离合器面片对离合器工作的影响分析

蔡仁华2011年3月26日摩擦片性能对离合器工作的影响分析2011（江苏大学）内容提要一、汽车干式离合器的结构与作用二、离合器面片（摩擦片）的要求三、摩擦片的材料构成四、摩擦片的生产过程五、摩擦片的评价要求六、摩擦片未来发展趋势汽车离合器的组成如图所示，它由主动部份、从动部份、压紧机构和操纵机构四部分组成。主动部分由飞轮、压盘、离合器盖等组成，从动部分即从动盘(两面带有离合器面片)，它装在飞轮和压盘之间。从动盘通过花键从动轴(即变速器输入轴)上，并可沿轴作轴向运动。压紧机构由安装在离合器盖与压盘之间的弹簧组成，将压盘压向飞轮。操纵机构由踏板、拉杆、分离叉、分离轴承和分离杠杆组成。通常大部分汽车采用干摩擦式离合器，即利用摩擦材料之间的摩擦力来传递动力的机构，这样既可以很有效的传递动力，又可以保证传动部件的安全。汽车离合器的作用是保证汽车平稳起步，便于变速器换挡，防止传动系过载。一、汽车离合器结构与作用2011（江苏大学）二、离合器面片的要求1、摩擦系数、磨损率；2、尺寸精度；3、高速旋转破裂强度；4、硬度；5、密度；6、其他性能(气孔率、热膨胀、ph、热传导）;7、动静摩擦系数之比；8、表面处理。通常在离合器处于正常接合状态时，分离轴承与分离杠杆内端之间应留有适当的间隙，间隙反映到踏板上的行程，即离合器踏板的自由行程。自由行程可通过拉杆上调整螺母来调整。根据离合器的结构及工作方式对离合器面片提出了一系列的性能要求。2011（江苏大学）基本要求表观要求特殊要求三、摩擦片的材料构成1、摩擦材料的分类2011（江苏大学）2、摩擦片的材料构成摩擦材料属于高分子三元复合材料，它包括三部分：以高分子化合物为粘结剂；以无机或有机类纤维为增强材料；以填料为摩擦性能调节剂或配合剂。摩擦材料有时也称为合成摩擦材料，以区别于烧结加工成的不含有机粘结剂的粉末冶金摩擦材料。－、有机粘结剂摩擦材料所用的有机粘结剂为酚醛类树脂和合成橡胶，而以酚醛类树脂为主。它们的特点和作用是当处于一定加热温度下时先呈软化而后进人粘流态，产生流动并均匀分布在材料中形成材料的基体，最后通过树脂固化作用和橡胶硫化（Cure）作用，把纤维和填料粘结在一起，形成质地致密的有相当强度及能满足摩擦材料使用性能要求的摩擦片制品。摩擦材料所用的橡胶品种中，常用的是丁苯橡胶和丁腈橡胶。丁苯橡胶的价格便宜，耐磨性好，故使用最广泛。丁腈橡胶耐热性，抗拉强度均优于丁苯橡胶，但价格较高，加工的工艺性差。天然橡胶虽然抗拉强度和伸长率均很好，但其耐热性相对较次，价格又稍高，故现在较少在摩擦材料中应用。2011（江苏大学）腰果壳油改性酚醛树脂纯酚醛树脂丁苯橡胶2011（江苏大学）二、纤维增强材料纤维增强材料构成摩擦材料的骨架，它赋予摩擦制品是够的机械强度，使其能承受摩擦片在生产过程中的磨削和铆接加工的负荷力以及使用过程中由于结合与滑磨所产生的冲击力、剪切力、压力、离合器片高速旋转的作用力，避免发生破坏和破裂。我国有关标准及汽车制造厂根椐摩擦片的实际使用工况条件，对摩擦片提出了相应的机械强度要求，如抗冲击强度、抗弯强度、抗压强度、剪切强度、旋转破裂强度等。为了满足这些强度性能要求，需要选用合适的纤维品种。在进行选择时，纤维的增强性能/价格比，是很重要的选择原则，即不但要有好的增强效果，还有能被市场接受的成本价格。玻璃纤维＋铜丝芳纶纤维＋玻璃纤维＋铜丝玻璃纤维＋化纤＋铜丝石棉纤维＋棉花＋铜丝2011（江苏大学）摩擦材料对其使用的纤维组分要求是：（1）增强效果好；（2）耐热性好，在摩擦工作温度下，不会发生熔融、碳化与热分解现象；（3）具有基本的摩擦系数；（4）硬度不宜过高，以免产生噪音和损伤压盘或飞轮;（5）工艺可操作性好。三、填料摩擦材料组分中的填料，主要是由摩擦性能调节剂和配合剂组成，使用填料的目的，主要有以下几个方面，它们是：（1）调节和改善制品的摩擦性能、物理性能与机械强度；（2）控制制品热膨胀系数、导热性、收缩率、增加产品尺寸的稳定性；（3）改善制品的制动噪音；（4）提高制品的制造工艺性能与加工性能；（5）改善制品外观质量及密度；（6）降低生产成本。2011（江苏大学）四、摩擦片的生产过程纤维材料准备配料B配料A炼胶切胶打浆上浆称重缠绕热压热处理表面加工检验包装打印入库生产离合器面片通常使用干法工艺和湿法工艺，对干法工艺生产的产品主要用于速度不高的离合器使用，主要是农用车系列，绝大部分的离合器面片生产采用湿法工艺。湿法工艺通常用二步法进行生产，即纤维类骨架材料首先进行树脂浸渍，适当干燥后，再进行浸胶;待干燥后转入下道工序。二步法工艺的缺点是由于先上树脂，纤维表面全部包裹着树脂，其它摩擦性能调节剂无法和纤维材料构成综合性能良好的产品，从而使制品的摩擦磨损性能不稳定。一步法工艺就是克服上述缺点而进行的技术创新。这样纤维材料和摩擦性能调节剂、粘接剂构成性能稳定的摩擦材料制品。2011（江苏大学）2011（江苏大学）2011（江苏大学）2011（江苏大学）不同类型离合器面片性能特点说明项目产品配方科特编号SF022SF023SF051SF058SF061SF092SF094SF032SF035SF056SF068类似产品工艺特点黑色高捻线,黑色底胶棕色高捻线,黑色底胶棕褐色复合线,黑色底胶棕色芳纶复合线,棕色底胶包芯纱线,黑色底胶高铜红色复合线,黑色底胶多铜复合线,黑色底胶褐色复合线,黑色底胶褐色复合线,黑色底胶性能摩擦系数较稳定较稳定稳定稳定较稳定稳定稳定稳定稳定耐温性≥300℃≥300℃≥300℃≥300℃≥300℃≥300℃≥300℃≥400℃≥400℃耐磨性较好较好好好好好好好好耐高速破裂强度较高较高较高高高高高高高成本适中适中较高高较高高较高高高适用车型中、重型货车中、重型货车各类，尤其轻微车、客车各类型商用车各类，尤其轿车、轻微车各类，尤其中、重型车各类，尤其重型、工程车各类车型各类型乘用车2011（江苏大学）1、小样与台架试验评价离合器面片的方法和标准目前在我国通用的有GB/T5764-1998《汽车用离合器面片》，QC/T25-2004《汽车干离合器面式离合器总成技术条件》，QC/T27-2004《汽车干摩擦式离合器台架试验方法》。前者国家标准是由摩擦材料行业为主制订的，后者是汽车离合器行业制订的。对于引进车型其各类离合器对面片的技术要求，按各国车型而分别制订的，最典型的是VW-TL103《供货技术条件离合器面片的功能要求》。综合比较这三类标准不难发现各自的区别与特点。五、离合器面片评价要求2011（江苏大学）5技术要求5.1外观5.1.1面片表面在加工后应平整，不允许有起泡、龟裂、油污、凹凸、翘曲和扭曲等影响使用的缺陷。5.1.2面片深加工与否，由供需双方商定。5.2尺寸偏差面片的基本尺寸由需方参照附录B确定，其偏差和每片的厚薄差应符合表2规定。表2尺寸偏差单位为毫米基本尺寸极限偏差每片的厚薄差外径内径厚度≤240-0.8+0.8±0.10≤0.10240～330-1.0+1.0±0.12≤0.12＞330-1.2+1.2±0.15≤0.15注：需方有特殊要求时，可不采用此偏差，由供需双方商定。GB/T5764《汽车用离合器面片》修改后标准的技术要求2011（江苏大学）5.3平面度与同心度面片在规定负荷下的平面度及内外圆同心度应符合表3的规定。表3规定负荷与平面度、内外圆同心度基本尺寸技术要求规定负荷（N）平面度（mm）同心度（mm）≤24020≤0.250.30240～33035≤0.300.50＞33050≤0.400.70注：需方有特殊要求时，可由供需双方商定。5.4摩擦性能5.4.11类面片摩擦系数及其允许偏差和磨损率，应符合表4的规定。5.4.22类面片摩擦系数及其允许偏差和磨损率，应符合表5的规定。5.4.3试验后试片不得出现裂纹、凸起等影响使用的缺陷，试片对圆盘摩擦面不得有明显划伤。2011（江苏大学）表41类摩擦性能项目试验温度a100℃150℃200℃250℃摩擦系数b（μ）0.25～0.600.25～0.600.20～0.600.20～0.60指定摩擦系数的允许偏差（△μ）±0.08±0.10±0.12—磨损率（V）/［10－7cm3/（N·m）］0～0.500～0.600～0.800～1.20a试验温度指试验机圆盘摩擦面温度。b摩擦系数范围包括允许偏差在内。2011（江苏大学）项目试验温度a100℃150℃200℃250℃300℃摩擦系数b（μ）0.25～0.600.25～0.600.25～0.600.20～0.600.20～0.60指定摩擦系数的允许偏差（△μ）±0.08±0.10±0.12±0.12—磨损率（V），［10－7cm3/（N·m）］0～0.500～0.600～0.800～1.000～1.20a试验温度指试验机圆盘摩擦面温度。b摩擦系数范围包括允许偏差在内。表52类摩擦性能2011（江苏大学）项目技术指标1类2类弯曲强度，N/mm2≥25.0≥35.0最大应变，10-3mm/mm≥6.0≥15.05.6旋转爆裂强度面片在规定加速度下的旋转爆裂强度应符合表7的规定。表7旋转爆裂强度单位为转每分基本尺寸(mm)角加速度（rpm·s-1）技术要求1类面片2类面片室温200℃室温200℃≤240400≥9000≥7000≥10000≥8000240～330300≥8500≥6500≥9000≥7500≥330200≥8000≥6000≥8000≥7000注：需方有特殊要求时，可由供需双方商定。2011（江苏大学）表6弯曲性能5.5弯曲性能面片的弯曲强度及最大应变应符合表6规定。2011（江苏大学）定速试验反映的摩擦磨损性能对比2011（江苏大学）2011（江苏大学）2011（江苏大学）2、道路试验据和国外先进技术国家的摩擦材料企业技术交流，法国、德国、美国等通过道路试验确定产品质量是否符合汽车主机厂的要求，因此离合器面片的型式鉴定将会采用道路试验的结果来判定离合器面片能否装用的标准。国外道路试验由优秀的驾车试验员承担，通常培养一个优秀的试验员需要经过特殊的训练。据法国VALEO摩擦材料公司介绍，试验员先从优秀的驾驶员中挑选，再经过二年的专业培训，合格后才能成为道路试验试验员。试车过程中按标准要求分级评分。以下是美国一家公司离合器性能试验的程序和评定方法。2011（江苏大学）1）离合器性能试验试验车辆：雪佛来，1.5吨皮卡发动机：CID5.0变速箱：3速带超速档离合器面片尺寸：279*165*3.4试验条件：a、新的面片铆接在新的总成盘上，新的离合器盖总成，对离合器面片适当加载，新的分离轴承带新的发动机安装b、数据评定是在高速档4000转/分时进行,起始温度93℃,终止温度149℃,汽车停住(发动机2000转/分)，发动机加速至4000转/分，然后迅速松开离合器踏板，使离合器接合，发动机应立即停车。如发动机不停车，离合器就会打滑；每隔30秒接合一次离合器。2011（江苏大学）评定级别分五级评定：5-极佳-发动机停车；4-级好有轻微滑动；3-级勉强接受；2-1级差极度打滑；0-不允许发动机不停车。试验的最低要求：头10次停车试验5级，接下去7次停车试验4级，最后3次停车试验3级；离合器温度不应超过149℃。2）离合器接合试验试验车辆、发动机、变速箱、离合器面片尺寸同实例一。试验条件与结果：（分10级，由同一试车员进行评定）第一档冷态路程（公里）0404550温度℃25557997怠速88881000转/分88882000转/分99882011（江苏大学）第二档2000转/分99883000转/分9988倒档怠速88881000转/分88772000转/分88882011（江苏大学）换高档1档到2档88882档到3档8888换低档3档到2档88882档到1档8888温度4876991122011（江苏大学）3）离合器负载试验试验车辆、发动机、变速箱、离合器面片尺寸同实例一。试验条件与结果：室温2000转/分-30秒4000转/分高档序号温度等级序号温度等