外文翻譯--離合器摩擦片材料的表面特性和摩擦學(xué)性能研究【中英文文獻(xiàn)譯文】,中英文文獻(xiàn)譯文,外文,翻譯,離合器,摩擦,磨擦,材料,表面,特性,以及,性能,機(jī)能,研究,鉆研,中英文,文獻(xiàn),譯文 離合器摩擦片材料的表面特性和摩擦學(xué)性能研究 QianZouYi，Chethan Rao，Gary Barbera，Ben Zhoub，Yucong Wang 美國密歇根州羅切斯特,奧克蘭大學(xué)機(jī)械工程系，48309 美國,龐蒂亞克，MI 48340，通用汽車公司，通用汽車動(dòng)力總公司 [摘要] 離合器片材料的表面特性和摩擦行為強(qiáng)烈的影響離合器和整個(gè)車輛的使用壽命。摩擦板和隔板之間的摩擦系數(shù)隨著隨循環(huán)次數(shù)而減小。其結(jié)果是，隨時(shí)間的傳遞扭矩減小。在這項(xiàng)研究中，對(duì)離合器板材料的表面特性進(jìn)行了研究。WYKO光學(xué)表面探查與TTM模塊和通用汽車建立的專用夾具被用來測量表面不同接觸載荷作用下各個(gè)離合器片的材料特性。另外，離合器片摩擦材料的摩擦行為已經(jīng)開發(fā)研究了。一個(gè)UMT2微摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是用來衡量在各種離合器片材料的摩擦特性和干潤滑條件。摩擦負(fù)載和滑動(dòng)摩擦速度的對(duì)摩擦系數(shù)的影響已經(jīng)被研究。對(duì)離合器摩擦特性和摩擦材料表面特性之間的關(guān)系進(jìn)行了探討。對(duì)測試樣本進(jìn)行分析，可以量化磨損量。該研究可以對(duì)材料結(jié)構(gòu)和離合器板的性能之間的關(guān)系作出更好的解釋，以便于用來作為選擇和設(shè)計(jì)離合器的參考。 關(guān)鍵詞：離合器摩擦片材料 摩擦 磨損 表面特征 1緒論 離合器主要有兩部分組成，及摩擦片和壓盤。這些壓盤依靠和摩擦片接合脫離來傳遞速度和扭矩。傳遞到離合器上的扭矩和離合器總摩擦系數(shù)成正比。離合器摩擦片的功用是變速器整體性能的關(guān)鍵，它依賴于滑動(dòng)速度，正常壓力，潤滑，溫度和離合器表面情況是研究的主要目的。 2007年，Bezzazi和同事[1]報(bào)道了比較測試結(jié)果與通過標(biāo)準(zhǔn)測試離合器片。他們開發(fā)了一個(gè)方程式，測量了溫度對(duì)側(cè)向的磁盤，用盤銷實(shí)驗(yàn)測試并且得到了相關(guān)的摩擦系數(shù)與滑動(dòng)和溫度的關(guān)系。Bezzazi的工作是對(duì)聚合物復(fù)合材料摩擦磨損測試離合器襯片材料在無潤滑條件下進(jìn)行的，用摩擦計(jì)評(píng)估對(duì)滑動(dòng)距離的影響，對(duì)正常負(fù)載和溫度以及材料的影響。摩擦計(jì)由一個(gè)固定加載銷滑動(dòng)對(duì)旋轉(zhuǎn)與軸垂直玉磁盤。磁盤上的別針有兩個(gè)自由度：一個(gè)垂直，一個(gè)水平。 2007年Marklund等人[2]用針盤實(shí)驗(yàn)研究了濕式離合器的摩擦特性。他們開發(fā)了摩擦系數(shù)，滑動(dòng)速度和可被用于計(jì)算摩擦系數(shù)的溫度之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式。他們還用銷盤實(shí)驗(yàn)證明，摩擦系數(shù)取決于滑動(dòng)速度和溫度，但不能再在離合器片上施加負(fù)載。 在Marklund的工作中，特別是在保持架的銷盤實(shí)驗(yàn)中，以使局部摩擦測試量在濕式離合器系統(tǒng)中使用材料組合研制。在銷盤測試中，固定銷裝入軸向，而于旋轉(zhuǎn)磁盤接觸，并且插在從所屬接觸表面的溫度在約0.3mm的熱電偶試樣上。在開始測試開始時(shí)的溫度環(huán)境條件，滑動(dòng)速度逐漸增大，然后減小。 由于摩擦加熱速度的增加，試樣中的溫度隨加熱速度的增加而增加，隨試樣加熱速度的減小而減小。這個(gè)溫度被記錄下來并且表明了有一個(gè)溫度延遲。摩擦系數(shù)來自這種檢測方法與傳統(tǒng)檢測方法的比較后得來的。據(jù)研究，這是摩擦系數(shù)保持不變的兩種方法。根據(jù)研究，負(fù)荷對(duì)摩擦系數(shù)在這兩種測量方法中影響不大。然而，摩擦系數(shù)卻顯著依賴于滑動(dòng)速度和溫度。 在1997年，Holgerson[3]進(jìn)行了使用濕式離合器試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)，可以在接合過程中施加驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，改變滑動(dòng)速度、力、以及慣性和潤滑。測量數(shù)據(jù)包括法向力、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩、滑動(dòng)速度隨時(shí)間和溫度的變化而變化。對(duì)摩擦特性以及功率溫度的測試是一個(gè)近似于對(duì)嚙合性能的很好近似性測試。 2005年，Nyman 和工友[4]進(jìn)行測試以確定對(duì)摩擦特性表面粗糙度對(duì)濕式離合器的影響。測量表面特性他們用垂直掃描干涉測量。偏斜度、平均坡面和曲面的算術(shù)平均曲率等不同參數(shù)用于表示離合器的表面特征。然而，他們的測量結(jié)果都不能充分的表現(xiàn)離合器片的表面特性。 通過分析和觀察離合器摩擦片實(shí)驗(yàn)的不同程序，得出了以下結(jié)果： 1） 摩擦系數(shù)不取決于負(fù)載，但取決于滑動(dòng)速度和溫度，它會(huì)隨溫度的增加和滑 動(dòng)速度的增加而增加。 2） 摩擦系數(shù)在滑動(dòng)結(jié)束后仍保持在穩(wěn)定階段。它的穩(wěn)定水平取決于溫度和滑動(dòng)速度。 3） 對(duì)于通過SAE標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)獲得銷盤實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，銷摩擦行為的典型特征是一致的。比較銷盤實(shí)驗(yàn)結(jié)果與一個(gè)完整摩擦實(shí)驗(yàn)后顯示兩者的相關(guān)性。 4） 在盤銷機(jī)使用離合器摩擦片材料作為磁盤消除了經(jīng)常觀察到在其他的實(shí)驗(yàn)中，摩擦材料被減少到一個(gè)小樣本的上光效果。文獻(xiàn)綜述表明，很少研究用來了解摩擦片離合器的特性。沒有標(biāo)準(zhǔn)的離合器盤表面測試特征和對(duì)離合器摩擦性能的表面特征的關(guān)聯(lián)研究。 當(dāng)前研究的目標(biāo)包括： 1）表征方法用于當(dāng)前汽車變速器的離合器片。 2）行摩擦磨損測試來確定離合器的摩擦特性和磨損性能。 3）定獲得的結(jié)果之間的相關(guān)性從表面特性和摩擦磨損測試。 4）了進(jìn)一步研究和開發(fā)提供一個(gè)基線離合器盤。 2 表面特征 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置 使用WYKO光學(xué)表面輪廓儀對(duì)摩擦片表面粗糙度進(jìn)表面測量。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。矩形樣品摩擦片進(jìn)行切割，然后把試樣放入樣品架，玻璃板用丙酮清洗去除灰塵和異物，否則會(huì)導(dǎo)致不準(zhǔn)確的表面粗糙的測量。樣品架夾持在玻璃板上，摩擦片一起和負(fù)載通過擰緊螺栓上的樣本保持器施加。鏈接到負(fù)載傳感的負(fù)載傳感器，用于記錄施加在試樣的力。當(dāng)測量表面輪廓時(shí)，摩擦片試樣置于玻璃板上，這有利于負(fù)載的應(yīng)用上的摩擦板和測量下表面特性。通過透射介質(zhì)（TTM）是必要的附加透鏡，通過在玻璃進(jìn)行測量。在這項(xiàng)研究中，4.6兆帕經(jīng)常在實(shí)際的傳輸中使用的最大解除壓力施加。離合器片和玻璃板之間的實(shí)際接觸面積是4.8*10.因此，對(duì)應(yīng)于4.6兆帕的接觸壓力所施加的載荷是大約220N。在實(shí)際應(yīng)用中，在離合器盤中的壓力變化從零到最大。因此，一系列的負(fù)載從零化至220N的最大值，以10牛頓為單位，分別在表面特性過程中施加在摩擦片。 在這項(xiàng)研究中，有幾個(gè)離合器片材進(jìn)行了檢測。觀察所有的材料類似的趨勢。因此，只對(duì)進(jìn)行離合器盤A的測試數(shù)據(jù)在這里提出來。 圖1.實(shí)驗(yàn)設(shè)置表面特征 2.2 離合器從動(dòng)盤A的表面形貌測量 圖2表示離合器板A的表面輪廓，以10N，30N和50N施加的載荷從圖中可以看出，隨著所施加的載荷的增加，在表面壓縮，和接觸面積（圖中紅色區(qū)域）之間的離合器片和玻璃板增加。圖3顯示了平均粗糙度Ra隨著外加負(fù)載變化?？梢钥闯銎骄植诙萊a與外加負(fù)載增加下降緩慢。圖4是RPK的變化應(yīng)用負(fù)載的增加。雖然隨著Ra值緩慢下降，但PK率在迅速下降后又達(dá)到了最高值。這意味著，變形主要發(fā)生在表面輪廓峰，當(dāng)載荷達(dá)到某一點(diǎn)，峰的變形達(dá)到最大值并沒有產(chǎn)生進(jìn)一步的變形。這也就意味著實(shí)際接觸面積不變時(shí)所施加的負(fù)荷超過一個(gè)臨界點(diǎn)。對(duì)于離合器A，臨界載荷大約為30N。 圖2.不同載荷下的表面輪廓軟離合器板-A 圖3.平均粗糙度Ra 圖4. Rpk / Rk與應(yīng)用負(fù)載的關(guān)系 3 摩擦和磨損特性 3.1 充分潤滑的條件下摩擦實(shí)驗(yàn) 關(guān)于城市軌道交通-2通用微摩擦進(jìn)行摩擦測試。軌道交通-2通用微摩擦計(jì)具有基座，其用于保持試樣。該基地還可以容納足夠的潤滑劑在操作過程中淹沒標(biāo)本。一個(gè)獨(dú)特的標(biāo)本夾往復(fù)式摩擦測試使分離器板固定到它上面。標(biāo)本夾進(jìn)一步連接到上一級(jí)和促進(jìn)不同參數(shù)的測量，如摩擦力，正常負(fù)載和摩擦系數(shù)。40毫米的摩擦片標(biāo)本，5毫米和22毫米的分離器板標(biāo)本，6毫米板被削減被削減。分離器板標(biāo)本是鈍的邊緣，以防止摩擦板被翻轉(zhuǎn)。圖5防止耕作對(duì)試樣表面的摩擦片。圖5顯示了一個(gè)標(biāo)本被切斷從隔板和類似的加工過程中，然后獲得一個(gè)摩擦板試樣。 摩擦板試樣牢固地夾持在基座上，并在隔板樣品牢固地保持在上側(cè)試料保持器。試樣夾持器的簡圖表示在圖6。 試件在裝配機(jī)器前，用丙酮清潔基地，為試樣夾從表面清楚雜物，潤滑油和污垢。DEXRON[5]使用的自動(dòng)變速器是在流體充分潤滑條件下進(jìn)行的了測試。 圖5.從隔板上切下的樣品。 DEXRON是通用汽車公司的注冊(cè)商標(biāo)。使用的潤滑劑是在運(yùn)行測試之前替換為新的潤滑劑。潤滑摩擦測試在不同負(fù)載下進(jìn)行。每個(gè)測試重復(fù)了三次。在下列條件下進(jìn)行潤滑劑的摩擦測試：（1）試驗(yàn)方法為往復(fù)實(shí)驗(yàn)（2）摩擦片的尺寸為40mm*5mm（3）隔板尺寸為14mm*5m（4）接觸面積為30平方毫米（5）溫度為室溫（6）測試時(shí)間30分鐘（7）潤滑條件為潤滑（8）王府速度160轉(zhuǎn)。在往復(fù)實(shí)驗(yàn)溫度和往復(fù)速度保持不變。為了研究不同加載對(duì)摩擦系數(shù)的影響。由于負(fù)載施加的表面特性的接觸范圍不同所以，適用于摩擦實(shí)驗(yàn)負(fù)荷的范圍是不一樣的。摩擦實(shí)驗(yàn)的負(fù)載施加范圍是根據(jù)摩擦板和隔板板片之間的最大應(yīng)用壓力和接觸面積來計(jì)算。潤滑摩擦實(shí)驗(yàn)施加載荷的范圍如表一所示。 圖7顯示了潤滑摩擦實(shí)驗(yàn)結(jié)果在離合器A面的負(fù)載。應(yīng)用負(fù)載曲線和摩擦系數(shù)與時(shí)間關(guān)系繪制。從圖上可以看出，在30分鐘的測試中，摩擦力是非常穩(wěn)定的，只有微小變化。 圖6.往復(fù)試驗(yàn)設(shè)置。 表1潤滑摩擦試驗(yàn)中的應(yīng)用載荷。 測試號(hào) 接觸壓力（MPa）接觸面積（mm2）施加載荷（N） 1 0.1 30.0 3 2 0.2 30.0 6 3 0.4 30.0 12 4 1.0 30.0 30 5 2.6 30.0 78 6 4.4 30.0 132 圖7.摩擦測試復(fù)合板-Aat6N（ATFLubricated）。 圖8.離合器片A的COF負(fù)載（ATFLubricated）。 曲線的平均摩擦系數(shù)與實(shí)驗(yàn)負(fù)荷如圖8所示。結(jié)果顯示出，在負(fù)載的整個(gè)范圍里，測試過程中的摩擦系數(shù)是保持不變的。從結(jié)果中可以看出，在充分潤滑的條件下，摩擦材料的表面特性并不對(duì)摩擦性能產(chǎn)生較大影響。 在摩擦實(shí)驗(yàn)中，摩擦板樣品完全在潤滑劑里浸入，這使摩擦板表面必須非常暗。試樣的磨損極小，不能測定，并與摩擦測試相關(guān)。 3.2 在干燥條件下進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn) 濕式離合器通常是濕離合器片。圍繞離合器流體的摩擦性能是非常重要的。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，變速器、離合器開始在這個(gè)階段以最小的潤滑劑操作，離合器的摩擦特性是很重要的。因此，在干燥條件下試驗(yàn)。 圖9.干摩擦片式離合器板-Aat6N。 圖10. 在干燥條件下離合器片的摩擦與負(fù)載的有效性 - 除了沒有使用潤滑油以外，實(shí)驗(yàn)條件和干摩擦實(shí)驗(yàn)程序是相同的。在進(jìn)行離合器片上的摩擦實(shí)驗(yàn)時(shí)，有時(shí)不能提供最大的負(fù)載，因?yàn)樵谔峁┳畲筘?fù)載前摩擦片磨損測試就已經(jīng)完成。因此，負(fù)載應(yīng)用范圍從0到臨界負(fù)載（30N離合器板A）。每個(gè)標(biāo)本在特定的負(fù)載下，進(jìn)行了三個(gè)摩擦實(shí)驗(yàn)平均摩擦系數(shù)的考慮和分析。 圖9顯示了干燥條件下，6N 負(fù)載下對(duì)離合器板A 的摩擦測試結(jié)果。從圖可以看出在30分鐘測試期間，摩擦力波動(dòng)在一定得范圍之內(nèi)。 平均摩擦系數(shù)和負(fù)載之間的關(guān)系如圖10所示。在干燥條件下，摩擦系數(shù)隨著載荷的改變而改變。在開始的時(shí)候，當(dāng)載荷增加，摩擦系數(shù)急劇下降。然而，當(dāng)負(fù)載接近臨界載荷時(shí)，摩擦系數(shù)的降低減慢并趨于定值。 磨損測量是在摩擦板試樣上進(jìn)行了摩擦實(shí)驗(yàn)。測試的結(jié)果是在試樣上的矩形磨損路徑。試樣表面的磨損是輕微的，難以對(duì)磨損路徑和嶄新的摩擦板面之間進(jìn)行區(qū)分。然而，可以通過拋光效果被觀察到磨損的路徑，使它可以衡量磨損。 使用WYKO對(duì)磨損量等參數(shù)進(jìn)行測量。圖11描繪了一些重要的參數(shù)，如運(yùn)行時(shí)間V1中去除的材料，保持潤滑劑的歸一化體積V2，降低了平均粗糙度Ra。V1是材料填充，試樣的磨損量測量公式如下： 磨損量=（V1的為磨損表面—V1磨損表面）*測量面積 （1） 其中測量表面面積是2.4毫米—1.8毫米的這項(xiàng)正在研究中。 圖11.摩擦片的軸承比率 圖12.離合器片A的V1與負(fù)載。 圖13.離合器片A的磨損量與載荷的關(guān)系。 圖12顯示材料填充輪廓峰值V1減少，離合器板A隨負(fù)載增加。圖13顯示了磨損量增加隨外加負(fù)載的增加。 3.3 相關(guān)的摩擦和表面特性 從結(jié)果中可以看出，在干燥實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)負(fù)載低于臨界載荷（30N對(duì)離合器板-A）時(shí)，負(fù)載對(duì)摩擦系數(shù)和摩擦材料的磨損體積都有影響。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，摩擦系數(shù)降低，而磨損量增加。根據(jù)表面表征結(jié)果，隨負(fù)載的增加，實(shí)際接觸面積增加，因此，摩擦系數(shù)增加。然而結(jié)果表明摩擦系數(shù)隨負(fù)載的增加而降低。改摩擦材料的這種行為可以通過試件表面上的效果進(jìn)行說明。在摩擦實(shí)驗(yàn)中，摩擦材料的試樣表面是另外一個(gè)接觸面，從而改變了摩擦材料的表面的粗糙面和光滑面。在這種情況下，干摩擦實(shí)驗(yàn)是從去除材料表面的凹凸的過程中完成這種轉(zhuǎn)化。因此，由于表面拋光，配合板的凹凸相互作用進(jìn)行了大幅度減小負(fù)載，這導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低。 4 結(jié)論 本研究完成后作出以下結(jié)論： （1）表征方法和摩擦磨損試驗(yàn)方法，已經(jīng)成功開發(fā)。這些方法可以被用 于進(jìn)一步的摩擦擦材料篩選。表征數(shù)據(jù)庫已經(jīng)開發(fā)，可以用于建模。 顯示過渡摩擦材料的表面特征。 （3）該潤滑摩擦實(shí)驗(yàn)表明在摩擦系數(shù)一致性，適用范圍廣的負(fù)載。干摩擦實(shí)驗(yàn)表明由于摩擦材料的拋光效果負(fù)荷增加摩擦系數(shù)降低。 （4）盡管為高摩擦實(shí)驗(yàn)，但潤滑的標(biāo)本有非常小的磨損，所以不容易檢測到。然而，在干燥條件下下，磨損則增加很多。從測試結(jié)果可以看出，磨損體積隨負(fù)載的增加而增加。 （5）表面特性和摩擦材料的磨損性能密切相關(guān)，尤其是在干燥條件下。 參考 [1] M. Bezzazi，A。Khamlichi，A。Jabbouri，P。Reis，JP Davim，使用銷盤式機(jī)器對(duì)離合器面板摩擦性能的實(shí)驗(yàn)表征，材料與設(shè)計(jì)28（7）（2007）2148-2153。 [2] P. Marklund，P。Ma¨ki，R。Larsson，E。Ho¨gland，M.M。 Khonsari，J。Jang，在限滑差速器應(yīng)用中對(duì)濕式離合器扭矩傳遞的影響，Tribology International 40（7）（2007）876-884。 [3] M. Holgerson，用于測量濕式離合器嚙合特性的裝置，Wear 213（97）（1997）140-147。 [4] P. Nyman，R.Ma¨ki，R. Olsson，B.Ganemi，“表面形貌對(duì)濕式離合器應(yīng)用中摩擦特性的影響”，Wear 261（6）（2006）46-52。 [5] DEXRON-111，自動(dòng)變速器流體規(guī)格，GM-6297M，1993。