Фрикційни матеріали, облицювання та накладки від бренда LUK

Розвиток обличчя зчеплення

З більш потужними двигунами, довшими передачами і новими технічними характеристиками на сервісний термін служби, відбулася розробка і впровадження більш складних конструкцій зчеплення. Разом з іншими важливими компонентами обличчя є серцем зчеплення. Під час аналізу історії обличчя зчеплення стає очевидним, що технологічний розвиток зчеплення майже не вплинував на технологію обличчя зчеплення. Компанія LuK почала розкривати цей потенціал.  

Історія обличчя зчеплення розпочалася з перших автомобілів, які використовували перше сухе зчеплення. Обличчя, виготовлене з деревини бука і дуба, слугувало тертяльним матеріалом. Винахід фенольної смоли на початку 20-го століття положив початок технології обличчя, що є звичайною сьогодні. Швидко стали очевидні переваги фенольної смоли, і її почали використовувати як з'єднувальний агент в гальмівних колодках і зчепленнях. Вперше компоненти будь-якої форми можна було виготовляти з легко формованого матеріалу, який – після відповідного затвердіння – залишався твердим навіть при інтенсивному нагріванні.

Обличчя зчеплення, як ми їх знаємо сьогодні, виробляють приблизно з 1930 року. Вже в 1930-х роках проводились широкомасштабні матеріальні випробування обличчя зчеплення на стендах інерції при температурі понад 400°C. Повністю синтетичні полімери з відмінними кінцевими властивостями, які можна ефективно обробляти, все ще є основою обличчя зчеплення сьогодні.

Як і в багатьох інших випадках, коли традиційні технології досягають своїх меж, потрібно знаходити нові підходи для їхнього перевищення. Наступна презентація показує профіль вимог, межі поточного стану техніки і дає огляд майбутнього обличчя зчеплення.

Вимоги до обличчя зчеплення

Стійкість до температури та операційна міцність  

Поточні складні конструкції зчеплення дозволяють зчепленню працювати протягом всього терміну служби транспортного засобу. Щоб це стало можливим, обличчя повинно витримувати всі ситуації з великими навантаженнями без значного зменшення терміну служби.

Обличчя повинно виживати випадкові важкі події, максимально мало впливаючи на тертяльні властивості, структурну цілісність і термін служби. Чим вища стійкість до температури, тим вища операційна міцність обличчя. В той же час більш потужні двигуни при майже незмінних умовах встановлення збільшують питому потужність для обличчя.

Тривалість служби

Знос обличчя сильно залежить від рівня температури, який значно варіюється під час експлуатації транспортного засобу, від тертяльної потужності і конкретного тиску на одиницю площі.

Переважна більшість подоланого шляху пройдена при температурах близько чи нижче 100°C, тоді як максимальні навантаження можуть перевищувати 400°C. В таких умовах температурні показники зносу експоненційно зростають. Добре обличчя має низьку швидкість зносу в широкому вагованому спектрі різних температур.

Комфорт

У принципі обличчя може бути використане лише в тому випадку, якщо воно сприяє демпфуванню вібрацій силового потоку через його тертяльний коефіцієнт відносно зміни швидкості ковзання і тим самим запобігає дрижанню. Раніше дрижання було однією з найбільших проблем, пов'язаних із зчепленням. Дрижання помічається, коли перша природна частота силового потоку така велика, що відчувається поздовжня вібрація транспортного засобу. Навіть такі називаються невразливими транспортні засоби з вищим демпфуванням силового потоку чутливі до дрижання в деяких областях широкого спектра використання.

 

Структурна цілісність

На практиці обличчя піддаються широкому спектру центробежних сил і температур. Щоб зчеплення могло працювати в усіх умовах, обличчя повинно мати високу структурну цілісність. Двигуни з високою обертовою швидкістю і трансмісії з великими передаточними числами ставлять високі вимоги до швидкості розриву.

Вимоги до швидкості розриву і, отже, межі міцності матеріалу обличчя є важливим критерієм для вимог до обличчя зчеплення. Швидкість розриву повинна значно перевищувати максимальну швидкість обертання двигуна, оскільки непередбачувані помилкові перемикання передач, у поєднанні з сучасною трансмісією, призводять до дуже високих обертальних швидкостей диска зчеплення.

Випадкові високі температури можуть значно знизити міцність обличчя назавжди. Таким чином, сучасні обличчя повинні мати високу міцність матеріалу навіть після досягнення термічної межі.

Коефіцієнт тертя

Коефіцієнт тертя та зусилля стиснення визначають момент на зчепленні. Чим вищий коефіцієнт тертя, тим менше сил потрібно в зчепленні і системі її активації. Мета розробки обличчя полягає в досягненні найвищого можливого коефіцієнта тертя, при цьому всі інші властивості обличчя залишаються прийнятними. Теоретично можливі рівні від 0,1 (коефіцієнт тертя на ковзання) до 1,0 (шина). Коли розглядаються весь температурний діапазон і всі властивості обличчя, які беруться до уваги разом, можливо досягти нижньої межі 0,2. Проте важливо зберігати сталість коефіцієнта тертя.

Простір для установки та вага

Загальний резерв зносу облицювань становить лише кілька міліметрів, що приблизно складає третину товщини облицювання. Більшість товщини облицювання потрібна для їх кріплення. Досягнення хорошої переключення передач вимагає низької інерції від зчепленого диска і, відповідно, від облицювань. Мета - мінімізувати об'єм і конкретну вагу облицювань.

Вартість

При розгляді великих серій виробництва вартість облицювань визначається двома основними чинниками: витратами на матеріали та витратами на обробку. На більш детальному рівні слід враховувати ще два фактори витрат: витрати на проектування зчеплення та витрати на гарантійне обслуговування, які обидва значно впливають на властивості облицювань.

Конфліктуючі цілі розвитку облицювання

Органічні тертяльні облицювання представляють задовільний компроміс щодо потрібних властивостей. Однак цей компроміс виникає через те, що деякі трибологічні та структурні властивості облицювань протистоять одна одній. Крім того, існують взаємодії між всіма властивостями облицювань. Це означає, що оптимізуючи одну властивість, ми змінюємо всі інші.

Макроскопічні властивості облицювань є результатом взаємодії їх матеріального складу. Рецепт облицювань містить до 25 різних сировин. Велика кількість сировини та можливі взаємодії призводять до обширних випробувань і вимагають систематичної роботи.

Фактичні рішення облицювань

Основна технологія - тканинні облицювання

Для звичайних застосувань, де важливо відповідати певним основним вимогам, вартість є основною турботою. Сучасні облицювання, такі як ті, що виробляються LuK, виготовлені з тканинного композиту імпрегнованого смолою. Мета розвитку - знайти збалансований компроміс між всіма вимогами до облицювань.

Тканинне облицювання з функціональним поділом

Результат розвитку облицювань - це збалансований компроміс між всіма технічними властивостями облицювання. Для досягнення більшого ступеня свободи в розвитку облицювань можна придумати облицювання з двома функціональними областями. Базовий шар облицювання служить основою для структурної цілісності і міцності, оптимізованої в цьому відношенні. Шар тертя облицювання може бути трибологічно оптимізований для тривалого терміну служби і виконання коефіцієнта тертя. Тонке поверхневе покриття забезпечує високий початковий коефіцієнт тертя та усуває необхідність в пробігу.

Міцність і стійкість до зносу визначаються в основному типами волокон, які використовуються. Обидва шари відрізняються типами ниток і несучими волокневими структурами, тоді як використовується та ж сама з'єднувальна речовина з тими ж наповнювачами. Потік речовини між шарами поліпшує зв'язок між шарами. Матеріал C3002 забезпечує з використанням цієї багатошарової технології високий рівень міцності, навіть після тривалого впливу високої температури, при цьому він має дуже хороші трибологічні властивості.

Сухе порошкове облицювання з функціональним поділом

Ідея поділу облицювання зчеплення на різні функціональні області була вперше запропонована з облицюванням RCF-1, що містить сухий порошковий розчин. Це облицювання виробляється LuK вже багато років і є перевіреною технологією в мільйонах автомобілів. Сухий змішаний органічно зв'язаний зчеплення має ту ж саму хімічну структуру, що і тканинне зчеплення, з двома основними відмінностями. Посилюючі волокна випадково орієнтовані в облицюванні, а змішаний порошковий розчин дуропласт-еластомер складається з порошкової суміші, а не рідкого розчину. Сталева пластина в облицюванні забезпечує структурну цілісність і міцність.

Концепція Slim Disc

Висока щільність потужності, особливо для систем передачі на схід-захід, вимагає зчеплень компактних розмірів та великої теплової потужності. У багатьох випадках товщина тископластини представляє компроміс між необхідною тепловою потужністю та доступним простором. Тонші зчеплені диски та, таким чином, облицювання сприяють міцнішому зчепленню завдяки товшим тископластинам.

Розробка конструкції "Slim Disc" від LuK враховує ці вимоги. "Slim Disc" поєднує сталевий плитковий мас-пресований технологію облицювання, розроблену LuK, з новим типом концепції кріплення. Облицювання утримують паралельну форму протягом всього температурного спектру. Це досягається за допомогою виступів між бічними утримувачами облицювання.

За тим же допуском зносу можна отримати приблизно 2 мм простору для установки. У результаті можливі товші тископласти та маховики, а отже, збільшена теплова потужність, що внесе значний внесок у зроблене зчеплення.

Концепція високої температури Slim Disc HPF

З розробкою нової системи матеріалів HPF (High Performance Facing) на основі спеціального термостійкого дуропласта та описаної вище конструкції диска, LuK вдалося створити зчеплення, яке надійно працює при високих температурах, відповідаючи всім іншим вимогам до облицювання.

Крихкість та технологія процесу сприяють виробництву матеріалу облицювання у вигляді пластин. Як і в дизайні Slim Disc, стабільність розмірів при високих температурах досягається за допомогою виступу з'єднання, а пластини кріпляться радіально зсередини зчеплення.

Крім зчеплення, яке термічно оптимізоване завдяки тископластині з більшою тепловою потужністю, концепція HPF дозволяє досягти набагато вищих температур на поверхнях тертя та в оточенні. Матеріал облицювання для зчеплення більше не є термічно обмежуючим фактором.

Інші матеріали облицювання

Кераметалеві матеріали

Кераметалеві матеріали використовуються в тракторах та важкій будівельній техніці, якщо вимагається виняткова термостійкість та великі коефіцієнти тертя. Серйозні недоліки в роботі на старті та зносі матеріалу обмежують їх застосування.

Вуглецеві композити

Вуглецеві композити мають дуже цікаву властивість. Коефіцієнт тертя зростає з температурою, особливо вище 300 °C. Ситуація з вартістю та зносом в порівнянні з конвенційними матеріалами є, однак, проблематичною. Тому вуглецеві композити використовуються лише в авіаційних та автоспортивних застосуваннях.

Керамічні матеріали

Керамічні матеріали на основі силікатів, карбідів або оксидів все ще знаходяться на експериментальному етапі. Керамічні матеріали використовуються переважно як заміна чавуну як тертя, при цьому тертливий елемент залишається органічним сполуком. Цікаві нові застосування, використовуючи неорганічні тертливі елементи, все ще показують занадто великий знос абразивів.

Резюме

LuK може запропонувати широкий спектр технологій облицювання, від широко використовуваної базової технології до дуже економічних нових рішень та високотехнологічних рішень для дуже вимогливих застосувань. LuK може надати індивідуальну технологію облицювання для кожного автомобільного застосування.

Перспективи

Розробка зчеплень та облицювань стала ще тісніше взаємопов'язаною, а міжгалузева співпраця хіміків та механічних інженерів привела до нових рішень з конкретним потенціалом для масового виробництва. Більше конкретних ідей перебуває в ранніх стадіях розробки і має веде до подальших технічно та економічно цікавих альтернатив облицювання зчеплення.