(外文翻译)在湿式离合器的应用中——表面形貌对摩擦特性的影响

1、在湿式离合器应用中表面形貌对摩擦特性的影响 Pa¨r Nymana, Rikard Ma¨kia, Richard Olssonb, Bager Ganemic吕勒奥大学，机器元素分类 ，瑞典兰斯克鲁纳的瀚德牵引系统公司 ，瑞典国家石油公司润滑油研发部摘要： 湿式离合器在重负荷下，例如有限的滑动差情况下，烧结摩擦材料有时会用来替代可供选择的摩擦材料，凭借它们在高负载和高温下的韧性，以及它们的竞争成本。 在离合器的工作期间，摩擦材料的外形特征发生了变化。这些变化会影响离合器的摩擦特性，从而影响传动系统的抗抖动性能。本文研究了烧结摩擦材料的形貌变化的影响并进行分类。 利用垂直扫

2、描干涉法测量外特性。对不同的参数进行了研究，以找到相关的材料的磨损参数。 结果表明，摩擦材料外形特征的变化确实影响离合器的摩擦特性，即计算有关可以描述材料磨损量的参数已较为可行。这已被2005Elsevier公司保留所有权利。关键词：磨损 表面形貌 湿式离合器 粘滑 烧结摩擦材料1. 引文 瀚德LSC AWD系统功能湿式多片离合器，其由离合器片覆盖着新成的摩擦材料由隔板相间，隔板由硬化钢制成。离合器组件将驱动转矩分配给车辆的后桥。通过电子控制的湿式离合器，增强了转矩传递的可控性。因此，很可能通过电力控制驱动车辆以期优化不同电力驱动辅助系统。 湿式离合器在这类应用中典型的操作条件包括低滑动速度和

3、高的离合器压力，通常高达0.5米/秒和10兆帕。在这些条件下出现粘滑或会出现一抖是很常见的。已有大量的调查论文陈述了这一现象，实验 1，5 和理论 6，8 ，既有实验性，也有理论性。 在这件事上，为了避免振动的一般观点，摩擦速度（µV）关系应该呈现的低摩擦系数（µ静态和动态系数的）摩擦（µD）随滑动速度的增加而变化。 在离合器的整个工作过程中，摩擦特性不会是恒定的，一般的抗抖动性能会变差，并且在某些情况下会引起声音的颤动发生，这将决定离合器系统的寿命结束。改变的特性可以归因于降解的润滑油以及镀层的摩擦材料磨损或退化的有机（或纸质）摩擦材料。 有机（或纸质）摩擦材料

4、已经提前了研究，但对于烧制烧结摩擦材料的降解上，迄今为止做出的努力较少。 本文的目的是探讨在摩擦性能的变化是否可由烧结摩擦材料法来解释，如果是这样的话，试试找到相关的表面参数，可作为量来表示磨损和退化。 1.1 方法 通过在离合器试验设备的第一次运行试验，以调查是否摩擦的变化是由流体的降解或是摩擦材料的性能变化引起的。 下一步是运行一个不同的滑动距离的离合器板，范围从只有一个短暂的运行期在发生的振动，即实验结束。试验后，各摩擦用垂直扫描干涉法测量了在三个维度上的圆盘，然后对其进行了形貌测量。 在那之后，表面特征的评估通过计算许多不同的表面参数来找到能给出的隔离参数的值，并且以合适的方式来描述功

5、能表面，在这项工作中导致许多并发症的一个原因，即是多孔性的摩擦材料使得许多标准化的表面参数不稳定或切断联系，因为无法用于研究。 然后，最后一步是将表面参数与滑动距离联系起来，为发现描述摩擦材料的磨损参数。最终这将会形成一种方法，即可使得工程师可以通过只进行很少的表面特性测试即可预测摩擦盘的剩余寿命。 1.2局限性 正如烧结材料中的许多大变形揭示的那样，与相对硬化的钢隔板相比，烧结的材料更为柔软，因此，本研究主要研究摩擦盘而不是分隔板外特性的改变。 外特性的研究已经到了微米数量级，即在图2中可以看到，如图所示的油槽，还未包括在研究中。只有部分影响表面特性的参数被使用计算，即表面参数（摩擦）在峰值

6、以下8微米范围内的。 所有的测试都是使用相同的传动液类型，即商业用挪威LSC流体。这项研究涵盖了一种市售的摩擦材料种2个不同类型（见2.2节）。2 方法 2.1 设备研究离合器片已经过测试，利用有限的滑差离合器试验台，与异常的离合器板，从满量程的车辆测速，该装备下面描述。表面形貌已使用垂直扫描干涉仪NT1 1 00 Wyko称测量；该方法也简要介绍如下： 1有限滑动离合器试验台的简化截面2.1.1.限滑离合器试验台图 摩擦测量已使用LSC进行台架（图1）。速度可以0.5和125rpm之间（2.5600mms的平均半径）改变。在测试离合器正常的力是由一个双作用空心活塞气缸4作用。在这种情况下，正

7、常力被限压阀限制在30KN。在图1中的离合器壳的放大视图中，可以看到摩擦盘10和隔板11。摩擦盘与驱动轴9，和分离盘连接到扭力杆6。在操作过程中，图1中的阴影部分是旋转的。当一个正常的力被施加到离合器由液压缸4，扭矩从驱动轴9传给扭转杆6。传递扭矩是通过转矩测量UE传感器7。所施加的正常力的测量由负载元件12完成。这是可能的，由于滑块系统8，它允许扭力杆和转矩元件在轴线方向自由移动。力和力矩传感器都是全桥，应变计类型与内置放大器相同。从而该钻机测量的精度为1%。在本次调查中热电偶已安装在油底壳进行油体温度的测量，并在隔离盘中进行摩擦表面温度的测量。 2.1.2Wyko NT1100 Wyko

8、NT1100使用利用垂直扫描的维柯NT1100白光干涉。该技术使用的明亮和暗的图案，这是一个光束分裂的结果，其中一个部分是对一个内部的光滑表面和其他样本的反射。反射光束后重组在干涉仪和一个建设性的且破坏性的干扰模式间发生。该模式是由一个CCD相机拍摄用计算机分析。一种压电换能器将焦点移到另一个画面上，直到指定的扫描深度达成。然后这些照片是分析在计算机存储的高度数据并创建一个三维图片。在此之后的测量数据也可以分析。用于分析的软件是vision32。在利用光学对精度影响较大的外特性测斜仪。在这项调查中，已使用了1.25倍的放大率。由于这个最小可测面积6.57×6.57nm*nm.高分辨率

9、设置为1 nm。加上有内置的不确定性与一些表面的反射特性的问题。测量总面积为3.8×5.0mm，第二个是覆盖了一个全方的沟槽图案的烧结衬里摩擦盘（见图2）。测量不确定性分析表明，为了获得约90%的置信水平的时间间隔，每个摩擦盘上10测量量是足够的。 图 2研究的离合器盘，左边的摩擦盘是淬火钢盘，右边的是带烧结黄铜摩擦材料的摩擦2.2.摩擦和隔板在这项研究中，对两种不同的烧结摩擦材料进行了研究，一种是一个旧的组合物和其他一个较新的改性材料。调查的摩擦材料包括一个烧结炉衬用铜基的淬火钢盘。这些材料能够承受更高的压力和温度相比纸质伴侣材料和相当与碳纤维材料相反的堆。分隔盘是由硬化钢制造的。

10、在图2中可以看到摩擦副。摩擦衬里的外直径为108毫米，内径为76毫米。当油槽已占比2250平方毫米。该沟槽有助于接触的油分布，并有助于降低离合器的温度，提高油流量。摩擦材料包括一个黄铜底座，含有少量固体碳基润滑油。除此之外热容量是471JkgK和E子模块是20005000 MPa（孔隙度变化）。较旧的摩擦材料相比于新的材料颜色较深。更重要的是，在实验所选择测试状况下，材料寿命因为因素4而不同，其有利于新的组成，老材料设法维持其摩擦性能约8h 相比起32h的新材料。试验加速，结果不应视为实际值，而是作为一个指示性能材料在高负荷条件下的值。旧的材料，相较新的材料，含有较少的铜和锡，锌和固体碳基润滑

11、油的比例较大。摩擦盘烧结表面的特征是非常多孔的，这使得润滑油流经和达到连接区域，该区域可提供润滑并且将摩擦热散走。测量表面外特性时，高孔隙率使测量复杂，鉴于底部有孔的事实，只要有孔，材料即不反射光。这意味着比起同种均质钢板99%的比例，现在测试数据点与实际数据点占比为50%-70%。通过标准化数据，使数据包含只有高度信息在3微米-5微米之间，达到了低于每次测量最频繁表面的数据，这使问题得到了解决。其另外一个优势在于，数据集中的大多数点都体现了表面间的联系，即实际经验所体现的，外特性变化的点。一个新的摩擦盘的外特性很难用测斜仪表现。2.3. 润滑油在这项研究中的一个商业用的半合成Statoil

12、LSC流体设计的应用程序已经使用。这种流体具有粘度35cst 40C和6.7cst 100C，并且满足了车辆上生活充实服务的要求。润滑剂在 5 中进一步描述。3.摩擦 3.1测试环每一个测试的离合器片在不同的负载周期运行。负载循环由2部分组成，卸载和加载。卸载部分持续30s，加载30s，即一个负载周期/分钟，在加载部分，对措施后的一个正常的15KN力，一个力，加速了测试不超过最大道路应用力，应用于离合器。当离合器接合过冲的力量是，目前滑移率约为20kN在最初的12S之前稳定在15KN。滑动速度始终保持在25rpm和冷却油流摩擦表面间的200毫升/分钟。一些离合器盘也被测试，以确定摩擦特性。在这

13、项荷载为20 kN，和之前的流量也相同情况下。速度首先保持恒定在1转，然后速度呈线性增加从1到10的100rpm时摩擦产生的摩擦监测速度特性。这个坡道速度运行在温度50、40和30C。 图 3离合器工作中摩擦特性的改变 图 4油改前后离合器摩擦特性的化3.2.摩擦离合器寿命变化时的特性离合器的寿命变化过程中的摩擦特性。运行后，如图3所示，摩擦特性稳定且滑动距离变化非常小。为了验证摩擦盘在离合器的性能中起着重要作用，一组新的摩擦盘加注新鲜减摩的润滑油被驱动，直到稳定阶段出现。对摩擦性特征特性进行测量，并在油改。离合器再次运行一小时，并测量了摩擦特性。如图4所示，曲线很相似，这表明摩擦材料而不是流

14、体影响摩擦离合器寿命等变化。因此，摩擦材料对离合器有着严重的影响。较新类型的摩擦盘持续约32小时的试验台相比，旧材料运行约8小时（见图9和10）。4.外特性 4.1测量方法测量之前，每一个离合器盘都必须清洗干净。这是由超声波清洗完成的。放大1.25倍允许在全方位对该槽型测量保持高精度。扫描深度设置较好的覆盖了数据分析所需要8nm。 4.2.认识到接触面积的方法如果直方图曲线表现对烧结摩擦盘的磨损表面的高度分布是已知的，可以发现一直在与工作台接触的最低高度表面。很可能发现与试验台联系的最低表面。这是很有趣的，因为每一点都高于实际的磨损。仍然在这项工作中的测量标准化的数据点下面的最低的相关的高度，

15、因为据猜测，他们会影响摩擦特性。操作的方法是通过试图找到一个点在右手侧的直方图曲线，其中包含的高度信息，从至少三个数据点，一切都高于可以共同考虑噪声和不应考虑。下一步是要找到一个点的直方图曲线的突然增加的负斜率，这一点是指“减少负斜率在图5中，一个点靠近它的负斜率减小，这一点被表示为“越来越负斜率”，从右到左，在图5。高度这两点之间的点的表面上，只有部分是参加的摩擦表面之间的点。斜率增加是由于所有的总和MITS高于这些点已被磨损，已在直方图曲线搬到这个地区。斜率减小的区域，表示在表面上的点最易受磨损。坡度减小，因为在这个区域使用的点已经被磨损了，从而被移动到一个较低的水平，在直方图曲线上，即该

16、区域之间的我们所描述的点。总结了该方法的假设，在直方图曲线的点，当离合器盘是新的移动到左边的直方图曲线时，他们受到磨损；又是使曲线在曲线图上的斜率变化，如所描述的方法。所有的参数都包含在伯明翰-英厄姆14个参数中，一篇标准化表面形貌测量的论文。选择的参数是SSK，面偏度它描述了斜的高度分布的表面分布，通常称为振幅参数。这个参数描述了分布的高度但不包含信息结构在表面上保持高度位于CER。下一个参数是SDQ，因为它描述了表面的平均斜率，即在某种程度上它是一个特定的高度，它最接近的相邻量，从而横向分辨率由于依赖是确定的距离的相邻量和高度的分辨率，因为这决定了最小的可测量的高度差。这种方式是类似于下一

17、个参数是该算法一个表面的平均曲率匹配。SSC是高分辨率敏感因为它只计算峰值。SDQ和SSC通常被称为混合参数。最终参数这项研究是SBI，表面承载指数，它包括在调查因为它声称描述表面的承载能力，考虑到重要的东西。Sbi是一个所谓的功能参数。 图6（图5）中所描述的数据点在去除数据点之前表面 图7在图6中的同一表面 4.4.离合器工作过程中外特性的变化在材料加载过程中烧结摩擦材料外特性的线性改变，如图8所示。当初期的时候，它是非常多孔的和粗糙的制造方法的成果。运行过程是甲烷使用的磨损率高，这是由于多个进程，一个是高接触压力施加到最高峰。这一结果在配上了顶峰和新鲜的材料接触到下面。随着施加的压力，通

18、过实际接触面积的增加导致了峰会的磨损率减小。最终导致一个恒定的磨损率，这被称为稳定状态的状态。烧结面上在摩擦盘的钢面上，发现了磨粒磨损的痕迹，可能是由应变硬化的碎片造成的。参数的调查结果，如图9所示，表明SSK随着滑动距离的减小，可用于离合器外特性变化的表征。然而，参数是太不确定，因为对一个离合器盘测量，标准偏差为平均值的75%。SBI并不表示外特性的变化，因为它实际上仍不随滑动长度改变而变化。对该参数的进一步研究表明，它几乎呈线性依赖于截止长度且和平方成反比，均方根于平均粗糙度。然而SDQ和SSC，表现了一个伴随磨损增长而增长的趋势，但是在他们的方式描述的表面，反应出了较高的磨损率，它们也显

19、示类似的曲线。有一个小的差分虽然可能的事实，SSC只计算峰会而SDQ计算引起的迟来的整个测量过程的数据集。当比较SSC和SDQ的更新和较旧的摩擦盘，他们似乎有相同的趋势，虽然存在不同的磨损率。 图8 左边是新的表面，右边是磨损的表面这可能是摩擦盘的制造中小的差异所导致的。图中的每一个点都代表一个单独的摩擦盘10次测量的平均值，所测摩擦盘的结果对于材料的多孔性和摩擦材料的复合型是敏感的。如果一个来自车辆或者测试中的摩擦盘，其组成我们是已知的，那么获得一个湿离合器的剩余寿命反应表征就是可能的，如通过在图10中显示的。 图9 Sbi、Ssk左图是旧的摩擦材料，右边是较新的 图 10 SSC/SDQ左

20、边是旧的摩擦材料，右边是新的5.结论 （1）湿式离合器中的摩擦盘在离合器的抗抖动性能中起着重要的作用。 （2）通过总结外特性和计算参数SSC和SDQ，来预测其湿式离合器烧结摩擦材料的剩余寿命是较为可行的。 （3）由于参数Ssk的不确定性，用其来描绘粗糙多孔的表面是不太合适的。 （4）参数Sbi同样不适合作为表示湿式离合器烧结摩擦材料外特性参数，因为它不随着滑动距离变化而改变。致谢作者想表达感谢的瑞典创新系统机构和瑞典的金融支持战略研究基金会。参考文献1 Y. Kato, R. Akasaka, T. Shibayama, Experimental study on the lock-up sh

21、udder mechanism of an automatic transmission, Jpn. J. Tribol. 39(1994).2 M. Miyazaki, M. Hoshino, Evaluation of vibration-preventive properties of lubricating oils in wet friction plates and retention of such properties using a friction tester. SAE Technical Papers, Doc. Nr. 881674 (1988). 3 K. Yosh

22、izawa, T. Akashi, T. Yoshioka, Proposal of new criteria and test methods for the dynamic performance of ATF. SAE Technical Papers, Doc. Nr.900810(1990).4 T. Nakada, T. Nomura, T. Yoshioka, M. Nonoyama, A study of additive effects on atf frictional properties using new test methods. SAE Technical Pap

23、ers, Doc. Nr. 902150 (1990).5 B. Ganemi, B. Lundstro¨m, R. Olsson, Durability and friction characteristics of a novel high performance four wheel drive automotive transmission fluid. SAE Technical Papers, Doc. Nr. 2000-01-2907(2000).6 P.L. Ko, M.-C. Taponat, R. Pfaifer, Friction-induced vibrati

24、onwith and without external disturbance, Tribol. Int. 34 (2001).7 H. Kaneko, K. Tobita, S. Sekiguchi, A. Muroi, Y. Hirano, Judder analysis of electronically controlled limited slip differential, JSAE Rev. 17(1996).8 T. Ichihashi, Recent development in lubricating oils for wet clutches and wet brakes, Jpn. J. Tribol. 39 (1994).9 K. Matsuo, S. Saeki, Study on the change of friction characteristics with use in wet clutch of