盘式制动器摩擦材料的性能.doc

盘式制动器摩擦材料的性能 Pradnya Kosbe, Chittaranjan More Department of Mechanical Engineering ,Pune University Jayawantrao Sawant College of Engineering, Pune, India. 摘要： 摩擦材料的作用是在各种速度、压力和温度的条件下为制动器提供一个稳定的摩擦系数和较低的磨损率的环境。同时摩擦材料必须和制动盘材料相兼容以减少与之的磨损、振动和刹车噪音。并且摩擦材料满足所有的这些条件之外，还需要合理的成本和较小的误差方法。材料的选择往往要基于经验和反复试验，不断摸索。本文主要来探讨机动车辆盘式制动器摩擦材料的性能。这些材料有不同的基线校准和平均摩擦系数等摩擦性能参数。在这里所研究的的物理特性均参照印度标准。最后根据所观察到的摩擦现象对相关结果进行讨论。 关键词：盘式；制动器；摩擦系数；速度 Ⅰ 简介 制动器的工作原理是将汽车的动能转化为热能并将热量散失到环境中从而使车辆减速。作为汽车的零件，制动器摩擦材料在如防腐，质量小，寿命长，噪音低，摩擦稳定，磨损率低和高性价比方面有更严格的要求。 1897年发明了第一种制动片摩擦材料。这种材料主要成分是一种棉制材料，浸渍上了沥青，不仅用于早期汽车，还用于马车轮子。这项发明直接促成了菲罗多公司的成立，这个公司至今仍生产供应摩擦材料。这些制动片材料最初是编织出来的但在20世纪20年代时被一种浇铸的材料所代替。这种浇铸材料包含一种轻石棉纤维，这是一种丰富的矿物。20世纪50年代提出了胶合金属线性材料，到了60年代所谓的半金属材料得到发展。这些材料中都包含了比较多的金属。 在过去的20年里，汽车业的高速发展的同时伴随着速度，载重量和引擎功率的增加。制动器中所用的摩擦材料，按设计要求在各种操作速度，压力和环境条件下，必须具有一个稳定的摩擦系数和比较低的磨耗率。这些摩擦材料同时必须和制动盘材料兼容以减少刹车中大范围的磨损，振动和噪音。这些要求应该以合理的成本和最小的环境负荷来达到。一件商业制动摩擦片通常包括超过10个不同的组成部分。这些组件的选择通常依据经验或者检误法来制成一种新的摩擦片。 制动器衬片 盘式制动片包括铆接着或粘接着制动片的钢背板。制动片由石棉（石棉纤维填充）或者半金属（金属颗粒填充）摩擦材料组成。许多新的汽车，特别是那些前轮驱动的汽车使用这些半金属衬片。半金属衬片能够在不改变它们摩擦性能的情况下承受比较高的操作温度。 摩擦材料可以视为是安德孙列为的有机的，碳基的，金属复合材料。其中第一种主要用于汽车行业。根据伯格曼和艾尔以及杰克和安尔的研究，一件有机制动片里包含多达25种的组件，它们统称为摩擦材料。这些组件可以分为五类： 由粘合剂和其他材料组成的矩阵 纤维 包括金属 的摩擦改进剂 提高工艺性能的矿物填料 固体润滑剂 粘合剂通常含有一种热固性聚合物，可能添加一些橡胶和树脂。安德森指出有三种使用的纤维：石棉纤维，无石棉有机纤维和树脂金属纤维（半 或者半金属）。出于对健康问题的考虑和公众意识的逐步觉醒，近年来人们越来越关注无石棉有机纤维的摩擦材料。金属微粒用来控制损耗和摩擦材料的热力性质。固体润滑剂则用来稳定摩擦系数。摩擦材料中采用的五个组成部分的精确混合比例取决于磨损，操作温度范围和所要求的摩擦系数。文献中所讨论的操作温度范围从零度到五百度。在这个温度范围的上限，摩擦材料的磨损率呈指数增加。 摩擦衬片材料的分类 一件商用的刹车片通常包含20多种不同的组成部分。通常使用的有四种制动衬片： 添加石棉的有机制动衬片 半金属或者树脂粘结金属刹车片：50% 重量%金属含量 低金属含量：50 重量％的金属含量。 无金属衬片：不含金属 制动器中石棉的管理和使用现状 医学研究表明石棉纤维被人吸入肺部，会引发呼吸问题。1986年美国环境保护署公布了一项提议禁止石棉的使用。这项禁令本要求所有的新型汽车到1993年9月应该使用无石棉制动器。至1996年零件市场必须转向使用非石棉材料。美国环境保护署的这项提议在联邦法院被推翻，但是它却使很多摩擦材料供应商和汽车生产商选择不再使用石棉。 材料成分和配方组成的选择在很大程度上都依赖于经验。最近又报道了几种以优化多成分的摩擦材料的方法。考虑到制动振颤，褪色，恢复和耐磨性等和制动相关的因素，对这些组成部分的摩擦性能和它们的协同效应也进行了研究。然而关于物理性质分析，摩擦材料成分，性能和磨损特性的分析仍然非常有限，这一方面是专利的原因，另外一方面则是因为很难从复杂的材料系统中得到明确的结论。 无石棉有机制动衬片 低金属和无金属制动刹车片经常被叫做无石棉有机制动衬片。一件典型的无石棉有机