引言 紙基濕式摩擦離合器具有較理想的靜動摩擦因數比、嚙合柔軟平穩、噪聲小等特點，是一種廣泛用于汽車和工程機械自動變速系統的先進離合器，主要由紙基摩擦片、鋼質隔離片和自動變速器油組成。 在實際使用和相關研究中發現，摩擦因數通常會隨摩擦片和隔離片間相對滑動速度的增大而降低，即摩擦因數一滑動速度曲線出現負斜率，它是引起摩擦離合器自激振動和產生尖叫的主要原因。目前很多研究表明，對隔離片進行適當的表面處理后可以在一定程度上改善摩擦因數隨滑動速度的變化特性。因為在隔離片表面進行紋理修飾后，可以影響其與摩擦片嚙合時的潤滑狀態，從而改變摩擦因數隨滑動速度的變化。改變隔離片表面形貌的方法有很多，如激光加工、噴丸、電火花、開槽、表面化學處理等方法。激光加工方法由于可控性強、加工方便、效率高、應用范圍廣等特點得到了廣泛的使用。但在應用過程中，需要搞清楚激光加工參數以及紋理的設計對離合器摩擦特性的影響。本文通過對隔離片表面進行不同的激光加工，研究不同的激光紋理對紙基濕式摩擦離合器摩擦特性的影響規律。 1 激光紋理設計和加工 試驗所用隔離片為一外齒圓環，外徑為70mm，內徑為47mm，厚度為2．5mm，材質為低碳鋼，顯微維氏硬度為250MPa。對隔離片進行激光加工前先將其表面拋光到粗糙度Ra=0．08μm，作為基礎片。 激光紋理加工一般是在拋光后的隔離片表面上用聚焦激光束照射后將材料局部燒蝕形成凹坑，通過調整激光器的功率、掃描范圍和步進速度等加工參數，可以形成如圖1所示的直徑和深度不同的圓斑，另外通過改變工作臺(加工時隔離片固定在工作臺上)的運動軌跡，可以改變圓斑在隔離片圓周方向和半徑方向的排列密度。因此，我們設計了如表1所示的4組共21種激光加工紋理，以考察這些紋理參數對濕式摩擦離合器摩擦特性的影響規律。所用激光器為Nd：YAG連續激光器，額定輸出功率為50W，激光波長為1064nm。加工出圓斑形狀的電鏡照片如圖1所示，可以看出圓斑內部包含多個微坑。 圖1 單個圓斑的掃描電鏡照片2 試驗方法 試驗所用摩擦片形狀為內齒圓環，內徑為50mm，外徑為60mm，在厚度為1．0mm的中碳鋼片表面粘貼了一層厚度為0．5mm的紙基摩擦材料，它由粘合劑、紙纖維和填料三部分組成，不含石棉。試驗所選用的潤滑油為某汽車廠家指定使用的自動變速傳動液。 試驗選用Falex 6型多功能摩擦磨損試驗機，試驗機的轉速由變頻器控制，可以實現無級調速；加載方式為杠桿一砝碼方式，簡單可靠；能夠在線實時采集載荷、扭矩、速度，溫度、磨損量。摩擦片和隔離片的專用夾具采用了自凋心機構，以保證摩擦試驗過程中兩表面的良好貼合。 試驗時，先在接觸壓力為1．0MPa、速度為0．6m／s的情況下，磨合30min;磨合結束后，等潤滑油溫度降到80°C后，在接觸壓力保持不變的情況下，按照圖2所示的速度曲線進行摩擦特性試驗。 圖2 摩擦特性試驗中設定的速度特性曲線3 試驗結果與分析 圖3所示為不同激光圓斑直徑在摩擦副相對速度變化上升過程和下降過程所對應的摩擦因數隨速度變化的特性曲線。從圖3中可以看出，作為基礎片的拋光隔離片在試驗中所表現出摩擦因數在高速區隨相對速度增大而下降的負斜率現象。在激光加工的隔離片中，除隔離片F200-800-2外，其他4種激光參數的隔離片都表現出摩擦因數隨相對速度增大而升高的正斜率現象。5種激光加工表面的摩擦因數都大于拋光表面，且隨單個圓斑直徑逐漸增大，摩擦因數總體上呈現出先升高后下降的趨勢，說明存在最優直徑使摩擦性能最優。從上面的試驗曲線可以看出，對于本摩擦系統，隔離片表面激光圓斑直徑選取400μm或500μm比較合適。另外，低速時的摩擦因數雖然相對于高速時較低，但是其絕對值大于0．11的設計下限值，因此不會影響制動效果。此外，用相同的試驗機和試驗規范還與某離合器專業廠家生產的幾種隔離片進行了對比測試，這幾種激光紋理處理的隔離片在整個測試速度范圍內摩擦因數的絕對值和曲線斜率都比較好。圖4所示為不同的激光圓斑周向分布變化對系統摩擦特性的影響曲線，從圖4可以看出，當周向間距逐漸變大時，逐漸出現負斜率現象，系統摩擦特性由好變差。其中隔離片F450-800-2表現出較好的摩擦特性，摩擦因數隨速度的增大而升高。正斜率現象明顯；而隔離片F450-800-4、F450-800-6和F450-800-8的摩擦因數一速度曲線則在高速區出現了負斜率，表現出的摩擦特性開始變差；當間隔進一步擴大(如隔離片F450-800-10和F450-800-12，則在整個速度變化區域內表現出更加明顯的負斜率現象，摩擦特性較差。從上面的試驗結果可以看出，對于本摩擦系統，隔離片表面激光圓斑周向間隔選取2。比較合適。 圖5所示為不同的激光圓斑徑向分布對摩擦特性的影響曲線，可以看出，圓斑徑向位置分布變化對系統摩擦特性的影響很明顯。隔離片F450-600-2和F450-800-2在試驗中表現出來較好的摩擦特性，摩擦因數隨相對速度的增大而升高，其中隔離片F450-800-2比F450-600-2的摩擦因數略高。在徑向間隔進一步擴大后，隔離片F450-1000-2、F450-1200-2、F450-1400-2、F450-1600-2基本在整個速度變化區域內都呈現出摩擦因數隨相對速度的增大而下降的負斜率現象，摩擦特性較差。從上面的試驗曲線可以看出，對于本摩擦系統，隔離片表面激光圓斑徑向間隔選取800μm比較合適。圖6所示為不同激光圓斑深度所對應的摩擦特性曲線?？梢钥闯觯焊綦x片F450-800-2-3、F450-800-2-18、F450-800-2-25在試驗中都表現出摩擦因數隨相對速度的增大而升高的正斜率現象；當圓斑深度繼續加大達到35μm時，發現摩擦副在高速區出現負斜率現象，摩擦特性開始變差；說明圓斑深度太大，不利于改善本摩擦副的摩擦特性。考慮到深度太淺影響使用壽命，這里認為隔離片表面激光圓斑深度選取18μm比較合適。 4 結論 (1)通過試驗發現，在經過適當的激光參數處理后的隔離片作為紙基的配偶片進行摩擦特性試驗時，表現出摩擦因數隨相對滑動速度增大而升高的正斜率現象，這說明適當的激光加工紋理可以改善本系統的摩擦特性。 (2)激光圓斑的大? ⒎植?、深度都夗嵉鸵rΣ撂匭雜惺置饗緣撓跋?。激光圆斑直径过大煌橗小，周舷柾緮囹分矟度过稀壹s霸舶呱疃裙?，都矡釉嵓{票鞠低襯Σ撂匭?，本摩擦系统存灾k鈑偶す馕評聿問? (3)通過試驗已經找到適于本摩擦系統的激光紋理參數，即激光圓斑直徑為450μm，徑向間隔為800μm，周向間隔為2°，深度為18μm。