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1、I目录第一章 绪论.11.1 引言.1 1.2 摩擦材料摩擦磨损性能试验研究现状.4 1.3 论文的主要研究内容.19 第二章 摩擦材料缩比试验原理.212.1 缩比试验.21 2.2 缩比试验的理论基础相似原理.22 2.3 缩比试验的物理量和试验模拟准则.27 2.4 缩比试验相似常数.28 2.5 缩比试验的试验原理.33 2.6 本章小结.37 第三章缩比试验方法研究.393.1 缩比试验摩擦副结构与尺寸.39 3.2 试验方法与标准.43 3.3 缩比试验条件参数.51 3.4 缩比试验数据处理.53 3.5 本章小结.55 第四章 摩擦材料 1:5 缩比台架摩擦试验机的研制.574
2、.1 缩比台架的基本构思.57 4.2 缩比台架主要技术参数.58 4.3 缩比台架结构设计.61 4.4 试验程序软件系统.69 4.5 重要参数控制及测量.77 4.6 缩比台架工作过程简介.82 4.7 本章小结.83 第五章 缩比试验及与 1:1 试验对比.855.1 重复性试验.85 5.2 对比试验.104 5.3 摩擦材料缩比试验的应用前景.129 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -II5.4 本章小结.130 第六章 结论.132参考文献.135攻读博士学位期间发表的学术论文及申报的专利.141攻读博士学位期间参加的科研项目.142摘要.I
3、ABSTRACT.IV附录.I致谢.I名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -1第一章 绪论 1.1 引言 汽车摩擦材料种类繁多，大多数是以有机或无机纤维为增强材料，以树脂和橡胶为黏合剂，以各种填料作为摩擦性能调节剂和工艺配合剂的高分子多元复合材料，也称为聚合物基或树脂基摩擦材料12。应用于汽车上，特指制动器衬片（Brake Lining Brake Pad）和离合器面片(Clutch Facing)3。其工作原理是：在外力作用下，摩擦材料制成的摩擦衬片与摩擦对偶件（如刹车盘或鼓，离合器从动盘等）发生接触并产生摩擦力，对制动器而言，摩擦力形成一个与车轮转动方向相
4、反的制动力矩，吸收动能，使汽车减速或停止；对离合器而言，将产生一个驱动力矩，带动离合器从动盘旋转，实现动力的传递。由摩擦材料工作原理可知，汽车的制动和动力传递是利用摩擦材料摩擦特性而实现的，因此，摩擦材料摩擦磨损性能直接影响车辆的使用性能，进而影响车辆行驶的安全性、舒适性、耐久性69。摩擦磨损性能是摩擦材料性能中最基础也是最重要的性能，它主要指在不同工况条件下的摩擦磨损特性，评价指标主要有制动力矩、摩擦系数，磨损量（率）、振动噪音等，它直接反映摩擦擦材料的使用特性。大量研究结果表明，影响摩擦材料摩擦磨损特性的主要因素有：摩擦材料的材料特性（组分材料的类别、配比比例及物理化学性质）；摩擦对偶件的
5、材料特性；摩擦副表面接触特性（表面粗糙度、是否有气体、液体或固体形成的介质膜等）；摩擦过程的工作条件（摩擦表面的接触比压、工作负荷、摩擦对偶件之间的相对运动速度）；摩擦副温度，特别是由于摩擦表面温度及其变化所引起的摩擦材料及摩擦对偶件的物理化学性能的变化等2645。在摩擦材料的实际工作中，上述影响摩擦材料（刹车片、离合器片）摩擦磨损特性因素的绝大多数都是存在的2。各因素的影响并不是独立的，而是交互作用的，而且在摩擦工作的不同阶段，各因素的影响程度及交互作用结果是不同的,宏观上表现为摩擦材料摩擦磨损特性在不同的工况条件下具有不同的表现特征107108。迄今为止，还未能建立上述各因素与摩擦材料摩擦
6、磨损性能之间的数学表达名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -2式2。在摩擦材料基础研究中，为了解和掌握各因素及变化对摩擦材料摩擦磨损性能的影响程度，只能通过实验手段。近年来，随各种新型材料被不断应用、汽车性能不断提高以及车辆使用条件的改变，摩擦磨损试验的重要性显得更加突出。20 世纪 70 年代以来，特别是进入 90 年代，汽车向高速、重载、车体轻量化等方向发展4，5，传统的石棉摩擦材料由于其自身材料特性的原因，如耐高温性能低、热衰退性差等3，已无法满足现代汽车对摩擦材料性能越来越高的要求。尤其是石棉对人体健康的侵害被确认，使石棉的应用受到进一步的限制1011
7、。为此各国都投入大量人力、物力、财力，采用各种新的材料替代石棉，进行无石棉摩擦材料的研究开发1225。虽然在材料组分选择2635、摩擦磨损机理分析3645、制作工艺与设备研究6674等方面取得了一定的进展，但是由于对这些新材料组分的基础材料特性还不是十分了解，尤其是随工况条件的变化，其材料特性的变化规律。因此，新型摩擦材料还不能够完全满足车辆的实际使用要求。基础材料特性的研究已成为新型无石棉摩擦材料研究的基础和关键。通过确定合理的试验方案，利用摩擦磨损试验可有效了解新材料组分的基础材料特性，有助于进一步了解和掌握摩擦材料的基础材料特性与摩擦磨损特性之间的关系，为无石棉摩擦材料的基础研究创造条件
8、。摩擦材料在不同工况条件下表现出来的摩擦磨损性能是不一致的。技术的进步和社会的发展使汽车的性能和使用条件发生了很大变化。如车速有了很大提高；行驶过程中由于交通及路况等原因，速度变化幅度增大、制动次数增多；车辆的重载化使制动负荷大幅增加，摩擦温度也有很大提高；对汽车使用的环保要求日益提高等，这些变化使摩擦材料工况条件呈现多样化和复杂化。原有的一些试验方法与标准中规定的工况模拟条件已不能够全面反映摩擦材料的实际使用条件，也就不能够全面评价摩擦材料的实际使用性能。因此，通过对试验工况条件进行有针对性的设置，利用摩擦磨损试验进一步研究工况条件对摩擦磨损性能的影响，有助于全面了解工况特性与摩擦磨损特性之
9、间的关系。为试验方法标准制订与改进提供依据。近年来，研究发现摩擦材料的理化性能与摩擦磨损性能有着密切的内在联系，如刹车片可压缩特性不但影响汽车制动踏板行程、制动液需液量、制动滞后的特性值，也影响制动的平顺性和舒适性54；对于防抱死（ABS）制动系统，可压缩特性还将影响 ABS的工作状况55；更重要的是，刹车片的可压缩性与密度密名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -3切相关，而密度影响刹车片的固有振动频率，固有频率又影响刹车片的摩擦振动和噪声5153。所以，测定刹车片的可压缩性，可间接获得刹车片产生制动噪声的重要信息。此外，研究还发现热膨胀、吸水（油）率、气孔率
10、等都对摩擦磨损特性有一定的影响23，25。通过合理设计试验方案，利用摩擦磨损试验和相关试验，进一步探讨理化性能与摩擦磨损性能之间的关系，有助于对摩擦磨损机理的进一步分析研究。在摩擦材料的研制与生产过程中，经常要进行各种型式的摩擦磨损试验。配方设计时，往往根据经验进行组分材料种类选择和配比比例的确定，事先无法对摩擦磨损性能进行准确的预测，配方是否合理只能通过试验验证。所以，摩擦材料配方设计是典型的经验设计56。近年来，虽然一些先进的现代设计理论和方法，如模糊设计、均匀设计、正交设计等5764被应用于摩擦材料配方设计，并采用计算机辅助设计手段65进行性能优化，在很大程度上提高了设计质量和工作效率，
11、但是由于对组分材料在配方中的作用，尤其是对组分材料之间的相互耦合作用还仅仅是定性的了解，还没有达到定量掌握的程度，使得对于组分材料种类选择和比例确定缺乏有效的依据。近年来，一些新的组分材料的选用更增加了这种不确定性，所以，配方也难以得到科学合理的设计，性能也不可能得到真正的优化。因此，目前的配方设计中，经验还是主要的，为验证配方的合理性，摩擦磨损试验是必不可少的。利用摩擦磨损性能试验，可以考察和验证不同组分材料的作用，有利于材料的筛选，同时可评价各组分配比的合理性。此外，通过强化试验条件，可以确定摩擦材料产品的最大使用范围或最高使用条件,如压力,速度,温度和寿命等；通过不同型式的试验，可以从不
12、同层面对摩擦磨损性能进行评估，有助于多角度全面了解和评价摩擦材料的性能，为配方的改进、生产工艺的确定、生产过程中产品质量监控及产品验收提供有效的依据；根据不同类型试验的试验结果，如小样试验与台架试验，探讨不同类型试验之间的关系，有助于试验方法的研究和试验设备的改进。摩擦材料摩擦磨损性能试验的最终目的是：通过考察摩擦材料在不同试验条件下的摩擦磨损特性，并根据试验结果对材料配方和制造工艺进行调整，使摩擦材料的性能最终能够满足车辆实际使用的要求。综上所述，摩擦磨损性能试验研究在摩擦材料基础研究、配方设计、制造、质量检验控制、最终产品认定及验收等过程中占有重要的地位，具有重要的理论意义和实际意义。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -
