基于制動溫度場分析的摩擦材料配方優(yōu)化與研究.pdf

1、現代工業(yè)的發(fā)展加快了汽車、火車等交通工具的高速和重載化進程，對制動器的性能也提出了更高的要求，進而要求作為制動器核心部件的摩擦材料具有更高的性能。摩擦材料的配方設計對其性能起著決定性的作用，摩擦材料配方設計與優(yōu)化也一直都是國內外研究者關注的主要問題之一。
　　制動過程中摩擦材料的溫度場對于其摩擦系數、磨損率等都有非常重要的影響，也是影響摩擦材料物理、力學性能及化學性能變化的直接因素，而摩擦材料的溫度場主要由其熱力學性能決定。因此，

2、可以通過對制動過程摩擦材料溫度場的分析為其配方優(yōu)化和原材料選擇提供理論依據和指導，從熱力學角度選擇合適的優(yōu)化材料，優(yōu)化摩擦材料的熱力學性能，并通過試驗分析優(yōu)化材料對摩擦材料在材料學方面性能的影響，最終得出在熱力學和材料學方面都具有良好性能的摩擦材料配方。
　　本文首先建立盤式制動器溫度場分析模型，研究了制動過程中不同時刻摩擦片表面和軸向的溫度分布規(guī)律，分析了溫度場對摩擦材料性能的影響。分別改變摩擦材料的導熱系數、彈性模量、比熱容和

3、熱膨脹系數，研究摩擦材料熱力學性能對其制動過程中溫度場的影響，并以此為依據從熱力學的角度選擇鉀長石、丁腈橡膠、銅粉作為優(yōu)化材料，根據優(yōu)化材料的基本性能及其對摩擦材料的優(yōu)化機理確定各優(yōu)化材料加入量的范圍。
　　在課題組原配方的基礎上，通過正交試驗法，從材料學的角度研究加入優(yōu)化材料后不同配方下的摩擦材料性能。結果表明，優(yōu)化材料的加入對摩擦材料的硬度和沖擊強度沒有顯著的影響，但能夠提高摩擦系數的穩(wěn)定性，減小磨損率。當丁腈橡膠、鉀長石、銅

4、粉的加入質量分數分別為3％和25％和6％時，制動摩擦材料的摩擦系數穩(wěn)定性最高，磨損率也較小。通過有限元分析結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。
　　通過掃描電鏡觀測所制備的摩擦材料磨損后的表面形貌。在低溫150℃時，磨損機制主要是磨粒磨損，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，摩擦表面有表面膜生成，鉀長石可以促進表面膜的生成，銅粉在摩擦表面富集，起到了穩(wěn)定表面膜的作用;