汽車同步環(huán)用摩擦材料的應(yīng)用現(xiàn)狀

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1、第2期汽齒科技2010鉦汽車同步環(huán)用摩擦材料的應(yīng)用現(xiàn)狀曾曉蕾摘要：同步器是汽車變速器的最重要部件之一。隨著汽車使用的馬力不斷增加，離合器和變速器的扭矩響應(yīng)提高，同時，人們又要求換擋更輕盈、更舒坦，汽車制造商開發(fā)出摩擦性能優(yōu)異的同步環(huán)內(nèi)襯材料以適應(yīng)市場變化。本文通過分析對比燒結(jié)銅合金摩擦材料、紙基摩擦材料及噴鉬摩擦材料的綜合性能，認(rèn)為燒結(jié)銅合金和紙基是同步環(huán)內(nèi)襯材料的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：同步環(huán)；燒結(jié)銅合金；紙基：噴鋁1前言同步器是變速箱的重要部件之一，它能夠有效地降低汽車換擋過程中的震動、沖擊和噪音，從而提高汽

2、車操縱的穩(wěn)定性和行駛的安全性。從目前同步器發(fā)展趨勢來看，改變同步器結(jié)構(gòu)和同步器錐面的摩擦材料是提高同步器性能的最主要手段，同步器中摩擦副模型如圖l示。為確保變速器良好的工作性能，要求同步環(huán)摩擦內(nèi)襯材料具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)、優(yōu)異的加工性能、良好的耐磨性、高強(qiáng)度、耐高溫、優(yōu)異的抗沖擊載荷能力、穩(wěn)定的彈性模數(shù)。目前采用的摩擦襯層主要有以下幾種：(1)噴灑燒結(jié)摩擦襯層：由特殊的黃銅粉(SBP)、摩擦穩(wěn)定成分(非金屬元素C、si等)組成，被燒結(jié)在單錐環(huán)或雙錐環(huán)的錐心上(賀爾碧格專利)。(2)熱噴涂鉬襯層：采用火焰噴

3、射的方法噴射到成形的同步環(huán)上，然后進(jìn)行磨削。(3)紙基摩擦襯層：由纖維增強(qiáng)體、摩擦添加劑和改性酚醛樹脂用造紙工藝制成，一般通過粘合劑將其粘結(jié)到同步環(huán)上。圖1摩擦系統(tǒng)：同步環(huán)摩擦副2三種摩擦材料性能對比2．1摩擦襯層表面磨損多項(xiàng)試驗(yàn)研究表明，在常規(guī)應(yīng)用條件下，燒結(jié)銅合金襯層和噴鉬襯層具有極好的抗磨損性能，而在較高的表面壓力條件下，紙基襯層由于軟化等原因出現(xiàn)相對較高的磨損。圖2展示了隨摩擦循環(huán)次數(shù)的增加，不同襯層的磨損情況。2．2對偶錐的磨損·52·汽齒科技2010純當(dāng)對偶錐的硬度達(dá)到60HRC，紙基和燒結(jié)銅合

4、金襯層都不會對對偶錐產(chǎn)生磨損，而噴鉬襯層則會對對偶錐產(chǎn)生磨蝕。54¨32D02．3最大允許載荷許多資料表明，燒結(jié)銅合金襯層具有紙基或噴鉬襯層無法達(dá)到的高載荷極限。如圖3所示，由于其材質(zhì)和工藝的特殊性，燒結(jié)銅合金摩擦材料的高導(dǎo)熱性、多孔性及空隙中貯油的高熱容量，使得摩擦界面溫度較低，從而保證其具有較高的表面能量負(fù)荷水平和高的承受壓力負(fù)荷的能力。一¨EE／f_)c—，帶oIlq!i—Eu1l0100l00010000lo0000443322●ONumberofshlf——+BrassMoPaperSin~rli

5、ning5O5O5O5O50圖2不同摩擦襯層磨損．結(jié)合次數(shù)曲線對比圖3各種摩擦材料的表面能量負(fù)荷極限紙基摩擦材料同樣具有高的空隙，但其耐熱性和承受壓力的性能較低，因此其載荷能力不高。當(dāng)傳動軸與齒輪間的轉(zhuǎn)速差異較小時，噴鋁摩擦襯層的承受載荷能力實(shí)際上與銅基粉末冶金襯層相同。但當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，噴鉬襯層錐面的磨合點(diǎn)會出現(xiàn)明顯的熱效應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生燒傷痕跡，并在對偶錐表面形成磨蝕。黃銅襯層不適合長期在大于0．1J／mm能量載荷下使用。圖4表示了不同摩擦材料所能承受的載荷極限，即線速度．壓力載荷極限。f百主；差Speed[

6、m／s]———’圖4各種摩擦材料速度壓力極限載荷2．4摩擦性能如圖5所示，在摩擦襯層和潤滑劑所允許的熱容范圍內(nèi)，紙基摩擦材料的摩擦性能近于完美，在相同工況下，燒結(jié)銅合金襯層的摩擦性能略有降低，而噴鉬襯層的摩擦性能則受表面變化影響較大。2．5抗過載能力第2期曾曉蕾：汽車同步環(huán)用摩擦材料的應(yīng)用現(xiàn)狀吾[]●●●●●■■■■●■■●●■●■●■■●一‘芎l若gg0．10．1皇呈_JU一苫占0占0[1shift口1000shifts0_l00000shifts圖5三種材料摩擦性能的對比因操作不當(dāng)引起同步器在過載條件下

7、工作的情況總是存在，比如部分駕駛員在推進(jìn)同步器時忘記或者沒有正確松開離合器，離合器有時也會出現(xiàn)脫排不徹底的情況。在這種情況下，發(fā)動機(jī)的動力就完全沒有或部分沒有切斷，這將使同步環(huán)吸收更多的能量，引起同步器過載?，F(xiàn)代汽車要求同步器具有抗過載能力。抗過載能力測試是在比實(shí)際工況更高的比壓和線速度條件下進(jìn)行的。表l來自HOERBIGER的數(shù)據(jù)，為模擬駕駛員的不正確操作換擋行為而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)條件。測試結(jié)果表明：噴鉬襯層出現(xiàn)磨蝕，紙基襯層出現(xiàn)熱負(fù)荷過載(碳化)，燒結(jié)襯層表現(xiàn)出最好的抗過載能力。表1同步器摩擦材料抗過載能力(

8、不當(dāng)使用測試表)換擋力：5O磅=281N杠桿比：7．5：l軸向力：2109N換擋時間：2．5s同步環(huán)直徑：100mm2．6潤滑油兼容性三種摩擦襯層對潤滑油都十分敏感，但紙基摩擦材料和粉末冶金摩擦材料表現(xiàn)出最好的潤滑油兼容性，如表2～3所示。3結(jié)論對燒結(jié)銅合金、紙基及噴鉬襯層的綜合性能對比(見表2～3)可以得出，燒結(jié)銅合金襯層和紙基襯層的綜合性能較優(yōu)異。目前，歐洲新設(shè)計(jì)的同步器主要采用燒結(jié)銅合金摩擦襯層，·54·汽