一种浮动支撑摩擦片磨损试验机及其试验方法与流程

本发明涉及车辆传动系统磨损试验技术领域，具体涉及一种浮动支撑摩擦片磨损试验机及其试验方法。

背景技术：

浮动支撑摩擦片(以下简称摩擦片)是实现湿式换挡离合器档位切换和功率传递的关键部件，具有相对转速高、结构紧凑、传递功率大等特点，在汽车以及工程车辆上广泛使用。如图1所示，为湿式换挡离合器的结构图，其由多片相间布置的对偶钢片和摩擦片组成(其中，对偶钢片简称对偶片，如图2-3所示，对偶片和摩擦片均为环状结构)，两者均可作为主动片或被动片，一般将摩擦片作为主动片，则对偶片为被动片；主动片通过内花键与内毂上的花键浮动支撑连接，被动片通过外花键与离合器的油缸内花键周向固定。主、被动片封闭在壳体内的冷却润滑油中，离合器工作时，内毂和连在其上的主动片旋转，通过油压压紧活塞使主、被动片相互压紧，产生摩擦转矩，传递动力。摩擦片的制备一般是在钢芯板上烧结摩擦层，并且在摩擦层上预制冷却的沟槽，通过改变摩擦层材料成分、沟槽形貌及分布是不断提升车辆功率传递效率的有效途径之一。因此，需要对摩擦片的摩擦磨损特性进行快速、有效的评价。

现有的摩擦片试验台是以整片摩擦片的摩擦磨损性能作为考核目标，因此，运行周期长，试验结果分散系数比较大，可比性较差，数据可靠性较低，如要提高数据的置信度，需要进行大批量整片摩擦片的试验，总体成本太高且效率低。如果需要进行不同沟槽形式或者摩擦材料的摩擦片的摩擦磨损性能对比试验，则试验时间更长，同时也无法直接对比，不适于对摩擦片的摩擦磨损特性进行快速、有效的综合评价。

而现有技术中的材料摩擦磨损试验机也不适于评价浮动支撑摩擦片摩擦磨损特性。这是因为浮动支撑摩擦片摩擦磨损特性与摩擦副(由摩擦片和对偶片组成)的材料、表面形貌及接触状态密切相关。而一般摩擦磨损试验机主要问题在于：(1)速度较低，摩擦件直径较小，即使转速达到10000转/分，线速度也达不到浮动支撑摩擦片工作时的高线速度状态(约66m/s)；(2)没有考虑接触形貌的影响，一般都是：点-平面接触摩擦，或者平面-平面接触摩擦；(3)一次只能进行一个样本的试验，无法进行实时对比分析。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种浮动支撑摩擦片磨损试验机及其试验方法，能够准确模拟浮动支撑摩擦片工作时的摩擦状态，以较高的效率和较低的成本完成重复样本量为两个以上摩擦片的摩擦磨损特性试验，也能够在相同的工况条件下，同时进行两种以上沟槽形式或两种以上材质的摩擦片的对比试验，从而有利于完成高效筛选。

本发明的技术方案为：一种浮动支撑摩擦片磨损试验机，包括：气缸、销试样固定盘、销试样安装座、盘试样固定盘、主轴箱和电机；

所述销试样固定盘和盘试样固定盘均为圆盘形；盘试样同轴安装在盘试样固定盘上；两个以上销试样通过销试样安装座沿周向安装在销试样固定盘的盘面上；令盘试样所在端为盘试样固定盘的正面，销试样所在端为销试样固定盘的正面；

所述气缸同轴安装在销试样固定盘的背面，气缸的活塞端朝向销试样固定盘，用于轴向推动销试样固定盘；所述电机、主轴箱和盘试样固定盘依次同轴连接，电机通过主轴箱驱动盘试样固定盘以设定的速度转动；其中，电机与主轴箱的一端通过联轴器连接，主轴箱的另一端通过轴承支撑在盘试样固定盘的背面；

所述销试样固定盘的正面和盘试样固定盘的正面同轴相对。

优选地，两个以上所述销试样均匀设置在销试样固定盘上。

优选地，每个所述销试样安装座一端固定在销试样固定盘上，另一端开有安装孔，该安装孔的轴线与销试样固定盘的轴线平行，安装孔的周向开有销孔，销孔的轴向与安装孔的径向一致，所述销试样安装在安装孔中，并通过销钉穿过销孔将销试样锁紧，所述销试样的摩擦层朝外。

优选地，还包括：滑轨；所述气缸与销试样固定盘之间设有滑轨，滑轨上设有与其滑动配合的滑块，所述气缸的活塞端端部固定在滑块的一端，滑块的另一端固定在销试样固定盘的背面，所述气缸通过滑块推动销试样固定盘轴向运动。

一种浮动支撑摩擦片磨损试验方法，包括以下步骤：

步骤一：启动电机，使盘试样在设定时间内加载到设定转速后，启动气缸，使气缸按照设定压力推进销试样固定盘，从而使销试样固定盘上的销试样以所述设定压力与盘试样接触，并通过气缸的推动作用对销试样固定盘轴向限位；

步骤二：在销试样和盘试样接触时，使电机终止使能，盘试样呈惯性转动状态，销试样和盘试样之间接触摩擦；

步骤三：销试样和盘试样的接触摩擦时间达到预设时间后，驱动气缸使销试样与盘试样脱离接触；

步骤四：令步骤一至步骤三为一个操作循环，重复设定个操作循环后，取下销试样和盘试样，通过观察、分析销试样的摩擦表面的磨损状态，判定失效形式；或截取盘试样的设定特征区域进行设定分析研究；或测量销试样的厚度，从而计算其磨损寿命；或测量销试样的重量，从而计算其磨损寿命。

优选地，步骤一中所述设定时间为20～60秒。

优选地，步骤一中所述设定转速为1000～3000转/分。

优选地，步骤一中所述设定压力为0～1000n。

优选地，步骤一中所述销试样和盘试样接触前在其接触面上喷润滑油或涂润滑脂。

优选地，步骤三中所述预设时间为0.2～2秒。

有益效果：

(1)本发明的磨损试验机能够准确模拟浮动支撑摩擦片工作时的摩擦状态，一次可进行两个以上重复样本量的试验，具有较高的试验效率，有利于显著增加数据可靠性和降低成本消耗；同时，在相同的工况条件下，也能够进行两个以上不同表面沟槽形式或者摩擦层材质的对比试验，从而实效高效筛选。

(2)本发明的磨损试验机中两个以上销试样均匀设置在销试样固定盘上，有利于销试样和盘试样受力均匀和加载稳定。

(3)本发明的磨损试验机中销试样安装座的具体设置，更换和固定销试样，有利于增加磨损试验机的利用率。

(4)本发明的磨损试验机在气缸和销试样固定盘之间设置滑轨和滑块，通过滑块与滑轨的滑动配合，辅助气缸推动销试样固定盘，能够避免气缸活塞端直接作用于销试样固定盘而对气缸及销试样固定盘的损伤，有利于保护气缸和销试样固定盘。

(5)本发明的磨损试验方法灵活有序，能够准确模拟浮动支撑摩擦片工作时的摩擦状态，以较高的效率和较低的成本完成重复样本量为两个以上摩擦片的摩擦磨损特性试验，也能够在相同的工况条件下，同时进行两种以上沟槽形式或两种以上材质的摩擦片的对比试验，从而有利于完成高效筛选。

附图说明

图1为现有技术中的湿式换挡离合器的结构示意图。

图2为现有技术中浮动支撑摩擦片的局部结构示意图。

图3为现有技术中对偶片的结构示意图。

图4为本发明中销试样片及其固定盘。

图5为图4的局部放大图。

图6为本发明浮动支撑摩擦片磨损试验机工作原理示意图。

其中，1-气缸，2-滑块，3-销试样固定盘，4-销试样安装座，5-销试样，6-盘试样，7-盘试样固定盘，8-轴承，9-主轴箱，10-联轴器，11-电机，12-销钉。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种浮动支撑摩擦片磨损试验机及其试验方法，能够准确模拟浮动支撑摩擦片工作时的摩擦状态，以较高的效率和较低的成本完成重复样本量为两个以上摩擦片的摩擦磨损特性试验，也能够在相同的工况条件下，同时进行两种以上沟槽形式或两种以上材质的摩擦片的对比试验，从而有利于完成高效筛选。

如图3-6所示，该磨损试验机包括：气缸1、滑轨、销试样固定盘3、销试样安装座4、盘试样固定盘7、主轴箱9和电机11。

该试验机的连接关系为：以实际车辆上换挡离合器中的浮动支撑摩擦片和对偶片作为摩擦副，从浮动支撑摩擦片上截取具有典型沟槽形貌的试样作为销试样5(该销试样5的形状为方形或圆形等)，对偶片作为盘试样6，从而保证试验中摩擦副的材料、表面状态与车辆上的一致；

销试样固定盘3和盘试样固定盘7均为圆盘形；盘试样6同轴安装在盘试样固定盘7上(令盘试样6所在端为盘试样固定盘7的正面)；

两个以上销试样5(可以是取自同一个浮动支撑摩擦片上的重复样本，也可以是取自不同浮动支撑摩擦片上的对比样本)通过销试样安装座4沿周向均匀安装在销试样固定盘3的盘面上(令销试样5所在端为销试样固定盘3的正面)；其中，每个销试样安装座4一端固定在销试样固定盘3上，另一端开有安装孔，该安装孔的轴线与销试样固定盘3的轴线平行，安装孔的周向开有销孔，销孔的轴向与安装孔的径向一致，销试样5安装在安装孔中，并通过销钉12从销孔将销试样5锁紧固定于安装孔中，销试样5的摩擦层朝外。

气缸1同轴安装在销试样固定盘3的背面，气缸1的活塞端朝向销试样固定盘3，用于轴向推动销试样固定盘3；电机11、主轴箱9和盘试样固定盘7依次同轴连接，电机11通过主轴箱9驱动盘试样固定盘7以设定的速度转动；其中，电机11与主轴箱9的一端通过联轴器10连接，主轴箱9的另一端通过轴承8支撑在盘试样固定盘7的背面；

销试样固定盘3的正面和盘试样固定盘7的正面同轴相对；

进一步地，气缸1与销试样固定盘3之间设有滑轨，滑轨上设有滑块2(滑块2与滑轨滑动配合)，气缸1的活塞端端部固定在滑块2的一端，滑块2的另一端固定在销试样固定盘3的背面，气缸1通过滑块2推动销试样固定盘3轴向运动，能够避免气缸活塞端直接作用于销试样固定盘3，有利于保护气缸1和销试样固定盘3。

该磨损试验方法采用上述磨损试验机，包括以下步骤：

步骤一：启动电机11，使盘试样6逐渐加速，在设定时间内(设定时间为20～60秒)达到设定转速(设定速度为1000～3000转/分)后，启动气缸1，使气缸1按照设定压力(设定压力为0～1000n)推进销试样固定盘3，从而使销试样固定盘3上的销试样5以该设定压力与盘试样6接触，并利用气缸1的推动作用对销试样固定盘3轴向限位；其中，二者接触前可在接触面上喷润滑油或涂润滑脂；

步骤二：在销试样5和盘试样6接触的瞬间，使电机11终止使能，盘试样6呈惯性转动状态，销试样5和盘试样6之间呈接触摩擦状态；

步骤三：销试样5和盘试样6的接触摩擦时间达到预设时间(预设时间为0.2～2秒)后，盘试样6减速到设定速度或停止转动，驱动气缸1使销试样5与盘试样6脱离接触；其中，由于销试样5和盘试样6之间的摩擦作用，盘试样6可能逐渐减速到设定速度，也可能最终静止，这主要取决于销试样5和盘试样6之间设定的接触压力大小和电机11的额定转速；

步骤四：令步骤一至步骤三为一个操作循环，重复设定个操作循环后，取下销试样5和盘试样6，通过观察、分析销试样5的摩擦表面的磨损状态，判定失效形式，也可截取盘试样6的设定特征区域进行设定分析研究，也可测量销试样5的厚度或者重量、计算其磨损寿命；最终得到，不同循环次数下的失效形式以及循环次数和磨损量的关系曲线等；

需要说明的是：本实施例中试验机的转速、加载方式、载荷大小以及销试样5和盘试样6之间的润滑条件、接触时间、接触次数等参数均与浮动支撑摩擦片实际工作状态对应一致。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。