汽车同步环用摩擦材料的应用现状

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1、第2期汽齿科技2010钲汽车同步环用摩擦材料的应用现状曾晓蕾摘要：同步器是汽车变速器的最重要部件之一。随着汽车使用的马力不断增加，离合器和变速器的扭矩响应提高，同时，人们又要求换挡更轻盈、更舒坦，汽车制造商开发出摩擦性能优异的同步环内衬材料以适应市场变化。本文通过分析对比烧结铜合金摩擦材料、纸基摩擦材料及喷钼摩擦材料的综合性能，认为烧结铜合金和纸基是同步环内衬材料的发展趋势。关键词：同步环；烧结铜合金；纸基：喷铝1前言同步器是变速箱的重要部件之一，它能够有效地降低汽车换挡过程中的震动、冲击和噪音，从而提高汽

2、车操纵的稳定性和行驶的安全性。从目前同步器发展趋势来看，改变同步器结构和同步器锥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图l示。为确保变速器良好的工作性能，要求同步环摩擦内衬材料具有高而稳定的摩擦系数、优异的加工性能、良好的耐磨性、高强度、耐高温、优异的抗冲击载荷能力、稳定的弹性模数。目前采用的摩擦衬层主要有以下几种：(1)喷洒烧结摩擦衬层：由特殊的黄铜粉(SBP)、摩擦稳定成分(非金属元素C、si等)组成，被烧结在单锥环或双锥环的锥心上(贺尔碧格专利)。(2)热喷涂钼衬层：采用火焰喷

3、射的方法喷射到成形的同步环上，然后进行磨削。(3)纸基摩擦衬层：由纤维增强体、摩擦添加剂和改性酚醛树脂用造纸工艺制成，一般通过粘合剂将其粘结到同步环上。图1摩擦系统：同步环摩擦副2三种摩擦材料性能对比2．1摩擦衬层表面磨损多项试验研究表明，在常规应用条件下，烧结铜合金衬层和喷钼衬层具有极好的抗磨损性能，而在较高的表面压力条件下，纸基衬层由于软化等原因出现相对较高的磨损。图2展示了随摩擦循环次数的增加，不同衬层的磨损情况。2．2对偶锥的磨损·52·汽齿科技2010纯当对偶锥的硬度达到60HRC，纸基和烧结铜合

4、金衬层都不会对对偶锥产生磨损，而喷钼衬层则会对对偶锥产生磨蚀。54¨32D02．3最大允许载荷许多资料表明，烧结铜合金衬层具有纸基或喷钼衬层无法达到的高载荷极限。如图3所示，由于其材质和工艺的特殊性，烧结铜合金摩擦材料的高导热性、多孔性及空隙中贮油的高热容量，使得摩擦界面温度较低，从而保证其具有较高的表面能量负荷水平和高的承受压力负荷的能力。一¨EE／f_)c—，带oIlq!i—Eu1l0100l00010000lo0000443322●ONumberofshlf——+BrassMoPaperSin~rli

5、ning5O5O5O5O50图2不同摩擦衬层磨损．结合次数曲线对比图3各种摩擦材料的表面能量负荷极限纸基摩擦材料同样具有高的空隙，但其耐热性和承受压力的性能较低，因此其载荷能力不高。当传动轴与齿轮间的转速差异较小时，喷铝摩擦衬层的承受载荷能力实际上与铜基粉末冶金衬层相同。但当转速较高时，喷钼衬层锥面的磨合点会出现明显的热效应现象，产生烧伤痕迹，并在对偶锥表面形成磨蚀。黄铜衬层不适合长期在大于0．1J／mm能量载荷下使用。图4表示了不同摩擦材料所能承受的载荷极限，即线速度．压力载荷极限。f百主；差Speed[

6、m／s]———’图4各种摩擦材料速度压力极限载荷2．4摩擦性能如图5所示，在摩擦衬层和润滑剂所允许的热容范围内，纸基摩擦材料的摩擦性能近于完美，在相同工况下，烧结铜合金衬层的摩擦性能略有降低，而喷钼衬层的摩擦性能则受表面变化影响较大。2．5抗过载能力第2期曾晓蕾：汽车同步环用摩擦材料的应用现状吾[]●●●●●■■■■●■■●●■●■●■■●一‘芎l若gg0．10．1皇呈_JU一苫占0占0[1shift口1000shifts0_l00000shifts图5三种材料摩擦性能的对比因操作不当引起同步器在过载条件下

7、工作的情况总是存在，比如部分驾驶员在推进同步器时忘记或者没有正确松开离合器，离合器有时也会出现脱排不彻底的情况。在这种情况下，发动机的动力就完全没有或部分没有切断，这将使同步环吸收更多的能量，引起同步器过载。现代汽车要求同步器具有抗过载能力。抗过载能力测试是在比实际工况更高的比压和线速度条件下进行的。表l来自HOERBIGER的数据，为模拟驾驶员的不正确操作换挡行为而设计的实验条件。测试结果表明：喷钼衬层出现磨蚀，纸基衬层出现热负荷过载(碳化)，烧结衬层表现出最好的抗过载能力。表1同步器摩擦材料抗过载能力(

8、不当使用测试表)换挡力：5O磅=281N杠杆比：7．5：l轴向力：2109N换挡时间：2．5s同步环直径：100mm2．6润滑油兼容性三种摩擦衬层对润滑油都十分敏感，但纸基摩擦材料和粉末冶金摩擦材料表现出最好的润滑油兼容性，如表2～3所示。3结论对烧结铜合金、纸基及喷钼衬层的综合性能对比(见表2～3)可以得出，烧结铜合金衬层和纸基衬层的综合性能较优异。目前，欧洲新设计的同步器主要采用烧结铜合金摩擦衬层，·54·汽