不同工況參數(shù)對酚醛樹脂基無石棉閘瓦材料摩擦性能影響

2023-03-30 16:12 作者:酥慕糖膩歪膩歪 0人讀過 | 我要投稿

不同工況參數(shù)對酚醛樹脂基無石棉閘瓦材料摩擦性能影響

1.實驗設(shè)備

非金屬材料制樣機:XD-B 型,咸陽新益摩擦密封設(shè)備有限公司;

摩擦磨損實驗裝置:X-DMZ 型咸陽新益摩擦密封設(shè)備有限公司

1.1 環(huán)保型無石棉酚醛樹脂基閘瓦物理力學(xué)性能WSM-3型摩阻材料是一種采用樹脂為基體并用混雜纖維代替石棉的摩阻材料.特點是平均摩擦系數(shù)高,強度好,熱衰退小,不含鋼棉及高

。硬度摩擦劑,硬度低,不易損傷閘盤,不含石棉,綠色環(huán)保,磨耗低,使用周期長,具有廣泛的使用前景，由 WSM-3閘瓦材料加工的試樣尺寸為25mm x25mmx25 mm,邊長及厚度誤差控制在0~0.2 mmo

1.2 實驗數(shù)據(jù)處理方法

實驗過程中,正壓力由空氣壓縮機通過氣缸加載于兩個閘瓦試樣上,試驗機測力系統(tǒng)實時記錄不同接觸壓力、不同滑動速度、不同接觸面溫度條件下的閘瓦與摩擦盤之間的摩擦力,然后由計算機系統(tǒng)按照式(1)自動計算出平均摩擦系數(shù)從并實時顯示。

1.3 實驗步驟

(1)在接觸壓力為 0.98 MPa,滑動速度 75 /s,接觸面溫度 100C條件下,考察在摩擦力與驅(qū)動力獲得平衡的單次制動過程中瞬態(tài)摩擦系數(shù)隨時間的變化規(guī)律;

(2)在接觸壓力為0.98 MPa,滑動速度 7.5 m/s 條件下,考察在摩擦力與驅(qū)動力獲得平衡的單次制動過程中瞬態(tài)摩擦系數(shù)隨溫度升高的變化規(guī)律:(3)在接觸壓力 0.98 MPa,接觸面溫度 100C時,考察在摩擦力與驅(qū)動力獲得平衡的單次制動過程中瞬態(tài)摩擦系數(shù)隨速度增大的變化規(guī)律;

(4)在滑動速度 7.5 m/s 條件下,接觸壓力變化范圍設(shè)定為0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,16 MPa,考察無驅(qū)動力時多次重復(fù)制動過程中閘瓦材料的平均摩擦系數(shù)隨接觸壓力的變化規(guī)律;

(5)在滑動速度 7.5 m/s 條件下,接觸面溫度變化范圍分別設(shè)定為 100,150,200,250,300,350C時,考察無驅(qū)動力時多次重復(fù)制動過程中閘瓦材料的平均摩擦系數(shù)隨接觸壓力的變化規(guī)律:

(6)在接觸壓力 0.98 MPa 條件下滑動速度變化范圍設(shè)定為 2.5,5,7.5,10,12.5,15,17.5,20 m/s,考察無驅(qū)動力時多次重復(fù)制動過程中閘瓦材料平均摩擦系數(shù)隨滑動速度的變化規(guī)律。

(7)在接觸壓力 0.98 MPa 條件下,接觸面溫度變化范圍設(shè)定為 100,150,200,250,300,350C,考察無驅(qū)動力時多次重復(fù)制動過程中閘瓦材料平均摩擦系數(shù)隨滑動速度的變化規(guī)律。

2.結(jié)果與討論

瞬態(tài)摩擦系數(shù)隨工況參數(shù)的變化圖1是接觸壓力為 0.98 MPa,滑動速度為7.5 m/s,接觸面溫度為 100C條件下 WSM-S 材料的瞬態(tài)摩擦系數(shù)隨制動時間的變化規(guī)律。此時閘瓦，國了出材料的由率為0%。實驗方式是摩擦力與驅(qū)動力相等的單次制動過程。由圖1可知制動初期WSM-3 材料的瞬態(tài)摩擦系數(shù)的峰值較大,瞬態(tài)摩擦系數(shù)的平均值也較大，當(dāng)時間為8~12ms 之后,瞬態(tài)摩擦系數(shù)逐漸減小變化的幅度也有所減小,當(dāng)時間為 100 ms 后瞬態(tài)摩擦系數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定,瞬態(tài)摩擦系數(shù)在 0.519上下浮動,曲線表現(xiàn)出一定的周期性特征。出現(xiàn)上述變化主要有兩個原因,其一閘瓦的黏彈性材料特性與對偶件摩擦?xí)r的表面作用機制的影響,即黏彈性材料在受力后的變形過程是一個隨時間變化的過程,卸載后的恢復(fù)過程是一個延遲過程,使得材料或結(jié)構(gòu)在受力過程中發(fā)生蠕變或應(yīng)力松弛，閘瓦材料的黏彈性導(dǎo)致了制動初期的瞬態(tài)摩擦系數(shù)在總體上大于制動后期,同時閘瓦的彈塑變形的回復(fù)性和滯后性也是導(dǎo)致制動初期的瞬態(tài)摩擦系數(shù)的變化幅度小于制動后期的原因:其二閘瓦材料試樣的表面在磨削加工時因制樣機的振動及力學(xué)應(yīng)變造成試樣表面波紋度發(fā)生周期性變化,這種周期性變化導(dǎo)致瞬態(tài)摩擦系數(shù)隨時間的變化表現(xiàn)出周期性特征。圖2是接觸壓力為0.98 MPa 滑動速度 7.5 m/s,溫度從100C增加到350C，WSM-S 材料瞬態(tài)摩擦系數(shù)隨接觸表面溫度的變化曲線。實驗方式為摩擦力與驅(qū)動力相等的單次制動過程。由圖 2可知,當(dāng)滑動速度與接觸壓力不變的情況下，WSM-3 材料瞬態(tài)摩擦系數(shù)隨接觸表面溫度的上升而減小,曲線明顯分 3 個階段,在 160C之前,瞬態(tài)摩擦系數(shù)較大,變化幅度較小;在 160~260C之間,這一階段的瞬態(tài)摩擦系數(shù)的中值明顯小于 160C之前階段，且變化幅度也有所減小:在260~280C之間,材料瞬態(tài)摩擦系數(shù)的平均值大幅度下降,且變化幅度大于 160~260C;在280~350C材料瞬態(tài)摩擦系數(shù)數(shù)較 260~280C增大,但變化幅度小于 260~280C。

出現(xiàn)與圖1不同的性能曲線有3個原因,其一相對滑動速度的提高,破壞了閘瓦材料的熱平衡,發(fā)熱量大于散熱量導(dǎo)致接觸面溫度升高,較高的表面溫度導(dǎo)致閘瓦粘合劑組分之一酚醛樹脂在180~220C分解,導(dǎo)致增強填料性能調(diào)節(jié)劑等組分失去原有性能,閘瓦材料的制動效果變差;其二閘瓦材料吸水率影響摩擦過程的變化,在制動中期閘瓦表層的水分析出導(dǎo)致水膜短時間存在,客觀上起到潤滑作用,降低了瞬態(tài)摩擦系數(shù);其三閘瓦材料中起增強瞬態(tài)摩擦系數(shù)穩(wěn)定性、降低制動噪聲的石墨成分的析出也降低了瞬態(tài)摩擦系數(shù)。

2.結(jié)果與討論

圖3 是接觸壓力 0.98 MPa,接觸表面溫度100C條件下,材料瞬態(tài)摩擦系數(shù)隨滑動速度變化的曲線。瞬態(tài)摩擦系數(shù)總體上隨滑動速度的增加呈減小趨勢;在滑動速度為 2.5 ~ 6 m/s 階段瞬態(tài)摩擦系數(shù)的中值較為恒定，且變化幅度也較小;在6~16 m/s 瞬態(tài)摩擦系數(shù)中值減小,變化幅度較 2.5~6 m/s 階段有所增大;在 17.5 ~18.5 m/s 瞬態(tài)摩擦系數(shù)出現(xiàn)突變現(xiàn)象,數(shù)值大幅度減小,原因是隨著滑動速度的增加,發(fā)熱量遠大于散熱量,接觸面附近的樹脂粘結(jié)特性退化導(dǎo)致瞬態(tài)摩擦系數(shù)的大幅度下降:在速度大于18.5 m/s 時瞬態(tài)摩擦系數(shù)趨于恒定,且變化幅度很小,系統(tǒng)又進入穩(wěn)定的摩擦狀態(tài)2.2 平均摩擦系數(shù)隨工況參數(shù)的變化。

圖4 是滑動速度為 7.5 m/s 條件下,接觸壓力變化范圍分別設(shè)定為 0.6,0.8,1.0,1.2.41.6 MPa時,無驅(qū)動力時多次重復(fù)制動過程中閘瓦材料的平均摩擦系數(shù)隨接觸面溫度的變化曲線。由圖4可知,滑動速度為 7.5 m/s 時,不同接觸壓力下的平均摩擦系數(shù)隨接觸表面溫度的上升均下降,其中1.4 MPa 時的平均摩擦系數(shù)曲線線性度最好:從區(qū)間性上分析,溫度為 100~350C時在0.6~1.0 MPa區(qū)間內(nèi)較高的接觸壓力導(dǎo)致平均摩擦系數(shù)大幅度降低。

圖5是在滑動速度為 7.5 m/s 條件下接觸面溫度變化范圍分別設(shè)定為 100,150,200,25,300350c無驅(qū)動力時多次重復(fù)制動過程中閘瓦材料的平均摩擦系數(shù)隨接觸壓力的變化曲線。

2.結(jié)果與討論

由圖5可知,滑動速度為 7.5 m/s 時,不同接觸面溫度下WSM-3 材料的平均摩擦系數(shù)隨接觸壓力的上升總體變化趨勢一致,均隨著接觸壓力的上升而增大;其中接觸面溫度為 100,150,200C的 WSM-3 材料平均摩擦系數(shù)曲線的形狀相近，當(dāng)接觸面溫度為 250C時,接觸壓力小于1.3 MPa 時WSM-3 材料的平均摩擦系數(shù)增加較快隨著接觸壓力的增加，WSM-3 材料的平均摩擦系數(shù)增加緩慢當(dāng)接觸面溫度為 300C時,當(dāng)接觸壓力小于1.0 MPa時，WSM-3 材料的平均摩擦系數(shù)增加較快，當(dāng)接觸壓力為 1.3 MPa時平均摩擦系數(shù)略有降低,隨后再增加。當(dāng)接觸面溫度為 350C時,接觸壓力小于 1.0MPa 時，WSM-3 材料的平均摩擦系數(shù)略有降低,當(dāng)接觸壓力大于1.0 MPa 后，WSM-3 材料平均摩擦系數(shù)的增幅較大。

綜合分析圖 4圖5的摩擦過程當(dāng)滑動速度保持恒定,接觸表面溫度誤差控制在 5C范圍之內(nèi):(1)由圖 4可見滑動速度一定接觸壓力不同時,較高接觸壓力的平均摩擦系數(shù)曲線在較低接觸壓力時的平均摩擦系數(shù)曲線的上方,即當(dāng)接觸壓力較大時 WSM-3 材料的平均摩擦系數(shù)較大?？傊?隨接觸面溫度的增加,無論是接觸壓力是多少WSM-3 材料的平均摩擦系數(shù)總體是下降的。(2)由圖5可見在滑動速度保持恒定觀察在不同接觸面溫度條件下的平均摩擦系數(shù)隨接觸壓力的變化曲線:從增幅看,在 200,350C接觸面溫度時WSM-3 材料的平均摩擦系數(shù)隨接觸壓力的增幅最大,100,150,300C次之,350C最低;從總體變化趨勢看.在不同接觸面溫度條件下 WSM-3 材料的平均摩擦系數(shù)隨接觸壓力的變化曲線近似成直線上升趨勢,特別是溫度較低時的 100.150C曲線曲線形狀接近直線,線性特征表現(xiàn)得更為明顯。

(1)設(shè)閘瓦與制動盤間的實際接觸面積為4,閘瓦表面單位面積上的剪切應(yīng)力為 t,則從可由(2)式描述根據(jù)公式(3)可知,如果接觸壓力的增加率導(dǎo)致更大的實際接觸面積增長率,則平均摩擦系數(shù)就會增大,相反,若實際接觸面積增加的比率小于接觸壓力的增加比率,則平均摩擦系數(shù)反而會減小。原因是接觸壓力較低時,閘瓦表面尚有較多的微凸體存在,隨接觸壓力的增大,摩擦過程中實際接觸的微凸體數(shù)量增多,實際接觸面積增大,在此過程,由于接觸壓力較小,實際接觸面積的增加比率大于接觸壓力的增加比率,因此平均摩擦系數(shù)呈上升的趨勢。

圖6是在接觸壓力 0.98 MPa條件下,滑動速度變化范圍設(shè)定為2.5,5,7.5,10,12.5,1517.520 m/s,無驅(qū)動力時多次重復(fù)制動過程中 WSM-3材料平均摩擦系數(shù)隨接觸面溫度的變化曲線由圖6可知,接觸壓力 0.98 MPa 時,不同滑動速度下的平均摩擦系數(shù)隨接觸面溫度上升的總體變化趨勢較為一致,都是隨著接觸面溫度的上升而減小;其中2.5,5,7.5,10.0,12.5,20 m/s 的平均摩擦系數(shù)曲線特性相近,基本上是呈線性下降的,而當(dāng)滑動速率為 15.5 m/s 時,當(dāng)接觸面溫度從 200~250C變化時，WSM材料的平均摩擦系數(shù)的基本不變,當(dāng)接觸面溫度從 250 ~ 350C變化時，WSM材料的平均磨擦系數(shù)呈直線下降。當(dāng)滑動速率為17.5 m/s 時,當(dāng)接觸面溫度從 100C增至15C時WSM 材料的平均摩擦系數(shù)的基本不變，當(dāng)接觸面溫度從150C增至350C時，WSM材料的平均摩擦系數(shù)基本呈直線下降趨勢。

2.結(jié)果與討論

圖7是WSM-3 材料在接觸壓力0.98 MPa條件下,接觸面溫度變化為 100,150,200,250,300.350C,無驅(qū)動力時多重復(fù)制動過程中 WSM-3 材料平均摩擦系數(shù)隨接觸面滑動速度的變化曲線。

綜合分析圖6圖7,當(dāng)接觸壓力為 0.98 MPa,接觸面溫度誤差在 5C范圍之內(nèi)時,可得結(jié)論(1)閘瓦材料的平均摩擦系數(shù)隨滑動速度的增加而減少,且降幅較大,例如,當(dāng)摩擦面溫度設(shè)定在150C時,當(dāng)相對速度從 2.5 m/s 增至20 m/s 時,平均摩擦系數(shù)從0.492 減少到0.410降幅 16.67%。由此可以判斷出.對于WSM-3 型閘瓦材料而言滑動速度的增長對平均摩擦系數(shù)的影響程度大于接觸壓力對平均摩擦系數(shù)的影響。

(2)在所考察的滑動速度范圍(2.5 ~ 20 m/s)內(nèi),在每個接觸表面溫度曲線上,每條平均摩擦系數(shù)曲線受相對速度的變化影響顯著,最大降幅 21.05%發(fā)生在控制溫度 350C時的平均摩擦系數(shù)的變化曲線上,最小降幅 13.04% 發(fā)生在接觸表面溫度 200C時的平均摩擦系數(shù)的變化曲線上;

(3)在滑動速度小于125 m/s 時各平均摩擦系數(shù)隨滑動速度的變化曲線的降幅變化趨勢較為一致，且這一階段每條平均摩擦系數(shù)曲線的降幅的數(shù)值也較大,各條曲線近似平行;而滑動速度大于12.5 m/s 時,從圖形上表現(xiàn)為這一階段每條平均摩擦系數(shù)曲線趨于平緩,降幅減小。