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用銷磁盤磨損試驗(yàn)機(jī)測試離合器面的摩擦性能試驗(yàn)
摘要
在離合器接合的期間，滑動(dòng)接觸發(fā)生在一對安裝在摩擦盤的離合器面與屬于飛輪和壓盤的計(jì)數(shù)器面之間【一對安裝在摩擦盤的離合器面與屬于飛輪和壓盤的計(jì)數(shù)器面發(fā)生了接觸】，所傳遞的摩擦轉(zhuǎn)矩與綜合的摩擦系數(shù)成比例關(guān)系，這個(gè)摩擦系數(shù)主要取決于溫度，正壓力和相對滑動(dòng)速度，在這個(gè)過程中，有關(guān)于摩擦系數(shù)的行為正在進(jìn)行試驗(yàn)研究。商業(yè)離合器面的樣品材料已經(jīng)用銷盤磨損試驗(yàn)機(jī)測量，如果前面三個(gè)參數(shù)預(yù)置常數(shù)，這款機(jī)器提供了自動(dòng)采集的摩擦系數(shù)和磨損測量。所得到的結(jié)果與經(jīng)典的SAE J661a標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)比較?？梢园l(fā)現(xiàn)實(shí)際的離合器摩擦面在一次運(yùn)行過程中有一個(gè)更好的抗褪色性能和一個(gè)更加穩(wěn)定的摩擦系數(shù)。
關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;熱;機(jī)械;摩擦性能;離合器摩擦片
1、引言
僅僅為了一次間歇期，車輛的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要從主軸傳動(dòng)到次級齒輪箱，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作，在這個(gè)兩個(gè)組件之間安裝離合器是不可缺少的。離合器的功能是使從動(dòng)軸產(chǎn)生一個(gè)緩和的、逐漸增加的角速度，直到馬達(dá)和齒輪箱的連接完全實(shí)現(xiàn)為止。然后這個(gè)離合器必須充當(dāng)一個(gè)經(jīng)常性的連接傳送裝置，從從動(dòng)軸到車輪，全部的機(jī)械功率沒有滑動(dòng)損失。
在干式離合器的接合動(dòng)作中，在一對安裝在摩擦盤的離合器面與屬于飛輪和壓盤的計(jì)數(shù)器面之間發(fā)生了短暫滑動(dòng)接觸，通過這個(gè)接合過程，熱量在接合面產(chǎn)生，導(dǎo)致溫度開始上升。在頻繁動(dòng)作的案例中，溫度上升是一個(gè)非常重要的方面。為了完成一個(gè)高效的正常的結(jié)合動(dòng)作，離合器襯片材料的良好性能如一個(gè)穩(wěn)定和足夠高的摩擦系數(shù)是被需要的。由于摩擦系數(shù)的突然下降而產(chǎn)生的衰褪現(xiàn)象作為溫度上升導(dǎo)致的結(jié)果必須去避免。摩擦系數(shù)在運(yùn)行過程中隨著時(shí)間的變化量或由于材料的磨損引起的變量也必須被限制。
除了溫度之外，其他因素也可能影響摩擦系數(shù)的水平。它們與非均勻性的接觸表面，化學(xué)反應(yīng)或物理變化有關(guān)。但是這些因素既復(fù)雜又不可重復(fù)。事實(shí)上，它們的效果可能被綜合的考慮通過摩擦系數(shù)公差的設(shè)定。
為了表征離合器摩擦片的摩擦磨損試驗(yàn)性能，很多標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)測試通常由制造商來執(zhí)行：如歐洲的遇雷貝斯托測試，日本的JIS D-4311和美國的SAE J661a測試。但是，這些測試的大部分既很長又昂貴，這個(gè)使得他們很困難在真實(shí)研究上使用和發(fā)展。所以他們在評估材料的商品規(guī)格時(shí)，只有最后階段才使用這些測試。其他更具有成本效益的基礎(chǔ)測試應(yīng)該被用來方便快捷的了解磨損行為。
如果是摩擦產(chǎn)品，著名的快速測試是一個(gè)快捷且廉價(jià)的測試。然而，它會(huì)遭受上光效果，在快速測試中，這個(gè)效應(yīng)會(huì)在由于缺乏聚合物清洗摩擦表面而經(jīng)常遇到。顯然，上光通常與產(chǎn)品實(shí)際情形沒多大關(guān)系，因?yàn)槟Σ帘砻嬖谀Σ廉a(chǎn)品的服役中會(huì)被經(jīng)常清洗。
在一些特殊的案例中，如金屬對和PEEK-CF30/鋼鐵，銷盤磨損試驗(yàn)被證明是最有效的測試配置之一，它允許進(jìn)行一個(gè)可靠的和快速的摩擦系數(shù)和磨損試驗(yàn)。
在這項(xiàng)工作中，為了去研究商業(yè)有機(jī)離合器面的干摩擦行為，我們調(diào)查有機(jī)會(huì)去使用銷盤磨損試驗(yàn)，這種離合器面通常根據(jù)散布的傷口狀況來制造。為了這個(gè)目的，特殊的離合器面材料樣品有磁盤的形式，而且，由鋼鐵做的特殊的銷也被制造。相比于慣常的使用銷盤儀器，這個(gè)相反的操作配置被選中是為了去執(zhí)行摩擦和磨損試驗(yàn)。這些情形被認(rèn)為是使摩擦表面清潔并且避免人為上光。
通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)研究了摩擦系數(shù)作為溫度，滑動(dòng)速度，滑動(dòng)距離的函數(shù)的特征性能。負(fù)載壓力幾乎保持恒定，磨損也被視作為前面參數(shù)的函數(shù)。
獲得的結(jié)果呈現(xiàn)在接下來的表格中，它給出了摩擦系數(shù)，L代表滑動(dòng)距離，溫度T和滑動(dòng)速度設(shè)置不變，然后與傳統(tǒng)的SAE J661a test相比較。與眾不同的是，他們的結(jié)果顯示沒有在測試中出現(xiàn)上光效果。這些摩擦產(chǎn)品被發(fā)現(xiàn)具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)并且不會(huì)有褪色現(xiàn)象。
2、離合器面的材料說明
2.1 離合器摩擦材料配方及制造工藝
有機(jī)離合器面試復(fù)合材料，最常見的制造方法是根據(jù)散布的傷口過程。首先，給一個(gè)平衡公式，它包含了配備有銅帶的玻璃纖維紗，目的是為了增加導(dǎo)電性和釋放來自動(dòng)作過程中離合器表面的散熱。這個(gè)配方也包含了大量的浸漬混合物成分，其包含大約15中原料。這些材料被放置在含有30%的浸漬混合物中的酚醛樹脂所粘結(jié)。
這個(gè)制造步驟如下所示：
（1）、浸漬 紗布放置在填滿浸漬溶液的浸漬罐中。通過加入有機(jī)溶劑以改善紗布的吸收性能從而提高粘性。
（2）、排水和初步烘烤 把紗布浸漬架從浸漬液中舉起來使他在一個(gè)循環(huán)烤箱中烘干，以移除多余的溶劑和產(chǎn)生相對剛性的紗。
（3）預(yù)成形 這需要一個(gè)自動(dòng)預(yù)成型機(jī)和特殊壓板。烘干的紗布被迫形成一個(gè)模版，其能夠使預(yù)成型件表面的無知分布均衡。
（4）、平面按壓和最后的烘烤 預(yù)成型件放入一個(gè)加熱模具并且在一個(gè)短的固化周期內(nèi)施以高壓。然后，環(huán)堆成堆在一個(gè)平面上，在重力作用下保持平坦，并在一個(gè)漫長而平緩的固化期期間放入爐中。
（5）、研磨至規(guī)定的厚度然后旋轉(zhuǎn)然后鉆孔 在一個(gè)雙盤磨床上研磨，。然后，這些環(huán)被放置在鏜桿上以使它們有所需要的直徑。
2.2 離合器面的形態(tài)
離合器面一般是非常復(fù)雜的，但是它大致可以通過三維追蹤來定義，這一點(diǎn)可以通過在預(yù)成型操作期間浸漬紗布來實(shí)現(xiàn)。由于某些變形在成型期間發(fā)生，或因?yàn)樵谘心ゲ僮鞯臅r(shí)候需要材料的移除，所以，一些違規(guī)行為可能影響總體的紗線追蹤。在實(shí)際的預(yù)成型機(jī)中，紗布追蹤的結(jié)果來自疊加的兩個(gè)基本的管道運(yùn)動(dòng)：角頻率為的徑向正弦轉(zhuǎn)化運(yùn)動(dòng)和速度為的永恒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。定義了預(yù)成型的比率，這個(gè)參數(shù)很大程度上控制了離合器面的形態(tài)。
對于一些被給的材料配方和一些離合器面的對應(yīng)于外徑，內(nèi)徑，厚度為e的商業(yè)參考應(yīng)用，這個(gè)面的質(zhì)地取決于預(yù)成型件的配置。
使用極坐標(biāo)（r，h），紗線追蹤的任意一個(gè)點(diǎn)的位置可以給定，由和其中是離合器面的中徑且
圖1給出了離合器面的形態(tài)，其中，，這樣的一個(gè)值的選擇，能夠使離合器表面有最佳的材料分布。
3、摩擦學(xué)測試
3.1、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)
對于在無潤滑條件下的聚合物離合器面材料的摩擦磨損試驗(yàn)，在銷盤磨損試驗(yàn)機(jī)上PLINT TE67HT進(jìn)行，該實(shí)驗(yàn)的目的是去評估滑動(dòng)距離，滑動(dòng)速度，正常負(fù)載和溫度對復(fù)式材料的影響。
摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，如圖2所示，由一個(gè)負(fù)載固定銷滑動(dòng)的頂著一個(gè)圓盤，銷的軸線垂直于圓盤。測試盤被安裝在磁盤托架上，被一個(gè)中心螺栓固定，這個(gè)銷的樣品用筒夾夾頭夾緊，用一個(gè)裝載臂固定。在磁盤上方的銷有兩個(gè)自由度，一個(gè)垂直的，它能使正常的負(fù)載通過直接接觸加載在磁盤表面；另一個(gè)是水平的，方便摩擦的測量。加載在銷上的負(fù)載通過一個(gè)壓縮單元的氣動(dòng)系統(tǒng)提供。電機(jī)和測速電機(jī)的反饋保證了穩(wěn)定的速度運(yùn)行。銷盤磨損過程由一個(gè)安裝在氣動(dòng)活塞上的線性定位器給出的。
3.2、摩擦學(xué)條件
直徑為8mm，長度為67.5mm的DIN Ck45K鋼銷（平端）進(jìn)行加工。所有鋼銷具有以下化學(xué)組成：0.45％C，0.25％的Si，0.65％Mn和呈現(xiàn)的硬度值230 HB，在測試之前所有鋼銷都在丙酮浴中進(jìn)行超聲波清洗。
制作8mm厚，76mm直徑的有機(jī)材料摩擦盤作為配合面。
表1顯示了為了去評估復(fù)合材料的性能而在測試中使用的摩擦學(xué)條件。選擇這些條件，使得負(fù)載壓力在測試中幾乎保持不變，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度被選擇，環(huán)境溫度和100℃，溫度通過加熱系統(tǒng)穩(wěn)定。所有實(shí)驗(yàn)均在相對濕度為50%的滑動(dòng)條件下進(jìn)行。
3.3、大通機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)的SAE J661a
大通機(jī)是一種公認(rèn)的測定離合器面材料摩擦等級的手段，一用于大通測試的樣品尺寸為，根據(jù)測試程序符合SAE標(biāo)準(zhǔn)J661a。它開始于一個(gè)20個(gè)程序的運(yùn)行，大約十秒左右，二十秒后關(guān)閉，與此同時(shí)，每五個(gè)應(yīng)用程序摩擦讀數(shù)一次。接下來的是拖動(dòng)測試，在拖動(dòng)測試中，測試鼓溫度允許達(dá)到550攝氏度，在測試的恢復(fù)部分，測試鼓允許冷卻，并施加制動(dòng)器，摩擦讀數(shù)開始讀取，在37.8℃的時(shí)間間隔里，該測試的磨損部分包括100個(gè)應(yīng)用在204.4℃的情況下，20秒開，10秒關(guān)。這之后是二次衰退和康復(fù)實(shí)驗(yàn)。類似于第一次，但是溫度上升到了343.3℃。最后一步想開始的操作一樣。測試的樣品被稱重和被測量厚度的前后，我們對磨損有了一些了解。
4、通過銷盤磨損試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)獲得的圖表
用銷盤試驗(yàn)機(jī)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果描述在如下的曲線圖中，給出了摩擦系數(shù)和滑動(dòng)距離。
圖a和圖b幾乎有相同的實(shí)驗(yàn)條件，但是實(shí)驗(yàn)樣品被翻轉(zhuǎn)過來了。才圖a的案例中，和鋼銷接觸的摩擦表面材料是背面，而b圖中是前面。這個(gè)表面也用于后續(xù)測試，人民可以注意到摩擦系數(shù)因?yàn)楦叩幕瑒?dòng)距離在圖a和圖b中變得穩(wěn)定，但是到達(dá)的水平略有不同，如圖a的0.27和圖b的.33，然而在運(yùn)行階段，兩個(gè)面的摩擦系數(shù)完全不同。這主要是因?yàn)橹圃斓墓に嚥煌湍Σ帘砻娴牟牧喜煌绫硪凰?，這些變量在這里作為一種摩擦系數(shù)的公差來考慮，在運(yùn)行階段之后，它們的公差被限制在0.06范圍內(nèi)。
與前面相同的關(guān)于摩擦系數(shù)性能穩(wěn)定的結(jié)論也能夠從圖c——圖e中得出來，運(yùn)行階段被發(fā)現(xiàn)在最后一個(gè)案例中最短，對此的解釋可能是與摩擦工作的數(shù)量有關(guān)，因?yàn)樗懈嗟哪Σ链螖?shù)，更小的滑動(dòng)距離也是必需的。
也應(yīng)該被注意到的是，在銷盤磨損試驗(yàn)機(jī)上也要對側(cè)面進(jìn)行執(zhí)行溫度測量，這個(gè)溫度不等同在銷針和磁盤的之間的摩擦面溫度，甚至，上下表面的溫度怎是比側(cè)面的溫度更高，這是因?yàn)槟Σ潦菬崃慨a(chǎn)生的來源。因?yàn)闊崃康漠a(chǎn)生是隨著滑動(dòng)速度的增加而增加的，如果滑動(dòng)速度增加了，銷和摩擦材料之間的點(diǎn)的溫度也會(huì)增加。
眾所周知，鋼鐵或鑄鐵的有機(jī)聚合物材料的摩擦系數(shù)在溫度達(dá)到最大值后會(huì)有所下降，這個(gè)結(jié)論與圖表2的結(jié)果一致，其顯示的摩擦系數(shù)隨著相對滑動(dòng)速度或溫度的上升而有所下降，滑動(dòng)速度這個(gè)變量的影響也被發(fā)現(xiàn)比溫度這個(gè)變量的影響更高。
最后我們可以看到，在所有的測試中，摩擦系數(shù)的值是相當(dāng)穩(wěn)定的，沒有從平均水平出現(xiàn)巨大的波動(dòng)，對于滑動(dòng)速度3m/s這樣的苛刻條件來說，摩擦系數(shù)仍保持較高水平。對于已被測試的離合器摩擦材料，褪色現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)是本次參數(shù)研究范圍以外的事。
5、與其他測試結(jié)果比較
圖5給出了在SAE J661a標(biāo)準(zhǔn)測試中七個(gè)階段的摩擦系數(shù)與溫度的關(guān)系，作用在樣品離合器面的壓力負(fù)載幾乎與在銷盤測試中相同。溫度在再滾筒上測量，如圖3，因此我們可以期待發(fā)現(xiàn)銷盤測試中的溫度和圖5給出的溫度之間的巨大不同，這兩個(gè)測試之間的另一個(gè)巨大差異是由于在SAE J661a 的測試中使用的摩擦配合面是鑄鐵做成的，而銷盤測試時(shí)是用鋼制成的。另外，在SAE J661a使用的樣品僅僅4mm厚，而銷盤磨損機(jī)上的測試盤有8mm厚。關(guān)于摩擦系數(shù)的這兩個(gè)測試之間差異的公差有望達(dá)到0.06mm。
由前面討論結(jié)果可知，從圖4（a）——（e）和圖5我們僅僅能夠做一個(gè)定性的比較，然而，銷盤測試和圖4（a）——（e）充分體現(xiàn)了摩擦系數(shù)是溫度的函數(shù)。事實(shí)上，在最后的測試中，為了達(dá)到相同的摩擦系數(shù)平均水平，溫度可能被右移。在圖5中，由于考慮了摩擦系數(shù)的公差，溫度事實(shí)上超過了100攝氏度。這種行為在銷盤實(shí)驗(yàn)中通過在磨損區(qū)域內(nèi)埋裝熱電偶的方式得到證實(shí)。
6、結(jié)論
關(guān)于考慮有離合器面摩擦材料的這次實(shí)驗(yàn)的結(jié)論可以表述如下：
——在運(yùn)行后，取決于滑動(dòng)速度和溫度的摩擦系數(shù)基本穩(wěn)定在一定的水平。
——隨著溫度的增加和滑動(dòng)速度的增加，摩擦系數(shù)會(huì)減少。
把銷盤測試的結(jié)果和那些從SAE J661a測試中，通過操作相同離合器面材料獲得的結(jié)果相比，結(jié)果顯示，在合并溫度差異的條件下，通常的關(guān)于摩擦性能的特征是一致的。
使用像銷盤磨損試驗(yàn)機(jī)上一樣的磁盤作為離合器面的材料，能夠消除上光效果；上光效果經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)在那些摩擦材料減少至一個(gè)很小樣品的測試中，這些樣品粘接在銷上，像FAST測試的例子一樣。
在本研究中實(shí)施的測試已經(jīng)得出評估，最滿意的離合器面性能是確定能有真實(shí)的，摩擦系數(shù)既穩(wěn)定，又足夠高的材料。