汽車離合器金屬材料摩擦片的研究與應(yīng)用

肖仕昊，梁 卉

（1.華北理工大學(xué)，河北 唐山 063000；2.河北旭天信息技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050000）

汽車摩擦離合器的應(yīng)用非常廣泛，且歷史非常悠久。其主要是通過主動構(gòu)件與從動構(gòu)件以及壓緊構(gòu)件和操縱構(gòu)件四個單元組成。主動構(gòu)件和從動構(gòu)件的主要作用是用來確保離合器的接合狀態(tài)與動力傳輸狀態(tài)的實現(xiàn)。操縱構(gòu)件主要負(fù)責(zé)將離合器進行分離，踩下離合器踏板，消除離合器之間的自由間隙。本文將分析的金屬陶瓷離合器材料是當(dāng)前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的離合器材料裝置，也是在重卡和特種車輛上經(jīng)過千萬次實驗的材料。其結(jié)果表明：金屬陶瓷才來制作的離合器要遠比其他材料制作的離合器摩擦力更大、扭矩傳動性能更高。金屬陶瓷摩擦材料相比較樹脂石棉摩擦材料的摩擦系數(shù)更高。所以，利用金屬陶瓷制作的離合器，在同樣的夾緊載荷下，會比樹脂石棉摩擦材料顯現(xiàn)出更大的摩擦力矩。因此，具有金屬陶瓷摩擦片的離合器，在實際工作過程中會獲得更大的扭矩容量支持與更長久的使用年限，特別是在高溫環(huán)境中，這一特點表現(xiàn)的更加明顯。

1 摩擦片的材料研制

金屬陶瓷摩擦片是利用陶瓷顆粒、金屬基體、潤滑劑等物質(zhì)所構(gòu)成的。其研制方法為：通過粉末冶金的措施對其進行多元復(fù)合材料的加工，把陶瓷顆粒、金屬基體以及潤滑劑等物質(zhì)通過機械進行結(jié)合，從而達到陶瓷顆粒與潤滑劑融入到金屬基體中的目的。在整個研制過程中，具有一定的力學(xué)性能體現(xiàn)。物理化學(xué)的性能和金屬基體的結(jié)構(gòu)在一定程度上影響著金屬陶瓷的材料韌性與力學(xué)性能強弱，甚至還會影響到金屬陶瓷摩擦的效果和磨損的性能，以及對熱環(huán)境、冷環(huán)境和導(dǎo)熱性能等方面的控制與適應(yīng)力。當(dāng)前，我國所使用的金屬基體大部分是鐵基體或者是銅基體，并且以此來研制金屬陶瓷摩擦片。另外，潤滑劑在當(dāng)中主要起到了一個潤滑的作用與固定的作用。在研制過程中，加入潤滑劑可以有效提高金屬陶瓷材料的抗粘結(jié)性能以及抗咬合性能，同時也能大大降低對偶材料的損耗與摩擦。但是，因為有潤滑劑的參與，金屬陶瓷摩擦片的強度在一定程度上也會下降，而且會影響到摩擦片的摩擦系數(shù)。所以，對于潤滑劑的添加務(wù)必要結(jié)合規(guī)范，并且要根據(jù)要求適當(dāng)添加。在金屬陶瓷中所使用的潤滑劑主要有以下幾種成分：第一是石墨、第二是鉛、第三是鐵、第四是滑石、第五是二硫化鉬。最后，陶瓷顆粒的作用主要是用來承擔(dān)摩擦片的硬度以及提高摩擦系數(shù)的構(gòu)件單元。所以，陶瓷顆粒可有效彌補潤滑劑對于摩擦片所造成的各種負(fù)面影響?，F(xiàn)如今，常用到的陶瓷顆粒主要有四種，分別是SiC、SiO、莫來石以及Al2O3。

通過研究與比對，在此得出了研制陶瓷金屬的最佳工藝措施。為“硬度：30HB～40HB；密度：4.3g/cm2～5.9g/cm2；足底啊應(yīng)變必須大于15%；抗彎強度必須大于40MPa；沖擊韌度必須大于1.1J/cm2”。在經(jīng)過D—MS定速摩擦試驗過后，試驗設(shè)備上所顯示的內(nèi)容為249℃～301℃之間，而且在1.0比壓以下的摩擦系數(shù)數(shù)值為0.44～0.48之間。最終得出：磨損率是“（0.22～ 0.54）×10-7cm3/Nm”。

2 摩擦片和從動盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

在從動盤鋼片的側(cè)面不同位置分布有9塊摩擦片。且側(cè)面的摩擦片位置都是相對設(shè)計的。其固定方式為，利用兩個螺絲鉚釘或者是一個螺絲鉚釘將之與從動盤靜靜地連接在一起。通過這樣的方法，便可以保證從動盤的總成當(dāng)中的軸向彈性可以消失。從動盤上的鋼片從之前的圓形可修改為現(xiàn)在的三葉草形狀，這樣可以通過鋼片轉(zhuǎn)動慣性的降低，來有效消除掉局部區(qū)域所增加的轉(zhuǎn)動慣性。在此基礎(chǔ)上，便可以有效的保持住轉(zhuǎn)動慣性的變化趨于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。因為金屬陶瓷本身的抗壓能力比較強大，而且具有一定的韌性與剛度，所以，金屬陶瓷摩擦片的總成面積要比之前采用的樹脂片面積小了很多。此外，在高溫環(huán)境以及超高溫狀態(tài)中，金屬陶瓷摩擦片的摩擦系數(shù)所體現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)是非常穩(wěn)定的，而且在工作狀態(tài)中的傳扭性能也非常強大，甚至?xí)殡S著溫度的升高而逐漸加強傳扭的力度。這是樹脂片所無法實現(xiàn)的高效工作性能。該從動盤為紐扣式從動盤，在金屬陶瓷材料的支持下，可實現(xiàn)與鋼背材料的有效結(jié)合，也就是復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的體現(xiàn)。將螺絲鉚釘固定在鋼背上，然后在剛背上進行多孔襯網(wǎng)的焊點作業(yè)，隨后，再將金屬陶瓷壓緊在襯網(wǎng)上，并且需要將之深深的鑲嵌到網(wǎng)眼中。另一種方法為：可以將鋼背和金屬陶瓷壓塊直接通過冶鐵的方式將之融合在一起，該方法的優(yōu)勢在于便于操作與管理，而且可以簡化工程步驟，這也是當(dāng)前應(yīng)用作為廣泛的一種加工方式。經(jīng)過融合之后的復(fù)合材料其結(jié)構(gòu)與性能相比較螺絲鉚釘規(guī)定的更加安全可靠。

3 金屬材料離合器從動盤總成試驗

將研制出來的金屬陶瓷離合器材料應(yīng)用于中心沙漠越野車中進行試驗與考察，驗證其具體工作效能和適應(yīng)性能力。在此，把一個?380mm的從動盤安裝在一輛8t重的重載卡車上，該卡車為滿載卡車，總體重量達到了24t。其中，該重載卡車上應(yīng)用了8萬多千米的拆檢。最后，數(shù)據(jù)結(jié)果現(xiàn)實：在實際應(yīng)用中，平均每一萬米，摩擦片的正反面只被磨損掉了0.057mm。所以，該金屬陶瓷材料制作的摩擦片還可以繼續(xù)正常工作。

在此可得出，該金屬陶瓷摩擦片的整體壽命大約為22萬公里。但是，如果將樹脂片安裝在同樣質(zhì)量、同樣重量以及同樣消耗量的重型卡車上，其壽命最多可達到6萬公里。相比較金屬陶瓷材料減少了有三倍以上。另外，將另一個為?420mm的從動安裝在一輛13t重的特種設(shè)備車上，該特種設(shè)備車為不負(fù)重車輛，但是主要工作負(fù)責(zé)與在沙漠中執(zhí)行勘探任務(wù)以及上山執(zhí)行勘探任務(wù)。經(jīng)過為期5個月的研究，最終將之進行拆檢驗證，發(fā)現(xiàn)該金屬陶瓷材質(zhì)研制而成的從動盤摩擦片被磨損了0.52mm～0.61mm。最終驗證，該摩擦片可以在該車輛上繼續(xù)正常使用。且預(yù)計在該車輛上技術(shù)陶瓷摩擦片的整體壽命可以達到17個月之久。但是，如果將樹脂片安裝在該特種作業(yè)車輛上，在同期效果下，樹脂片的磨損程度為1.9mm。且部分區(qū)域已經(jīng)被燒毀，或者已經(jīng)被摩擦光滑。

在此，可以得出最終的試驗結(jié)果：利用金屬陶瓷研制的從動盤可以適用于絕大部分的車輛以及絕大部分的環(huán)境中，且該金屬材料制作的從動盤穩(wěn)定可靠，耐磨耐高溫。這樣，便可以有效確保離合器的正常使用以及高性能傳輸。

4 總結(jié)

此次研究的金屬陶瓷離合器抹茶片通過臺架試驗的方式以及裝車驗證的方式全面的證實了其穩(wěn)定的性能以及良好的耐熱系數(shù)。在三百攝氏度的高溫環(huán)境下依然可以保持高效的工作能力與摩擦系數(shù)，可見其性能的優(yōu)勢絕對要比其他材質(zhì)說研制出的摩擦片要高。而且，金屬陶瓷從動盤相比較樹脂片具有更強大的傳扭輸送能力，且使用年限也更為長久。

另外，裝車驗證之后的數(shù)據(jù)結(jié)果還證明了：在無襯網(wǎng)式的金屬陶瓷摩擦片復(fù)合結(jié)構(gòu)中，以及在無軸向彈性的從動盤中，都可以體現(xiàn)出良好的性能以及高效的工作方式。同時，通過金屬陶瓷設(shè)計的摩擦片更加適用于一些路況較為復(fù)雜的地區(qū)，而且比較適用于頻繁起步以及載重超大的汽車。比如，較為常見的有越野車、重卡、沙漠車、礦車、公交車等。由此可見，其應(yīng)用前景非常廣泛，可以實現(xiàn)對各種環(huán)境和條件的正常應(yīng)對。這與用戶的需求有著高度契合的特征。