离合器摩擦机理前言、综述与结论.doc

离合器片摩擦机理前言、综述与结论离合器是微型汽车(以下简称微车)的重要零部件之一，其摩擦副的摩擦因数 对离合器性能有着重要影响离合器摩擦副必须有足够大的摩擦因数，若摩擦副摩 擦因数过小，则离合器正常工作所需的床紧力较大，从而对膜片弹簧的性能要求 较高，IT分离离合器踩下离合器踏板时较费劲此外，压紧力一•定时，大的摩擦 因数能产生较大的摩擦力矩，使离合器主、从动盘快速同步，减少打滑的吋间， 从而延长离合器的寿命昭因此，研究微车离合器摩擦副的摩擦因数对于微车离合 器的设计与研究有着重要意义1影响摩擦因数的因素经典摩擦理论认为摩擦因数的大小取决丁•摩擦副材料木身固有的特性，血与 滑动速度和法向作用力的大小等无关，对于一定的材料，其摩擦因数为一常数经 典摩擦理论虽然能够近似地用于工程实际，却有很人的局限性和不确切性实践 证明:摩擦因数的大小不仅取决于该材料木身固有的特性，而冃与它所在的摩擦学 系统的特性密切相关，即:尸f(x, s) (1)式中:X为工况条件，包括载荷、相对运动的速 度与形式以及时间等；S为摩擦学系统的结构，包括组成摩擦学系统的各元素、各 元素的性质以及各元素Z间的相互关系由式(1)可见:摩擦学系统的工况条件以 及摩擦学系统的结构组成均对摩擦因数有着重要影响，摩擦因数决不是只由摩擦 学系统的某一个元素的性质来决定。

即使是同一种材料，在不同的摩擦学系统中, 其摩擦因数也具有不同的数值[2-3] o2.温度对离合器摩擦磨损性能的影响温度及其在工作过程中的变化对摩擦系数及磨损量的影响尤为重要，无论是 环境温度，还摩擦过程中产生的表面温升，都对摩擦材料的机械性能或对表面膜 的生成产生重要影响离合器摩擦材料在200C以前，摩擦系数基本稳定，始终 保持在0.5左右;从200C升到300C,摩擦系数缓慢减小;从300C升到400C, 摩擦系数急剧减小同时在摩擦试验中发现摩擦副在300C以后产生较强烈的振 动，并伴有较大的噪声，而且散发出烧焦气味在100-400C之间，离合器摩擦 片磨损量一直随温度的升高而增大，其小在200CZ前，磨损量较小;200・300C, 磨损量较大;300C以后，磨损量急剧增大这主要是因为:1）在200C之前，酚醛 树脂能够长期稳定使用，其粘结性能较好，摩擦材料的强度较高，因此摩擦系数 基本稳定，磨损量较小;2）当温度超过200C吋，酚醛树脂开始热分解，生成大量 的液体和气体在摩擦过程小，这些液体起着润滑膜的作用，气体在摩擦副间形 成局部气垫减小了摩擦片和压盘间的正压力，从而导致摩擦系数下降。

而酚醛树 脂的热衰退，又使其粘结性能降低，摩擦表面材料的剥落较严重，因此磨损量增 大;3）半温度超过300C时，酚醛树脂热分解越来越剧烈，产生的液体及气体相应 增多，润滑作用越来越明显，因而摩擦系数急剧减小同吋酚醛树脂的粘结性能 大大降低，磨损量显著增大3 •载荷对离合器摩擦磨损性能的影响载荷对摩擦系数的影响与摩擦副Z间的实际接触而积有关微型汽车离合器在滑 动摩擦过程中，摩擦副的实际接触面积由小到人逐渐发生变化，其摩擦系数与载 荷相关离合器摩擦副在工作载荷小于15kg吋，摩擦系数呈上升趋势，磨损量 较小:出T作载荷超过15kg时，摩擦系数随载荷的增大而减小，磨损量增大，特 别是25kg以后，磨损量增加较快在10-40kg载荷变化范围内，摩擦系数的变 化范围是0.48-0.54,磨损量的变化范围是10-80mg,由此可见，载荷对微车离合 器磨损量的影响较人人，对摩擦系数的影响较小同时，在摩擦试验中发现载荷 大于25kg吋，产生较强烈的振动，并伴有较大的噪声、散发出烧焦气味，而且 载荷大于30kg吋摩擦过后压盘表面有发蓝现象这主要是因为:载荷越大，摩擦 表而正圧力越大摩擦表而正床力的增加，一方面使摩擦副的实际接触面积增大, 摩擦表而的磨屑不易被排出摩擦表而，这样在摩擦副滑动过程小，…些较硬的磨 粒使摩擦表面产生划痕、沟槽或碎片，致使磨损量较大;另一•方面较大的正压力 可能超过摩擦材料的许用强度，致使摩擦表面因疲劳而产牛裂纹或断裂现象。

同 吋载荷越大，摩擦副的表面温度越高，在较高温度环境下，酚醛树脂开始热分解, 摩擦表而生成氧化膜，摩擦材料的H润滑性能提高，因此摩擦系数下降4 •转速对离合器摩擦磨损性能的影响转速对材料摩擦系数的影响，在很大程度上与材料表面温度以及由此引起的表面 膜增长、微凸体软化、接触而积增大等过程密切相关微车离合器摩擦副在转速 小480r/min时，摩擦系数呈上升趋势，磨损量较小J1基本稳定在10・15mg之 间;半转速超过480r/min时，摩擦系数随转速的增大而降低，磨损量增大，变化 较明显在330-580r/min转速变化范囤内，摩擦系数的变化范I韦I是0.48-0.54,磨 损量的变化范围是10-30mg,由此可见，转速対微车离合器磨损量的影响较小， 对摩擦系数的影响较大同时，在摩擦试验中发现转速达到580r/min吋，产生 较强烈的振动，并伴有较大的噪声这主要是因为:转速小于480r/min时，摩擦 表面的温度较低，还没有达到摩擦材料的热分解温度，酚醛树脂粘结剂的粘结性 能较好从330-480r/min,转速越大，摩擦副的相对滑动速度越大，摩擦材料越容 易产生剥落，所以摩擦系数增大，磨损量也增大。

转速超过480r/min时，摩擦 表而的温度己达到摩擦材料的热分解温度，摩擦表而生成氧化膜，F1润滑性能增 人，摩擦系数降低但此吋由于摩擦材料热衰退，酚醛树脂的粘结性能降低，摩 擦材料的剥落比较严重，因此磨损量增大5.磨损机理探究5」轻微磨损时的磨损机理探讨对轻微磨损过程的观察揭示，磨屑的生成是由摩擦副表面微凸体在反复滑动摩擦 过程中脱离材料表面而形成转速较低吋(如n<480r/min),半载荷F<20kg吋， 磨损过程中肉眼观察到的磨屑颗粒为黑色，磨屑颗粒的尺寸较小，摩擦表面有平 行于滑动方向的犁沟，并有少量未碾碎的片状磨粒粘附于犁沟边缘，经EDS分 析得出，摩擦表而含有铜、锌、镁、铁，定性分析结果为:铜(WT%=6.15),锌 (WT%=6.90),镁(WT%=4.91),铁(WT%=2.73)试验后与试验前摩擦表面元素相 比，增加了少量铁元素，说明摩擦过程中发生了材料转移，即摩擦对偶盘上的铁 元素转移到了摩擦片表面而且经观察发现，摩擦表面部分呈红色，经 D/MAX-LIIA型号X射线衍射仪(以下简称XRD)分析表明，磨屑中存在氧化铜 和其他金属氧化物，是腐蚀磨损和磨粒磨损的混合磨损形式。

SEM和XRD观察 显示，轻微磨损随着载荷的增人和磨损行程的增加逐渐发生转变例如在转速为 480r/min和载荷15kg的条件下，因在摩擦片表面有一层薄膜状铁合金，这是摩 擦对偶盘上铁兀素在磨损过程中转移到摩擦副表面所形成的，摩擦表面凹凸不平 或呈坑状同时，摩擦对偶盘脱落的磨粒又继续对摩擦片表而产生磨粒磨损，在 摩擦表面形成犁沟5.2严重磨损时的磨损机理探讨随着载荷或转速的增加，摩擦表面温度升高，摩擦副的磨损程度将从轻微磨损转 变为严重磨损在转速为580r/min.载荷为30kg条件下进行的磨损试验表明， 摩擦副局部接触面的温度超过了酚醛树脂的热分解温度（试验中剪切应力很小， 摩擦过程中有较大噪音），摩擦材料软化，离合器摩擦副的接触点易发生粘着:一 方面由于摩擦表面温度很高，摩擦副的粘着点不易被剪断，而且在摩擦过程中粘 着点越来越多，粘着面积越来越大，半粘着点的受力不平衡吋，就使粘着点附近 的软摩擦表面产生大面积的撕脱，磨屑大多呈片状，这称之为粘着磨损;另一•方 而，粘着点被反复剪切、粘着，就有可能形成磨屑血脱落，脱落的磨粒由于硬度 较摩擦片表而硬度高，易在摩擦片表而产生犁沟，即发生磨粒磨损。

同时，随着 载荷或转速的升高，摩擦过程中伴有明显的振动和噪音例如在转速为530r/min, 载荷从30kg增大到40炬条件下，由于報性变形摩擦表面层产生大规模的表面损 坏，此吋，剥离是主要的磨损形势，因塑性变形而产生的磨屑脱离摩擦片表面， 这些磨屑通常比较大，呈条形或块状，摩擦表而比较光滑，基本没有犁沟存在，， 这种现象属于磨粒磨损机理小的塑性变形机理再者，摩擦表而温度过高，摩擦 材料热衰退严重，其硬度、强度降低，摩擦表面往往产生大面积裂纹或断裂现象, 这种现象属于磨粒磨损机理中的断裂机理参考文献：[1] 吴耀庆，摩擦材料的发展与展望，摩擦密封材料，2004[2] 徐春园，载荷与滑动速度对铜合金磨损的影响，机械研究与应用，2008[3] 王铁山，曲波等汽车摩擦材料测试技术，吉林科学技术出版社，2005（作者单位：黑龙江省教育培训中心）随着社会的不断发展，人类的环保意识逐渐增强，以及相应法规的颁布，缠 绕式离合器而片的生产而临着巨大的挑战首先是石油价格的飞涨，导致以酚醛 树脂和合成橡胶为粘结剂的摩擦材料生产企业的生产成本人幅度上涨，-些技术 力量薄弱的小型企业纷纷倒闭或濒于破产，即使是实力比较雄厚的大型企业，其 利润也是大幅度下降［1］。

再者就是现行的生产工艺比较繁琐，某一•环节出现问 题都可能给产品带来质量的不稳定，引起离合器片摩擦因数稳定性差、高温磨损 率严重、硬度高、冲孔时易碎裂等问题［2］第三是生产过程小对环境的污染和 资源浪费引起人们足够的重视，对离合器摩擦材料的生产提出越來越高的要求 因而对新型粘结剂的开发和工艺的研究是国内摩擦材料生产企业密切关注的问 题［3］本试验主要从丄述的问题出发，研制性能良好、能满足大多数摩擦材料 使用要求、价格低且不受国际石油价格影响的粘结剂取代现用的酚醛树脂和合成橡胶同时对现在的生产 工艺进行大幅度的调整，省去一•些对环境造成污染、能源浪费的工序，对工艺参 数进行了探讨，得岀一套可行的、绿色的工艺流程，并做了大量试验对新型粘结 剂和新型工艺进行了检测，结果证明本工艺集原材料节约、无环境污染、无资源 浪费、操作简单和易于管理于一体，作为离合器摩擦材料绿色制备工艺具有广阔 的应用前景随着汽车功率、速度及负载要求的不断提高，汽车用离合器片面临着严重挑 战,特别是用于重载及恶劣工况下的特种车辆，其离合器片极易失效和报废这就 要求离合器片能够在较高的工作温度下保持良好的摩擦磨损性能和物理■力学性 能。

为此，与清华大学合作,研制开发了一•种用于重载及在沙漠及崎岖山路等工况 下使用的汽车离合器片作为国家攻关项H成果的这种离合器片，在300C以上的 工作温度仍能保持良好的传动性能，且具有较高的使用寿命，从而替代进口产品, 填补我国在这个领域的空白本文介绍这种离合片的成分、性能、工艺和研制概 况摩擦材料是由增强体、基体、填料（摩擦性能调节剂与填充料）等多元组份配 合rfn成的复合材料其性能不仅受组分材料性能的影响，同吋也受制于组分的配 比因此，配方设计一直是提高复合材料性能的主要途径［1］IT前:主要采用正交 试验设计法进行配方设计及优化［2,3］-此法可缩短新材料研制周期，具有试验点 少、计算简便、易于分析等特点但在生产中，由于摩擦材料的组分较多，影响因 素复朵且组分2间、组分与条件Z间存在着相关性,因此配方人员仍较多凭经验 进行调配［4］对于摩擦材料，每种组分的比例是在o与1 Z间变化的非负值，其相 加总和等于1,其性能指标将主要取决于组分材料的配比，而与混料的总量无关，这 应属于特殊条件约束下的冋归混料设计问题［5］作者在新型摩擦材料研制中，在 基础配方基础上，采用SchefTe回归模型进行配方设计和模糊优化。

此法缩短了新 型摩擦材料的研制周期,有助于科学、合理地获得综合性能优良的新型摩擦材料1混料配方设计1.1性能指标确定评价摩擦材料性能的主要指标是强度、摩擦系数的稳定性 及耐磨性因此，选定冲击强度、摩擦系数和磨损量为试验指标本试验只考虑 五个主要因索:。