在轿车的制动系统中,由于鼓式制动器的一些缺点,鼓式制动器正在逐渐被盘式制动器所取代。盘式制动器的工作方式是利用制动摩擦片与制动盘之间的摩擦力来使车辆减速或停止,实施制动时,汽车的动能会转化成大量的热能。

图 1 平面式制动器
为了有效地降低制动时制动盘的温升,很多制动盘上都开有通风槽,这样就可以利用汽车行驶时的自然风散热。很多轿车的前轮采用了通风式制动盘设计,而后轮却采用了非通风式制动盘设计,这多数是基于降低成本的考虑,因为通风式制动盘的制造工艺相对复杂,价格也相对较高。通风盘可以分为:平面式制动盘(图1)、打孔式制动盘(图2)以及划线式制动盘(图3)。相对而言,平面式制动盘散热能力较低,打孔式制动盘的散热能力优于平面式制动盘。划线式制动盘的优点在于它的制动效果和散热能力都比较好,由于制动盘上分布有规则的线形沟槽,制动盘与制动摩擦片之间的摩擦系数大大提高,制动效果也就更好。传统的制动盘是由铸铁制造而成,随着各种新材料在汽车制造中不断得到应用,碳纤维制动盘和陶瓷制动盘也逐渐被人们所熟悉。

图 2 打孔式制动器

图 3 划线式制动器
铸铁制动盘
铸铁制动盘具有容易加工和耐磨性较好等优点,但是它也具有质量大和热稳定性较差等缺点。随着汽车零部件制造技术的发展,制动盘正向着质量更轻、摩擦系数更大以及耐久性更好的方向发展。
碳纤维制动盘
碳纤维制动盘被广泛用于竞赛用汽车上,例如F1赛车上。它能够在50 m的距离内将汽车的速度从300 km/h降低到50 km/h,此时制动盘的温度会升高到900 ℃以上,制动盘会因为吸收大量的热能而变红(图4)。碳纤维制动盘能够承受2 500 ℃的高温,而且具有非常优秀的制动稳定性。

图 4 制动盘吸收热能而变红
虽然碳纤维制动盘具有性能卓越的减速性能,但是目前在量产的汽车上使用碳纤维制动盘却并不实际,因为碳纤维制动盘的性能在温度达到800 ℃以上时才能够达到最好。也就是说,必须在行驶了数公里之后,汽车的制动装置才能进入最佳工作状态,这对于大多数只是短途行驶的车辆并不适用。另外,碳纤维制动盘的磨损速度很快,制造成本也非常高。
陶瓷制动盘
由于陶瓷具有质地坚硬、耐磨性好以及抗高温等优点,因此由陶瓷制成的产品在汽车上不断得到应用。利用陶瓷在高温下具有良好的刚度和形状变化很小的特性,陶瓷被制成了制动盘、三元催化器、涡轮增压器的涡轮和泵轮、轴承、发动机活塞以及气门等部件。大众公司从2005年开始在奥迪A8 W12轿车上使用了陶瓷制动盘(图5)。

图 5 奥迪A8使用了陶瓷制动盘
事实上,采用铸铁材料制造制动盘相对更容易一些,只需要经过铸造过程和简单的机械加工就可以完成,而用陶瓷制造制动盘的过程则要复杂得多。首先,需要将碳纤维和合成树脂以及其他液态聚合物混合在一起,再注入模具中压缩,冷却烘干后使之成为坚硬的制动盘毛坯。将毛坯放入充满氮气的高温分解炉中加热至1 000 ℃,直到碳聚合物完全转化成碳元素,这样就制成了碳纤维制动盘。最后一步是将碳纤维制动盘置于硅化炉中,加热到1 500 ℃,使制动盘的表面吸收液态硅,冷却后制动盘的表面就形成了硅碳化合物,也就是通常所说的陶瓷材料,这种材料的硬度几乎和金刚石一样。同时,这种陶瓷制动盘内部的碳纤维材料可以使制动盘具有很好的刚度。
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