能

    1:根據國家標準QC/T655-----2005GB/16897-----1997規定,液剎總成應符合以下的項目要求:

    部件名稱        項目

    制動器總成        密封性

            常溫動作耐久性

            高溫動作耐久性

            低溫動作耐久性

            表面質量

            制動性能

    制動主缸        低壓氣密性

            高壓密封性

            真空密封性

            活塞無效行程

            油池密封墊跟隨性

            耐壓強度

            后視鏡座強度

            震動耐久性

    制動鉗        低壓氣密性

            高壓密封性

            滑動阻力

            拖滯回轉扭矩

            液壓剛性

            耐壓強度

            扭轉疲勞強度

            振動耐久性

    制動軟管        最大膨脹量

            爆裂強度

            與制動液的相容性

            撓曲疲勞強度

            抗拉強度

            吸水性

            耐低溫性

            耐臭氧性

            接頭的耐腐蝕性

    制動蹄        蹄塊強度

            粘結剪切強度

            制動片摩擦性能

            表面質量

    其中制動性能要求應包括:制動器基本要求,制動器性能(制動器的操縱力、磨合前制動效能、磨合試驗、磨合后的制動效能、熱衰退性能、熱恢復性能、最終效能、水衰退性能、水恢復性能等)

    詳情見附錄

    2:主要零部件的材料性能

    1)油泵體和制動缸由于要經受高壓,制動鉗口在7Mpa±0.2MPa變形≤0.35mm,為控制變形,采用剛性較好的ZL111材料。

    2)液剎手柄要求韌性較好,要達到國家標準255N不變形、343N變形量少于5 mm、558N不折斷的要求,一般采用ADC6生產,但考慮ADC6生產時脫模困難,有些廠家采用ZL101。

    3)由于液壓系統不充許橡膠件在使用期內出現老化現象,采用耐熱性、抗老化、耐臭氧、安定性絕佳的三元乙丙膠。

    4)制動液采用符合國家14項強制標準――外觀、平衡回流沸點、濕平衡回流沸點、運動黏度、PH值、液體穩定性、腐蝕性、低溫流動性、蒸發性能、容水性、液體相容性、抗氧化性、橡膠相容性、行程模擬性能的合成型DOT3制動液或DOT4JG4JG5),而不采用低溫粘度大、平衡回流沸點低、易產生氣阻、與水互溶性差、易氧化變質的醇型制動液或不能與水及合成制動液混溶、易產生氣阻的礦油型制動液。

    5)制動蹄塊采用半金屬摩擦材料。其材質配方組成中通常含有30%~50%左右的鐵質金屬物(如鋼 纖維、還原鐵粉、泡沫鐵粉)。半金屬摩擦材料因此而得名。是最早取代石棉而發展起來的一種無石棉材料。其特點:耐熱性好,單位面積吸收功率高,導熱系數大,能適用于汽車在高速、重負荷運行時的制動工況要求。但其存在制動噪音大、邊角脆裂等缺點。

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