离合器摩擦片摩擦性能影响因素研究
罗晓晔①
李雅娴②
陈锡伟③
吴铃海③
*
（①杭州职业技术学院，浙江杭州310018；②杭州科技职业技术学院，浙江杭州311400；
③杭州西湖汽车零部件集团股份有限公司，浙江杭州311103）摘
要：通过对不同纤维增强剂配制的摩擦片进行摩擦学小样试验、定速式摩擦试验以及台架试验，研究了
温度、相对滑动速度、离合循环次数等外部因素以及增强剂成分等内部因素对摩擦副的摩擦性能与
磨损性能的影响。试验表明：芳纶包心纱作为增强剂制得的摩擦片，摩擦性能和耐磨损性能较好；温度、相对滑动速度以及离合循环次数均对摩擦副的摩擦系数具有较大的影响。
关键词：摩擦系数磨损温度相对滑动速度
中图分类号：TH117．1文献标识码：A
离合循环次数
Studyontheinfluencefactorsoffrictionalbehaviourforclutchfrictionpair
LUOXiaoye①，LIYaxian②，CHENXiwei③，WULinghai③
（①HangzhouVocational＆TechnicalCollege，Hangzhou310018，CHN；
②HangzhouPolytechnic，Hangzhou311400，CHN；
③HangzhouWestlakeAutomotiveSparePartsGroupCo．，Ltd．，Hangzhou311103，CHN）
Abstract：Sampletest，constantspeedtestandbenchscaletestaretestedwithdiflerentkindsoffiberreinforced
material．Intensivestudiesaretakenonwearandfrictionperformanceofexternalfactorssuchastemper-ature，relativeslidingspeed，on－offcyclingtimeandinternalfactorsuchasfiberreinforcedmaterial．Aramidfiberisofgoodwearandfrictionperformance．Temperature，relativeslidingspeedandon－offcyclingtimehasgreatinfluenceonfrictioncoefficient．
Keywords：FrictionCoefficient；WearResistance；Temperature；RelativeSlidingSpeed；On－offCyclingTime随着汽车产业的飞速发展，人们对汽车驾驶的舒适性、稳定性以及低碳节能的要求日益增强。离合器作为汽车传动系统的重要零部件之一，对离合器面片的综合性能提出了更高的要求。摩擦副的摩擦系数对离合器性能有着重要的影响：发动机扭矩一定，若摩擦副摩擦系数过小，则离合器正常工作所需的压紧力较大，对膜片弹簧的性能要求提高，且分离主、从动盘时所需的踏板力较大，降低了汽车驾驶过程的舒适性；压紧力一定时，大的摩擦系数能产生较大的摩擦力矩，使离合器主、从动盘快速同步，减少打滑的时间，从而延长离合器的寿命
［1］
明，当温度、相对滑动速度以及离合循环次数等外部工
况发生变化时，摩擦系数会随之发生变化，导致所传递的摩擦力矩不稳定，从而引起抖动、增大磨损，影响离
由于其耐磨损性、温合器的使用寿命。不同摩擦材料，
度敏感性以及导热系数等固有性质的差异，其抵抗外
［2－3］
。因此，部工况影响的能力也存在较大的差距研究不同成分摩擦材料受到外部工况的影响情况，为离
合器的设计，以及提高离合器使用的舒适性与稳定性提供重要的数据支持。
。
1
1．1
试验部分
试验材料
影响摩擦副摩擦系数的因素可分为内因和外因。
依照经典摩擦理论，摩擦系数的大小取决于摩擦材料本身的固有特性，如：材料的组成、各成分的比重、材料的制作工艺以及材料表面的加工精度等。试验研究表
目前使用的汽车摩擦材料主要有：石棉有机摩擦材料、非石棉有机摩擦材料、混杂摩擦材料、半金属摩C/C复合摩擦材料及陶瓷擦材料、粉末冶金摩擦材料、
*杭州市科技局计划项目资助（20080431T04）
［4－6］
。无石棉有机型摩擦材料（NAO）基摩擦材料等
因密度低、力学性能好、摩擦性能优异、污染少等优点，
1．2．1变速变压试验机
在汽车工业中得到了广泛应用。它一般由粘结剂、增强纤维和填料混合均匀后热压而成，辅以防老剂、促进剂等辅助材料。
粘结剂不仅要承受部分载荷，还起到传递载荷、保证材料必要的力学强度和摩擦性能的作用。常用的粘橡胶及它们的改性物。填充物质主接剂有合成树脂、
要是通过占据体积来发挥作用，如重晶石粉、粘土、长石粉等粉末状填充材料，分为减磨材料和增摩材料两
［7－8］
。增强剂虽然主要起增强作用，大类但对摩擦性能、耐热性能等方面的影响不可忽略。常用的增强剂
有石棉、玻璃纤维、钢纤维等纤维状填充材料。
［9］
据已有研究经验，粘结剂均选用丁晴橡胶改性
硫酸钡、氧化锌、氧化铁、酚醛树脂；填充材料为石墨、
针对定速式摩擦试验机加载形式的不足以及测量
我们与咸阳新益设备供应商范围和测量精度的限制，
共同开发了一台变速变压试验机，其主要特点有：
（1）用气缸加载代替杠杆砝码加载。加载力由计算机根据设定值，控制气动比例阀不断调节储气罐内的气压，并由压力变送器反馈信号给计算机，实现了近“闭环”控制，调节范围较大，精度比较稳定。似
（2）用力传感器加测力杆的方式测量摩擦力矩，精度也得到提高。
（3）用大功率直流调速电动机驱动摩擦盘，使其转速在20～1000r/min范围内连续可调。1．2．2汽车离合器综合性能试验台
台架试验采用我们与长春中联试验仪器有限公司共同研制的汽车离合器综合性能试验台，结构简图如图1所示，其主要技术参数如下：
①最大扭矩：1000N·m±1%，响应及采样频率≥1000Hz；道路阻力矩：300N·m（max）±5%；
②试验转速：0～3000r/min±1%；③温度范围：室温～400℃±1℃，采集6点，反应速率≥300℃/s；
④分离行程控制：0～25mm，测量精度±0．01mm，控制精度5%。（可实现定分离行程的模式进行分离接合），根据接合时间可求出接合速度或给出离合时间；
2
⑤最小可调惯量：0．25kg·m；惯量可调范围：
云母粉、炭黑等；分别将玻纤复合纱、包心线纱、芳纶包
配制得到3种摩擦材料配心纱三种材料作为增强剂，方，详见表1。
1．2试验设备
表1
成分玻纤复合纱包心纱线芳纶包心纱丁苯橡胶酚醛树脂硫磺氧化锌硫酸钡云母粉石墨硅藻土碳黑针状硅灰石氧化铁其他
试验配方（质量分数）
配方
A50——[1**********]1—6
B—45—[1**********]3—6
C——47．5012．50106612．5022—31．506
%
0.25～12.75kg·m2（分组）；基础惯量：1.25kg·m2；
⑥离合周期：1～6次/min（可自由设定）。1．3
试验设计摩擦、磨损性能试验根据《GB5764—1998汽车用
离合器面片》在变速变压摩擦试验机上进行，试样尺
对偶盘材料为HT200珠寸为25mm×25mm×6mm，
光体组织，其硬度为192HB，试样数量为2个，沿同一
［10］
直径方向对称布置，压紧力为0．49MPa。
·149·
定速试验的转速为400～500r/min，转速越高，起步离合过程的相对滑动速度越大，发生起步震颤的倾800r/min，1000r/min三个向越大，故选取400r/min，
转速研究3种不同配方的材料受相对滑动速度的影响
［11］
改善，随后磨损趋于平缓，摩擦材料表面的磨屑分布比
较均匀，致使摩擦系数趋于稳定。超过250℃时，达到了酚醛树脂的热分解温度，生成大量的液体和气体。在摩擦过程中，这些液体起着润滑膜的作用，气体在摩擦副间形成局部气垫，减小了摩擦片和压盘间的正压力，从而导致摩擦系数急剧减小。2．1．2
温度对磨损率的影响由图3可以看出，随着温度的升高，摩擦片的磨损
。
台架试验采用汽车离合器综合性能试验台，离合
器采用直径210mm规格，实验前测量和称重摩擦片，按照离合循环程序进行离合器循环试验。分别记录60次离合循环、1000次离合器表面热负荷达320℃、4000次离合循环、10000次离合循环时的离合循环、
摩擦系数。10000次离合循环后，测量和称重摩擦片的质量
［12］
率呈现缓慢减小→缓慢增大→急剧增大的趋势。
。
2
2．1
试验结果分析
温度对摩擦材料性能的影响
温度对摩擦系数的影响
从图2中可以看出：三种配方摩擦材料的摩擦系
2．1．1
数随温度变化的趋势一致，均随温度升高呈微量增大→缓慢减小→急剧减小的变化。温度低于200℃时，摩擦系数随温度的升高有微量的增大；200～250℃时，摩擦系数的增大趋势平缓，基本达到稳定。超过250℃时，摩擦系数开始急剧减小。
温度低于200℃时，未达到酚醛树脂的热分解温
度，粘结作用稳固，颗粒、纤维间结合牢固。两个摩擦表面的一些微凸体在正压力的作用下发生粘着，摩擦片表面和压盘表面的氧化膜被不同程度地剪切撕裂下
此时相来成为较硬的磨屑。磨屑在摩擦片表面堆积，对较硬的对偶表面上的微凸体可能会嵌入摩擦材料表
面较软的部位，如有机物部分，故磨损率较小。
200～250℃时，表面温度达到酚醛树脂的软化温度，酚醛树脂对摩擦片中其他材料的粘结作用降低，粘粘着磨损加剧，使得摩擦片中的大量材料向弹性增强，压盘转移，摩擦材料对细小磨屑具有很强的吸附作用
酚醛树脂为有机材料，低于200℃时，没有达到酚
［13］
醛树脂的热衰退温度，能够稳定使用，其粘结性能较好，摩擦材料的强度较高，摩擦系数基本稳定。由于受温度和压力的作用，各种材料的热膨胀系数不同，材料表面剥落，出现块状和片状磨屑，表面粗糙度值增大，摩擦系数缓慢增大。
200～250℃过程，随着温度的升高，材料表面继续剥落，出现大量大体积的磨粒，使摩擦系数提升至最大；同时随着摩擦次数的增加，表面粗糙度得到一定的
有利于减小磨损，此时摩擦材形成稳定连续的转移膜，料的磨损率基本稳定
［14－16］
。
超过250℃时，酚醛树脂发生热分解，温度越高，
热分解越剧烈，酚醛树脂的粘结作用大大降低，摩擦片纤维在压力场作用下大的材料大面积脱落或是转移，量断裂，磨损量急剧增大。摩擦表面层发生塑性变形而产生大规模的表面损坏，因疲劳而产生的磨屑脱离摩擦片表面，疲劳磨损和粘着磨损同时发生，导致磨损率急剧增大2．1．3
［17－18］
。
不同增强剂摩擦片受温度的影响
由表1可知，三种配方摩擦片的成分差异主要在于增强剂。配方A由玻纤复合纱作为增强纤维，配方B的增强剂为包心纱线，配方C由芳纶包心纱增强。由图2三种配方摩擦片摩擦系数随温度变化的曲线可知，超过300℃时，芳纶包心纱增强的配方C，其衰退斜率绝对值明显小于玻纤复合纱增强的配方A以及包心线纱增强的配方B；温度升高至350℃时，配方C的
选取芳纶包摩擦系数大于其他两种配方。由此可见，
心纱作为增强材料，其温度敏感性较小，相同工况温度
下摩擦系数受温度的影响较小。
从图3可以看出，包心线纱增强的配方B相比芳纶包心纱增强的配方C和玻纤复合纱增强的配方A，其磨损率较小；随着温度的升高，磨损率增大曲线斜率
耐磨损性能较强。较平缓，2．22．2．1
相对滑动速度对摩擦性能的影响
相对滑动速度对摩擦系数的影响
从图4中可以看出：三种配方摩擦片摩擦系数随
系数的减小主要是由相对滑动速度的提高导致摩擦片表面温度的升高引起的。400r/min滑动速度较慢，摩擦片摩擦产生的热量随之扩散，摩擦片表面不会达到酚醛树脂的热软化温度；800r/min相对滑动速度下，较高的滑摩速度导致摩擦片表面热量不能及时排出，大量摩擦热导致酚醛树脂发生软化；1000r/min时，高速旋转产生的摩擦热达到了酚醛树脂的热分解温
摩擦系数急剧减小
。度，
相对滑动速度变化的趋势一致，均随相对滑动速度升
高呈缓慢减小的趋势。
相对滑动速度对摩擦系数的影响，主要是摩擦引起的温度变化所致。400r/min时，摩擦表面的温升较低，还没有达到摩擦材料的热分解温度，酚醛树脂粘结
摩擦系数基本稳定。随着相对滑剂的粘结性能较好，
动速度的提高，摩擦产生的热量无法及时排出，摩擦片1000r/min时，表面温度逐渐升高，摩擦表面的温升已达到摩擦材料的热分解温度，摩擦表面生成氧化膜，
自润滑性能增大，摩擦系数减小。2．2．2
不同温度下相对滑动速度的影响
100℃时酚醛树脂没有由图5和图6可以看出，
300℃温度下，已经达到了酚醛树脂的热分解温度，相对滑动速度的提高引起的热增量与环境温度相
差不大，三种配方的摩擦片随相对滑动速度的变化趋势基本一致。由于三种配方的增强纤维不同，其温度敏感性存在较大差异，相同滑动速度下的摩擦系数差距较大。
100℃温度下，三种摩擦片的摩擦系数随相对滑动速度由400r/min升至800r/min，减小的幅值大于300℃温度下的减小幅值。故100℃温度下，摩擦系数受相对滑动速度变化的影响较为明显。
·151·
发生热软化，三种配方的摩擦片受温度影响的作用相
同，不同相对滑动速度下，其摩擦系数基本相同。摩擦
2．32．3．1
离合循环次数对摩擦性能的影响离合循环次数对摩擦系数的影响
不同离合循环次数下三种配方摩擦片的摩擦系数
试验阶段60次离合循环热负荷320℃时1000次离合循环4000次离合循环10000次离合循环
标准值≥0．25≥0．27≥0．28≥0．28≥0．28
实测值
配方A0．260．270．370．320．33
配方B0．270．290．380．320．29
配方C0．290．320．410．390．37
次离合循环），芳纶包心纱增强的配方C磨损量最小，玻纤复合纱增强的配方A的磨损量最大。芳纶包心纱作为增强纤维，可以有效地提高摩擦片的耐离合磨损性能。
表3
配方
10000次离合循环
表2
10000次离合循环次数磨损量
C5．3
B6．2
g
A6．5
3结论
由图7可以看出，三种配方片受离合循环次数影响的规律基本一致。摩擦系数随着离合循环次数的增加而增大，当离合循环达到1000次时，摩擦系数最大；此后，随着离合循环次数的增加，摩擦系数逐渐减1000次、4000次、小。由于本试验仅记录了60次、10000次离合循环时的摩擦系数，故摩擦系数达到最大值时的循环次数存在一定的误差。
（1）温度、相对滑动速度以及离合循环次数对离
合器摩擦片的摩擦系数以及磨损量有着重要的影响。摩擦系数随温度的升高呈缓慢增大→缓慢减小→急剧减小的趋势；摩擦系数随相对滑动速度的增加逐渐减小；随着离合循环次数的增加，摩擦系数先增大至稳定磨合的最大值，后逐渐减小。（2）由芳纶包心纱作为增强纤维的配方C，摩擦系数受温度影响较小，与玻纤复合纱和包心线纱增强的摩擦系数较大且磨损率较小，配方A与配方B相比，摩擦性能和磨损性能较好。
参
考
文
献
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［15］高辉辉．微型汽车离合器摩擦磨损性能及其机理的研究［D］．武
随着离合循环次数的增加，离合器摩擦片与压盖
盘之间产生相互磨合，摩擦片表面的微粒受到剥离磨损作用的影响，与摩擦片表面相脱离，受到摩擦副的吸附作用，附着于压盖盘表面。由于剥离脱落的微粒与摩擦片内层仍存在分子链接，故离合器磨合过程，随着离合循环次数的增加，摩擦片的摩擦系数逐渐增大
［19］
。
当离合循环达到一定程度时（1000次离合），磨合达到最佳状态。此后，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，达到稳定磨损过程，被磨去的磨损量与时间成正比增加。随着离合循环次数的继续增大，摩擦条件发生较大变化，如温度的急剧升高，粘结剂发生热分
［20］
解，磨损速度急剧增加。2．3．2
离合循环次数对磨损量的影响
由表3可以看出，相同的离合循环次数下（10000
2008．汉：武汉理工大学，
［16］高辉辉，黄继雄，莫易敏，等．经济型汽车干摩擦式离合器的磨损及
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J］．润滑与密封，2006，31（10）：200－203．状与发展［
1962年生，第一作者：罗晓晔，男，教授，主要从事
新型模具设计、汽车关键零部件开发等技术的研究与教学工作。
（编辑
谭弘颖）
（收稿日期：2010－12－01）
文章编号：110346
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·书讯·
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离合器摩擦片摩擦性能影响因素研究
罗晓晔①
李雅娴②
陈锡伟③
吴铃海③
*
（①杭州职业技术学院，浙江杭州310018；②杭州科技职业技术学院，浙江杭州311400；
③杭州西湖汽车零部件集团股份有限公司，浙江杭州311103）摘
要：通过对不同纤维增强剂配制的摩擦片进行摩擦学小样试验、定速式摩擦试验以及台架试验，研究了
温度、相对滑动速度、离合循环次数等外部因素以及增强剂成分等内部因素对摩擦副的摩擦性能与
磨损性能的影响。试验表明：芳纶包心纱作为增强剂制得的摩擦片，摩擦性能和耐磨损性能较好；温度、相对滑动速度以及离合循环次数均对摩擦副的摩擦系数具有较大的影响。
关键词：摩擦系数磨损温度相对滑动速度
中图分类号：TH117．1文献标识码：A
离合循环次数
Studyontheinfluencefactorsoffrictionalbehaviourforclutchfrictionpair
LUOXiaoye①，LIYaxian②，CHENXiwei③，WULinghai③
（①HangzhouVocational＆TechnicalCollege，Hangzhou310018，CHN；
②HangzhouPolytechnic，Hangzhou311400，CHN；
③HangzhouWestlakeAutomotiveSparePartsGroupCo．，Ltd．，Hangzhou311103，CHN）
Abstract：Sampletest，constantspeedtestandbenchscaletestaretestedwithdiflerentkindsoffiberreinforced
material．Intensivestudiesaretakenonwearandfrictionperformanceofexternalfactorssuchastemper-ature，relativeslidingspeed，on－offcyclingtimeandinternalfactorsuchasfiberreinforcedmaterial．Aramidfiberisofgoodwearandfrictionperformance．Temperature，relativeslidingspeedandon－offcyclingtimehasgreatinfluenceonfrictioncoefficient．
Keywords：FrictionCoefficient；WearResistance；Temperature；RelativeSlidingSpeed；On－offCyclingTime随着汽车产业的飞速发展，人们对汽车驾驶的舒适性、稳定性以及低碳节能的要求日益增强。离合器作为汽车传动系统的重要零部件之一，对离合器面片的综合性能提出了更高的要求。摩擦副的摩擦系数对离合器性能有着重要的影响：发动机扭矩一定，若摩擦副摩擦系数过小，则离合器正常工作所需的压紧力较大，对膜片弹簧的性能要求提高，且分离主、从动盘时所需的踏板力较大，降低了汽车驾驶过程的舒适性；压紧力一定时，大的摩擦系数能产生较大的摩擦力矩，使离合器主、从动盘快速同步，减少打滑的时间，从而延长离合器的寿命
［1］
明，当温度、相对滑动速度以及离合循环次数等外部工
况发生变化时，摩擦系数会随之发生变化，导致所传递的摩擦力矩不稳定，从而引起抖动、增大磨损，影响离
由于其耐磨损性、温合器的使用寿命。不同摩擦材料，
度敏感性以及导热系数等固有性质的差异，其抵抗外
［2－3］
。因此，部工况影响的能力也存在较大的差距研究不同成分摩擦材料受到外部工况的影响情况，为离
合器的设计，以及提高离合器使用的舒适性与稳定性提供重要的数据支持。
。
1
1．1
试验部分
试验材料
影响摩擦副摩擦系数的因素可分为内因和外因。
依照经典摩擦理论，摩擦系数的大小取决于摩擦材料本身的固有特性，如：材料的组成、各成分的比重、材料的制作工艺以及材料表面的加工精度等。试验研究表
目前使用的汽车摩擦材料主要有：石棉有机摩擦材料、非石棉有机摩擦材料、混杂摩擦材料、半金属摩C/C复合摩擦材料及陶瓷擦材料、粉末冶金摩擦材料、
*杭州市科技局计划项目资助（20080431T04）
［4－6］
。无石棉有机型摩擦材料（NAO）基摩擦材料等
因密度低、力学性能好、摩擦性能优异、污染少等优点，
1．2．1变速变压试验机
在汽车工业中得到了广泛应用。它一般由粘结剂、增强纤维和填料混合均匀后热压而成，辅以防老剂、促进剂等辅助材料。
粘结剂不仅要承受部分载荷，还起到传递载荷、保证材料必要的力学强度和摩擦性能的作用。常用的粘橡胶及它们的改性物。填充物质主接剂有合成树脂、
要是通过占据体积来发挥作用，如重晶石粉、粘土、长石粉等粉末状填充材料，分为减磨材料和增摩材料两
［7－8］
。增强剂虽然主要起增强作用，大类但对摩擦性能、耐热性能等方面的影响不可忽略。常用的增强剂
有石棉、玻璃纤维、钢纤维等纤维状填充材料。
［9］
据已有研究经验，粘结剂均选用丁晴橡胶改性
硫酸钡、氧化锌、氧化铁、酚醛树脂；填充材料为石墨、
针对定速式摩擦试验机加载形式的不足以及测量
我们与咸阳新益设备供应商范围和测量精度的限制，
共同开发了一台变速变压试验机，其主要特点有：
（1）用气缸加载代替杠杆砝码加载。加载力由计算机根据设定值，控制气动比例阀不断调节储气罐内的气压，并由压力变送器反馈信号给计算机，实现了近“闭环”控制，调节范围较大，精度比较稳定。似
（2）用力传感器加测力杆的方式测量摩擦力矩，精度也得到提高。
（3）用大功率直流调速电动机驱动摩擦盘，使其转速在20～1000r/min范围内连续可调。1．2．2汽车离合器综合性能试验台
台架试验采用我们与长春中联试验仪器有限公司共同研制的汽车离合器综合性能试验台，结构简图如图1所示，其主要技术参数如下：
①最大扭矩：1000N·m±1%，响应及采样频率≥1000Hz；道路阻力矩：300N·m（max）±5%；
②试验转速：0～3000r/min±1%；③温度范围：室温～400℃±1℃，采集6点，反应速率≥300℃/s；
④分离行程控制：0～25mm，测量精度±0．01mm，控制精度5%。（可实现定分离行程的模式进行分离接合），根据接合时间可求出接合速度或给出离合时间；
2
⑤最小可调惯量：0．25kg·m；惯量可调范围：
云母粉、炭黑等；分别将玻纤复合纱、包心线纱、芳纶包
配制得到3种摩擦材料配心纱三种材料作为增强剂，方，详见表1。
1．2试验设备
表1
成分玻纤复合纱包心纱线芳纶包心纱丁苯橡胶酚醛树脂硫磺氧化锌硫酸钡云母粉石墨硅藻土碳黑针状硅灰石氧化铁其他
试验配方（质量分数）
配方
A50——[1**********]1—6
B—45—[1**********]3—6
C——47．5012．50106612．5022—31．506
%
0.25～12.75kg·m2（分组）；基础惯量：1.25kg·m2；
⑥离合周期：1～6次/min（可自由设定）。1．3
试验设计摩擦、磨损性能试验根据《GB5764—1998汽车用
离合器面片》在变速变压摩擦试验机上进行，试样尺
对偶盘材料为HT200珠寸为25mm×25mm×6mm，
光体组织，其硬度为192HB，试样数量为2个，沿同一
［10］
直径方向对称布置，压紧力为0．49MPa。
·149·
定速试验的转速为400～500r/min，转速越高，起步离合过程的相对滑动速度越大，发生起步震颤的倾800r/min，1000r/min三个向越大，故选取400r/min，
转速研究3种不同配方的材料受相对滑动速度的影响
［11］
改善，随后磨损趋于平缓，摩擦材料表面的磨屑分布比
较均匀，致使摩擦系数趋于稳定。超过250℃时，达到了酚醛树脂的热分解温度，生成大量的液体和气体。在摩擦过程中，这些液体起着润滑膜的作用，气体在摩擦副间形成局部气垫，减小了摩擦片和压盘间的正压力，从而导致摩擦系数急剧减小。2．1．2
温度对磨损率的影响由图3可以看出，随着温度的升高，摩擦片的磨损
。
台架试验采用汽车离合器综合性能试验台，离合
器采用直径210mm规格，实验前测量和称重摩擦片，按照离合循环程序进行离合器循环试验。分别记录60次离合循环、1000次离合器表面热负荷达320℃、4000次离合循环、10000次离合循环时的离合循环、
摩擦系数。10000次离合循环后，测量和称重摩擦片的质量
［12］
率呈现缓慢减小→缓慢增大→急剧增大的趋势。
。
2
2．1
试验结果分析
温度对摩擦材料性能的影响
温度对摩擦系数的影响
从图2中可以看出：三种配方摩擦材料的摩擦系
2．1．1
数随温度变化的趋势一致，均随温度升高呈微量增大→缓慢减小→急剧减小的变化。温度低于200℃时，摩擦系数随温度的升高有微量的增大；200～250℃时，摩擦系数的增大趋势平缓，基本达到稳定。超过250℃时，摩擦系数开始急剧减小。
温度低于200℃时，未达到酚醛树脂的热分解温
度，粘结作用稳固，颗粒、纤维间结合牢固。两个摩擦表面的一些微凸体在正压力的作用下发生粘着，摩擦片表面和压盘表面的氧化膜被不同程度地剪切撕裂下
此时相来成为较硬的磨屑。磨屑在摩擦片表面堆积，对较硬的对偶表面上的微凸体可能会嵌入摩擦材料表
面较软的部位，如有机物部分，故磨损率较小。
200～250℃时，表面温度达到酚醛树脂的软化温度，酚醛树脂对摩擦片中其他材料的粘结作用降低，粘粘着磨损加剧，使得摩擦片中的大量材料向弹性增强，压盘转移，摩擦材料对细小磨屑具有很强的吸附作用
酚醛树脂为有机材料，低于200℃时，没有达到酚
［13］
醛树脂的热衰退温度，能够稳定使用，其粘结性能较好，摩擦材料的强度较高，摩擦系数基本稳定。由于受温度和压力的作用，各种材料的热膨胀系数不同，材料表面剥落，出现块状和片状磨屑，表面粗糙度值增大，摩擦系数缓慢增大。
200～250℃过程，随着温度的升高，材料表面继续剥落，出现大量大体积的磨粒，使摩擦系数提升至最大；同时随着摩擦次数的增加，表面粗糙度得到一定的
有利于减小磨损，此时摩擦材形成稳定连续的转移膜，料的磨损率基本稳定
［14－16］
。
超过250℃时，酚醛树脂发生热分解，温度越高，
热分解越剧烈，酚醛树脂的粘结作用大大降低，摩擦片纤维在压力场作用下大的材料大面积脱落或是转移，量断裂，磨损量急剧增大。摩擦表面层发生塑性变形而产生大规模的表面损坏，因疲劳而产生的磨屑脱离摩擦片表面，疲劳磨损和粘着磨损同时发生，导致磨损率急剧增大2．1．3
［17－18］
。
不同增强剂摩擦片受温度的影响
由表1可知，三种配方摩擦片的成分差异主要在于增强剂。配方A由玻纤复合纱作为增强纤维，配方B的增强剂为包心纱线，配方C由芳纶包心纱增强。由图2三种配方摩擦片摩擦系数随温度变化的曲线可知，超过300℃时，芳纶包心纱增强的配方C，其衰退斜率绝对值明显小于玻纤复合纱增强的配方A以及包心线纱增强的配方B；温度升高至350℃时，配方C的
选取芳纶包摩擦系数大于其他两种配方。由此可见，
心纱作为增强材料，其温度敏感性较小，相同工况温度
下摩擦系数受温度的影响较小。
从图3可以看出，包心线纱增强的配方B相比芳纶包心纱增强的配方C和玻纤复合纱增强的配方A，其磨损率较小；随着温度的升高，磨损率增大曲线斜率
耐磨损性能较强。较平缓，2．22．2．1
相对滑动速度对摩擦性能的影响
相对滑动速度对摩擦系数的影响
从图4中可以看出：三种配方摩擦片摩擦系数随
系数的减小主要是由相对滑动速度的提高导致摩擦片表面温度的升高引起的。400r/min滑动速度较慢，摩擦片摩擦产生的热量随之扩散，摩擦片表面不会达到酚醛树脂的热软化温度；800r/min相对滑动速度下，较高的滑摩速度导致摩擦片表面热量不能及时排出，大量摩擦热导致酚醛树脂发生软化；1000r/min时，高速旋转产生的摩擦热达到了酚醛树脂的热分解温
摩擦系数急剧减小
。度，
相对滑动速度变化的趋势一致，均随相对滑动速度升
高呈缓慢减小的趋势。
相对滑动速度对摩擦系数的影响，主要是摩擦引起的温度变化所致。400r/min时，摩擦表面的温升较低，还没有达到摩擦材料的热分解温度，酚醛树脂粘结
摩擦系数基本稳定。随着相对滑剂的粘结性能较好，
动速度的提高，摩擦产生的热量无法及时排出，摩擦片1000r/min时，表面温度逐渐升高，摩擦表面的温升已达到摩擦材料的热分解温度，摩擦表面生成氧化膜，
自润滑性能增大，摩擦系数减小。2．2．2
不同温度下相对滑动速度的影响
100℃时酚醛树脂没有由图5和图6可以看出，
300℃温度下，已经达到了酚醛树脂的热分解温度，相对滑动速度的提高引起的热增量与环境温度相
差不大，三种配方的摩擦片随相对滑动速度的变化趋势基本一致。由于三种配方的增强纤维不同，其温度敏感性存在较大差异，相同滑动速度下的摩擦系数差距较大。
100℃温度下，三种摩擦片的摩擦系数随相对滑动速度由400r/min升至800r/min，减小的幅值大于300℃温度下的减小幅值。故100℃温度下，摩擦系数受相对滑动速度变化的影响较为明显。
·151·
发生热软化，三种配方的摩擦片受温度影响的作用相
同，不同相对滑动速度下，其摩擦系数基本相同。摩擦
2．32．3．1
离合循环次数对摩擦性能的影响离合循环次数对摩擦系数的影响
不同离合循环次数下三种配方摩擦片的摩擦系数
试验阶段60次离合循环热负荷320℃时1000次离合循环4000次离合循环10000次离合循环
标准值≥0．25≥0．27≥0．28≥0．28≥0．28
实测值
配方A0．260．270．370．320．33
配方B0．270．290．380．320．29
配方C0．290．320．410．390．37
次离合循环），芳纶包心纱增强的配方C磨损量最小，玻纤复合纱增强的配方A的磨损量最大。芳纶包心纱作为增强纤维，可以有效地提高摩擦片的耐离合磨损性能。
表3
配方
10000次离合循环
表2
10000次离合循环次数磨损量
C5．3
B6．2
g
A6．5
3结论
由图7可以看出，三种配方片受离合循环次数影响的规律基本一致。摩擦系数随着离合循环次数的增加而增大，当离合循环达到1000次时，摩擦系数最大；此后，随着离合循环次数的增加，摩擦系数逐渐减1000次、4000次、小。由于本试验仅记录了60次、10000次离合循环时的摩擦系数，故摩擦系数达到最大值时的循环次数存在一定的误差。
（1）温度、相对滑动速度以及离合循环次数对离
合器摩擦片的摩擦系数以及磨损量有着重要的影响。摩擦系数随温度的升高呈缓慢增大→缓慢减小→急剧减小的趋势；摩擦系数随相对滑动速度的增加逐渐减小；随着离合循环次数的增加，摩擦系数先增大至稳定磨合的最大值，后逐渐减小。（2）由芳纶包心纱作为增强纤维的配方C，摩擦系数受温度影响较小，与玻纤复合纱和包心线纱增强的摩擦系数较大且磨损率较小，配方A与配方B相比，摩擦性能和磨损性能较好。
参
考
文
献
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随着离合循环次数的增加，离合器摩擦片与压盖
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［19］
。
当离合循环达到一定程度时（1000次离合），磨合达到最佳状态。此后，摩擦表面加工硬化，微观几何形状改变，达到稳定磨损过程，被磨去的磨损量与时间成正比增加。随着离合循环次数的继续增大，摩擦条件发生较大变化，如温度的急剧升高，粘结剂发生热分
［20］
解，磨损速度急剧增加。2．3．2
离合循环次数对磨损量的影响
由表3可以看出，相同的离合循环次数下（10000
2008．汉：武汉理工大学，
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1962年生，第一作者：罗晓晔，男，教授，主要从事
新型模具设计、汽车关键零部件开发等技术的研究与教学工作。
（编辑
谭弘颖）
（收稿日期：2010－12－01）
文章编号：110346
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