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漫谈离合器摩擦材料(上)——来自yzy的分享

gecimao 发表于 2019-04-23 11:02 | 查看: | 回复:

  吉林工业大学汽车运用专业毕业,从事汽车行业16年。从毕业启开始在汽车动力系统从事设计及应用工作,目前在某大型外资企业负责动力系统研发项目。专注于汽车发动机、传动系统的开发,应用和试验等领域。

  汽车行业里面使用了各种各样的摩擦材料来实现千奇百怪的功能,比如制动系统用刹车片的摩擦来制动车辆、 变速箱的同步器用摩擦来同步不同挡位的速度差、离合器用从动盘上面的摩擦片摩擦来传递发动机扭矩等等。可见,摩擦材料在汽车当中扮演了一个十分重要的角色,而且,它也是一门不太显眼的学科—摩擦学在汽车行业的具体应用。

  下面就传统的传动系统常用的摩擦材料的分类、成分结构、主要特性以及工艺过程等方面做一个介绍。

  根据摩擦材料使用的介质不同,我们通常把摩擦材料分为湿式和干式两种,简单来说,干式就是摩擦材料在空气中工作,常见的就是所谓的干式离合器的离合器片。干式摩擦片根据主要使用的材料不同,大致可以分为所谓有机摩擦材料和粉末冶金摩擦材料(业内又称为陶瓷摩擦材料),其中有机片是以有机高分子化合物为粘结剂;而粉末冶金摩擦片则是使用烧结加工成的不含有机粘结剂为特点。下图就是最常见的干式离合器的摩擦片。其中有机摩擦片是市场主流,也是本文的重点介绍对象。

  而湿式是摩擦材料在各种油内工作,比如同步器上的摩擦材料就是泡在变速箱油里工作的,自动变速箱的离合器也是工作在ATF油内。目前来说,纸基摩擦片具有成本较低的优势的同时,仍呈现优秀的性能,因此得到越来越广泛的应用。而且,这也是国内目前的短板之一,也是自动变速箱国产化的最大的拦路虎之一。下图就是用在福特新一代10速变速箱里面的博格华纳最新一代湿式摩擦片,是地道的高科技玩意,技术含量十足。

  无论是湿式还是干式摩擦片主要成分都是所谓的三元复合材料,按照原材料按材料功能分为增强纤维材料、粘结剂和摩擦性能调节剂共3种,也就三元了。其中摩擦性能调节剂通常成分较少,有时也被称为填料。

  增强纤维是湿式摩擦纸的主体材料,对湿式摩擦纸的摩擦磨损性能、耐热性能和机械性能起决定性的作用。如同人的骨骼一样在摩擦片中起到骨干带头作用,也就是出大力,干大活的好同志。使用过程中结合摩擦所产生的冲击力、剪切力;对偶件的压力、旋转产生的离心力主要靠它承担。这种成分的即视感有点像棉纺厂的棉纱的感觉。某种程度它确实也是有机纤维和铜丝的组合,(离合器片上面可以看到的黄色的金属丝就是铜丝)。

  选择增强纤维的基本原则为: 1)能受力,不会散架,起到骨头的作用。 2)提供合适的摩擦系数, 3)耐热,俗线)能缠绕成型,有点易于拿棉纱纺成布的感觉。

  其中, 石棉纤维是一个有着优秀性能的同志,可以不环保,在生产和使用过程中均对环境不利,已经基本退出市场了。

  第二类重要的组成部分为有机粘结剂,你可以把它当成增强纤维的骨骼之外的肌肉,摩擦材料所用的有机粘结剂为酚醛树脂和合成橡胶,而以酚醛类树脂为主。它在一定的温度下能够软化成为一种粘态,然后经过成型和橡胶硫化(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制品。下图为纯酚醛树脂。

  粘结剂直接影响摩擦材料的柔韧性、耐热性和摩擦磨损等性能。酚醛树脂的耐腐蚀性、机械性能、摩擦性能和加工工艺性能良好,价格便宜,能够较为全面地满足粘结剂的性能要求,在摩擦材料中得到了广泛应用。然而,普通酚醛树脂的脆性大,由其制得的品硬度大、韧性差,容易在各种原材料的界面处产生裂纹;普通酚醛树脂的耐热性差,温度超过250 ℃时开始明显氧化,因此必须对酚醛树脂进行改性以提高其柔韧性和耐热性。目前主要采用聚酰胺、橡胶、腰果壳油(CNSL)或环氧树脂等对酚醛树脂进行改性。下图为腰果壳油改性酚醛树脂的样子。

  就写这么多了,欲知后事,请看下回分解成分结构、主要特性以及工艺过程等方面。

  从事发动机设计6年,擅长三维建模,零件设计,发动机参数化建模,帮助设计师快速实现发动机的产品变形设计,包括发动机骨架,曲柄连杆骨架,配气机构骨架,缸体骨架,缸盖骨架等等的参数化建模。实现发动机关键参数的topdown传递,最终实现零件自动再生,使发动机产品变形更加便捷。

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