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1、孙立群，北林永有，李国平，沙微，李运佩，朱建华，黄慧(上海达耐时汽车配件有限公司)：摘要：采用纸基摩擦材料替代粉末冶金摩擦材料，应用于变速器以及制动器!中，改善变速器与制动器的换挡及制动平稳性、降低噪声，提高产品寿命。利用S A E N o：i2 标准试验机对纸基摩擦材料与粉末冶金摩擦材料进行了摩擦性能、耐久性、能量递增i 以及连续滑动的对比试验。通过详尽的试验数据及分析，证明纸基摩擦材料的摩擦性；能、耐久性和耐热性都远远优于粉末冶金材料。为国内工程机械制造商提供了用纸基ii 摩擦材料替代粉末冶金摩擦材料所需的详实的试验数据。；关键词：纸基摩擦材料；粉末冶金摩擦材料；摩擦性能；耐久性；耐热性纸
2、基摩擦材料与粉末冶金摩擦材料在成分上有非常大的区别。纸基摩擦材料主要由各种纤维、树脂及不同的添加剂组成，绝大多数情况下，不含有金属成分。而多数粉末冶金摩擦材料以铜粉末冶金材料为主要成分，它无法像纸基材料一样通过成分调整可以得到各种各样的摩擦特性，以满足不同工况的需要。同时，相对于粉末冶金摩擦材料，纸基摩擦材料还具有低成本的优势。在有色金属价格不断上涨的环境下，尽快在国内工程机械行业推广和使用纸基摩擦材料就显得更为紧迫。纸基摩擦材料不仅被广泛应用于乘用车自动挡变速器中的离合器和制动器，近年来由于产业机械的用户对换挡舒适性、零部件耐久性等要求的不断提高，纸基摩擦材料在国外已经基本替代了粉末冶金摩擦
3、材料，被各大工程机械制造商，例如美国的卡特彼勒、日本小松、T C M 及瑞典的V O L V O 等企业，应用于装载机、大型翻斗车、叉车以及挖掘机等工程机械的变速器、湿式制动器、缓行器和停车制动器等部件。本文使用S A EN o 2 试验机，模拟工程机械经常使用的工况(离合器的系合、制动器的制动以及半离合器连续滑动等)，对两种摩擦材料的摩擦性能、耐久性和耐热性进行试验研究比较。1 试验装置、试验用样品及油品1 1 试验装置用于评测摩擦材料及油品的性能、耐久性等各种指标的S A EN o 2 标准试验机，如图1 所示。1 2 试验用样品及油品纸基摩擦片的摩擦材料尺寸为中1 2 5m i l l
4、咖8 1l n l n，单侧纸基厚度为O 5r n I n，对偶钢片尺寸为咖1 3 7m I n(齿顶圆直径)多8 1m i l l(内径)，厚度1 8m i l l。粉末冶金摩擦片的摩擦材料尺寸为多1 2 5m i l l 多81l l f l l n，单侧粉末冶金摩擦材料厚度为0 7 5m m，对偶钢片尺寸为中1 3 7l l l l n(齿顶圆直径)咖作者简介：孙立群(1 9 7 0 一)，男，工学博士，研究方向：湿式摩擦!匍塑及湿式摩擦材料在各种车辆上的应用。一5 5 万方数据图1S A EN o 2 标准试验机8 1m m(内径)，厚度1 8t o n i。试验样品构成(P D P
5、D P，P：对偶钢片，D：摩擦片)。试验用油：长城6 号传动油，冷却油流量：20 0 0m L m i n。试验前纸基摩擦片及对偶钢片与试验前粉末冶金摩擦片及对偶钢片见图2 与图3。图2 试验前纸基摩擦片及对偶钢片图3 试验前粉末冶金摩擦片及对偶钢片一5 6 2 比较试验的结果及分析2 1 摩擦性能、摩擦特性的比较与分析2 1 1 试验条件图4 是一个典型的离合器或制动器系合过程中各种参数变化曲线的示意图。离合器或制动器在非工作状态下，摩擦片和对偶钢片没有动力传递关系，只有回转差速。当活塞在液压力的作用下把摩擦片和对偶钢片相互压紧时，摩擦片和对偶钢片之间的差速会在短时间内减小到零。从一定的差速
6、到差速为零的过程，一般叫系合。系合过程中，摩擦材料单位面积所受的压强为面压。同样，在系合过程中，由于各种回转部件(比如液力变矩器、离合器外毂等)具有回转惯量，摩擦材料需要把这些回转的惯性体的能量吸收，该能量叫做离合器系合时的输入能量。图中的砌表示的是系合过程中的动摩擦系数，多数情况下取系合前差速的一半，假设离合器系合前的差速为30 0 0r m i n，砌就是转速下降到l5 0 0r r a i n时那一瞬间的摩擦系数。也可以根据转速来命名，比如胁姗。图中的胁是指系合结束时的摩擦系数。而脚，舰是静动比，该参数是衡量摩擦材料的摩擦性能的重要指标，该值越大说明在摩擦片和对偶片系合完成(相对转速接近
7、于0)时会出现瞬时高转矩，也就是瞬时高摩擦系数(翘尾现象)。这种特性往往会引起离合器和制动器的振动和噪声，直接影响到换挡及制动的平稳性。摩擦性能试验条件为系合前转速：30 0 0r r a i n，输入能量：0 3 3J r a m 2，油温：8 0 c C，摩擦材料表面面压分别为0 3M P a，0 6M P a，1 2M P a。性能试验主要是考察摩擦材料的摩擦系数以及摩擦特性。2 1 2 试验结果及分析图5 是两种摩擦材料在不同面压情况下测得的摩擦系数及摩擦特性。从试验结果可以看出，纸基摩擦材料和粉末冶金摩擦材料在系合完成时的摩擦系数舳随系合面压变化率分别为6 和1 l，系合过程中的摩擦
8、系数地的变化率分别为9 和3 0，这说明纸基摩擦材料无论是在系合过程中还是在系合结束时的摩擦系数受面压的影响更小，更稳定。另外，纸基摩擦材料的摩擦系数砌要比粉末冶金摩擦材料高出8 6(当面压为0 3M P a 时)到3 l(当面压为1 2M P a 时)，这说明在尺寸与摩擦片枚数相同的情况下，纸基摩擦材料可以缩短离合器系合以及万方数据时间图4系合过程中转速与转矩(摩擦系数)曲线示意图图5 性能试验结果制动器制动的时间，改善使用粉末冶金摩擦材料时经常出现的动力传递滞后。从两种材料的静动比踟枇可以看出，由于粉末冶金材料的脚很高，同时脚较低，其静动比要远远高于纸基摩擦材料，也就是图4 中所示的翘尾现
9、象。纸基摩擦材料的胁与地基本相同，从波形来讲就是曲线平滑没有翘尾发生。这也就是为什么粉末冶金摩擦材料更容易引起离合器与制动器的振动和噪声的根本原因。2 2 耐久特性的比较与分析2 2 1 试验条件耐久试验主要是考查摩擦材料在高能量输入情况下的耐久特性，也就是摩擦材料在耐久试验过程中摩擦系数的衰减情况。具体试验条件是转速为35 0 0r r a i n，输入能量0 8J m m 2，油温1 0 0，摩擦材料表面压力1 0M P a，系合次数60 0 0 次。2 2 2 试验结果及分析图6 是耐久试验过程中两种材料摩擦系数的变化曲线。从该结果可以看出，在该试验条件下，纸基2 42L 6毒L 2置Q
10、 8Q 40+纸基摩擦材料+粉末冶金蓐l j 莠 书OQ 3 Q 6Q 9L 2L 5面压肌摩擦材料在试验初始阶段的摩擦系数要比粉末冶金摩擦材料高出近7 5。经过60 0 0 次高能量输人的耐久试验之后，纸基摩擦材料的动摩擦系数没有出现任何下降，而粉末冶金摩擦材料的摩擦系数下降非常严重，摩擦系数在第6 0 0 0 次系合时，只有0 0 2左右，与试验初始阶段相比下降约6 6。该试验结果充分证明了通过使用纸基摩擦材料可以大幅度延长变速器及制动器的使用寿命和维修周期。2 3 耐热性能的比较与分析2 3 1 试验条件该试验主要是考查摩擦材料的耐热性及在高能量输入时钢片的受热变形情况。表1 是耐热试验
11、的条件，油温为1 0 0，输入能量等级共7 级，从S t e p1 开始到S t e p7 逐级能量递增，各S t e p 的系合次数均为3 0 次。2 3 2 试验结果及分析图7 图1 0 是试验后样品的照片。从图7 和图8 可以看出粉末冶金材料在第4 级能量输入之后，一5 7 万方数据图6 耐久试验结果表1 能量递增试验条件S t e pS t e p lS t e p 2S t e p 3S t e p 4S t e p 5S t e p 6S t e p 7转速(r r a i n)25 0 030 0 035 0 04 0 0 045 0 047 0 048 5 0输入能量(J r
12、a m：)0 4O 50 70 91 21 31 4图7粉末冶金摩擦材料S t o p4 后的照片图8粉末冶金摩擦材料在S t o p4 后对偶钢片一5 8 一图9 纸基摩擦材料S t e p7 后的照片图1 0 摩擦材料在S t e p7 后对偶钢片万方数据对偶片就出现了热变形，尤其是中间的一片已经变形成为碗状，由于变形严重所以无法进行下一级能量输入试验。从图9 及图1 0 可以看出纸基摩擦材料经过了所有7 级试验后，虽然中间一片对偶片表面出现变色，但是没有出现任何热变形，另外纸基摩擦材料也没有出现烧损。通过该试验可以看出，与粉末冶金材料相比纸基摩擦材料具有更好的耐热性和抗热变形的特点。2
13、4 耐连续滑动特性的比较与分析2 4 1 试验条件因为工程机械的变速器经常会出现半离合器的状态，所以要求摩擦材料需要具有耐连续滑动(A n t i-i n c h i n g)的特性。该试验就是模拟半离合器的工况，对这两种摩擦材料的耐连续滑动特性做以比较。油温1 2 0，连续滑动中输入转矩固定为1 8 0N m，循环次数2 8 0 次(一个循环包括：连续滑动4 0s、间隔2 0s)。2 4 2 试验结果及分析从图11 的结果我们可以看出，粉末冶金材料在经过2 5 次连续滑动后，摩擦系数的下降率就已经接近3 0。而纸基摩擦材料在经过长达2 8 0 次连续滑动后，摩擦系数的下降率也只有1 6，其耐
14、连续滑动寿命远远高于粉末冶金摩擦材料。图1 1 连续滑动试验结果3 结论本文通过试验对纸基摩擦材料和粉末冶金摩擦材料的摩擦性能、耐久性、耐热性以及连续滑动工况下的寿命进行了比较，分析了两种摩擦材料在诸多方面的差异。从上述试验的结果及分析可以看出：1)纸基摩擦材料的摩擦特性，包括与离合器系合时间和制动器制动时间相关的动摩擦系数，以及与换挡、制动冲击和噪声相关的静动比，都明显优于粉末冶金摩擦材料；2)在耐久性方面，纸基材料表现出了良好的耐久稳定性，这种稳定性不但可以大幅度提高离合器及制动器的使用寿命，同时也会大幅改善离合器的换挡稳定性和制动器的制动稳定性；3)从能量递增试验可以看出，纸基摩擦材料具
15、有更佳的耐热性，也就是单位面积的摩擦材料可以比粉末冶金摩擦材料承受更大的输入能量，这对于减小离合器和制动器的尺寸，减轻整车重量具有非常重要的意义；4)对于连续滑动这种特殊工况，纸基摩擦材料同样表现出明显的优势，耐连续滑动的寿命是粉末冶金摩擦材料的近2 0 倍。参考文献【l】H i r e s h iO s a n a i，K u n i h i k oI k e d a,D a i k i nR MC o 瑚R el a t i o n sB e t w e e nT e m p e r a t u r ei nF r i c t i o nS u r f a c ea n dD e g r
16、a d a t i o no fF r i c t i o nM a t e r i a l sD I l r i I l gE n g a g i n go fW e tF r i c t i o nP a p e r C S A ET e c h n i c a lP a p e rS e r i e s：N o 9 0 0 5 5 3，1 9 9 0 2 1K e n i c h iT a k e z a k i，M a s a m i t s uK u b a t a,D y n a xC o r p T h e rr e a la n dM e c h a n i c a lD a
17、m a g eo fP a p e rW e tF r i c t i o nM a t e r i a lI n d u c e db yN o n-U n i f o r mC o n t a c t C S A ET e c h n i c a lP a p e rS e r i e s：N o 9 2 2 0 9 5 1 9 9 2 通信地址：上海市奉贤区陈桥路1 3 9 9 号2 栋工厂上海达耐时汽车配件有限公司设计技术部(2 0 1 4 0 0)(收稿日期：2 0 0 9-0 9 2 0)一5 9 万方数据纸基摩擦材料与粉末冶金摩擦材料摩擦特性的试验比较纸基摩擦材料与粉末冶金摩擦材
18、料摩擦特性的试验比较作者：孙立群，北林永有，李国平，沙微，李运佩，朱建华，黄慧作者单位：上海达耐时汽车配件有限公司刊名：工程机械英文刊名：CONSTRUCTION MACHINERY AND EQUIPMENT年，卷(期)：2010，41(1)被引用次数：0次 参考文献(2条)参考文献(2条)1.Hiroshi Osanai.Kunihiko Ikeda.Daikin R/M Co Ltd.Re lations Between Temperature in Friction Surfaceand Degradation of Friction Materials During Engaging
19、 of Wet Friction Paper 19902.Kenichi Takezaki.Masamitsu Kubata.Dynax Corp Ther mal and Mechanical Damage of Paper Wet FrictionMaterial Induced by Non-Uniform Contact 1992 相似文献(2条)相似文献(2条)1.会议论文 姚萍屏 中国粉末冶金高性能摩擦材料的发展和思考 2002 随着现代机械的不断进步,其使用的摩擦材料也由天然摩擦材料、有机摩擦材料转化为无机摩擦材料、粉末冶金摩擦材料以及纸基摩擦材料和碳/碳复合摩擦材料等.本文简述
20、了我国粉末冶金高性能摩擦材料的发展历程,重点介绍了我国不同用途粉末冶金高性能摩擦材料的研究进展,分析并预测了其发展趋势,同时,对我国粉末冶金高性能摩擦材料研究和生产工作进行了初步的思孝.2.学位论文 邵威 液体粘性传动摩擦副的研究 2005 液体粘性传动技术是一种靠摩擦片之间的油膜剪切力来传递动力的新型传动方式，在大功率风机、水泵调速节能方面有着广泛的应用前景。随着液体粘性传动技术的发展，传统的直接借用普通湿式离合器的摩擦副越来越不能满足工况要求。本文根据液体粘性传动的特殊工况，对液体粘性传动的摩擦副进行了一些研究和实验，具体内容主要包括以下几个部分：第一章为绪论，着重分析了本课题的背景和意义
21、，包括液体粘性传动技术的原理和国内外研究现状。第二章分析了液体粘性传动摩擦副的油膜润滑传动机理，建立了带径向油槽摩擦片间油膜传动的数学模型，运用粘性流体力学的叠加原理，采用迭代法求解得到该模型的近似解析解，并用试验验证了所得结论的正确性。第三章主要对摩擦副的材料进行对比和研究，讨论了两种常用的摩擦副衬片材料-铜基粉末冶金摩擦材料和纸基摩擦材料，并根据液体粘性传动的特点讨论了液体粘性传动摩擦副材料的选择原则。第四章主要对液体粘性传动装置摩擦副的变形失效现象进行研究，通过建立了摩擦副热传导模型，数值计算得到了对偶片沿径向瞬时温度场分布和因此产生的周向热应力、径向热应力分布曲线，分析得到导致对偶片发生翘曲变形的原因是周向热应力而非径向热应力，并通过大量试验，总结出摩擦副参数的优化对提高其抗热变形能力的影响规律。第五章主要是对全文的研究工作进行了简要总结和今后工作的展望。本文链接：http:/