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摩托车碟刹总成结构原理和常见故障问题解答?
摩托车碟刹总成结构原理和常见故障问题解答

液刹总成
一:综述
摩托车制动圈轮毂刹车圈就是刹车,是使机械中的运动件停止或减速的机械零件,俗称刹车、闸。制动器主要由制动架、制动件和操纵装置组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。
摩托车制动圈轮毂刹车圈是保证摩托车安全行驶的重要部件,它的作用是控制行驶中的摩托车的车速,并在紧急情况下,使摩托车在最短的时间(距离)内稳定可靠的停止行驶。
二:摩托车制动圈轮毂刹车圈的分类及优缺点分析
(一)制动器的分类
摩托车制动器一般为常开操纵机械摩擦式,可分为内胀蹄式制动器(又称鼓式制动器或鼓刹)和液压盘式制动器。在液压盘式制动器中按制动钳的特点可分为固定钳式和浮动钳式。按制动油缸的数量可分为单缸、多缸制动器,按制动油缸的布置结构可分为油缸单侧式制动器与油缸对置式制动器两类。
1:鼓式制动器:
优点:鼓式制动器有良好的自刹作用,由于刹车来令片外张,车轮旋转连带着外长的刹车扭曲一个角度,刹车来令片外张力(刹车制动力)越大,则情形就越明显,因此,一般大型车辆使用鼓式制动器,除了成本较低外,大型车于小型车的鼓式制动器 ,差别可能只有大型车采用气动辅助,而小型车采用真空辅助来帮助刹车。鼓式制动器制造技术层次较低,也是最先用于刹车系统,因此制造成本要比碟式制动器要低。
缺点:由于鼓式制动器刹车来令片密封与刹车鼓内,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。鼓刹最大的缺点是下雨天沾了雨水后会打滑,造成刹车失灵。
2:盘式制动器
优点:由于刹车系统没有密封,因此刹车磨损的碎屑不会沉积在刹车上,碟式上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,此外由于碟式刹车的零件独立在外,要比鼓式刹车更易于维修。盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。特别是告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,盘式制动器比鼓式制动器更容易在较短的时间内令车停下来。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。
缺点:碟式刹车除了成本较高外,基本皆优于鼓式刹车。对制动器和制动管路的制造要求高,摩擦片损耗量大,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。
从以上分析可以看出,盘式制动器相对于鼓式制动器更适于摩托车使用,因此盘式制动器在摩托车上的使用也成为一种流行。
一般情况下,当摩托车的排量小于125ml时,前后轮均采用鼓式制动器;当摩托车的排量在125~250ml范围内时,前轮采用液压制动器,后轮采用鼓式制动器;对于排量大于250ml的摩托车,前、后轮都采用液压制动器,甚至在某些中、大型摩托车及部分赛车上,前轮还采用双盘液压制动器。
(二)盘式制动器的分类
液刹按结构可分为固定钳式和浮动钳式两种
1:固定钳式
固定钳式液刹制动盘两侧有对称的两个活塞。制动时,制动主缸中的制动液同时进入制动油缸,推动两个活塞移动,压紧制动盘。在这种结构中,制动油缸的制动活塞有两个,制动液需要左右连通,加工工序增多,难度增大,成本提高。制动盘内侧需要设置油缸和活塞,使车轮与制动盘距离增大,也增加了设计难度。另外,固定式制动钳要求制动活塞的运动方向与制动盘垂直,若稍有歪斜,使制动蹄块与制动盘不能全面贴合,会导致制动时产生噪声与振动。固定钳式的优点是制动活塞的移动量可以任意选定。
2: 浮动钳式
浮动钳式油缸布置在制动盘的一侧,一块制动蹄块安装在活塞上,称为活动制动蹄块,另一块安装在钳体上,称为固定制动蹄块。制动钳通过支架安装在悬架上。制动时,活动制动蹄块在油缸内油压作用下由活塞推动压靠住制动盘,同时,制动盘对活动制动蹄块的反力将整个制动钳推向反方向移动,使固定制动蹄块也压靠在制动盘的另一侧,直到完全制动为止。这摩托车制动圈轮毂刹车圈因为只有一个油缸,所以体积小、质量轻、结构简单,在摩托车上应用较多。解除制动时,油缸内油压下降,活塞右移回原位,活动制动蹄块离开制动盘,制动盘对钳体的反作用力消失,使得固定制动蹄块与制动盘之间的压力下降为零。与固定钳式不同,浮动钳式只有单侧一个油缸,不用跨越制动盘的油管或油道,故制动钳的刚性好、体积小质量轻、结构简单。
三:液刹的构成
摩托车液压盘是制动系统主要由制造油压的油泵,传输压力的制动油管,制动时夹紧制动盘产生制动力的制动缸组件和制动盘组成。制动盘安装于车轮毂上,遂车轮转动,为运动件,同时也又是制动力承受零件;制动油泵,制动油管和制动钳为静止件,又是制动力促动零件;静止的制动钳夹紧运动的制动盘,既使之产生制动力,使车轮减速,直至停止运动。(如下图所示)
(一)油泵体组件由油泵体液刹手柄、柱塞防尘四罩,柱塞、前皮碗、后皮碗、柱塞回位弹簧、刹车灯开关、油杯盖、油杯盖衬垫,油杯盖密封垫、油镜组成。

(二)制动缸组件由制动缸、大小导柱、联板、制动蹄块、活塞、矩形圈、防尘罩、制动蹄块固定轴、放气螺钉、导柱防尘罩等组成。

(三)制动油管是由制动软管、固定螺栓、防漏垫片组成。

(四)制动盘
制动盘的结构设计
1,制动盘摩擦外径与其轮辋之比为D/d
前轮 0.4~0.45
后轮 0.38~0.42
一般<250ml摩托车前盘的外径为150~250mm,≥250ml摩托车前盘外径为240~336mm(单盘),245~320mm;后盘外径为210~250mm。
2,制动盘厚度:一般为3.5~5.0mm,双盘薄,单盘可厚一些(6.0~7.0mm)后盘为5~6mm。
3,制动盘摩擦面上设计有通风孔,不仅可以通风散热,且可减小质量10%左右,可增大摩擦因数,保证制动安全性,还可改变固有频率,防止制动噪声等,以及排挤制动盘与摩擦衬片间的泥沙。
4,制动盘选材,一般为2Cr13和1Cr13,1Cr13耐蚀性比2Cr13好,见加工性稍差。硬度要求HRC36±3,平行度和跳动不大于0.05mm(国外最好达到0.02mm)。
四:液刹的工作原理及动作过程
(一)液刹的工作原理
液压摩托车制动圈轮毂刹车圈是利用杠杆原理和帕斯卡尔定律传递并增大操纵力,对车轮产生制动转矩,以摩擦原件之间的摩擦阻力将行使种摩托车的动能(有时含势能)转化为摩擦热能,依靠摩擦原件吸收与释放热量,来达到减缓车速或直至停车的目的。
请参考下图:
左端为把手总泵活塞,右端为卡钳活塞,假设两边的管横截面积分别为A1与A2。当压下刹车把手时,两边的位移量分别为H1与H2,因液刹油无法被压缩,故两边移动的液体必须等量,因此:
A1 x H1 = A2 x H2
此外,左方所施加的压力(P1)会等于右方所承受的压力(P2),各可表示为
P1 = P2
P1 = F1/A1, P2 = F2/A2
其中F1为刹车手把对柱塞所施加的力量,而F2为制动钳活塞对制动蹄块所作用之正向力,再利用摩擦力(Fb)等于正向力乘于摩擦系数(Cn)
Fb = F2 x Cn
这个摩擦力即是我们所谓的刹车力道,综合上述公式可表示如下:
Fb = 2×F1 x Cn x (A2/A1)
虽然这边没考虑到把手对油泵体柱塞的杠杆比,但上面的公式告诉我们,要达到比较大的刹车力道,可以利用下面几种方式
(1) 加大F1:更用力的拉刹把 
(2) 增加Cn:让摩擦系数系数变大,可以采用不同的液刹盘或者改制动蹄块。
(3) 提高A2/A1:A2/A1这个比值我们称之为油压放大倍率。(这个值通常在原厂设计该组碟刹时就考虑进去。)理论上,越小的油泵体柱塞(A1),越大的制动钳活塞(A2)可以得到较大的刹车力道。这也是为什么重度用途的碟刹会使用到四活塞的设计,越大的油压放大倍率在相同条件下可达到比较大的刹车力道;但最上面的公式告诉我们,高放大倍率的设计,制动钳活塞所走的距离也比较短,因此它的制动盘对制动钳的对准要比较精确;另一方面,整个碟刹油路也并非完美刚体,例如油管可能会因压力而稍微膨胀,若总泵活塞所推出的油太少无法克服这个体积,那么活塞推动的力道都被油管膨胀给吸收掉,会出现手感软,刹车无力。
增加碟盘大小是最常见也最方便用来提高刹车力道的方式,但盘片所增加的刹车力道其实并没有你想象中的大。举个最极端的例子,假设原来使用的是160mm 的碟盘,若改成203mm的碟盘能提高多少的力道呢?改变碟盘大小就是改变来令片施力点到轮轴中心这段的力臂大小,若假设施力中心是在碟盘边缘往内5mm 的地方,则原来的力臂即为160/2-5=75mm,更换后的力臂长为203/2-5=96.5mm,新的力臂为原来的96.5/75=1.287,也就是说单纯考虑碟盘增大所增加的刹车力道为原来的28.7%,似乎比起它带来的视觉震撼还少了许多呢!不过,事情也不是那么悲观,因为摩擦力所做的功=摩擦力x作用距离,其中作用距离正比于碟盘直径,因此大碟盘还是有"能在越短的轮胎转动距离把车子刹停"的好处。
(二)液刹的工作过程
下面就以前液刹为例,介绍一下液刹的动作过程。手握动液刹手柄,推动柱塞往内运动,当装在柱塞上的前皮碗到达并封住油泵体上的0.5孔时,制动油路开始封闭,形成压油腔,柱塞继续往内运动,系统内开始产生压强,油液压力即升高,根据帕斯卡原理,密闭系统内的液体压强处处相同,油液压力通过制动油管传递到制动油缸内,活塞开始受到制动液的压力,活塞开始推动活动制动蹄块向制动盘运动,(在制动缸矩形密封圈安装槽外侧加工了一圈倒角,由于矩形密封圈内侧受到制动液的压力向倒角产生弹性变形。)当活动制动蹄块碰到制动盘时,制动缸组件受到制动盘的反作用力,向反方向运动,使固定制动蹄块也压靠在制动盘的另一侧,(这时手感会有一明显硬点)制动蹄块与制动盘之间开始产生摩擦力(即制动力),阻止前轮转动,当然,手握力越大,制动力也越大;松刹时,手松开液刹手柄,柱塞由于回位弹簧的作用,迅速往外运动,此时前皮碗前侧便会形成瞬间真空,前皮碗由于受柱塞孔壁摩擦力和真空吸力的作用,产生收缩,此时储油室油液从旁通孔经活塞进入皮碗右侧,并且从皮碗边缘与油缸壁之间的间隙流入压油腔以填补真空,同时0.5孔也起到了补液作用,同时制动油管内油液也流到制动泵缸内,使油管压力降低,此时,活塞受到的推力消失,对矩形密封圈的作用力也就没有了,制动蹄块与制动盘之间摩擦力也没有了;矩形密封圈要恢复原形,带动活塞回缩,给制动盘转动留出间隙,活塞回缩推动制动液回到油泵体,此时便多出来一部分油便经过0.5孔回到油杯内。在这里要注意一点,制动缸上的倒角大小一定,所以矩形密封圈的弹性变形也一定,当因为蹄块磨损使得活塞的推出量超出矩形密封圈的弹性变形时,矩形密封圈与活塞间便产生滑动,使得活塞的推出量大于活塞的回复量,系统内的空间便加大了,而这一部分空间就要由制动液来补充,因此,制动后由0.5孔溢出的油量便小于补入的油量,经过长期使用,油杯内的液面便慢慢下降;液面的下降必须要有东西来补充,否则便会形成真空,阻止液刹向制动缸补制动液,造成液刹疲软,刹不住车。因此,在油杯盖密封垫上设计了很多折皱,同时,在油杯盖上还专门设有气道,使油杯盖密封垫上部空气与外界相连,液面下降时,油杯盖密封垫上下的压力差迫使拆皱打开追随液面下降,油杯盖密封垫的这种特性我们称之为追随性。
摩擦间隙的密封圈式自动调整
液压制动的摩擦片在于制动盘在使用一段时间后,必然会产生一定的磨损,其磨损量直接影响液压制动的制动性能。为了恢复液压制动的制动性能,必须对摩擦原件之间的摩擦间隙进行调整。摩擦片在制动后,主要是依靠泵体内压缩弹簧的伸张形成缸体内油缸负压及密封圈的弹性变形复位。密封圈的另一作用即是自动调整制动盘与摩擦片之间的间隙,下图a\b\c分别为制动盘和摩擦片在起始制动及复位时状态。制动盘与摩擦片在磨损后的(d\e \f图),通过油缸活塞与密封圈之间的相对滑移自动补偿其磨损量。矩形密封圈的三大作用:1,密封 2,回位 3,消除盘与蹄片之间的磨损间隙。
1/5 底板 2/4 摩擦片 3 制动盘 6 油缸活塞 7 防尘圈 8 矩形圈 9 缸体
五:液刹的要求
(一)外观
总成涂装表面无斑迹、裂纹、脱落、起泡等缺陷;所有零部件结合处不允许有漏油现象;制动液面应位于标识线内;手柄转轴、下泵油塞涂润滑脂;字迹标识清晰、美观,整体洁净无脏污;无错漏装现象;固定盖同泵体配合良好,无错位,外露橡胶件无老化;油管标识有3C及DOT标记且符合(GB16897-1997);其它状态符合钱江指定状态油管,如油管要求是金星,金龙,南京油管。
(二)尺寸
总成各项尺寸应符合总成的工作及装配尺寸。最低应符合检验指导书上的尺寸要求。
(三)性能
1:根据国家标准QC/T655-----2005及GB/16897-----1997规定,液刹总成应符合以下的项目要求:
部件名称 项目
制动器总成 密封性
常温动作耐久性
高温动作耐久性
低温动作耐久性
表面质量
制动性能
制动主缸 低压气密性
高压密封性
真空密封性
活塞无效行程
油池密封垫跟随性
耐压强度
后视镜座强度
震动耐久性
制动钳 低压气密性
高压密封性
滑动阻力
拖滞回转扭矩
液压刚性
耐压强度
扭转疲劳强度
振动耐久性
制动软管 最大膨胀量
爆裂强度
与制动液的相容性
挠曲疲劳强度
抗拉强度
吸水性
耐低温性
耐臭氧性
接头的耐腐蚀性
制动蹄 蹄块强度
粘结剪切强度
制动片摩擦性能
表面质量
其中制动性能要求应包括:制动器基本要求,制动器性能(制动器的操纵力、磨合前制动效能、磨合试验、磨合后的制动效能、热衰退性能、热恢复性能、最终效能、水衰退性能、水恢复性能等)
详情见附录
2:主要零部件的材料性能
1)油泵体和制动缸由于要经受高压,制动钳口在7Mpa±0.2MPa变形≤0.35mm,为控制变形,采用刚性较好的ZL111材料。
2)液刹手柄要求韧性较好,要达到国家标准255N不变形、343N变形量少于5 mm、558N不折断的要求,一般采用ADC6生产,但考虑ADC6生产时脱模困难,有些厂家采用ZL101。
3)由于液压系统不充许橡胶件在使用期内出现老化现象,采用耐热性、抗老化、耐臭氧、安定性绝佳的三元乙丙胶。
4)制动液采用符合国家14项强制标准――外观、平衡回流沸点、湿平衡回流沸点、运动黏度、PH值、液体稳定性、腐蚀性、低温流动性、蒸发性能、容水性、液体相容性、抗氧化性、橡胶相容性、行程模拟性能的合成型DOT3制动液或DOT4(JG4或JG5),而不采用低温粘度大、平衡回流沸点低、易产生气阻、与水互溶性差、易氧化变质的醇型制动液或不能与水及合成制动液混溶、易产生气阻的矿油型制动液。
5)制动蹄块采用半金属摩擦材料。其材质配方组成中通常含有30%~50%左右的铁质金属物(如钢 纤维、还原铁粉、泡沫铁粉)。半金属摩擦材料因此而得名。是最早取代石棉而发展起来的一种无石棉材料。其特点:耐热性好,单位面积吸收功率高,导热系数大,能适用于汽车在高速、重负荷运行时的制动工况要求。但其存在制动噪音大、边角脆裂等缺点。
七:液刹常见故障解析
1:液刹常见的问题有五类:液刹失灵,液刹抱死,异响,拖带和漏油。
(1)液刹失灵:液刹失灵有两大类:
A:制动蹄块摩擦系数偏小或制动蹄块沾有油污造成制动下降,这种现象经常会伴有长而低沉的“嗡——”刹车异响。
B:系统加压加不上去,系统加压加不上去又分为四种:
a) 系统漏油,包括油泵体制动缸有沙眼、油管漏,前皮碗破,油管密封圈破等等,泄漏不明显的话,刚刹车时照样会有硬感,但接下去手就会感到压力在泄漏。
b) 系统内进入了空气,由于空气有可压缩性,我们在刹车时便会首先压缩空气,造成刹车行程加大,制动无力,这种现象我们称为气阻。
c) 油杯盖密封垫的追随性差或油杯盖密封垫已追随到极限位置,造成油杯内真空度上升,这种现象我们在液刹的动作过程中已讲过。
d) 制动液变质或使用劣质制动液,造成制动液沸点下降,在长时间连续刹车产生的高温使制动液气化而造成突然刹车失灵。
(2)液刹抱死:液刹抱死分为两类,一类是由于油路堵塞引起,另一类是由于柱塞、油塞卡死引起,两类总的表现是油塞不回位造成长期刹车。
A:油路堵塞包含油管接头、油管、0.5孔堵塞。
B:柱塞、油塞:柱塞卡死主要是因为皮碗异常胀大,柱塞氧化引起;油塞卡死主要是油塞生锈,制动缸上的油塞孔加工粗糙引起。
(3)异响:一般制动时产生的噪音不应超过85dB,否则就是异响。异响问题比较复杂,主要分为三类,一类是制动蹄块与制动盘不匹配;另一类是制动盘与制动蹄块以外的零件相碰;还有一类各零件之间的间隙太大。
A:制动蹄块与制动盘不匹配:摩擦材料的摩擦系数偏高,达到0.45~0.5或更高时,极易产生噪音;制品材质硬度高或高硬度填料用量多时易产生噪音;刹车片经高温制动作用后,工作表面形成光亮而硬的碳化膜,又称釉质层。在制动摩擦时会产生高频振动及相应的噪音。
B:制动盘与制动蹄块以外的零件主要是零件的加工尺寸偏差或设计偏差造成。
C:各零件之间的间隙太大,形成撞击声。
(4)拖带:影响因素有四个:a:抱死的前期状态;b:连接叉与刹车踏板上的安装孔不对正,造成柱塞不能及时回位,系统压力不能及时卸除;c:活塞回复量不够,使得摩擦片与制动盘的分离度不够;d:刹车蹄片安装不到位,从弹簧上脱落,造成蹄片与制动盘摩擦。
(5)漏油:总成的各组成件间的配合有间隙或紧固螺钉松动。
2:摩擦片常见问题解析:
制动摩擦片是金属板上粘接摩擦材料而制成的,与制动盘材料(特殊不锈钢)形成良好的摩擦配合,是影响摩托车的制动性能的关键部件。
国内广泛采用铁和铜类纤维的非石棉材料和铜、铁、锡在高温高压下烧结成的粉末冶金金属材料,具有良好的水衰退恢复性能,高温下摩擦因数稳定性好,耐磨性好等优点,前者用于中小型摩托车上,后者用于大型道路、越野型摩托车。
对于烧结粉末冶金材料,由于导热性良好,摩擦热量会传给制动钳活塞,导致制动液温度升高,粘度下降。温度过高会丧失其密封性,所以在摩擦材料与金属板之间应装有一层隔热材料,以切断传热通路。
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