（交通运输工程专业论文）汽车自动传动液的摩擦特性评价技术研究.pdf

中文摘要 摘要 本工程硕士学位论文基于作者参加的“汽车自动传动液摩擦特性研究”项目 和作者负责的“模拟s a eh r 0 2 试验方法研究”项目( 中国石油润滑油公司项目) ， 针对中国石油大连润滑油研发中心开展新型汽车自动传动液( a r f ) 的工程需要， 研制了仿s a en 2 试验机，进行了重复性和相关性考察，并使用仿s a e 2 试验 机评价了新开发的a t f 中基础油和添加剂的摩擦特性，得出主要结论如下： 1 、现有的评定台架不适于a t f 的摩擦特性的评定。四球机、f a l e x 试验机、 t i m k e n 试验机及研制的d g n 摩擦磨损试验机和小型离合器摩擦试验机由于试验 件、工作方式等问题不适合进行a t f 的摩擦特性评价。 2 、参照原s a en 0 2 试验机的工作方式、工作条件、摩擦片和钢片的尺寸大小、 摩擦片和钢片的材质、摩擦方式、试验件的加载方式等，设计并仿制了8 a ej 9 0 2 试验机，并对其进行了改进，使其可以更加灵活地进行试验。通过对比试验，验 证了仿s a e 施2 试验机的重复性以及与原s a en 0 2 试验机的相关性，可满足a t f 摩擦特性评价的要求。 3 、本文使用仿s a e 施2 试验机考察了a t f 摩擦特性，结果表明基础油中的饱 和烃含量决定基础油的摩擦耐久性，饱和烃含量越高，摩擦耐久性越好；基础油 中微量的含硫化合物可能会影响基础油的高温摩擦特性，与含硫的基础油类似， 含硫的清净剂可以影响基础油的高温摩擦特性，同时高钙含量的清净剂可以提高 基础油的摩擦耐久性；分散剂具有良好的温度摩擦特性，同时含有一定量磷硼化 合物的分散剂中点动扭矩始终保持在一个较高的水平，符合a t f 对摩擦特性的要 求一温度稳定性和耐久性。通过分散剂的复合实验，我们还发现，中点动扭矩有加 和性；除防锈剂，其余添加剂如抗氧剂、抗磨剂、金属钝化剂等对基础油的摩擦 特性均有不良影响。说明本文开发的仿s a en 0 2 试验机可满足a t f 新油品开发的 需要。 关键词：汽车自动传动液( a t f ) ；摩擦特性；仿s a e h r _ 0 2 试验机 a b s t r a c t t h i sd e g r e em e s i so fe n g i n e e r i n gm a s t e ri sb a s e do nt w os t u d i e s ，i n c l u d i n g t h e i t e m0 fc t s 眦yo nt h ef r i c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o nf l u i d ( a t f ) 锄d t h e o ft t s 呐o nt e s tm e t h o do fs i m u l a t e ds a e n 0 2t e s t e r ”，w h i c hb e l o n g st o p e t r o c h i n al u b r i c 纽tc o m p a n y t h ea u t h o ri sa ni m p o r t a n tp a r t i c i p a t o ro f t h ef o r m e r a n dr e s p o n s i b l ef o rt h el a t t e r 1 0m e e tt l l er e q u i r e m e n to fn e wt y p ea t fp r o j e c tc a r r i e do u tb yp e t r o c h i n a d a l i a nl u b eo i lr & di n s t i t u t e ，w ed e v e l o pm i m i cs a e g o _ 2t e s t e ra n dc a r r yo u ta s t u d yo nr e p e a r a b i l i t ya n dc o r r e l a t i o n ，a n du s e m i m i cs a ej q o _ 2t e s t e rt 0e v a l u a t et h e 行i c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fb a s eo i la n da d d i t i v e si na t f t h ef o l l o w i n g a r et h em a i n c o n c l u s i o n s 1 矾e x i s t i n gb e n c ha s s e s s m e n t sa r en o ts u i t a b l ef o re v a l u a t i o no f t h ef r i c t i o n c 1 1 a r a c t e r i s t i c so fa t ef a l e xt e s t e r , t i m k e nt e s t e r , t h ed e v e l o p e dd g n f r i c t i o na n dw e a r t e s t e ra n ds m a l lc l u t c hf r i c t i o nt e s t e rc a r tn o tc a r r yo u tt h ee v a l u a t i o no ft h ef r i c t i o n c h a r a c t e r i s t i c so f a t f 2 b a s e do nt h ep r e v i o u sf a c t o r s ，i n c l u d i n gm e t h o d o fr u n ，w o r k i n gc o n d i t i o n s ，t h e s i z eo ff r i c t i o ns h i pa n ds t e e ls h i p ，t h em a t e r i a lo ff r i c t i o nc h i p a n ds t e e lc h i p ，t h e l o a d i l l gm e t l l o do ft e s te l e m e n ta n ds oo i l ，w ec o p i e da n di m p r o v e dt h es a e n _ 0 2t e s t e r i nl a b o r a t o r y , m a k i n gi t c a l le x e c u t em o r ef l e x i b l et e s t b yc o m p a r i n gt e s t ，t h e r e p e a t a b i l i t yo ft h em i m i cs a e n 2 2t e s t e ra n dt h er e l e v a n c eo fi tt os a e n o _ 2t e s t e rh a v e b e e nt e s t e d 砌mv 缸f i e d ，t h a ti tc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so fe v a l u a t i o no f t h ea t f c h a r a c t e r i s t i c so f m c t i o n 3 w es t u d i e dt h ef r i c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fa t fb y t h em i m i cs a e 2t e s t e r , t h e r e s u l ts h 。w e dt h ec o n t e n to fs a t u r a t e dh y d r o c a r b o ni nb a s eo i l d e c i d ei t sf r i c t i o n d u r a b i l i t v t h eh i g h e rc o n t e n to fs a t u r a t e dh y d r o c a r b o n si nb a s eo i l ，t h eb e t t e rd u r a b i l i t y i tw i l ld 啪1 。崩em i n u t eq u a n t i t i e so fs u l f u rc o m p o u n d si nt h eb a s eo i lm a y b ei m p a c t e d o ni t sf r i c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i ca th i g ht e m p e r a t u r e s i m i l a r i t yt ot h es u l p h u r o u sb a s eo i l ， t h ed i s p e r s a n tw i t hs u l f u ra l s oc o u l dh a v ei m p a c to n t h eb a s eo i l sh i g ht e m p e r a t u r e 硒c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c a tt h es a m et i m e ，t h ed i s p e r s a n tw h i c hh a v eh i 咖c a l c i u m c o n t e n tc o u l di m p r o v et h ef r i c t i o nd u r a b i l i t y ；t h ed i s p e r s a n to w ng o o dt e m p e r a t u r e f r i c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c ，a n dt h ed i s p e r s a n tw h i c hh a v ead e f i n i t ea m o u n to fc o m p o u n d 英文摘要 o fp h o s p h o r u sa n db o r o nc o u l dk e e pa h i g h e rl e v e li nm i d - t o r q u e ，i tc o n f o r mt ot h e r e q u i r e m e n to ft h ef f i c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i co fa t f ，i n c l u d i n gt e m p e r a t u r es t a b i l i t ya n d d u r a b i l i t y b yt h ec o m p o u n de x p e r i m e n to fd i s p e r s a n t ，w ef o u n dt h a tt h em i d t o r q u eh a s a d d i t i v ep r o p e r t y t h ea d d i t i v e se x c e p ta n t i r u s t ，f o ri n s t a n c ea n t i o x i d a n t ，a n t i w e a r a d d i t i v e ，m e t a l l i cp a s s i v a t o re t c h a v en e g a t i v ei m p a c to nt h ef r i c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i co f b a s eo i l t h er e s u l t si n d i c a t em i m i cs a en 0 2t e s t e rd e v e l o p e db yu sc a nm e e tt h e r e q u i r e m e n to fd e v e l o p i n gn e w a t e k e yw o r d s ：a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o nf l u i do 订f ) ；f r i c t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；m i m i c s a e 2t e s t e r 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文“遗奎自动佳动遮的麈握挂连证俭堇苤班究”。除论文中已 经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发 表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 保密口在年解密后适用本授权书。 不保密团( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名o 。甚 导师签名： 彳 日期：1 年c 月 艿日 汽车自动传动液的摩擦特性评价技术研究 第1 章绪言 汽车变速器通过改变传动比，改变发动机曲轴的转拒，适应在起步、加速、 行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求 的需要，是汽车关键技术之一。变速器由变速传动机构和变速操纵机构两部分组 成。变速传动机构的主要作用是改变转矩和转速的数值和方向；操纵机构的主要 作用是控制传动机构，实现变速器传动比的变换，即实现换档，以达到变速变矩瞄1 u 1 。现在市场上销售的汽车，装备的变速箱主要有手动变速器( k i t ) 、自动变速器 ( a t ) ，此外还有电控机械式自动变速器( a m t ) m 1 、无级变速器( c v t ) 临1 和双离 ， 合器自动变速器( d c t ) 1 。 由于自动变速装置( a t ) 能使汽车自动适应行驶阻力的变化，提高汽车的动 力性能，起步无冲击，变速时震动小，乘坐舒适，驾驶方便，并可使发动机处于 最佳工况，过载时还能起保护作用，充分利用发动机功率，并有利于消除排气污 染，因此，汽车自动变速系统在国外的应用比较普遍。自动变速器和扭矩转换器 一般装有液力变矩器、齿轮传动机构、液压机构、湿式离合器和涡轮传动装置等哺1 ， 它们使用同一种油品进行能量传递、润滑和散热，这种油品被称为汽车自动传动 液，简称a t f 。汽车自动传动液( a t f ) 是一种多功能、多用途的液体，典型组成包 括抗氧剂、无灰分散剂、清净剂、摩擦改进剂、金属钝化剂和防锈剂等。它主要 用于轿车和轻型卡车的自动变速系统，也用于大型装载车的变速传动箱、动力转 向系统，农用机械的分动箱。在工业上，广泛用作各种扭矩转换器、液力偶合器、 功率调节泵、手动齿轮箱及动力转向器的工作介质田1 。汽车自动传动液全球用量 约8 0 万吨，其中北美市场容量约4 9 万吨，占全球的6 1 ，亚太市场容量约占1 5 。 全球2 0 0 7 年新增使用自动变速器的车辆大约有2 8 0 0 万辆左右，o e m 装车油使用 a t f 大约2 5 万吨，其余为服务油市场。2 0 0 6 年我国乘用车自动变速器共进口1 2 6 1 2 万台，较2 0 0 5 年增长8 0 6 2 。2 0 0 7 年1 - - 9 月份，乘用车用自动变速器共进口1 3 0 4 7 万台，同比增长4 3 8 0 。2 0 0 6 年，中国进口1 7 7 万台变速箱n 们，0 e m 装车油使用 a t f 约1 5 万吨，加上服务油估计有6 万吨左右，主要是进口，包括美孚、壳牌、 第l 章绪言 b p 、嘉实多以及一些日本的供应商等。国内a t f ，在2 0 0 2 年以前尚无自行研制和 生产满足现代汽车要求的a t f n ，2 0 0 2 年国内自动传动液( a t f ) 消耗量在1 5 0 0 - - 2 0 0 0 吨左右现今中国石油昆仑润滑油已经可以生产自主研发的a t f ，满足 d e x r o n i i i 规格n 羽，2 0 0 7 年产量有1 5 0 0 吨。目前国产的a t f 在市场占有率只有 4 。为提高国产水平和市场占有率，赶上国外的先进水平，必须加大a t f 的研发。 1 。1 汽车自动传动液性能要求 自动传动液( a t f ) 的关键功能是润滑、冷却和充当传递能量的液压介质，其 性能要求除具有防腐防锈性能、抗磨损性能、橡胶相容性能等外，主要有粘温性 能、抗氧化性能和摩擦特性。 1 1 1a t f 的粘温性能 a t f 的使用温度范围一般为4 0 + 1 7 0 ，因此要求具有适宜的高温粘度和 较低的倾点，在高温粘度方面，作为能量介质必须要求粘度低，而作为润滑介质 又要求粘度高，对于小轿车和轻型卡车要求，1 0 0 c 运动粘度为7 0 删= n 2 居 8 5 m m 2 s ，对于重负荷功率转换器用油，可按s a ej 3 0 0 分类，要求1 0 0 c 运动粘 度为3 8m m 2 s - - 一16 3 m m 2 s 。 低温粘度是自动传动液重要性能指标之一，在考虑自动变速器低温启动性和 泵送效率外，还应考虑离合器板烧伤的危险n 钔。早期的规格要求4 0 c 布氏粘度不 超过5 0 0 0 0m p a s o 近年来，大多数汽车制造商倾向于延长汽车保修期，减小汽车 的体积和改进汽车的传动性能，减少换档时间，尤其在冬季寒冷地区，减少或者 排除换档时的停滞现象，改进燃料经济性，减小启动负荷，缩小启动装置体积， 以及采用电子控制系统等措施，都要求进一步改进a t f 的低温粘度。d e x r o nl i e u 副 要求4 0 c 布氏粘度不超过2 0 0 0 0m p a s ，福特汽车公司m e r c o nv u 酗则要求不超过 。4 0 0 布氏粘度不超过1 00 0 0m p a - s ，这些新的要求只有采用合成油才能满足3 。 1 1 2a t f 的抗氧化性能 汽车在行驶中a t f 的温度随汽车行驶条件而变化，在开停频繁的苛刻条件下 运行时，最高温度可达1 5 0 1 7 0 ，同时由于传动装置的小型化也使自动传动 汽车自动传动液的摩擦特性评价技术研究 液的温度提高。这种温度对油品氧化的影响虽然比内燃机油的要求低，但如果氧 化产生油泥、漆膜、酸性物质以及导致粘度的变化都会对离合器产生不良的影响， 引起摩擦特性的改变，甚至腐蚀离合器片、衬套和止推垫片。油泥会堵塞液压控 制系统和排液管路。漆状物会导致控制阀、调节杆失灵。氧化产物还会使油液引 起泡沫，造成气穴等u 引。因此，a t f 各规格的修改和更新的原因在很大程度上是 由于氧化试验条件愈来愈苛刻，而控制指标则更加严格。 1 1 3a t f 的摩擦特性 摩擦特性是a t f 最重要又最难达到的性能，它是换档感觉、动力矩负荷和摩 擦耐久性的综合平衡特性。在自动变速器中，换档是通过离合器的啮合来完成的， 在换档过程中，离合器片之间的相对速度变化为由大变小直至相对速度为零，为 了得到良好的换档感觉，人们希望离合器能平稳的传递扭矩，这就要求两个离合 器片之间的摩擦系数不要随速度变化，最好能保持恒定，同时，为了得到更大的 传递能力，也要求离合器片的摩擦系数在不增加磨损的前提下尽可能提高，而且 良好的摩擦耐久性也是很关键的，它可以保证在自动变速器的使用过程中，不因 为a t f 的氧化衰变而影响动力的传递u 引。a t f 的摩擦特性包括动静摩擦系数比、动 静摩擦系数绝对值以及动静摩擦系数的耐久性，当然还包括摩擦系数温度特性瞳们。 一般来说，它可由三个摩擦系数来描述：静摩擦系数( us ) 、动摩擦系数( pd ) 以及啮合摩擦系数( po - b r e a ka w a y 摩擦系数) ，其中静摩擦系数反映传递的扭矩 大小，动摩擦系数反映传递过程的平稳程度，啮合摩擦系数与动摩擦系数的比值 反映颤动的可能性比u 。现代的a t f 要求有较大的动静摩擦系数，正向的摩擦系数 速度曲线，即啮合摩擦系数与动摩擦系数的比值大于1 以及较好的摩擦系数温度 特性，即摩擦系数不随温度而变化乜别。 1 2 汽车自动传动液主要规格 目前用于轿车的自动变速箱，北美的主要规格有g m 公司的d e x r o n l l 、i i i 、 v i 规格、f o r d 公司的m e r c o n 、m e r c o n v 、m e r c o n s p 、m e r c o nl v 规格、d c 的a t f + 3 、 a t f + 4 规格，日本的主要规格有t o y o t a 的di i 、t 、w s 规格，n i s s a n 的m a t i c d 、 j 规格，h o n d a 的a t f z 1 规格，m a z d a 的m 5 规格，m i t s u b i s h i 的a t f 一2 、s p i l l 规 第1 章绪言 格，d a i h a t s u 的d 3 一s p 规格以及s u b a r u 的f 6 规格。欧洲主要采用g m 公司的 d e x r o n i i 、i i i 、v i 规格。 通用汽车公司是美国三大汽车公司( g m 、f o r d 和c h r y s l e r ) 中对自动变速箱传 动液提出规格要求最早的一个汽车公司。自1 9 4 9 年出现了汽车自动变速箱，它就 提出了t y p ea 规格。而后，随着自动变速装置的改进及汽车性能的提高，又不断 修订和更新规格，出现了t y p ea 、s u f f i xa 、d e x r o n 、d c x r o ni i d ( g m 6 1 3 7 m ) 、 d e x r o n i i e ，以及d e x r o ni i i 。规格不断更新，主要是由于改进试验设备和提高对 a t f 的性能要求。需要指出的是1 9 9 8 年版d e x r o n l i i g 规格中增加了两项台架试验， 即e c c c 车辆性能试验和s w t p ( s p r a g w e a r t e s t p r o c e d u r e ，v e r s i o n 3 0 ) 挡圈磨损试验( 见g m 6 4 1 7 m a p p e n d i ) ，这无疑对a t f 在使用性能上的要求更 加苛刻了。通用汽车公司在2 0 0 6 年发布d e x r o n v i 规格，延长了摩擦特性试验的 时间，并增加了剪切稳定性的要求比副。 福特汽车公司的自动变速箱传动液规格，自5 0 年代起至1 9 7 4 年以前的规格 m 2 c 3 3a b 、c d 、e f 、g 都是不加摩擦改进剂的，与通用汽车公司的a t f 在规格 与性能上差别较大。1 9 7 4 年福特公司发表了m 2 c 1 3 8c j 规格，对其产品用的自动 变速箱传动液的要求作了较大修改，并且表示可以与g m 公司d e x r o n 规格的a t f 通用。1 9 8 7 年福特公司公布了自己的自动传动液规格m e r c o n ，接着又修订为n e w m e r c o n 规格。f o r d 公司最新的规格是m e r c o n s p 和m e r c o nl v 规格。 埃列逊公司是g m 公司的一个专门生产变速箱的分公司，为了自己的产品能 可靠地工作，它对变速箱用油制订了专用规格主要用于重负荷传动箱。1 9 8 6 年以 前称作c 规格，6 0 年代改为c 1 规格，6 0 年代末又改为c 2 规格，1 9 7 3 年改为 c 3 规格，1 9 8 9 年改为c 4 规格( 见表1 4 ) 。a l l i s o nc 4 规格的一些评定方法与 d e x r o n i i e 标准通用。 卡特皮勒( c a t e r p i l l a r ) 公司是一个主要生产柴油机及使用柴油机的大型卡车、 农用机械和矿山机械的大公司，为了满足自己产品中变速传动箱用油要求，它制 订了专用的分动箱传动液规格。1 9 7 3 年卡特皮勒公司公布了一个t o 1 的试验方 法，用来评价润滑油用于青铜质摩擦副时的摩擦阻尼特性瞄“，它适用于各种润滑 油：汽油机油、柴油机油、自动变速箱传动液和分动箱传动液等。该试验采用s a e 汽车自动传动液的摩擦特性评价技术研究 n _ 0 2 摩擦试验机，测定润滑油在摩擦副之间传递的扭矩变化情况。1 9 7 4 年该公司 发现，t o 1 试验方法中试油温度1 1 0 c 太低，应提高到1 1 3 ，于是又宣布把t o 一1 方法改为t o 。2 方法。同时公布一个t o 3 方法，用于评价与氟橡胶的相容性。这 两种方法同时列入卡特皮勒自动传动液规格1 e 1 6 3 4 。由于习惯等原因，许多人把 t o 2 规格称为卡特皮勒分动箱传动液规格，该规格至19 8 8 年曾几经修改，但名称 未变。后来，由于t o 2 规格已不能满足该公司各种新生产的分动箱传动装置、离 合器和刹车装置的要求，因此于1 9 9 1 年推出t o 一4 方法。t o 一4 方法是用一台l i n k 摩擦试验机替代t o 2 的摩擦试验机进行评定，在摩擦片尺寸和形状、材质等方面 更接近该公司的产品。同时卡特皮勒公司于1 9 9 1 年9 月发布新的分动箱传动液规 格1 e 2 7 8 5 ，也称为c a t e r p i u a rt o 4 规格。该规格要求粘度等级为s a e1 0 w 、3 0 w 和5 0 w 的单级油，除要通过l i n k 摩擦试验机外，还要通过f z g 、v i e k e r s3 5 v q 2 5 a 高压叶片泵、t h m4 l 6 0 传动装置等台架试验。 这些规格在粘度、氧化、橡胶相容性以及抗磨性要求上基本相似，主要差别 在摩擦特性的要求上，尽管所有的规格( 除卡特皮勒以外) 都使用s a e n 0 2 试验机 来评价摩擦特性，但是各个公司的实验要求各不相同，g m 公司要求做片式和鼓式 两种离合器实验，其他公司只要求做片式离合器实验。f o r d 和日本的规格附加了 低速离合器实验以考察抗震颤耐久性心副。表1 1 列出了g m 公司的d e x r o n i i i 规格、 f o r d 公司的n e wm e r c o n 规格和j a s o 规格中摩擦特性试验的条件。不同的0 e m 对 飞轮惯量、摩擦片材质、对偶片数量、供气及释放压力、离合器运转周期等条件 有不同的规定。 第1 章绪言 表l - 1 三个规格中摩擦特性的试验条件 d e x r o n l n e wm e r c o n j a s o 摩擦片材质 s d 。l7 7 7 s d - 1 7 7 7s d - 1 7 7 7 摩擦片大小，咖( 外径 1 2 5 4 9 0 51 3 3 4 9 8 81 2 6 5 1 0 5 0 内径) 摩擦片排列s f s s f ss f s s - f ss fsf _ s 吓唱 ( f = 纸片，s = 钢片) 油量，lo 6 5o 3 00 6 0 能量，j 1 5 7 0 02 0 7 4 0 2 4 3 5 0 旋转速度，r p m 3 6 0 03 6 0 03 6 0 0 循环长度，s 2 02 03 0 试验时间，h1 0 08 3 34 1 7 ( 1 8 0 0 0 周期) ( 1 5 0 0 0 周期) ( 5 0 0 0 周期) 油温， 1 4 01 1 51 0 0 气压，k p a 3 4 52 7 5 1 3 汽车自动传动液( a t f ) 的组成 由于汽车自动传动液的性能要求比较多，因此汽车自动传动液的配方组成比 较复杂，通常汽车自动传动液包括1 ) 抗氧剂，包括烷基二苯胺或其与受阻酚的复 配混合物，其比例为0 1 5 ；2 ) 分散剂，包括丁二酰亚胺类的、硼化或磷化或硼 磷化丁二酰亚胺类等化合物，其比例为o 5 1 0 ；3 ) 无灰防锈剂，包括烯基丁二 酸、磷酸酯胺盐或二者的复配混合物，其比例为0 0 1 3 ；4 ) 金属钝化剂，包括 苯三唑类化合物，其比例为o o i - 2 ；5 ) 摩擦改进剂，包括长链的脂肪酸、脂肪 胺、羟基脂肪胺、长链的亚磷酸酯等，其比例为o o l 2 ；6 ) 抗泡剂，包括甲基 硅氧烷等混合物；7 ) 粘度指数改进剂，包括聚甲基丙烯酸酯类，具有降凝效果的 或具有降凝分散效果的，其比例为2 1 0 。8 ) 基础油，其中饱和烃含量大于9 0 ， 硫含量小于o 0 3 ，其比例为8 0 9 5 。 汽车自动传动液的摩擦特性评价技术研究 1 4 汽车自动传动液( a t f ) 摩擦特性研究中存在的问题 随着自动变速器的小型化、闭锁式离合器的使用以及对a t f 与自动变速器同 寿命的要求，单纯加入摩擦改进剂已不能满足a t f 的摩擦特性要求。因为汽车在 闭锁式离合器的使用中，经常在低温发生颤动，为了使a t f 在低温区也具有同样 的摩擦特性，需加入摩擦改进剂；又由于摩擦改进剂在使用中被消耗，为了得到 较好的耐久性，需要加入更多的摩擦改进剂，这虽然降低了a t f 低温的动静摩擦 系数，但当温度达到1 2 0 c 时，摩擦系数将发生较大的下降，甚至导致离合器打滑。 因此，现代的a t f 要求有较大的动静摩擦系数，正向的摩擦系数速度曲线以及较 好的摩擦系数温度特性，这些性能需要新的方法来平衡。为了改进摩擦特性。国 外很多公司采用了多种不同的办法。如润英联公司使用不同链长p i b 的马来酸酐 的多烯多氨的衍生物，通过其在摩擦表面的竞争吸附，调整摩擦系数比引；路博润 公司使用改进的磺酸盐提高摩擦系数眵；乙基公司( 现在称a f t o n ) 采用不同种 类的丁二酰亚胺衍生物互相匹配调整摩擦系数曙引。由于表面的摩擦特性被表面的 形态所影响，在摩擦材料相同的情况下，a t f 中的化学成份在摩擦表面的物理吸 附、化学吸附或反应膜的情况直接影响a t f 的摩擦特性，由于汽车自动传动液性 能比较全面，需要多种功能剂进行复配，通常a t f 配方的典型组成包括抗氧剂、 无灰分散剂、清净剂、摩擦改进剂、金属钝化剂和防锈剂等，它们都对a t f 的摩 擦特性有影响。基础油的组成对摩擦特性也有一定的影响。目前a t f 的摩擦特性 研究主要存在以下问题： ( 1 ) 、摩擦特性的评价手段，评价摩擦特性的手段比较多，最常用的s a k n 0 2 试验机，此外还包括各种模拟评价手段，如四球试验机( f o u rb a l lt e s t ) 、t i m k e n 试 验机、f a l e x 试验机以及l v f a ( 低速摩擦试验机l o wv e l o c i t yf r i c t i o na p p a r a t u s ) 等。每个评价手段都有其优缺点，如何确定试验手段是一个主要的问题。 ( 2 ) 、摩擦特性评价方法，在确定评价手段以后，针对a t f 的摩擦特性要求， 需要有一个合适的试验方法来进行摩擦特性的研究。 ( 3 ) 、进行摩擦特性评价，并研究各种材料包括基础油、添加剂与摩擦特性 的关系。 第1 章绪言 1 5 本文的主要研究内容 针对a t f 的摩擦特性研究中存在的问题，结合本单位( 中国石油大连润滑油 研发中心) 的实际工程需求，基于本文作者参加的“汽车自动传动液摩擦特性研 究”项目和本文作者负责的“模拟s a en _ 0 2 试验方法研究 项目( 中国石油润滑 油公司项目) ，本论文的主要研究内容： ( 1 )分析各种评价手段对a t f 摩擦特性研究的适应性 本文将对四球试验机( f o u rb a l lt e s t ) 、f a l e x 试验机、t i m k e n 试验机、仿l v f a ( 低速摩擦试验机l o wv e l o c i t yf r i c t i o na p p a r a t u s ) 以及仿s a e 抛试验分别进行 实验研究，评价每个评价手段的优缺点，并根据实验研究最终确定试验手段。 ( 2 ) 建立a t f 的摩擦特性的评定试验机和方法 模拟试验设备的工作方式、工作条件、摩擦片和钢片的尺寸大小、摩擦片和 钢片的材质、摩擦方式、试验件的加载方式等对a t f 的摩擦特性都有影响。本文 在实验室仿制了s a e n _ q 2 试验机的基础上，并对其进行了改进，使其可以更加灵活 的进行试验。通过对比试验，验证仿s a e n h 2 试验机的重复性以及与s a en 2 2 试 验机的相关性，并在此基础上最终建立a t f 的摩擦特性的评定试验机和方法。 ( 3 ) a t f 摩擦特性研究 使用仿s a e n _ 0 2 试验机对a t f 组成中基础油和添加剂的摩擦特性进行试验研 究，主要研究内容包括基础油中的饱和烃含量及微量的含硫化合物对基础油的摩 擦特性的影响；含硫的清净剂、高钙含量的清净剂、磷硼化合物的分散剂以及防 锈剂、抗氧剂、抗磨剂和金属钝化剂等对基础油的摩擦特性的影响。 汽车自动传动液的摩擦特性评价技术研究 第2 章摩擦特性评价试验机研制及评价方法研究 国外研究人员通常使用s a en 0 2 试验机来研究a t f 的摩擦特性，这主要是因为 由于汽车自动变速装置都采用湿式离合器( 片式或带式) 进行摩擦传动，属于面摩 擦，s a en a 2 试验机摩擦形式与湿式离合器非常接近。但是，相对与国内来说，这 种设备过于昂贵，引进费用大约在6 0 0 万人民币左右，目前只有北京石油化工科学 研究院引进了此设备，用于a t f 的摩擦特性评价尚存在较大困难。大连润滑油研发 中心实验室目前现有的模拟手段包括商业化四球试验机、f a l e x 试验机、t i m k e n 试 验机以及自制的仿l v f a 摩擦磨损试验机和大连润滑油研发中心与上海7 1l 所联合 开发的小型离合器试验机等。本章首先分析以上各机型的特点，然后在此基础上， 结合本单位与上海7 1 1 所联合攻关项目，本文设计开发了仿s a en 0 2 试验机，并进 行了性能验证。 2 1 各种模拟试验机的构造以及性能分析 2 1 1 四球试验机、f a i e x 试验机以及t i m k e n 试验机构造和摩擦形式分析 四球试验机中四个球按等边四面体排列，上球以定转速旋转，下面三个球 用油盒固定在一起，由上而下对球施加压力，试验过程中四个球接触点浸没在试 油中，用显微镜测量磨斑。采用四个1 2 7 m m 标准钢球，以滑动摩擦的形式，在 点接触压力条件下评定润滑剂的承载能力和抗磨损性能( 包括油膜强度pb 、烧 结负荷pd 、综合磨损值zmz 、长期磨损d 等指标) 。四球机在实验条件下所测 得的试验数据实际是在连续滑动条件下的点摩擦，见图2 1 所示。 第2 章摩擦特性评价方法研究 弹簧夹头 图2 1 四球试验 f i g 2 1 f o u rb a l lt e s t f a l e x 试验机是一钢制试件对着浸在润滑剂中的两个v 型块，轴旋转时通过棘 轮机构给v 型块施加负荷。从摩擦形式来说是在连续滑动条件下的线摩擦，见图2 2 所示。 刁瞄壤钉 图2 2f a l e x 试验摩擦副 f i g 2 2 f a l e xt e s tf r i c t i o np a i r t i m k e n 试验机所提供的是钢制试验块，它的运动形式是连续滑动条件下的线摩 擦，见图2 3 所示。 汽车自动传动液的摩擦特性评价技术研究 瞧唰 第2 章摩擦特性评价方法研究 二一、吵 幽 本文按照d g n 试验机程序要求，进行了 量的试验图2 9 为不同的添加剂在 试验机上对基础油摩擦特性的影响，图2l o 为研制的a t f 与国外同期产品在试验 机上比较结果。这些试验数据在早期研制油品时有些作用，但是在后期的研究中， 出现了一些问题，主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 、试验件问题，试验所用纸基摩擦片不是批量生产，实验的重复性不好； 这些试验数据不重复。 ( 2 ) 、试验加载装置问题，试验加载装置采用杠杆加载，同时上面采用一钢 汽车自动传动液的摩擦特性评价技术研究 球平衡纸基摩擦片与钢片的接触，试验转速、温度变化范围较宽，经常出现两摩 擦片不同心的情况，又由于摩擦副接触面小，导致纸基摩擦片损坏和钢片的异常 磨损。无法保证试验过程的稳定。 因此，d g n 试验机不适于评价a t f 的摩擦特性 5 01 0 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0 转速( r m i n ) 图2 9 常温1 3 0 n 下摩擦特性曲线 一s u n o c o a t f + 基础油+ 稠化剂 一t 3 0 7 - - x - - - - t 4 5 1 卜含s 减摩剂 + 含p 减摩剂 卜- 含o 减摩剂 f i g 2 9t h ec u r v eo ff r i c t i o nc h a r a c t e r i s t i ca tr o o mt e m p e r a t u r e & 13 0 n 0 2 5 0 o 2 0 0 0 1 5 0 o 1 0 0 0 0 5 0 0 i o 5 01 0 02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 0 转速( r m i n ) 一l 刃9 0 7 - t - - - d l - a t f - 2 r s u n o c o a t f 图2 1 01 4 9 c1 3 0 n 下摩擦特性曲线 f i g 2 1 0 t h ec u r v e o f f r i c t i o nc h a r a c t e r i s t i ca t1 4 9 c & 1 3 0 n 1 3 姗 伽 姗 姗 啪 咖 o 0 o n n n t1藕帐辎龄 i暴长黢靠f 第2 章雕擦特性评价 法研究 21 3 小型离合器摩擦试验机 为了研制更好的评价方法以便进一步研究a t f 的摩擦特性，本人参与并设计 1 ，上海7 1 1 研究所联合开发了小型离台器摩擦试验机。见剀21 1 图21 5 ：小型离 合器摩擦试验机的原理图见图21 6 。 闭2i37 动加哉 f i g2 i3 t h ep n e u m a t i c l o a d i n ge q u i p m e n t 罔2 1 4 试验用的铡h f i g21 4f h es t e e lp i e c ef o rt e s t 汽车自动传动液的摩擦特性评价技术研究 圜 闰2 i 5 试验h j 的摩擦片 f i g2 i5 t h e f r i c t i o n p i e c e f o r t e s t 劬 。z 冈 劾 了t t 。u l 皑l l 鸶澍e j j 、 2 v 。，固v 广。弋番 2 蠹鬈翥嚣划；礤器2 涨震器蠡鬈攘片对偶片 q 性1 轮 加热暴 l 鬻妊徽镞 加热油腔 一 图21 6 小离台器试验机工作原理图 f i g2 1 6t h e w o r k i n g c h a r t o f m i n i t y p ec l u t c h w e a r f r i c t i o n t e s t e r 第2 章摩擦特性评价方法研究 试验机的动力系统包括电机、电磁离合器、惯性轮、测力杆、试验箱和气缸 等。本机是制动法试验机，即电机启动、升速直至规定转速后，电磁离合器通电 接合，带动惯性轮与试验箱中的摩擦片等随电机一起旋转，待转速稳定后，电磁 离合器断电脱开，然后气缸进气，推动试验箱中的对偶片将高速旋转的摩擦片压 紧。由于对偶片通过花键与测力杆连成一体，从而测出了摩擦片与对偶片之间的 摩擦力，由此力计算出的摩擦系数为滑动摩擦系数；若电机不转，气缸进气使对 偶片压紧摩擦片后，再用外力扳动惯性轮，迫使摩擦片与对偶片打滑，同样可由 测力杆测得摩擦力，并计算出静摩擦系数。试验箱中除摩擦片、对偶片外，还有 试验油腔和包在它外面的加热油腔。被试油品注入试验油腔后，靠飞溅来润滑试 验片。加热油腔中的油由电加热器加热后，靠热传导作用再将被试验油加热到所 需温度。 本文使用小离合器试验机研究了a t f 的摩擦特性，在实验的过程中，本人发 现硫化烷基酚盐、水杨酸盐以及磺酸盐清净剂都可以改变a t f 的摩擦特性，但是 硫化烷基酚盐对提高a t f 的摩擦系数特别有效；硼化或磷化的丁二酰亚胺类化合 物的分散剂可以显著的提高a t f 的动静摩擦系数幢引；而含磷、含氮等多种摩擦改 进剂以及低活性的含硫化合物都降低摩擦系数，但是高活性的含硫化合物可显著 提高摩擦系数。同时在实验中本人还发现，各种添加剂对摩擦系数的影响在不同 的影响因子下具有可加和性，这说明在实验的条件下，各种添加剂对表面的影响