底盤專業問題第六篇---- Braking Caliper Structure

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時間進入了五月，我們的底盤話題也進入了第六篇。今天我們聊一個比較小的話題，關於制動鉗（Caliper）上的一些結構細節。『佛系』講求因果，其實在工程上難道不是如此么？任何一種設計、布置、結構必定是為了解決某個問題而存在的。

作為主機廠的工程師，對於卡鉗，未必真有機會去參與結構開發。但對於卡鉗上的一些微觀結構，我們還是有必要了解。

一 卡鉗布置

關於制動鉗在車輪圓周上的布置，上一篇當中已經解釋過了，在此就不再贅述。算了，還是再唐僧一次，就是卡鉗後置比前置好，好，好......

我們還是來看看制動鉗在車輪軸向上的布置。如果車輛上了台架，我們可以觀察一下制動盤和輪胎的軸向位置關係。

在前面文章以及制動系列課件中已經講過，制動鉗和制動盤之間的摩擦力我們可以抽象成作用在制動盤面中心的一個集中力（綠色）；輪胎和地面之間的摩擦力，可以抽象成作用在輪胎中心（接地點中心）的一個集中力（紅色）。

如上左圖，如果制動盤面和輪胎中心有偏距的話，制動盤面的摩擦力（綠色）和輪胎和地面之間的摩擦力（紅色）將會產生一個彎矩。雖然這一力矩屬於系統內力，並不對車輛的行進造成影響。但這個彎矩卻是 實實在在的作用制動盤、軸承、轉向節之上，無疑這些部件將承受更多附加的載荷。

如果我們在布置時稍加註意，將制動盤盤面與輪胎中心儘可能重合，就可以很好的解決了這一問題，如上中圖。在實際工程中，很多也是這樣布置的，如上右圖。

二 偏磨問題

對於一些性能車來說，壓榨各種極限性能是必須的。所以不單要布置上完美，單件的性能上也要追求。如果有機會你去觀察一下性能車的制動鉗，通常你會發現一個奇怪的現象。活塞大小不等、位置不均....

通常在前進方向上活塞更大、或者活塞更密...這是為何？？其實這是為了解決一個制動摩擦片圓周方向偏磨的問題。

What(一臉懵逼？) , 你在說什麼？？？？

好吧！還是老規矩，一言不合咱就就來個受力分析......

如下圖，我們將制動時的摩擦片、制動盤以及制動鉗支架拿出進行分析。作用在摩擦片兩側的夾緊力（紅色箭頭）使得摩擦片和制動盤（藍色）之間產生了切向摩擦力(黃色細線箭頭),而摩擦片的支撐點（紫色三角）和摩擦片之間存在一個偏距（摩擦片厚度）。所以在此處會產生一個力矩(橙色),這一力矩會讓摩擦片繞著支撐點翻轉，這一翻轉力矩會將摩擦片壓向制定盤，但產生的壓力卻不均勻（黑色細線箭頭），讓摩擦片後端的壓緊力大於前段....摩擦材料壓力大的地方，磨損當然更快。久而久之，摩擦片就會成為右側所示的樣子了。

要命的是，這一力矩幾乎是無法消除，因為

1 . 摩擦片的支撐點永遠不肯定在摩擦面上;

2. 摩擦材料不能做太薄而不耐磨，現在一般的維修經驗都是2-3W公里才更換摩擦片（通常9-11mm厚）。總不能幾百公里讓客戶去換一次摩擦片吧！那也太坑爹了。

攻城獅，這種神奇的 動物 存在的價值，就是解決問題。既然上面所述的這種力矩無法消失，那我們是不是可以將本身施加在摩擦片上的液壓夾緊力重新分布一下，讓最後的合力趨於均布？ 答案是自然的。所以才出現了多活塞卡鉗的大小缸徑配置, 如下圖所示。最終作用在摩擦片上的合力(綠色)更均勻。

可是，問題又來了，對於這種多活塞的卡鉗。我們可以簡單的用這種活塞直徑的差異，來解決壓力分布問題，那麼如果是單活塞呢？ 其實有上了上面的啟發，估計很多人已經想到了。。。其實就是把活塞偏置.....

具體案例如下圖，日本愛德克斯的一款制動鉗產品活塞偏置。

當然，上面的無論是大小活塞、還是活塞偏置，不可避免的都帶來一個問題！成本的上升......所以在一般的乘用車上，似乎更傾向於用一種退而求其次的方法。

你以為這樣就結束了嗎？當然還沒有，點擊此處閱讀原文

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