基于制動(dòng)溫度場(chǎng)分析的摩擦材料配方優(yōu)化與研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展加快了汽車(chē)、火車(chē)等交通工具的高速和重載化進(jìn)程，對(duì)制動(dòng)器的性能也提出了更高的要求，進(jìn)而要求作為制動(dòng)器核心部件的摩擦材料具有更高的性能。摩擦材料的配方設(shè)計(jì)對(duì)其性能起著決定性的作用，摩擦材料配方設(shè)計(jì)與優(yōu)化也一直都是國(guó)內(nèi)外研究者關(guān)注的主要問(wèn)題之一。
　　制動(dòng)過(guò)程中摩擦材料的溫度場(chǎng)對(duì)于其摩擦系數(shù)、磨損率等都有非常重要的影響，也是影響摩擦材料物理、力學(xué)性能及化學(xué)性能變化的直接因素，而摩擦材料的溫度場(chǎng)主要由其熱力學(xué)性能決定。因此，

2、可以通過(guò)對(duì)制動(dòng)過(guò)程摩擦材料溫度場(chǎng)的分析為其配方優(yōu)化和原材料選擇提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，從熱力學(xué)角度選擇合適的優(yōu)化材料，優(yōu)化摩擦材料的熱力學(xué)性能，并通過(guò)試驗(yàn)分析優(yōu)化材料對(duì)摩擦材料在材料學(xué)方面性能的影響，最終得出在熱力學(xué)和材料學(xué)方面都具有良好性能的摩擦材料配方。
　　本文首先建立盤(pán)式制動(dòng)器溫度場(chǎng)分析模型，研究了制動(dòng)過(guò)程中不同時(shí)刻摩擦片表面和軸向的溫度分布規(guī)律，分析了溫度場(chǎng)對(duì)摩擦材料性能的影響。分別改變摩擦材料的導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量、比熱容和

3、熱膨脹系數(shù)，研究摩擦材料熱力學(xué)性能對(duì)其制動(dòng)過(guò)程中溫度場(chǎng)的影響，并以此為依據(jù)從熱力學(xué)的角度選擇鉀長(zhǎng)石、丁腈橡膠、銅粉作為優(yōu)化材料，根據(jù)優(yōu)化材料的基本性能及其對(duì)摩擦材料的優(yōu)化機(jī)理確定各優(yōu)化材料加入量的范圍。
　　在課題組原配方的基礎(chǔ)上，通過(guò)正交試驗(yàn)法，從材料學(xué)的角度研究加入優(yōu)化材料后不同配方下的摩擦材料性能。結(jié)果表明，優(yōu)化材料的加入對(duì)摩擦材料的硬度和沖擊強(qiáng)度沒(méi)有顯著的影響，但能夠提高摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性，減小磨損率。當(dāng)丁腈橡膠、鉀長(zhǎng)石、銅

4、粉的加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3％和25％和6％時(shí)，制動(dòng)摩擦材料的摩擦系數(shù)穩(wěn)定性最高，磨損率也較小。通過(guò)有限元分析結(jié)果得出摩擦表面溫度和軸向溫度梯度均明顯降低，得出最終優(yōu)化配方。
　　通過(guò)掃描電鏡觀(guān)測(cè)所制備的摩擦材料磨損后的表面形貌。在低溫150℃時(shí)，磨損機(jī)制主要是磨粒磨損，優(yōu)化材料的加入可以減輕摩擦表面的犁溝作用;隨著溫度的升高，在250℃時(shí)，摩擦表面有表面膜生成，鉀長(zhǎng)石可以促進(jìn)表面膜的生成，銅粉在摩擦表面富集，起到了穩(wěn)定表面膜的作用;