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第一章 摩擦材料技术要求

浏览次数: 日期:2017-07-27

摩擦材料技术要求

    一、摩擦材料

    凡是用于动力机械传动或制动的材料,都可统称为摩擦材料。

    车辆与各种工程动力机械的运动,所需传递和消除动力的摩擦材料。是保证行驶或工作安全的不可缺少的关键性材料。随着车辆与各种工程动力机械的运动的技术发展以及其运转速度和负荷的不断提高的加大,对所需用的摩擦材料的要求也就越来越高。这些也正是摩擦材料今后的发展方向。

    摩擦材料的制品可分为两大类别:

    1在制动机构中工作的制品,利用摩擦力对运动产生阻力。属于这类制品主要有刹车片、闸瓦、刹车带等等。

    目前,广泛采用的摩擦材料制动型式:主要有带式、鼓式及盘式等,可用下面六种图简示如下:

    2 在离合机构中工作的摩擦材料制品,是利用摩擦力将运动传递出去。属于这类的制品有环状、扇型、块状的离合器片、离合器块等等。

    二、摩擦材料技术要求

    摩擦材料是机动车辆或运动机械的传动系统或制动器系统中的关键的、保证安全的消耗性部件,在传动和制动过程中,主要应满足以下技术要求:

    ㈠有适宜而稳定的摩擦系数

摩擦系数是评价任何一种摩擦材料的一个最重要的性能指标,关系到摩擦片执行传动和制动功能的好坏,它不是一个常数,而是受温度,压力,摩擦速度或表面状态及周围介质因素等环境影响而发生变化的一个系数。理想的摩擦系数 ,应是理想的冷摩擦系数和可以控制的温度衰退。由于摩擦产生热量,增高了工作温度,就引起了摩擦材料的摩擦系数发生变化。

温度是影响摩擦系数的最重要因素。摩擦材料在摩擦过程中,由于温度的迅速升高,一般当温度达200℃以上后,摩擦系数开始急剧下降,当温度达到树脂和橡胶分解温度范围后,产生了摩擦系数的骤然降低。这种现象称为“热衰退”,严重的“热衰退”就会导致制动效能变差和恶化,在实际应用中就会降低了摩擦力,即降低了制动作用,这是很危险的也是必须要避免的。在摩擦材料中加入高温摩擦调节剂填料,是减少和克服“热衰退”的有效手段。经过热衰退的摩擦片,当温度逐渐降低时摩擦系数会逐渐恢复至原来的正常情况,但也有时会出现摩擦系数恢复得高于原来正常的摩擦系数即恢复得过头,对这种摩擦系数恢复过头,我们称之为“过恢复”。我国汽车制动器衬片台架试验标准中就有制动力矩速度稳定性的要求,规定在“恢复性试验中,最大的制动力矩与第一次效能试验中制动管路压力相同的制动力矩之差值,以百分数计,应小于20%(见JG3935-85)的规定。

摩擦系数通常随速度增加而降低,但过大的降低也是不能忽视。因此当车辆行驶速度加快时,要防止制动效能的下降因素。

摩擦材料表面沾水时, 摩擦系数也会降低,当表面的水膜消除,恢复至干燥状态后,摩擦系数就会恢复正常,称之为“涉水恢复性”。经装车进行涉水试验表明,一般经涉水后的摩擦片,在通过轻点刹车后,就基本可恢复正常刹车。

摩擦材料表面沾有油污时, 摩擦系数显著下降,但应能保持一定的摩擦力,摩擦片仍有一定的制动效能,但制动效果要大折扣。

㈡良好的耐磨性

摩擦材料的耐磨性是其使用寿命的反映。也是衡量摩擦材料耐用程度的重要经济技术指标。耐磨性越好,表明它的使用寿命越长。尽管摩擦材料属于消耗性材料,但是应该说,相对地讲耐用的时间越长越好。摩擦材料在工作过程中的磨损,主要是由摩擦接触表面产生的剪切力所造成的,低温时的磨损方式有粘着磨损、切削磨损和磨粒磨损。

工作温度是影响磨损量的重要因素。当材料表面温度达到有机粘结剂的热分解温度范围时,有机粘结剂如橡胶与树脂等均会产生分解、碳化和失重现象,随温度的升高,这种现象加剧,粘结作用下降,磨损量急剧增大,将这种磨损称之为“热磨损”。

选用合适的减磨填料,提高耐热性好的树脂或橡胶,能有效的减少材料的工作磨损,特别是热磨损,可延长其使用寿命。

摩擦材料的耐磨性指标,有多种表示方法。我国GB5763-2008“汽车制动器衬片”国家标准中,规定的磨损指标是,测定材料样品在定速式摩擦试验机上从100℃至350℃温度范围的每档温度(50℃为一档)时的磨损率。磨损率系样品与对偶表面进行相对滑动过程中作单位摩擦功时的体积磨损量,可由测定其摩擦力、滑动距离及样品因磨损的厚度减少而计算出。

但由于被测样品在摩擦性能测试的过程中,受高温影响会产生不同程度的热膨胀,掩盖了样品的厚度磨损,有时甚至出现负值,即样品经高温磨损后的厚度反而增加,这就不能真实正确反映出实际磨损,故有的生产厂,除测定样品的体积磨损外,还要测定样品的重量磨损率。

国内一些汽车制造厂,对配套用的刹车片的磨损率规定要求,在对检测样品进行定速式摩擦试验中,从100℃、150℃、200℃、250℃、300℃五档温度下的磨损率总和不应超过一个限定值(一般规定为2.5%、1.8%或1.5%以下)。

㈢具有良好的物理机械性能。

物理机械性能,包括强度、硬度、高温机械强度、压缩性、热膨胀量、气孔率、密度等。

摩擦材料制品在装配使用之前,需要进行钻孔、铆装、装配等机械加工,才能制成制动器总成或离合器总成。在摩擦工作过程中,摩擦材料除了要承受很高温度的同时,还要承受较大的压力与剪切力。因此,要求摩擦材料必须具有足够的机械强度,以保证在加工或使用过程中不出现破损与碎裂。如对刹车片,要求有一定的抗冲击强度、铆接应力、抗压强度等,对于粘结型的刹车片,如盘式片,还要具有足够的常温粘结强度与高温(200℃至250℃)粘结强度,以保证刹车片与钢背粘结的相当牢固,可经受盘式刹车片制动过程中产生的高剪切力,而不出现相互脱离,造成制动失效的严重后果。对于离合器片,则要求具有足够的抗冲击强度、抗弯曲强度、最大应变值以及较高的抗回转爆裂破坏强度。这是为了保障离合器片在运输、铆装加工过程中不致损坏,也是为了保障离合器片在高速旋转的工作条件下不发生破裂。   

㈣制动噪音要低

    制动噪音关系到车辆行驶时的舒适性,而且对周围环境特别是对城市环境造成噪音污染。对于轿车和城市公交车来说,制动噪音是一项重要的性能要求,就轿车盘式片而言,摩擦性能良好的无噪音或低噪音刹车片成为首选产品,因此,制动噪音已经被人们所重视,有关部门已经提出了标准规定。一般汽车产生的噪音不应该超过85 分贝(dB)。

    引起制动噪音的因素很多,因为刹车片只是制动总成的一个部件,制动时刹车片与刹车鼓(或盘)在高速、高温或较高的压力时,相对运动的强烈摩擦作用,彼此产生振动,从而产生不同程度的噪音。

    就摩擦材料而言,经验告诉我们,造成制动噪音的因素大致有:

    1摩擦材料的摩擦系数越高,越易产生噪音。摩擦系数达到0.5-0.55或更高时,极易产生噪音。

    2制品材质硬度高,易产生噪音。

    3高硬度填料用量多时,易产生噪音。

4刹车片经高温制动作用后,工作表面形成光亮而硬的碳化膜,又称釉质层,在制动摩擦时会产生高的振动及相应的噪音。

5制动时的摩擦表面接触面积过小或因其他原因造成的接触面积变小也易引起制动燥音。

    由此可知,适当控制摩擦系数,使其不要过高,适当降低制品的硬度,减少硬质填料用量,避免工作表面形成碳化层,或尽量的减少制品热膨胀以及使用减震垫以降低振动频率,均有利于减少与克服噪音。      

    由于制动噪音产生原因相当复杂,目前还未能完全了解,因此解决摩擦材料制动过

程中产生的噪音是一个重要的课题。当然产生制动噪音,也不仅仅是摩擦片因素,还有整个制动装置的其它因素。

    在中国摩擦材料协会上海年会上,曾邀请的一位美国学者演讲中说过,汽车制动燥音产生因素,由于摩擦片的原因仅占15%左右。

㈤对对偶面的磨损较小

    摩擦材料制品在传动或制动过程中的工作,都是要通过与对偶件即摩擦盘或制动鼓(或盘)在摩擦中实现,在此摩擦过程中这一对摩擦偶件相互都会产生磨损,这是正常现象。但是做为消耗性材料的摩擦材料制品,除自身应该尽量小的磨损外与对偶件的磨损也要小,也就是应该使对偶件的使用寿命相对的较长,这才充分显示出具有良好摩擦性能的特性。同时在摩擦过程中,也不应将对偶件即摩擦盘或制动鼓(或盘)的表面磨成较重的擦伤、划痕、沟槽等过渡磨损等状况。

    ㈥符合环保要求

    现对摩擦材料制品的环保方面要求,也越来越高,如欧美国家在摩擦材料中不得含有重金属的要求,如铅、铬等。椐资料介绍,近期欧盟国家要对摩擦材料制品中使用铜等金属提出限制。摩擦材料制品在使用过程中,还不应产生臭味或对环境产生污染。

    ㈦完好的外观

    摩擦材料制品的外观质量,应符合使用图纸要求,经加工的制品表面,应光滑,平整,不得有严重的毛刺与粘附磨制加工产生的磨灰。产品表面不得有锈蚀,如离合器片表面,最好进行表面防蚀处理,防止出现粘连,造成车辆起动不了的后果。同时,对制品表面的不平度也应严格控制,否则也会是产生制动燥音或车辆抖动的因素。

    ㈧较低的成本

    摩擦材料制品的生产成本,要相对的较低,如材料的选用、生产的工艺方法、生产效率、工时与能耗等消耗要小等。

    除此之外,对摩擦材料制品的性能要求,还有附着性、密度、噪音、对偶磨损、粘附性、压缩性、膨胀性、内剪切、耐震性、耐侯性、吸油、吸水、冲击强度、弹性模量、抗压强度、孔隙度、弯曲强度、最大应变等。

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