引言 紙基濕式摩擦離合器具有較理想的靜動(dòng)摩擦因數(shù)比、嚙合柔軟平穩(wěn)、噪聲小等特點(diǎn)，是一種廣泛用于汽車和工程機(jī)械自動(dòng)變速系統(tǒng)的先進(jìn)離合器，主要由紙基摩擦片、鋼質(zhì)隔離片和自動(dòng)變速器油組成。 在實(shí)際使用和相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，摩擦因數(shù)通常會(huì)隨摩擦片和隔離片間相對(duì)滑動(dòng)速度的增大而降低，即摩擦因數(shù)一滑動(dòng)速度曲線出現(xiàn)負(fù)斜率，它是引起摩擦離合器自激振動(dòng)和產(chǎn)生尖叫的主要原因。目前很多研究表明，對(duì)隔離片進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚砗罂梢栽谝欢ǔ潭壬细纳颇Σ烈驍?shù)隨滑動(dòng)速度的變化特性。因?yàn)樵诟綦x片表面進(jìn)行紋理修飾后，可以影響其與摩擦片嚙合時(shí)的潤(rùn)滑狀態(tài)，從而改變摩擦因數(shù)隨滑動(dòng)速度的變化。改變隔離片表面形貌的方法有很多，如激光加工、噴丸、電火花、開槽、表面化學(xué)處理等方法。激光加工方法由于可控性強(qiáng)、加工方便、效率高、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)得到了廣泛的使用。但在應(yīng)用過程中，需要搞清楚激光加工參數(shù)以及紋理的設(shè)計(jì)對(duì)離合器摩擦特性的影響。本文通過對(duì)隔離片表面進(jìn)行不同的激光加工，研究不同的激光紋理對(duì)紙基濕式摩擦離合器摩擦特性的影響規(guī)律。 1 激光紋理設(shè)計(jì)和加工 試驗(yàn)所用隔離片為一外齒圓環(huán)，外徑為70mm，內(nèi)徑為47mm，厚度為2．5mm，材質(zhì)為低碳鋼，顯微維氏硬度為250MPa。對(duì)隔離片進(jìn)行激光加工前先將其表面拋光到粗糙度Ra=0．08μm，作為基礎(chǔ)片。 激光紋理加工一般是在拋光后的隔離片表面上用聚焦激光束照射后將材料局部燒蝕形成凹坑，通過調(diào)整激光器的功率、掃描范圍和步進(jìn)速度等加工參數(shù)，可以形成如圖1所示的直徑和深度不同的圓斑，另外通過改變工作臺(tái)(加工時(shí)隔離片固定在工作臺(tái)上)的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以改變圓斑在隔離片圓周方向和半徑方向的排列密度。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了如表1所示的4組共21種激光加工紋理，以考察這些紋理參數(shù)對(duì)濕式摩擦離合器摩擦特性的影響規(guī)律。所用激光器為Nd：YAG連續(xù)激光器，額定輸出功率為50W，激光波長(zhǎng)為1064nm。加工出圓斑形狀的電鏡照片如圖1所示，可以看出圓斑內(nèi)部包含多個(gè)微坑。 圖1 單個(gè)圓斑的掃描電鏡照片2 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)所用摩擦片形狀為內(nèi)齒圓環(huán)，內(nèi)徑為50mm，外徑為60mm，在厚度為1．0mm的中碳鋼片表面粘貼了一層厚度為0．5mm的紙基摩擦材料，它由粘合劑、紙纖維和填料三部分組成，不含石棉。試驗(yàn)所選用的潤(rùn)滑油為某汽車廠家指定使用的自動(dòng)變速傳動(dòng)液。 試驗(yàn)選用Falex 6型多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器控制，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速；加載方式為杠桿一砝碼方式，簡(jiǎn)單可靠；能夠在線實(shí)時(shí)采集載荷、扭矩、速度，溫度、磨損量。摩擦片和隔離片的專用夾具采用了自凋心機(jī)構(gòu)，以保證摩擦試驗(yàn)過程中兩表面的良好貼合。 試驗(yàn)時(shí)，先在接觸壓力為1．0MPa、速度為0．6m／s的情況下，磨合30min;磨合結(jié)束后，等潤(rùn)滑油溫度降到80°C后，在接觸壓力保持不變的情況下，按照?qǐng)D2所示的速度曲線進(jìn)行摩擦特性試驗(yàn)。 圖2 摩擦特性試驗(yàn)中設(shè)定的速度特性曲線3 試驗(yàn)結(jié)果與分析 圖3所示為不同激光圓斑直徑在摩擦副相對(duì)速度變化上升過程和下降過程所對(duì)應(yīng)的摩擦因數(shù)隨速度變化的特性曲線。從圖3中可以看出，作為基礎(chǔ)片的拋光隔離片在試驗(yàn)中所表現(xiàn)出摩擦因數(shù)在高速區(qū)隨相對(duì)速度增大而下降的負(fù)斜率現(xiàn)象。在激光加工的隔離片中，除隔離片F(xiàn)200-800-2外，其他4種激光參數(shù)的隔離片都表現(xiàn)出摩擦因數(shù)隨相對(duì)速度增大而升高的正斜率現(xiàn)象。5種激光加工表面的摩擦因數(shù)都大于拋光表面，且隨單個(gè)圓斑直徑逐漸增大，摩擦因數(shù)總體上呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，說明存在最優(yōu)直徑使摩擦性能最優(yōu)。從上面的試驗(yàn)曲線可以看出，對(duì)于本摩擦系統(tǒng)，隔離片表面激光圓斑直徑選取400μm或500μm比較合適。另外，低速時(shí)的摩擦因數(shù)雖然相對(duì)于高速時(shí)較低，但是其絕對(duì)值大于0．11的設(shè)計(jì)下限值，因此不會(huì)影響制動(dòng)效果。此外，用相同的試驗(yàn)機(jī)和試驗(yàn)規(guī)范還與某離合器專業(yè)廠家生產(chǎn)的幾種隔離片進(jìn)行了對(duì)比測(cè)試，這幾種激光紋理處理的隔離片在整個(gè)測(cè)試速度范圍內(nèi)摩擦因數(shù)的絕對(duì)值和曲線斜率都比較好。圖4所示為不同的激光圓斑周向分布變化對(duì)系統(tǒng)摩擦特性的影響曲線，從圖4可以看出，當(dāng)周向間距逐漸變大時(shí)，逐漸出現(xiàn)負(fù)斜率現(xiàn)象，系統(tǒng)摩擦特性由好變差。其中隔離片F(xiàn)450-800-2表現(xiàn)出較好的摩擦特性，摩擦因數(shù)隨速度的增大而升高。正斜率現(xiàn)象明顯；而隔離片F(xiàn)450-800-4、F450-800-6和F450-800-8的摩擦因數(shù)一速度曲線則在高速區(qū)出現(xiàn)了負(fù)斜率，表現(xiàn)出的摩擦特性開始變差；當(dāng)間隔進(jìn)一步擴(kuò)大(如隔離片F(xiàn)450-800-10和F450-800-12，則在整個(gè)速度變化區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)出更加明顯的負(fù)斜率現(xiàn)象，摩擦特性較差。從上面的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)于本摩擦系統(tǒng)，隔離片表面激光圓斑周向間隔選取2。比較合適。 圖5所示為不同的激光圓斑徑向分布對(duì)摩擦特性的影響曲線，可以看出，圓斑徑向位置分布變化對(duì)系統(tǒng)摩擦特性的影響很明顯。隔離片F(xiàn)450-600-2和F450-800-2在試驗(yàn)中表現(xiàn)出來較好的摩擦特性，摩擦因數(shù)隨相對(duì)速度的增大而升高，其中隔離片F(xiàn)450-800-2比F450-600-2的摩擦因數(shù)略高。在徑向間隔進(jìn)一步擴(kuò)大后，隔離片F(xiàn)450-1000-2、F450-1200-2、F450-1400-2、F450-1600-2基本在整個(gè)速度變化區(qū)域內(nèi)都呈現(xiàn)出摩擦因數(shù)隨相對(duì)速度的增大而下降的負(fù)斜率現(xiàn)象，摩擦特性較差。從上面的試驗(yàn)曲線可以看出，對(duì)于本摩擦系統(tǒng)，隔離片表面激光圓斑徑向間隔選取800μm比較合適。圖6所示為不同激光圓斑深度所對(duì)應(yīng)的摩擦特性曲線。可以看出：隔離片F(xiàn)450-800-2-3、F450-800-2-18、F450-800-2-25在試驗(yàn)中都表現(xiàn)出摩擦因數(shù)隨相對(duì)速度的增大而升高的正斜率現(xiàn)象；當(dāng)圓斑深度繼續(xù)加大達(dá)到35μm時(shí)，發(fā)現(xiàn)摩擦副在高速區(qū)出現(xiàn)負(fù)斜率現(xiàn)象，摩擦特性開始變差；說明圓斑深度太大，不利于改善本摩擦副的摩擦特性。考慮到深度太淺影響使用壽命，這里認(rèn)為隔離片表面激光圓斑深度選取18μm比較合適。 4 結(jié)論 (1)通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過適當(dāng)?shù)募す鈪?shù)處理后的隔離片作為紙基的配偶片進(jìn)行摩擦特性試驗(yàn)時(shí)，表現(xiàn)出摩擦因數(shù)隨相對(duì)滑動(dòng)速度增大而升高的正斜率現(xiàn)象，這說明適當(dāng)?shù)募す饧庸ぜy理可以改善本系統(tǒng)的摩擦特性。 (2)激光圓斑的大? ⒎植肌⑸疃榷級(jí)韻低襯Σ撂匭雜惺置饗緣撓跋臁＜す庠舶咧本豆蠡蜆。芟蠔途斷蚍植濟(jì)芏裙∫約霸舶呱疃裙螅疾煥詬納票鞠低襯Σ撂匭裕灸Σ料低炒嬖謐鈑偶す馕評(píng)聿問? (3)通過試驗(yàn)已經(jīng)找到適于本摩擦系統(tǒng)的激光紋理參數(shù)，即激光圓斑直徑為450μm，徑向間隔為800μm，周向間隔為2°，深度為18μm。