三、摩擦片和换挡平顺性
不少人都有过换挡时发生换挡抖动、颤动或冲击的感受,在变速器维修时也经常会为如何消除这些现象而大伤脑筋。影响这些问题的因素很多,有液压系统方面的也有机械系统方面的,但摩擦材料也会对其造成影响,尤其是在售后市场进行变速器修理的时候。
图4是摩擦副在一个摩擦循环中的力矩变化图形,从图中可以了解到,在压力一定时,动态摩擦系数是在一定范围中变化的,正是这个变化造成了图中的马鞍形曲线。摩擦系数的变化越大,马鞍形的凹心深度越大。
当离合器在完成一个摩擦循环的过程中需要经历大范围的摩擦系数变化时,这个工作过程产生抖动和颤动的几率就会增加。所以主机厂选择摩擦材料时通常要考核摩擦材料的摩擦系数是不是能达到要求的范围,即中点摩擦系数μm的范围和端点摩擦系数与中点摩擦系数的比值μe/μm(简称“端中比”)。工程希望换挡离合器摩擦材料的端中比值能最大限度地接近于1,以减少换挡时发生抖动或颤动的可能。这种选择通常是通过三个基本实验完成的,分别是SAEJ2490 μPVT多等级摩擦评价实验、SAEJ2487 Step Power能量阶梯实验和SAEJ2489 Durability耐久性实验,这三个SAE标准实验都是在这台SAE2#标准实验台架(见图5)上完成的。
每个实验都会考察上面两个指标在整个实验过程中的变化情况,所以经过主机厂认可的摩擦材料在基本性能上都会得到保证。那么其他与摩擦片直接相关的影响因素还有什么呢? 我们知道,摩擦片和钢片从刚刚接触到把摩擦材料中吸入的油都呼出要经历一个对摩擦材料的压缩过程。这一过程中对于换挡平顺影响最大的因素就是摩擦材料的弹性。如果摩擦材料的刚性(或者说是硬度)太大,活塞的推进力不能得到有效的缓冲甚至产生回弹时,摩擦副的结合就不稳定,就会产生换挡冲击。在售后市场修理变速器时,很多时候即使换了新的摩擦片,仍然会产生换挡冲击,有的多次调整也不能解决。其实原因就是在进行更换时,没有更换的钢片或是摩擦片已经使用了一段时间,由于磨损导致厚度发生变化,从而使离合器的间隙比设计值大,在工作时,单片移动的工作行程加长。这段加长的工作行程使得摩擦面结合不稳定而造成冲击。当然,如果摩擦片的生产商不是原供应商,那么由于产品可能出现的测绘差异、精度差异也会造成摩擦面结合不稳定产生的换挡冲击。
为了解决类似问题,市场上出现了特殊的摩擦片,叫作“高能片”。这种摩擦片使用了一种高强度的化学合成纤维“凯夫拉”。凯夫拉是美国杜邦公司为生产防弹防刺衣而研发的产品,具有高耐热、高强度和高弹性,用这种纤维与树脂混合生产的摩擦片的表面耐温可达400℃以上。这类摩擦片在浸油后颜色会变黑,且表面有一层茸毛站立,这些茸毛就是坚韧的凯夫拉纤维,这种现象在切制油槽处会更加明显。
这些茸毛由摩擦纸的肌体将其固定住,它在离合器切合时起到附加的缓冲作用,在摩擦面真正结合前消除各种外来因素导致的换挡冲击、颤动或抖动。通俗地讲,可以想象这样的场景:一个人平躺着从高处落下,落到一片茂密的草地上和直接落到硬土地上相比,一定是落到草地上受到的冲击更小。
在离合器切分时,这些高弹性的茸毛又会伴随着摩擦片的呼吸作用从切合时被压的倒伏状态反弹回到站立状态,从而分裂开在摩擦副之间的油膜,帮助离合器片脱开。