离合器面片对离合器工作的影响分析

蔡仁华蔡仁华 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）（江苏大学） 内容提要内容提要 一、汽车干式离合器的结构与作用一、汽车干式离合器的结构与作用 二、离合器面片（摩擦片）的要求二、离合器面片（摩擦片）的要求 三、摩擦片的材料构成三、摩擦片的材料构成 四、摩擦片的生产过程四、摩擦片的生产过程 五、摩擦片的评价要求五、摩擦片的评价要求 六、摩擦片未来发展趋势六、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、一、 汽车离合器结构与作用汽车离合器结构与作用 2011 （江苏大学）（江苏大学） 二、离合器面片的要求二、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）（江苏大学） 基本要求 表观要求 特殊要求 三、摩擦片的材料构成三、摩擦片的材料构成 1 1、摩擦材料的分类、摩擦材料的分类 2011 （江苏大学）（江苏大学） 2 2、摩擦片的材料构成、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 合物为合物为粘结剂粘结剂；以无机或有机类纤维为；以无机或有机类纤维为增强材料增强材料；以；以填料填料为摩擦性能为摩擦性能 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。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、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（过树脂固化作用和橡胶硫化（CureCure）作用，把纤维和填料粘结在一起，）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。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。在摩擦材料中应用。 2011 （江苏大学）（江苏大学） 腰果壳油改性酚醛树脂腰果壳油改性酚醛树脂 纯酚醛树脂纯酚醛树脂 丁苯橡胶丁苯橡胶 2011 （江苏大学）（江苏大学） 二、纤维增强材料二、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，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。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。要有好的增强效果，还有能被市场接受的成本价格。 玻璃纤维玻璃纤维 铜丝铜丝 芳纶纤维芳纶纤维 玻璃纤维玻璃纤维 铜丝铜丝 玻璃纤维玻璃纤维 化纤化纤 铜丝铜丝 石棉纤维石棉纤维 棉花铜丝棉花铜丝 2011 （江苏大学）（江苏大学） 摩擦材料对其使用的纤维组分要求是：摩擦材料对其使用的纤维组分要求是： （1 1）增强效果好；）增强效果好； （2 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；）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 3）具有基本的摩擦系数；）具有基本的摩擦系数； （4 4）硬度不宜过高，以免产生噪音和损伤压盘或飞轮）硬度不宜过高，以免产生噪音和损伤压盘或飞轮; ; （5 5）工艺可操作性好。）工艺可操作性好。 三、填料三、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：用填料的目的，主要有以下几个方面，它们是： （1 1）调节和改善制品的摩擦性能、物理性能与机械强度；）调节和改善制品的摩擦性能、物理性能与机械强度； （2 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；）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 3）改善制品的制动噪音；）改善制品的制动噪音； （4 4）提高制品的制造工艺性能与加工性能；）提高制品的制造工艺性能与加工性能； （5 5）改善制品外观质量及密度；）改善制品外观质量及密度； （6 6）降低生产成本。）降低生产成本。 2011 （江苏大学）（江苏大学） 四、摩擦片的生产过程四、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）（江苏大学） 2011 （江苏大学）（江苏大学） 2011 （江苏大学）（江苏大学） 2011 （江苏大学）（江苏大学） 不同类型离合器面片性能特点说明不同类型离合器面片性能特点说明 项项 目目产产 品品 配配 方方 科特编号科特编号SF022SF023SF051 SF058 SF061SF092 SF094 SF032SF035SF056SF068 类似产品 工艺工艺 特点特点 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 性性 能能 摩擦系摩擦系 数数 较稳定较稳定稳定稳定较稳定稳定稳定稳定稳定 耐温性耐温性300300300300300300300400400 耐磨性耐磨性较好较好好好好好好好好 耐高速耐高速 破裂强破裂强 度度 较高较高较高高高高高高高 成成本本适中适中较高高较高高较高高高 适用适用 车型车型 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）（江苏大学） 1 1、小样与台架试验、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五、离合器面片评价要求 2011 （江苏大学）（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+0.80.100.10 240330-1.0+1.00.120.12 330-1.2+1.20.150.15 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）（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） 240200.250.30 240330350.300.50 330500.400.70 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。 5.4.2 2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）（江苏大学） 表4 1类摩擦性能 项目 试验温度a 100150200250 摩擦系数b（）0.250.600.250.600.200.600.200.60 指定摩擦系数的允许偏差 （） 0.080.100.12 磨损率（V）/107cm3/ （N m） 00.5000.6000.8001.20 a 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）（江苏大学） 项目 试验温度a 100150200250300 摩擦系数b（） 0.25 0.60 0.25 0.60 0.25 0.60 0.20 0.60 0.20 0.60 指定摩擦系数的允许偏差 （） 0.080.100.120.12 磨损率（V），107cm3/ （N m） 00.5000.6000.8001.00 0 1.20 a 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5 2类摩擦性能 2011 （江苏大学）（江苏大学） 项目 技术指标 1类2类 弯曲强度，N/mm225.035.0 最大应变，10-3mm/mm6.015.0 5.6 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 24040090007000100008000 2403303008500650090007500 3302008000600080007000 注：需方有特殊要求时，可由供需双方商定。 2011 （江苏大学）（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）（江苏大学）定速试验反映的摩擦磨损性能对比 2011 （江苏大学）（江苏大学） 2011 （江苏大学）（江苏大学） 2011 （江苏大学）（江苏大学） 2 2、道路试验道路试验 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）（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）（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8888 1000转/分8888 2000转/分9988 2011 （江苏大学）（江苏大学） 第二档 2000转/ 分 9988 3000转/ 分 9988 倒档 怠速怠速8 88 88 88 8 10001000转转/ / 分分 8 88 87 77 7 20002000转转/ / 分分 8 88 88 88 8 2011 （江苏大学）（江苏大学） 换高档 1档到2 档 8888 2档到3 档 88