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用銷磁盤磨損試驗機測試離合器面的摩擦性能試驗
摘要
在離合器接合的期間，滑動接觸發(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，這個摩擦系數(shù)主要取決于溫度，正壓力和相對滑動速度，在這個過程中，有關(guān)于摩擦系數(shù)的行為正在進行試驗研究。商業(yè)離合器面的樣品材料已經(jīng)用銷盤磨損試驗機測量，如果前面三個參數(shù)預(yù)置常數(shù)，這款機器提供了自動采集的摩擦系數(shù)和磨損測量。所得到的結(jié)果與經(jīng)典的SAE J661a標準試驗比較。可以發(fā)現(xiàn)實際的離合器摩擦面在一次運行過程中有一個更好的抗褪色性能和一個更加穩(wěn)定的摩擦系數(shù)。
關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;熱;機械;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)運動需要從主軸傳動到次級齒輪箱，為了實現(xiàn)這個動作，在這個兩個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軸產(chǎn)生一個緩和的、逐漸增加的角速度，直到馬達和齒輪箱的連接完全實現(xiàn)為止。然后這個離合器必須充當(dāng)一個經(jīng)常性的連接傳送裝置，從從動軸到車輪，全部的機械功率沒有滑動損失。
在干式離合器的接合動作中，在一對安裝在摩擦盤的離合器面與屬于飛輪和壓盤的計數(shù)器面之間發(fā)生了短暫滑動接觸，通過這個接合過程，熱量在接合面產(chǎn)生，導(dǎo)致溫度開始上升。在頻繁動作的案例中，溫度上升是一個非常重要的方面。為了完成一個高效的正常的結(jié)合動作，離合器襯片材料的良好性能如一個穩(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)在運行過程中隨著時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性能，很多標準試驗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，這個使得他們很困難在真實研究上使用和發(fā)展。所以他們在評估材料的商品規(guī)格時，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快捷且廉價的測試。然而，它會遭受上光效果，在快速測試中，這個效應(yīng)會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)品實際情形沒多大關(guān)系，因為摩擦表面在摩擦產(chǎn)品的服役中會被經(jīng)常清洗。
在一些特殊的案例中，如金屬對和PEEK-CF30/鋼鐵，銷盤磨損試驗被證明是最有效的測試配置之一，它允許進行一個可靠的和快速的摩擦系數(shù)和磨損試驗。
在這項工作中，為了去研究商業(yè)有機離合器面的干摩擦行為，我們調(diào)查有機會去使用銷盤磨損試驗，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，這個相反的操作配置被選中是為了去執(zhí)行摩擦和磨損試驗。這些情形被認為是使摩擦表面清潔并且避免人為上光。
通過這個實驗，我們已經(jīng)研究了摩擦系數(shù)作為溫度，滑動速度，滑動距離的函數(shù)的特征性能。負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代表滑動距離，溫度T和滑動速度設(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)電性和釋放來自動作過程中離合器表面的散熱。這個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 這需要一個自動預(yù)成型機和特殊壓板。烘干的紗布被迫形成一個模版，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)成型件放入一個加熱模具并且在一個短的固化周期內(nèi)施以高壓。然后，環(huán)堆成堆在一個平面上，在重力作用下保持平坦，并在一個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，這一點可以通過在預(yù)成型操作期間浸漬紗布來實現(xiàn)。由于某些變形在成型期間發(fā)生，或因為在研磨操作的時候需要材料的移除，所以，一些違規(guī)行為可能影響總體的紗線追蹤。在實際的預(yù)成型機中，紗布追蹤的結(jié)果來自疊加的兩個基本的管道運動：角頻率為的徑向正弦轉(zhuǎn)化運動和速度為的永恒的旋轉(zhuǎn)運動。定義了預(yù)成型的比率，這個參數(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，這個面的質(zhì)地取決于預(yù)成型件的配置。
使用極坐標（r，h），紗線追蹤的任意一個點的位置可以給定，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、摩擦磨損試驗機
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，在銷盤磨損試驗機上PLINT TE67HT進行，該實驗的目的是去評估滑動距離，滑動速度，正常負載和溫度對復(fù)式材料的影響。
摩擦磨損試驗機，如圖2所示，由一個負載固定銷滑動的頂著一個圓盤，銷的軸線垂直于圓盤。測試盤被安裝在磁盤托架上，被一個中心螺栓固定，這個銷的樣品用筒夾夾頭夾緊，用一個裝載臂固定。在磁盤上方的銷有兩個自由度，一個垂直的，它能使正常的負載通過直接接觸加載在磁盤表面；另一個是水平的，方便摩擦的測量。加載在銷上的負載通過一個壓縮單元的氣動系統(tǒng)提供。電機和測速電機的反饋保證了穩(wěn)定的速度運行。銷盤磨損過程由一個安裝在氣動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行超聲波清洗。
制作8mm厚，76mm直徑的有機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，使得負載壓力在測試中幾乎保持不變，兩個實驗溫度被選擇，環(huán)境溫度和100℃，溫度通過加熱系統(tǒng)穩(wěn)定。所有實驗均在相對濕度為50%的滑動條件下進行。
3.3、大通機和標準的SAE J661a
大通機是一種公認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標準J661a。它開始于一個20個程序的運行，大約十秒左右，二十秒后關(guān)閉，與此同時，每五個應(yīng)用程序摩擦讀數(shù)一次。接下來的是拖動測試，在拖動測試中，測試鼓溫度允許達到550攝氏度，在測試的恢復(fù)部分，測試鼓允許冷卻，并施加制動器，摩擦讀數(shù)開始讀取，在37.8℃的時間間隔里，該測試的磨損部分包括100個應(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)實驗。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、通過銷盤磨損試驗機實驗獲得的圖表
用銷盤試驗機所獲得的實驗結(jié)果描述在如下的曲線圖中，給出了摩擦系數(shù)和滑動距離。
圖a和圖b幾乎有相同的實驗條件，但是實驗樣品被翻轉(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。這個表面也用于后續(xù)測試，人民可以注意到摩擦系數(shù)因為高的滑動距離在圖a和圖b中變得穩(wěn)定，但是到達的水平略有不同，如圖a的0.27和圖b的.33，然而在運行階段，兩個面的摩擦系數(shù)完全不同。這主要是因為制造的工藝不同和摩擦表面的材料不同，正如表一所示，這些變量在這里作為一種摩擦系數(shù)的公差來考慮，在運行階段之后，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，運行階段被發(fā)現(xiàn)在最后一個案例中最短，對此的解釋可能是與摩擦工作的數(shù)量有關(guān)，因為它有更多的摩擦次數(shù)，更小的滑動距離也是必需的。
也應(yīng)該被注意到的是，在銷盤磨損試驗機上也要對側(cè)面進行執(zhí)行溫度測量，這個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，這是因為摩擦是熱量產(chǎn)生的來源。因為熱量的產(chǎn)生是隨著滑動速度的增加而增加的，如果滑動速度增加了，銷和摩擦材料之間的點的溫度也會增加。
眾所周知，鋼鐵或鑄鐵的有機聚合物材料的摩擦系數(shù)在溫度達到最大值后會有所下降，這個結(jié)論與圖表2的結(jié)果一致，其顯示的摩擦系數(shù)隨著相對滑動速度或溫度的上升而有所下降，滑動速度這個變量的影響也被發(fā)現(xiàn)比溫度這個變量的影響更高。
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，對于滑動速度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標準測試中七個階段的摩擦系數(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，這兩個測試之間的另一個巨大差異是由于在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，而銷盤磨損機上的測試盤有8mm厚。關(guān)于摩擦系數(shù)的這兩個測試之間差異的公差有望達到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)。事實上，在最后的測試中，為了達到相同的摩擦系數(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，溫度事實上超過了100攝氏度。這種行為在銷盤實驗中通過在磨損區(qū)域內(nèi)埋裝熱電偶的方式得到證實。
6、結(jié)論
關(guān)于考慮有離合器面摩擦材料的這次實驗的結(jié)論可以表述如下：
——在運行后，取決于滑動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速度的增加，摩擦系數(shù)會減少。
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機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的，摩擦系數(shù)既穩(wěn)定，又足夠高的材料。