树脂基摩擦材料的设计及其制动性能研究

摘要

制动摩擦材料作为制动器的关键性部件，其性能的好坏直接关系着制动系统运行的安全性和稳定性。然而，现有的矿山机械制动系统的制动摩擦材料，都不同程度存在摩擦因数低、制动性能差、使用寿命短等不足，难以满足矿山机械制动中特有的制动力矩大、制动次数频繁、工矿条件恶劣等要求。本课题针对上述现实问题，通过理论和试验研究，以自行制备的树脂基制动材料为研究对象，探讨树脂基体、混杂纤维、工况条件对摩擦材料制动性能的影响及其摩擦磨损机理，以期为高摩擦长寿命树脂基摩擦材料的研究和应用提供理论和试验依据。
　　采用热压烧结技术分别研制了以酚醛树脂(PF)、腰果壳油改性酚醛树脂(CNSLPF)、环氧改性酚醛树脂(EMPF)为基体的摩擦材料，并在不同制动速度、制动压力下研究其制动性能，研究结果表明：CNSLPF试样具有较为稳定的摩擦系数和最小的磨损率，并且对偶制动轮磨损较小；磨损表面平整光滑，磨损形式为微犁沟和疲劳剥落。制备的四种不同 CNSLPF含量的树脂基摩擦材料的硬度随树脂含量的增加明显增大，摩擦因数与摩擦表面温度随时间均为先增加后趋于稳定，较高的表面温度有利于减小摩擦系数的波动；树脂含量在26％~28％时，摩擦磨损综合性能最佳。
　　采用体积分数28％的CNSLPF作为粘结剂，采用陶瓷纤维、碳纤维、矿物纤维、芳纶纤维作为增强组元，采用L9(34)正交试验表进行正交优化设计，通过信噪比分析、方差分析，确定出因子的主次影响以及纤维配比，研究表明：芳纶纤维对摩擦因数与磨损率的影响显著，能最大程度的增大摩擦因数、减小磨损；陶瓷纤维和矿物纤维由于纤维本身较脆，不利于摩擦材料磨损量的提高；碳纤维本身的润滑性与高导热性对摩擦表面层有重要影响，对磨损量影响显著。
　　最后，在干、湿两种制动工况下，研究了摩擦因数、磨损率随不同制动压力、制动速度的变化规律，并对磨损机理进行了相关探讨。干摩擦条件下，摩擦因数波动范围为0.36~0.5；水制动条件下，摩擦因数波动范围为0.2~0.4。干、湿两种制动工况下，摩擦因数均随滑动速度增加先增大后减小，摩擦因数的最大值随着制动载荷的增加向坐标原点移动。低载荷制动条件下，摩擦因数变化曲线只有上升部分；高载荷制动条件下，摩擦因数变化曲线只有下降部分。干摩擦条件下，摩擦接触面磨屑分布较多、质量较差，磨损机理为三体磨损，并伴随有第二接触面的生成、消退，摩擦性能不稳定，磨损较大；潮湿工况下，摩擦面光滑平整、表面质量更好，磨损机理为裂纹与犁沟，水分的润滑、冷却、渗透起到了降低摩擦因数、减小磨损的作用。

目录

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 本论文的主要研究内容

1.4技术路线

1.5本章小结

第二章 树脂基摩擦材料制备及性能测试

2.1摩擦材料原料选择

2.2摩擦材料的制备工艺

2.3摩擦材料性能测试

2.4本章小结

第三章 基体对摩擦材料性能影响及其摩擦学行为研究

3.1不同改性酚醛树脂基刹车片的性能研究

3.2树脂粘结剂含量对制动摩擦材料性能的影响

3.3本章小结

第四章 混杂纤维增强树脂基摩擦材料的正交优化设计

4.1实验设计

4.2正交试验的分析

4.3验证试验

4.4本章小结

第五章 树脂基摩擦材料在不同工况下的制动性能分析

5.1制动工况对摩擦材料摩擦学性能的影响

5.2不同工况下的摩擦制动试验

5.3不同制动工况下磨损形貌分析

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文