急~機械元件設計~來令片

Question

蝶式離合器來令片之磨號模式有兩種一為均勻壓力，一為均勻磨耗，請分別說明該二模式之意義與適用條件。

Answer 1

早在1907年紐約國際汽車展上，由駱駝毛髮、棉纖維與柏油及橡膠結合而成的煞車來令片被視為最新科技。殊不知此材料不耐高溫，如經劇烈使用將導致起火燃燒，人類尋求適當磨耗材料之旅才剛展開。
當然科技的進步是沒有止盡的，依照現況筆者簡單的分類，除了形成期以外簡單的區分為三個階段：第一個階段是石綿為主軸（添加樹脂為副材料）。第二個階段是以鐵纖為主軸（添加傳統纖維為副材料）。第三個階段是以強化纖維為主軸（添加特種金屬、陶磁為副材料）。
1935年石綿（Asbestos）被正式被發掘並使用於福特汽車上，石綿本身是一個相當適當的摩擦材料，相較於其它的傳統纖維，成本較低，並能提供較合理的磨耗，且不攻擊與損耗碟盤，而纖維抗拉強度與高級鐵纖維相近，可耐華氏數百度的高溫及對抑制噪音有一定的功能。
石綿材料一直被廣泛使用到1980年代。前驅車的大量生產造成對耐更高溫度來令片需求的增加，同時科學家也舉證石綿的積存效應會導致人體呼吸器官病變甚至於致癌，基於人體健康安全與性能兩方面之考量下，人們又開始尋求其他替代材質。目前石綿材質來令片已不多見，基於成本與材料取得考量，僅存於第三世界、落後開發中國家。
在性能上的考量，雖然石綿是個很好的絕緣、隔熱體，同時也可以說它對熱量無法分散而產生蓄熱現象，會導致過溫衰竭（Fade）使煞車效能迅速流失，摩擦係數μ在350℉/176℃後快速下降，也就是說過溫後煞車效率降低甚至失效現象明顯，如此煞車表現當然令駕駛人會有不快的經驗。漸漸的另外一種Metallic金屬系來令片於是被開發用來取代石綿。
（Metallic）全金屬材質原本被應用競賽或是高承載如卡車或坦克車上。製造方法乃將金屬粉末以高溫、高壓方式燒結（Sinter）而成，因此並不需要樹脂等膠合物，高溫不會產生汽化及（Fade）失效現象。但是初期制動（低溫制動）效果奇差，需要到達工作溫度後才有制動力。於是，綜合金屬系的高溫特點及傳統纖維系的低溫特性之半金屬系（Semi-Metallic）來令片被發展出來。
半金屬系（Semi-Metallic）來令片顧名思義含有大約一半金屬、一半合成纖維成分來綜合兩種材質的優點，較傳統纖維系更耐磨耗，更能抗溫昇失效，最佳使用於中、高溫。並大量使用於1970與1980年代前驅車上，其重量與煞車分配多在於車子前方，也就是說前煞車有較高的工作溫度。但是半金屬材質也有其最高溫溫度的限制，大約在1000℉/538℃，此時鐵纖維與摩擦材料會開始融化而黏結於碟盤表面。
金屬系及半金屬系材料中含有比例相當高的鐵質，一個簡單的方法就是可以用磁鐵來加以判別，金屬系來令片將具有較高的的磁性（來令片背板材為鋼板或是鐵板，當然會具有磁性，不過以吸力較弱的磁鐵從來令片的正面，也就是摩擦面去吸附就可以明顯的區分）。鐵質成分高即表示其硬度越高，產生噪音及攻擊碟盤的特性也較其他材質來令片來得明顯。此外，金屬系材質具較佳導熱性，雖然能幫助熱量的分散，也同時會將高溫傳到分幫活塞上而導致煞車油沸騰（一般的煞車油只耐溫約攝氏兩百多度）而導致煞車失效，因此金屬系來令片需具備隔離層（Insulation）來中介於金屬摩擦材料與背板間，來防止高溫回傳至煞車油。
越是對高溫性能要求的話，隔離層也相對的必須更厚，有效磨耗厚度也相對變少，這也就是為什麼來令片最低磨耗厚度各廠家規格不一。與其耐溫及隔離厚度相關，特別是金屬系來令片。而且往往為了性能、隔熱，將會犧牲到來令片壽命、有效厚度。
半金屬系材料經過不斷改進突破，也能在噪音及攻擊性上相近甚至超越傳統纖維系來令片。但在潮濕、侵蝕性的環境下，如在寒帶國家在下雪區域撒鹽以防止地面結冰（降低冰點）或是駕駛者停車不動一段很久的時間，有可能讓來令片與碟盤銹蝕結合，開動後感覺煞車踏板跳動，直到銹與粉塵被磨除為止。情況嚴重的話，有可能把摩擦材料從來令片背板上生硬的扯下，此時就必須更換新的來令片。筆者曾經使用過疑似泡水過期的來令片，結果在很短的時間內，來令片好像蒸蛋糕似的膨脹與剝落，當然的此時的安全保障可以說是近乎沒有。如能得知製造日期對消費者來講絕對是多一層保障，特別是含鐵較高的來令片。
事實上，非金屬系的材質也不斷地在演進，摩擦材料永遠在性能、耐用度、噪音上追求完美與中間平衡點，為了安全及性能往往把成本變成最後的考量。纖維系來令片從使用皮革、棉質材料直到發現石綿材質取代後，實際上並沒有停下來過，隨著科技的進步，以最初天然氫碳有機化合物（Organic）纖維演進到Synthetic全合成纖維。
參考網頁:
http://www.exzess.com.tw/serves_4.htm
機械元件設計~來令片

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