ZESZY TY N A U K O W E PO L IT EC H N IK I ŚLĄSKIEJ Seria: TR A N SPO R T z. 44
2002 N r kol. 1562
M arcin K RUPA , M irosław W ITA SZEK
BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRYBOLOGICZNYCH MATERIAŁÓW CIERNYCH HAMULCÓW SAMOCHODOWYCH
S treszczenie. W artykule przedstaw iono w yniki badań laboratoryjnych tarcia i zużycia m ateriałów stosow anych w parach ciernych ham ulców sam ochodow ych. B adania prow adzo
no na stanow isku typu trzpień - tarcza. Stw ierdzono w ystępow anie zależności w spółczynnika tarcia od tem peratury.
RESEARCH OF TRIBOLOGICAL PROPERTIES OF FRICTION MATERIALS FOR AUTOMOTIVE BREAKS
S u m m a ry . This paper presents results o f laboratory w ear and friction tests o f m aterials for autom otive brakes. These tests w ere carried out on pin-on-disk m achine. D ependence betw een coefficient o f friction and tem perature has been detected.
1. W PR O W A D ZEN IE
K ierunki rozw oju pojazdów sam ochodow ych staw iają stosow anym w nich ham ulcom co
raz to w iększe w ym agania eksploatacyjne w yrażające się m iedzy innym i zw iększonym zapo
trzebow aniem na m om ent i energię ham ow ania oraz zw iększonym znaczeniem trw ałości i niezaw odności działania ham ulców , szczególnie w sytuacjach ham ow ania aw aryjnego. Ze w zględu na kryteria działania i trw ałości ham ulca podstaw ow e znaczenie m a ją w łaściw ości trybologiczne m ateriałów ciernych. W ynika stąd potrzeba pełnej znajom ości tych w łasności dla m ateriałów stanow iących skojarzenie cierne w danym ham ulcu.
N ależy się spodziew ać w drożenia coraz to now szych, bardziej w yspecjalizow anych m ate
riałów ciernych, które to pow inny odznaczać się dużym ustabilizow anym w spółczynnikiem tarcia, m ałym zużyciem , w y starczającą w ytrzym ałością i redukcją hałasu. P ożądane jest, aby w spółczynnik tarcia był niezależny od tem peratury, prędkości poślizgu i zanieczyszczeń w postaci np. w ody, oleju czy płynu ham ulcow ego. W ażne je st rów nież zachow anie danego m ateriału ciernego w w ysokich tem peraturach, poniew aż w czasie pracy ham ulca tem peratura m oże przekraczać naw et 500°C. Szczególne znaczenie m a w ięc odporność term iczna m ate
riałów ciernych, zdolność do odprow adzania ciepła oraz nieduża rozszerzalność term iczna.
M ateriały, okładziny cierne, elem enty, zespoły i układy ham ulcow e poddaje się na róż
nych etapach prac konstrukcyjnych i rozw ojow ych badaniom : - laboratoryjnym ,
- stanow iskow ym na bezw ładnościow ych dynam om etrach, - eksploatacyjnym , trakcyjnym lub drogowym .
W ram ach p racy przeprow adzono badania laboratoryjne w łaściw ości trybologicznych wy
branych m ateriałów używ anych w budow ie ham ulców sam ochodow ych.
2. BA D A NIA W ŁA SN E
Badania laboratoryjne zostały przeprow adzone n a testerze T-01M (rys. 1) przeznaczonym do oceny w łasności trybologicznych m ateriałów używ anych na trące się elem enty m aszyn i urządzeń w spółpracującym z kom puterem klasy PC.
a .
a
Rys. 1. Schem at urządzenia badaw czego T-01M , 1- przeciw próbka, 2- próbka, 3- ciężarki Fig. 1. Schem e o f testing m achinę T-01M : 1- counter specim en, 2- specim en, 3- load
W ęzeł tarcia był utw orzony przez obracającą się tarczę i dociskany do niej trzpień przy stałym obciążeniu styku, pozw alającym na uzyskanie nacisków pow ierzchniow ych m iędzy próbką a tarczą w zakresie 0 - 1 , 5 M Pa. W trakcie badań m ierzono i rejestrow ano:
silę tarcia,
- prędkość liniow ą przeciw próbki w m iejscu styku z próbką, - tem peraturę próbki w pobliżu w ęzła tarcia.
M iarą zużycia ściernego próbki oraz przeciw próbki był ubytek m asy.
2.1. M a teria ły u ży te w b a d a n ia c h
Próbka m iała kształt w alca o w ym iarach ja k na rys. 2, poddana została obróbce m echa
nicznej poprzez toczenie z okładziny ciernej FO - 911 w ykonanej na b azie żyw ic syntetycz
nych, kauczuku syntetycznego, w ypełniaczy m etalicznych w postaci proszków i w łókien sta
lowych oraz innych w ypełniaczy niem etalicznych. B arw a kom pozytu b y ła ciem noszara z w i
docznymi błyszczącym i w trąceniam i w ełny stalowej i granulatu m osiężnego. O kładzina wy
B adania w łaściw ości trybologicznych.. 87
konana była techniką prasow ania na zim no, a następnie poddana specjalnej obróbce term icz
nej stabilizującej w łaściw ości cierne i fizykochem iczne.
Przeciw próbka by ła w kształcie tarczy o w ym iarach ja k na rys. 3, poddana obróbce m e
chanicznej poprzez toczenie z tarczy ham ulcow ej z żeliw a szarego G h 190 o twardości 190 HB.
Rys. 2. P róbka zastosow ana w badaniach Fig. 2. Specim en used in tests
Rys. 3. Przeciw próbka zastosow ana w badaniach Fig. 3. C ounter - specim en used in tests
2.2. P rz eb ie g b a d a ń
Próbka została zam ocow ana w uchw ycie ram ienia urządzenia badaw czego, natom iast przeciw próbkę um ieszczono w opraw ie obrotow ego elem entu urządzenia T - 01M. W zależ
ności od kolejnego cyklu badaw czego ustalono odpow iednie param etry badań zestaw ione w tabeli 1.
Tabela 1
Param etry badań Liczba
cykli
Prędkość liniowa v [m/sl
Siła nacisku P [N]
Droga tarcia s[m ]
1 1 30 1 00 0 0
2 1 40 1 00 0 0
3 1 50 1 0 0 0 0
4 1,5 30 1 00 0 0
5 1,5 40 1 0 0 0 0
6 1,5 50 1 0 0 0 0
7 2 30 1 0 0 0 0
8 2 40 1 0 0 0 0
9 2 50 1 0 0 0 0
Pom iar w ielkości siły tarcia, przem ieszczenia liniowego i tem peratury przekazyw any byl do m ikroprocesorow ego sterow nika trybologicznego, a następnie w celu rejestracji do kom putera.
2.3. W y n ik i b a d a ń
Po każdym cyklu badań dokonano pom iaru ubytku m asy próbki oraz przeciwpróbki.
Ubytki m asy zostały zobrazow ane na rysunku 4 i 5. Z rysunków tych w ynika, że dla prędko
ści 1 oraz 1,5 m /s obserw ow ano zazwyczaj zw iększanie się zużycia ze w zrostem nacisku.
N atom iast przy prędkości 2 m /s w zrost nacisku w yw ołał spadek zużycia m ateriału okładziny ciernej i tarczy ham ulcow ej. W celu w yjaśnienia przyczyn tego zjaw iska konieczne je st prze
prowadzenie dalszych badań.
T ypow ą zależność w spółczynnika tarcia od drogi przedstaw iono n a rys. 6. Jak w idać, na tym rysunku w początkow ym okresie w spółpracy w ystępuje w zrost w spółczynnika tarcia, a następnie je g o stabilizow anie się. Jest to zw iązane z ustaleniem się tem peratury pracy w ęzła tarcia (rys. 7).
C Y K L PRA CY
Rys. 4. U bytek m asy próbki po każdym cyklu badań Fig. 4. W eight loss o f specim en after each test cycle
B adania w łaściw ości trybologicznych.. 89
C Y K L P R A C Y
Rys. 5. U bytek m asy p rzeciw próbki po każdym cyklu badań Fig. 5. W eight loss o f counter - specim en after each test cycle
DROGA TARCIA [mj
Rys. 6. Zależność w spółczynnika tarcia od drogi tarcia (cykl nr 3) Fig. 6. D ependence o f friction coefficient on sliding distance (test cycle 3)
DROGA TARCIA [m]
Rys. 7. Z ależność m ierzonej tem peratury próbki od drogi tarcia (cykl n r 3)
Fig. 7. D ependence o f m easured specim en tem perature on sliding distance (test cycle 3)
N a rys. 8. przedstaw iono w pływ tem peratury na w artość w spółczynnika tarcia. Jak wynika z tego rysunku, obserw uje się zauw ażalny w zrost w spółczynnika tarcia ze w zrostem tem pe
ratury m ierzonej w pobliżu m iejsca styku badanej pary.
T E M P E R A T U R A [ o C ]
Rys. 8. Z ależność w spółczynnika tarcia od tem peratury próbki (cykl n r 3) Fig. 8. D ependence o f friction coefficient on specim en tem perature (test cycle 3)
Badania w łaściw ości trybologicznych.. 91
3. U W A G I K O Ń C O W E
Przeprow adzone w p racy b adania laboratoryjne w spółczynnika tarcia i zużycia w ybranych m ateriałów stosow anych w ham ulcach sam ochodow ych pozw oliły n a określenie w ybranych w łaściw ości trybologicznych tych m ateriałów . Zaobserw ow ano w iększe zużycie okładziny ciernej niż tarczy ham ulcow ej, spow odow ane różnicą tw ardości tych m ateriałów.
Z zależności w spółczynnika tarcia funkcji drogi w ynika, że w ystępuje niew ielki w zrost w spółczynnika tarcia w początkow ej fazie badania, a następnie jego ustabilizow anie w zakre
sie 0,35 - 0,4. P rzebieg tem peratury m a bardzo zbliżony charakter. Pozw ala to na stw ierdze
nie, że istnieje ścisła zależność pom iędzy tem peraturą a w spółczynnikiem tarcia, co obrazuje rys. 8.
Literatura
1. Law row ski Z.: Tribologia, tarcie, zużycie i sm arow anie. PW N , W arszaw a 1993.
2. Janecki J.: Zużycie części sam ochodow ych w ykonanych z tw orzyw sztucznych. WKŁ, W arszaw a 1982.
3. W rzesiński T.: H am ow anie pojazdów sam ochodow ych. W K Ł, W arszaw a 1978.
4. Scieszka St.: H am ulce cierne. ITE, G liw ice - R adom 1998.
5. A uto M oto Servis. H am ulce tarczow e. Poradnik serw isow y n r 11,2000.
6. G rzybek J., K ołodziej E.: P roblem y eksploatacji. Instytut pojazdów sam ochodow ych i silników spalinow ych. P olitechnika Krakow ska, K raków 2002.
7. O rzełowski S.: E ksperym entalne badania sam ochodów i ich zespołów . W NT, W arszaw a 1995.
Recenzent: D r hab. inż. Edm und Tasak prof.A G H
Abstract
Tribological properties o f elem ents o f autom otive brakes are very im portant. In this work tests o f coefficient o f friction and w ear o f com posite brake linings and cast iron brake disks have been carried out. D ependences betw een w ear, load and sliding speed have been ob
tained. Results indicate that coefficient o f friction increases w ith incerase o f tem perature o f w orking elements.
