王延忠，魏 彬，寧克焱，韓 明，沈 蓉

（1.北京航空航天大學機械工程學院，100191北京；2.中國北方車輛研究所車輛傳動重點實驗室，100072北京）

大功率Cu基粉末冶金摩擦材料在高能量密度傳動系統中得到了廣泛應用.現階段廣泛采用SAE臺架試驗和Pin On Disc銷盤試驗作為材料摩擦特性的驗證手段.針對復雜邊界情況的摩擦元件摩擦特性，大多數試驗都在SAE#2或相似的試驗臺上完成.該試驗臺能夠完成擠壓、滑摩、閉鎖等多工況的模擬.Haviland［1］、Evans［2］和Holgerson［3］等通過SAE制動試驗初步研究了濕式離合器接合過程的摩擦特性，得出了制動過程中存在多種摩擦機理的結論.Tatiah［4］和 Osanai［5］等對濕式摩擦副多次接合過程的熱失效機理進行了理論和試驗研究，得到了以失效模式為基礎的溫度場熱應力模型，Kim［6］通過制動試驗研究了銅基物質在摩擦磨損過程所起到的重要作用，并分析了其成分對摩擦磨損特性的影響.

Pin On Disc銷盤試驗臺因結構簡單常用于摩擦磨損模型的驗證［7］.YAN Wenyi［8］等以應力分析為基礎提出了磨合磨損模型，通過銷盤試驗對該模型進行了試驗驗證，Laraqia［9］使用銷盤試驗機驗證了三維溫度場解析模型.Wahlstr?ma［10］等采用銷盤試驗對多種航空制動材料進行了摩擦特性的試驗分析.現階段所采用的試驗方法大多為模擬制動試驗，該種方法雖然有效模擬了制動的全過程，但不易于對制動過程各個階段及其相應的摩擦機理進行深入研究，邊界條件相互影響，試驗數據的同一性和穩(wěn)定性比較差，銷盤試驗影響因素單一，不能模擬復雜表面對摩擦特性的影響，試驗所得到的結果與結論即使對同一型號的產品也沒有普遍的適用性.

本文應用自行設計的調速摩擦磨損試驗機，采用模擬制動邊界及調速主動控制方法來更精確地分析邊界條件對摩擦系數的影響.

1 制動過程階段劃分

行星變速機構中的某銅基粉末冶金濕式摩擦材料的典型制動過程及其參數變化曲線如圖1所示.該試驗在傳統的SAE臺架上完成，所采用的試樣如圖2（a）所示，機械特性如表1所示.

直流電通過三相逆變器輸出三相交流電,經濾波后流向電網,三相電網電壓平衡時,根據基爾霍夫電壓定律,在兩相靜止坐標系下,三相并網逆變器的數學模型可以表示為

圖1 摩擦元件緊急制動過程示意圖

圖2 用于摩擦機理驗證的試驗試環(huán)

表1 某Cu基粉末冶金材料試驗參數

由圖1可以看出，在整個制動試驗過程中，所施加的載荷變化不大，多組試驗過程中的環(huán)境溫度變化也不明顯，速度的變化基本呈線性下降趨勢；由于載荷固定，扭矩和摩擦系數曲線呈相同的變化趨勢；接合初期摩擦系數有微幅波動，之后趨于平緩，在速度降低到某一特定值后摩擦系數出現峰值（閉鎖效應）.由長期實踐經驗可知，摩擦系數的變化往往對應著摩擦磨損形式的改變即摩擦機理的變化［11］.通過對大量模擬制動試驗的觀察以及相應的摩擦機理的分析，可以將整個制動過程分為 4個階段：A（摩擦副流體膜擠壓階段）［12-13］、B（固液混合摩擦階段）、C（邊界接觸階段）和D（黏附閉鎖階段）.影響材料摩擦特性的主要邊界條件是面壓、速度和溫度，整個制動過程各階段的主要邊界條件影響因素如圖3所示.閉鎖摩擦系數是摩擦副相對轉速趨于零時的摩擦系數，本質上該階段摩擦機理接近低速拖摩、靜摩擦系數情況.但閉鎖摩擦并不是確定對應著某種摩擦機理的摩擦形式，所以閉鎖摩擦系數可以是以上B、C、D中的任何一種摩擦類型，為任一種摩擦機理所主導.黏附閉鎖效應的產生是針對于重載情況，在輕載小慣量的試驗條件下，可能還沒有完全完成A、B、C、D這4個階段就已經完成了閉鎖，結束了整個制動過程.

3種溝槽形式摩擦副不同載荷下的靜動比曲線如圖11所示，橫坐標用名義面壓表示，同時對應的是500～3 000 N的載荷.除了螺旋槽500 N（0.2 MPa）情況，3種摩擦副的靜動摩擦系數比隨載荷增加而減小，這也證實了Cu基粉末冶金濕式摩擦元件更適用于重載情況.除極輕載條件，雙圓弧槽摩擦副的靜動比曲線低于另外兩條，這說明雙圓弧槽在相同工況下接合更平順，工作更平穩(wěn)，在輕中載條件下，螺旋槽略好于徑向槽，重載情況二者特性相近.

圖3 摩擦制動過程主要邊界條件

2 摩擦機理變速試驗驗證

雙圓弧槽和螺旋槽的靜摩擦系數總體趨勢和徑向槽相似，只是螺旋槽摩擦副的摩擦系數曲線隨轉速增加沒有出現明顯的匯聚與交叉，而是基本保持著各自原有的位置關系.這可能是因為雙圓弧溝槽的摩擦試樣在滑摩速度逐漸增加的過程中摩擦機理處于相對穩(wěn)定的狀態(tài).

2.1 試驗設備

中高速區(qū)的局部摩擦系數曲線如圖8～10所示.速度區(qū)間為 500 r／min 到 700 r／min.可以看出，雙圓弧槽和徑向槽的摩擦特性相似，低速區(qū)摩擦系數隨著面壓的增大而減小，中高速區(qū)摩擦系數隨著面壓的增大而增大（徑向槽500 N輕載情況除外）.螺旋槽在500 N載荷情況出現摩擦系數突然增大的情況，總體速度區(qū)間內摩擦系數呈現隨載荷的增大而減小趨勢.在高速區(qū)（圖5～7），螺旋槽摩擦副的穩(wěn)定性較差，高速區(qū)摩擦系數隨速度變化非常敏感，不利于在速度變化較大、較快的工況條件下工作.徑向槽和雙圓弧槽的特性相似，但徑向槽在輕載條件下（500 N）摩擦系數比螺旋槽略大，重載條件下，雙圓弧槽摩擦系數隨速度變化比徑向槽穩(wěn)定，更適合在較大面壓下工作.

3種溝槽在靜閉鎖區(qū)域的摩擦系數曲線如圖5～7.速度區(qū)間是從 600 r／min 到 0 再到600 r／min，其中摩擦系數峰值處是速度小值.總體來看，相同載荷下，螺旋槽的靜摩擦系數最大，徑向槽的靜摩擦系數次之，雙圓弧槽的靜摩擦系數最小.在此試驗工況下，速度極低，分子間的結合力大，易發(fā)生黏附，此時的摩擦系數較大；隨著轉速增高，分子間結合力下降，黏附現象消失，隨著潤滑劑的影響不斷增加，混合潤滑形成，對于徑向槽摩擦副（如圖5），靜閉鎖摩擦系數隨著載荷的增加而減小，隨著轉速的增加，摩擦系數逐漸減小，而且載荷越小，摩擦系數隨速度增加減小得越快，不同載荷下摩擦系數隨速度增加，先趨同一致，然后再相互分離.試驗數據顯示，Cu基粉末冶金濕式摩擦元件自身特性的穩(wěn)定性較好，沒有出現明顯摩擦特性的突變；加速減速過程特性基本對稱；面壓對靜摩擦系數和滑動摩擦系數均存在較大影響，該材料的靜摩擦系數遠大于滑動摩擦系數，導致了粉末冶金材料多工況工作時的平穩(wěn)性較差，閉鎖沖擊很強；靜摩擦系數值為摩擦系數極大值，這也闡明了在機理明確的條件下，靜摩擦系數和閉鎖摩擦系數特性相似的結論.

圖4 試驗系統構成示意圖

2.2 試驗方法

為了確定摩擦副在不同邊界工況的摩擦機理，設計了定載變速的滑摩試驗.選取抗磨液壓油，控制冷卻油流量為 90 mL／min，冷卻油溫度350 K，采用線性變速及階梯壓力多工況磨合，磨合時間為150 min，磨合后摩擦系數及冷卻油溫度都較穩(wěn)定.摩擦機理驗證試驗的壓力邊界條件為不同載荷區(qū)間的連續(xù)變速試驗，速度邊界為在3.5 min內轉速完成從0～700 r／min勻速增加，再從700 r／min均勻降回0.為了保證試驗的同一性和數據的一致性，采用了多組試驗連續(xù)進行的方法，在編程器內將速度曲線輸入，對摩擦系數進行連續(xù)的采集.此過程重點分析速度邊界及壓力邊界對流體特性、邊界膜特性以及固固接觸特性的影響.

3 試驗結果與討論

試驗機的轉速由速度編程器控制，加載方式為液壓閉環(huán)加載，穩(wěn)定性好.有1 500 N和500 N兩套扭矩測量系統以及高低頻采樣采集系統.采用不同夾具可完成多尺度盤盤對摩和銷盤對摩的試驗.軸心噴油的設計更貼近傳動過程中的實際情況.采用球頭自調心機構可以保證摩擦表面良好貼合.

圖5 徑向槽靜閉鎖區(qū)間摩擦系數曲線

圖6 雙圓弧槽靜閉鎖區(qū)間摩擦系數曲線

圖7 螺旋槽靜閉鎖區(qū)間摩擦系數曲線

采用SAE臺架制動工況研究摩擦機理有簡單、直觀的特點［14］.但由于制動過程時間較短，接觸面壓力變化范圍大，并且在制動過程中涉及到元件振動、流體阻尼的影響，摩擦系數在短時間內波動較大.在這種情況下，材料摩擦機理與邊界的關系往往會被許多試驗因素所掩蓋，試驗的同一性很不理想.為了驗證制動過程所提出的分階段研究摩擦機理的設想，采用了模擬制動邊界、調速主動控制的方法來更精確地分析邊界條件對摩擦系數的影響.

甲醛釋放水平達到950 ppm，是世界衛(wèi)生組織指南規(guī)定的10倍，大約是在使用了12個月后。另一位供應商提供的重復測試也給出了類似的結果。

試驗采用自行設計的調速摩擦磨損試驗機，該設備包括調速系統、液壓伺服加載系統、雙量程扭矩測量系統、高低頻信號采集系統、潤滑冷卻及控制顯示系統，如圖4所示.

圖8 徑向槽滑摩區(qū)間摩擦系數曲線

圖9 雙圓弧槽滑摩區(qū)間摩擦系數曲線

圖10 螺旋槽靜滑摩區(qū)間摩擦系數曲線

直接的籌款活動仿效西方的慈善宴會，活動組織方將僑民召集起來，向他們募捐。間接的籌款募捐活動則嵌套在傳統文化活動、娛樂活動的外殼里，例如選美比賽、才藝秀等。一個最顯著的例子是“節(jié)日皇后”的評選。節(jié)日皇后是伴隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)節(jié)慶同時出現的傳統活動，卻不是比拼外貌、才藝的選美比賽。很多時候，它被組織方設定為一種比拼籌款數額的選“美”比賽。參與者均為女性，籌款最多的人被加冕為皇后。第二名、第三名、第四名依次當選為第一公主、第二公主、第三公主，以此類推，有的活動會一直排序到第15號公主，均基于籌款數額的多寡。

3．加強習近平共享發(fā)展理念的實踐路徑研究。堅持理論與實踐相結合，實事求是是我黨的執(zhí)政優(yōu)勢。習近平共享發(fā)展理念作為新時期中國特色社會主義建設的重要發(fā)展理論，更是要做到理論與中國的實踐相結合，提高共享發(fā)展理念對于中國特色社會主義實踐的指導作用。加強習近平共享發(fā)展理念的實踐路徑，不僅有利于維護社會的公平正義、促進經濟社會的奮斗目標，也能為全面建成小康社會提供必要的理論保障。學術界和理論界作為新時期社會主義學者，更要堅守初心，堅持理論為人民服務的本質，在研究習近平共享發(fā)展理念的同時，加強實踐路徑的研究，更好地讓習近平共享發(fā)展理念為社會主義建設服務。

圖11 不同溝槽形式靜動摩擦系數比例曲線

4 結 論

對不同溝槽摩擦特性的試驗分析表明：Cu基粉末冶金摩擦材料摩擦特性隨邊界條件變化的特點如下：

實驗數據表明：輕載條件下（500 N），摩擦特性存在較大的異性，首先，極輕載荷情況下的閉鎖摩擦系數在所有載荷形式中是最高的，但輕載條件下的摩擦系數受溝槽形式和滑動速率變化的影響較為明顯.這是因為在載荷較小而滑摩速度又較高的情況下，流體動特性對摩擦特性的影響不能忽略，徑向槽、雙圓弧槽以及螺旋槽以及不同溝槽的動力效應不同，導致輕載情況下的摩擦特性隨速度變化較大，隨著面壓的增大，流體動力效應對整個系統的加成效應減小，摩擦系數趨于穩(wěn)定，靜動比下降，摩擦特性趨于穩(wěn)定.

1）當試驗轉速集中在 0～700 r／min，載荷集中在500～3 000 N時，摩擦系數在加速與制動段呈現出較對稱的特性.

2）靜閉鎖摩擦系數遠大于滑動摩擦系數，靜動比基本上呈隨面壓的增大而減小的趨勢，這表明Cu基粉末冶金摩擦副更適合于在中、重載條件下工作.

“嘖嘖，不愧是與云織星人成對出現的獵影星人，小小年紀就懂得舍命相救?！边餍秋w鼠大使鄙夷地叫道，“能幫她擋住拳頭，那你還能幫她擋住這個嗎？”喵星飛鼠大使說著，左手一揮，一支飛鼠小隊從他身后閃出，在空中架起一個大號導彈發(fā)射器。

3）徑向槽和雙圓弧槽具有靜摩擦系數隨載荷增大而減小，滑動摩擦系數隨載荷增大而增大的特點（徑向槽500 N除外）；螺旋槽摩擦副在速度區(qū)間內隨載荷增大摩擦系數基本呈降低的趨勢.

4）在某些特定工況下，雙圓弧槽相比于其他兩種槽形靜動摩擦系數比較小，雙圓弧摩擦元件的接合會較平順，工作時也更加平穩(wěn).

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