Процесът на триене и износване в двойка "Спирачен диск - накладка"

Обезвъглеряване, дисперсия на перлит и графит, микроразрязване, окисляване, разпространение.

Тестовете за триене и износване са извършени върху образци от чугун Gh190, използвани за производството на спирачни дискове за автомобили VAZ, с шест вида триещ се материал на спирачните накладки, използвани за различни марки автомобили. Оценени са механичните характеристики на триещите се материали и тяхното влияние върху промяната в микрогеометрията и образуването на вторични структури в материала на спирачния диск по време на изпитването.

За производството на спирачни дискове JSC AVTOVAZ използва сив перлитен чугун Gh190 (отливан от JSC ALNAS), който съответства на механичните свойства и микроструктурата на клас SCh25 (съгласно GOST 1412-85). Характеристиките на чугуна Gh190 и приблизителният му химичен състав са показани в таблици 1, 2.

Таблица 1. Структурни и механични характеристики на отливките от сиво желязо Gh190.

Таблица 2. Химичен състав на чугун Gh190.

Фрикционният материал на спирачната челюст е композит, състоящ се от фракции с различна степен на дисперсия и химичен състав (месингови или медни стърготини, стоманена вата и др.), Свързан с органичен пълнител - фенолформалдехидна смола.

За да проучим ефекта на фрикционния материал върху характеристиките на спирачния диск, тествахме спирачни дискове с шест вида материал на спирачните накладки (1–6), чийто химичен състав е представен в таблица. 3.

Таблица 3. Химичен състав на материалите от фрикционните накладки на спирачните накладки.

Проведени са лабораторни и стендови полеви изпитания на триещата двойка "спирачен диск - накладка".

Триботехническите изпитвания на проби от материалите на изследваната фрикционна двойка бяха извършени на универсална машина за изпитване на триене и износване по схемата "ролка - плоча". Пробите под формата на плочи са направени от материалите на спирачните накладки, а пробите под формата на ролки са направени от чугуни. Режим на изпитване: нормално натоварване - 36 N, линейна скорост - 6,23 m/s, време за един тест - 10 минути. Износването на чугунени проби се определя по гравиметричния метод (средното износване се определя при ниво на доверие 80%).

Извършени са пълномащабни тестове на инерционен динамометричен стенд, разработен и произведен в АД АВТОВАЗ заедно с FIAT.

Стойката осигурява посочените режими на работа на спирачния блок и разполага с контролно и измервателно оборудване, което ви позволява да контролирате и записвате следните параметри:

- температура в диапазона от 0 до 600 ° С с грешка ± 10 ° С;

- налягане на течността в спирачния цилиндър в диапазона от 0 до 9,81 MPa (от 0 до 100 kgf/cm 2) с грешка от ± 1,6%;

- спирачен момент в диапазона от 0 до 1472 N × m (от 0 до 150 kgf × m) с грешка от ± 1,5%;

- честотата на въртене на инерционния вал на стойката в диапазона от 0 до 30 s –1 (от 0 до 1800 min –1) с грешка от ± 1,5%;

- време между спиране в диапазона от 0 до 60 s с грешка от ± 1,5%.

В тази работа бяха проведени пълноценни изпитания на стенда на триещата двойка „спирачен диск - обувка“ в следните режими:

- инерционен момент J = 4,18 kg · m 2;

- броят на спирачките при всяка начална температура на нагряване на спирачния диск: N = 200;

- начални температури на нагряване на спирачния диск преди спиране: 100 ° C, 150 ° C, 200 ° C, 250 ° C, 300 ° C и 350 ° C;

- фрикционен момент: Мт = 38 kg´m;

- начална спирачна скорост: Vinit = 100 км/ч;

- крайна скорост на спиране: Vcon = 60 км/ч.

Според резултатите от теста беше оценено следното:

1. Максималната стойност на коефициента на триене на двойка и нейното намаляване до минимум с повишаване на изпитвателната температура (Таблица 4).

2. Общо линейно износване на триещия материал на накладката на спирачната челюст за серия от изпитвания, mm (Таблица 5).

3. Линейно износване на работните повърхности на спирачния диск при дадена температура за определен брой спирачки, mm (Таблица 6).

4. Износване на тегло на проби от чугун Gh190 след лабораторни изследвания, mg (Таблица 7).

5. Максималната стойност на изтичането на спирачния диск и намаляването му до минимум след нахлуване и серия от спирачки, mm (Таблица 8).

6. Увеличение на разликата в дебелината на спирачния диск след набиване и серия от спирачки, mm (Таблица 9).

7. Максимална грапавост на повърхността на спирачния диск след изпитване: Ramax (Таблица 10).

8. Твърдост на фрикционните материали 187,5/10/30 (с ниво на доверие 90%) (таблица 11).

9. Пределна якост на натиск на триещите се материали, МРа (при ниво на доверие 80%) (Таблица 12).

10. Модул на еластичност (Young) на триещите се материали, МРа (при ниво на доверие 80%) (Таблица 13).

При анализ на повърхностите на триене беше установено, че когато спирачният диск е сдвоен с фрикционни материали 1, 5 и 6, преобладаващият тип износване на частите е микроразрязване, а когато е сдвоен с триещи материали 2, 3 и 4, интензивността на микроразрязването намалява поради обвиването на свързващо вещество върху спирачния диск на повърхността на триене.

Анализът на повърхностите на триене на спирачните дискове след стендови тестове с помощта на сканиращ електронен микроскоп и рентгенов микроспектрален анализ показа разлики в механизмите на триене за различни материали на накладките. Има 2 механизма - обвиващо и механохимично износване, което от своя страна включва окисляване и микроразрязване. Анализът на разпределението на елементите върху триещите се повърхности на спирачните дискове показа, че в зависимост от количеството и дисперсията на съставните компоненти на облицовъчния материал, трансферният ефект може да се прояви по различни начини. Най-стабилният и равномерен процес на трансфер на алуминий и мед се наблюдава при тестване с Fritex. Тук очевидно има динамичен баланс между обвиващо и механично химическо износване. Когато се тества с материал TIIR 240, прехвърлянето на елементи става локално и неравномерно. В този случай преобладава механохимичното износване. В резултат на работата на фрикционния материал MarCon, сдвоен със спирачния диск, се отбелязва най-малко линейно износване за поредица от тестове в температурния диапазон 100 ... 350 ° C. Това се дължи на разпространението на полимерно свързващо вещество на фрикционния материал върху работната повърхност на диска, като същевременно намалява коефициента на триене.

Локални области на натрупване на въглерод се наблюдават на всички повърхности на триене. В общия случай това са центрове на графитни включвания в чугун. Въпреки това, върху повърхността на диска след тестове с TIIR 109-08-8, тези области надвишават размера на колониите от графитни включвания. Изглежда, че това е разлагащият се въглерод на полимерното свързващо вещество на подложката. Съпътстващ процес при работа с всички фрикционни материали е интензивното повърхностно окисляване, което е по-силно изразено при фрикционните материали Markon и TIIR 109-08-8.