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《湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào)》2014年第七期

一、試樣制備

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，試片應(yīng)該從同一片樣品中制取兩個(gè)。在實(shí)際的檢驗(yàn)過(guò)程中，若樣品過(guò)小無(wú)法從一個(gè)樣品中制取時(shí)，可從兩個(gè)樣品中分別制取。制取試片時(shí)必須注意摩擦面和摩擦方向。盤(pán)式制動(dòng)器襯片無(wú)鋼背面為摩擦面，鼓式制動(dòng)器襯片外弧為摩擦面，所有制動(dòng)器襯片均以長(zhǎng)度方向?yàn)槟Σ练较?離合器面片有槽面為摩擦面，切線方向?yàn)槟Σ练较颉Ｔ嚻颇ズ煤螅诜悄Σ撩嫔蠘?biāo)出樣品的摩擦方向。若樣品帶有槽、孔，制取的試片摩擦面應(yīng)無(wú)槽、孔。若樣品過(guò)小無(wú)法避開(kāi)槽、孔時(shí)，以無(wú)槽、孔面為摩擦面，非摩擦面的五個(gè)測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡可能避開(kāi)槽、孔。試片摩擦面尺寸為25mm×25mm，允許偏差為－0．2mm～0mm。試片厚度為5mm～7mm，若樣品厚度小于5mm(如部分離合器面片)，則按其原厚度，兩個(gè)試片的厚度差在0．2mm以下。在試驗(yàn)的過(guò)程中，偶爾會(huì)發(fā)現(xiàn)試片磨偏的情況，究其原因，很大程度上是因?yàn)樵嚇又谱鞯牟灰?guī)范引起的，從而導(dǎo)致試片磨偏，也造成測(cè)試數(shù)據(jù)誤差大，重現(xiàn)性差。一般情況下，在整個(gè)試驗(yàn)程序做完，測(cè)量試片的最大厚度與最小厚度，兩者的差如果在1．0mm以內(nèi)，就是一個(gè)正常的結(jié)果。為了在試驗(yàn)中保證測(cè)量位置的準(zhǔn)確性，要求在試片非摩擦面上做上五個(gè)測(cè)量點(diǎn)標(biāo)志和左右及摩擦力方向標(biāo)志，且每個(gè)試片五個(gè)測(cè)量點(diǎn)的厚度差不得大于0．1mm。

二、試驗(yàn)過(guò)程

試片都必須先在100℃以下進(jìn)行初磨(每次3000轉(zhuǎn))，直至接觸面達(dá)到95%以上才能正式試驗(yàn)。試驗(yàn)的過(guò)程分為升溫和降溫兩個(gè)階段，也就是檢驗(yàn)衰退性能和恢復(fù)性能，根據(jù)摩擦材料的類別不同，升溫階段的最高溫度也不同。在升溫測(cè)定階段，試驗(yàn)圓盤(pán)溫度應(yīng)在1500轉(zhuǎn)以內(nèi)升至各個(gè)規(guī)定的試驗(yàn)溫度。當(dāng)僅靠摩擦熱在1500轉(zhuǎn)以內(nèi)達(dá)不到規(guī)定的試驗(yàn)溫度時(shí)，應(yīng)打開(kāi)輔助加熱裝置進(jìn)行加熱。輔助加熱裝置一般是由系統(tǒng)根據(jù)溫度情況自動(dòng)設(shè)定開(kāi)啟和關(guān)閉，但試驗(yàn)中有出現(xiàn)即使長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟電熱管輔助加熱，仍然升溫過(guò)慢，無(wú)法在1500轉(zhuǎn)以內(nèi)達(dá)到規(guī)定溫度。這種現(xiàn)象可以嘗試以下幾種途徑解決:(1)檢查電熱管是否有損壞。電熱管總共有大小不同的三根，可以用萬(wàn)用表的電阻檔檢測(cè)電熱管的通斷來(lái)確定是某一根或者某幾根有損壞，每根直流阻抗大約為30歐姆。如果使用時(shí)間較長(zhǎng)，建議三根同時(shí)更換。(2)檢查電磁閥是否有損壞。如果電磁閥損壞，在加熱的同時(shí)一直在噴水至摩擦盤(pán)底部，也會(huì)造成升溫過(guò)慢甚至溫度反而下降。(3)檢查熱電偶與摩擦盤(pán)是否接觸完好。熱電偶和摩擦盤(pán)是必須要面接觸，才能較準(zhǔn)確地測(cè)量摩擦盤(pán)表面的平均溫度。一種是由于熱電偶安裝不牢或外部振動(dòng)引起熱電偶的輸出電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定;另外一種可能是由于長(zhǎng)時(shí)間磨損，使熱電偶工作端與摩擦盤(pán)處于點(diǎn)接觸狀態(tài)甚至接觸不良，因此，隨時(shí)注意熱電偶與摩擦盤(pán)接觸良好，試驗(yàn)溫度必須控制在±10℃以內(nèi)。另外，如果設(shè)備完好，一般情況下，當(dāng)在較高的溫度段結(jié)束后(比如250℃、300℃、350℃)要取出試樣測(cè)量厚度期間，最好適時(shí)手動(dòng)打開(kāi)輔助加熱裝置進(jìn)行預(yù)加熱(特別是冬天)，從而不致使圓盤(pán)溫度下降過(guò)快，以保證摩擦盤(pán)在1500轉(zhuǎn)以內(nèi)，盤(pán)面溫度達(dá)到相應(yīng)的測(cè)試溫度，保證測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。降溫階段，溫度從上一個(gè)階段下降到下一個(gè)階段應(yīng)在500轉(zhuǎn)以內(nèi)完成。由于這個(gè)階段可以通過(guò)水閥調(diào)整噴水大小，這個(gè)條件比較容易控制。

在試驗(yàn)的過(guò)程中，摩擦盤(pán)與試塊之間往往會(huì)產(chǎn)生摩擦振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)達(dá)到一定程度的時(shí)候，就會(huì)影響試驗(yàn)的過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)試驗(yàn)中遇到的情況，大致主要有以下幾個(gè)因素造成:第一，裝配時(shí)摩擦盤(pán)的端面跳動(dòng)誤差沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的要求，這是定速試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的主要振動(dòng)源，所以也是解決振動(dòng)問(wèn)題的關(guān)鍵;第二，加載軸與加載杠桿之間的鎖緊螺母沒(méi)有鎖緊，這在試驗(yàn)中也比較常見(jiàn);第三，加載砝碼沒(méi)有成為一個(gè)整體，在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生砝碼傾斜甚至掉落的情況，導(dǎo)致發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，一般這種情況下振動(dòng)的聲音很大，比較容易判斷;第四，加載軸潤(rùn)滑不良也容易產(chǎn)生振動(dòng)，但加載軸的潤(rùn)滑要注意一次不能加太多的油，防止?jié)櫥土鞯侥Σ帘P(pán)表面影響測(cè)試結(jié)果;第五，機(jī)架不穩(wěn)而產(chǎn)生的振動(dòng)，這個(gè)在安裝摩擦試驗(yàn)機(jī)的時(shí)候就要注意這個(gè)問(wèn)題，在底座處安裝能吸收振動(dòng)的地腳墊鐵，以吸收和減小電機(jī)及外部環(huán)境引起的振動(dòng)。當(dāng)然，影響振動(dòng)的因素有很多，這需要在平時(shí)的試驗(yàn)中根據(jù)遇到的具體情況不斷總結(jié)，盡可能減小由于振動(dòng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的影響。

在試驗(yàn)的過(guò)程當(dāng)中，軟件會(huì)實(shí)時(shí)顯示各個(gè)溫度段的摩擦系數(shù)曲線。由于摩擦系數(shù)是表征摩擦學(xué)特性的重要參量，它不僅可以評(píng)定一種摩擦材料的減摩性能，而且還可以根據(jù)它的變化趨勢(shì)來(lái)獲得材料的耐磨效果。因此，我們要在試驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)摩擦系數(shù)曲線的動(dòng)態(tài)顯示。理想的曲線應(yīng)該是在各個(gè)溫度段，摩擦系數(shù)在它的指定摩擦系數(shù)附近有一定的波動(dòng)范圍(即與指定摩擦系數(shù)的偏差范圍)，但是在試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)過(guò)曲線波動(dòng)范圍過(guò)大，出現(xiàn)了異常現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)分析，主要由以下幾個(gè)原因造成:一是由于摩擦盤(pán)的跳動(dòng)造成的。這時(shí)應(yīng)卸下摩擦盤(pán)重新調(diào)整摩擦盤(pán)的平整度;二是由于正壓力加載軸的缺少潤(rùn)滑。加載軸潤(rùn)滑不良不僅容易造成振動(dòng)，而且無(wú)法提供正確的正壓力，而正壓力的加載直接關(guān)系到摩擦力的大小，因此會(huì)使計(jì)算出來(lái)的摩擦系數(shù)顯示異常;三是要檢查張力傳感器是否出現(xiàn)故障，要時(shí)刻注意張力零位，一般在20以下，否則拉力傳感器就有問(wèn)題。

三、數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)過(guò)程中要實(shí)時(shí)采集摩擦力的大小，但在計(jì)算摩擦力和磨損率的公式中用到的摩擦力的取值是不同的。摩擦系數(shù)中的摩擦力是以總摩擦距離的后半部分穩(wěn)定的摩擦力的平均值來(lái)計(jì)算的，而磨損率中的摩擦力是以試驗(yàn)時(shí)總的平均摩擦力來(lái)計(jì)算的。升溫階段，每個(gè)溫度段試驗(yàn)開(kāi)始前要用千分尺分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)試片5個(gè)點(diǎn)的初始厚度，對(duì)于同一個(gè)試片，系統(tǒng)自動(dòng)將上一個(gè)溫度段試驗(yàn)后的試片厚度作為下一個(gè)溫度段試驗(yàn)前的試片厚度，因此，在每個(gè)溫度段裝入試片時(shí)切記左右樣品及裝入支撐臂的方向不能變化。由于摩擦產(chǎn)生大量的熱量，容易造成試片產(chǎn)生膨脹，因此要注意試片厚度的測(cè)定應(yīng)待試片冷卻至室溫后進(jìn)行。要注意的是，磨損率結(jié)果不能為負(fù)值。降溫試驗(yàn)是連續(xù)進(jìn)行的，試驗(yàn)前應(yīng)先將試驗(yàn)圓盤(pán)溫度加熱至最高溫度，不同的溫度段轉(zhuǎn)換時(shí)沒(méi)有停機(jī)，對(duì)于每一個(gè)溫度段的試驗(yàn)結(jié)果值計(jì)算摩擦系數(shù)，因不測(cè)量試片的厚度，故不能計(jì)算磨損率。由于所有的溫度段的摩擦系數(shù)、磨損率等數(shù)值均是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算完成，并自動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲線圖，因此，要嚴(yán)格按照要求的試驗(yàn)步驟和方法，才能使數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

對(duì)于檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)而言，通過(guò)將試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)跟相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)相比較，就能判斷樣品是否合格。生產(chǎn)企業(yè)也經(jīng)常結(jié)合與試驗(yàn)有關(guān)的因素，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)處理分析，來(lái)判斷試驗(yàn)配方的優(yōu)劣性。比如可以用同一組試樣重復(fù)試驗(yàn)三次，從而檢查反復(fù)使用后摩擦性能的變化情況，通過(guò)對(duì)比三次試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，分析其離散程度，以確定材料的性能及生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定程度。另外，由于摩擦材料在摩擦過(guò)程中伴隨著表面溫度的升高，有時(shí)會(huì)發(fā)生膨脹，實(shí)測(cè)的厚度磨損值很可能不準(zhǔn)確，而重量的損耗卻比較真實(shí)，因?yàn)樗皇芘蛎浀挠绊憽Ｒ虼藢?duì)于磨損率的處理，企業(yè)經(jīng)常通過(guò)對(duì)試驗(yàn)前后試片的稱重，將重量磨損率折算成體積磨損率。

四、分析小結(jié)

經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，我們可以總結(jié)出，摩擦系數(shù)不是固定不變的，摩擦盤(pán)表面溫度對(duì)摩擦系數(shù)的大小有很大的影響，隨著溫度的升高，摩擦系數(shù)有變大的趨勢(shì)。一般來(lái)說(shuō)，升溫時(shí)衰退率較小，降溫時(shí)恢復(fù)率較高，而且偏差較小的數(shù)據(jù)，它的摩擦性能也越好。當(dāng)然，在使用中，摩擦材料性能又與溫度、速度和載荷等制動(dòng)時(shí)的工況有關(guān)。

作者：陳飛單位：福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院