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用銷(xiāo)磁盤(pán)磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)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(duì)安裝在摩擦盤(pán)的離合器面與屬于飛輪和壓盤(pán)的計(jì)數(shù)器面之間【一對(duì)安裝在摩擦盤(pán)的離合器面與屬于飛輪和壓盤(pán)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(duì)滑動(dòng)速度,在這個(gè)過(guò)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(xiāo)盤(pán)磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)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(cè)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(guò)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(chē)輛的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要從主軸傳動(dòng)到次級(jí)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(chē)輪,全部的機(jī)械功率沒(méi)有滑動(dòng)損失。
在干式離合器的接合動(dòng)作中,在一對(duì)安裝在摩擦盤(pán)的離合器面與屬于飛輪和壓盤(pán)的計(jì)數(shù)器面之間發(fā)生了短暫滑動(dòng)接觸,通過(guò)這個(gè)接合過(guò)程,熱量在接合面產(chǎn)生,導(dǎo)致溫度開(kāi)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(guò)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(guò)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(cè)試通常由制造商來(lái)執(zhí)行:如歐洲的遇雷貝斯托測(cè)試,日本的JIS D-4311和美國(guó)的SAE J661a測(cè)試。但是,這些測(cè)試的大部分既很長(zhǎng)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?cè)谠u(píng)估材料的商品規(guī)格時(shí),只有最后階段才使用這些測(cè)試。其他更具有成本效益的基礎(chǔ)測(cè)試應(yīng)該被用來(lái)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(cè)試是一個(gè)快捷且廉價(jià)的測(cè)試。然而,它會(huì)遭受上光效果,在快速測(cè)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(méi)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(duì)和PEEK-CF30/鋼鐵,銷(xiāo)盤(pán)磨損試驗(yàn)被證明是最有效的測(cè)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(xiāo)盤(pán)磨損試驗(yàn),這種離合器面通常根據(jù)散布的傷口狀況來(lái)制造。為了這個(gè)目的,特殊的離合器面材料樣品有磁盤(pán)的形式,而且,由鋼鐵做的特殊的銷(xiāo)也被制造。相比于慣常的使用銷(xiāo)盤(pán)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(guò)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(lái)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(méi)有在測(cè)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(shuō)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(jiàn)的制造方法是根據(jù)散布的傷口過(guò)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(lái)自動(dòng)作過(guò)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(shù)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(mǎn)浸漬溶液的浸漬罐中。通過(guò)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(lái)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(duì)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(wú)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(zhǎng)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(pán)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(guò)三維追蹤來(lái)定義,這一點(diǎn)可以通過(guò)在預(yù)成型操作期間浸漬紗布來(lái)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(xiàn)追蹤。在實(shí)際的預(yù)成型機(jī)中,紗布追蹤的結(jié)果來(lái)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(duì)于一些被給的材料配方和一些離合器面的對(duì)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(xiàn)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(cè)試
3.1、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)
對(duì)于在無(wú)潤(rùn)滑條件下的聚合物離合器面材料的摩擦磨損試驗(yàn),在銷(xiāo)盤(pán)磨損試驗(yàn)機(jī)上PLINT TE67HT進(jìn)行,該實(shí)驗(yàn)的目的是去評(píng)估滑動(dòng)距離,滑動(dòng)速度,正常負(fù)載和溫度對(duì)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(xiāo)滑動(dòng)的頂著一個(gè)圓盤(pán),銷(xiāo)的軸線(xiàn)垂直于圓盤(pán)。測(cè)試盤(pán)被安裝在磁盤(pán)托架上,被一個(gè)中心螺栓固定,這個(gè)銷(xiāo)的樣品用筒夾夾頭夾緊,用一個(gè)裝載臂固定。在磁盤(pán)上方的銷(xiāo)有兩個(gè)自由度,一個(gè)垂直的,它能使正常的負(fù)載通過(guò)直接接觸加載在磁盤(pán)表面;另一個(gè)是水平的,方便摩擦的測(cè)量。加載在銷(xiāo)上的負(fù)載通過(guò)一個(gè)壓縮單元的氣動(dòng)系統(tǒng)提供。電機(jī)和測(cè)速電機(jī)的反饋保證了穩(wěn)定的速度運(yùn)行。銷(xiāo)盤(pán)磨損過(guò)程由一個(gè)安裝在氣動(dòng)活塞上的線(xiàn)性定位器給出的。
3.2、摩擦學(xué)條件
直徑為8mm,長(zhǎng)度為67.5mm的DIN Ck45K鋼銷(xiāo)(平端)進(jìn)行加工。所有鋼銷(xiāo)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(cè)試之前所有鋼銷(xiāo)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(pán)作為配合面。
表1顯示了為了去評(píng)估復(fù)合材料的性能而在測(cè)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(cè)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(guò)加熱系統(tǒng)穩(wěn)定。所有實(shí)驗(yàn)均在相對(duì)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(cè)定離合器面材料摩擦等級(jí)的手段,一用于大通測(cè)試的樣品尺寸為,根據(jù)測(cè)試程序符合SAE標(biāo)準(zhǔn)J661a。它開(kāi)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(lái)的是拖動(dòng)測(cè)試,在拖動(dòng)測(cè)試中,測(cè)試鼓溫度允許達(dá)到550攝氏度,在測(cè)試的恢復(fù)部分,測(cè)試鼓允許冷卻,并施加制動(dòng)器,摩擦讀數(shù)開(kāi)始讀取,在37.8℃的時(shí)間間隔里,該測(cè)試的磨損部分包括100個(gè)應(yīng)用在204.4℃的情況下,20秒開(kāi),10秒關(guān)。這之后是二次衰退和康復(fù)實(shí)驗(yàn)。類(lèi)似于第一次,但是溫度上升到了343.3℃。最后一步想開(kāi)始的操作一樣。測(cè)試的樣品被稱(chēng)重和被測(cè)量厚度的前后,我們對(duì)磨損有了一些了解。
4、通過(guò)銷(xiāo)盤(pán)磨損試驗(yàn)機(jī)實(shí)驗(yàn)獲得的圖表
用銷(xiāo)盤(pán)試驗(yàn)機(jī)所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果描述在如下的曲線(xiàn)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(guò)來(lái)了。才圖a的案例中,和鋼銷(xiāo)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(cè)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?,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(lái)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(lái),運(yùn)行階段被發(fā)現(xiàn)在最后一個(gè)案例中最短,對(duì)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(xiāo)盤(pán)磨損試驗(yàn)機(jī)上也要對(duì)側(cè)面進(jìn)行執(zhí)行溫度測(cè)量,這個(gè)溫度不等同在銷(xiāo)針和磁盤(pán)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(lái)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(xiāo)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(duì)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(cè)試中,摩擦系數(shù)的值是相當(dāng)穩(wěn)定的,沒(méi)有從平均水平出現(xiàn)巨大的波動(dòng),對(duì)于滑動(dòng)速度3m/s這樣的苛刻條件來(lái)說(shuō),摩擦系數(shù)仍保持較高水平。對(duì)于已被測(cè)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(cè)試結(jié)果比較
圖5給出了在SAE J661a標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(xiāo)盤(pán)測(cè)試中相同。溫度在再滾筒上測(cè)量,如圖3,因此我們可以期待發(fā)現(xiàn)銷(xiāo)盤(pán)測(cè)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(cè)試之間的另一個(gè)巨大差異是由于在SAE J661a 的測(cè)試中使用的摩擦配合面是鑄鐵做成的,而銷(xiāo)盤(pán)測(cè)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(xiāo)盤(pán)磨損機(jī)上的測(cè)試盤(pán)有8mm厚。關(guān)于摩擦系數(shù)的這兩個(gè)測(cè)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(xiāo)盤(pán)測(cè)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(cè)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(guò)了100攝氏度。這種行為在銷(xiāo)盤(pán)實(shí)驗(yàn)中通過(guò)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(xiāo)盤(pán)測(cè)試的結(jié)果和那些從SAE J661a測(cè)試中,通過(guò)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(xiāo)盤(pán)磨損試驗(yàn)機(jī)上一樣的磁盤(pán)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(cè)試中,這些樣品粘接在銷(xiāo)上,像FAST測(cè)試的例子一樣。
在本研究中實(shí)施的測(cè)試已經(jīng)得出評(píng)估,最滿(mǎn)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。