摩擦学性能的金属三角皮带式CVT润滑剂

文摘

优先考虑润滑剂性能金属V-belt-type CVT (B-CVTFs)应该改善剧增最大转矩之间的皮带和滑轮+优秀的闭锁离合器用于B-CVTs antishudder属性。本研究打算探讨润滑油添加剂的效果改善这些B-CVTs的表演。此外,表面分析技术被用来获得新颖的见解tribofilms的化学复合材料和形态。因此,它是至关重要的更大的扭矩容量给更高的金属接触接口之间的边界摩擦系数,与边界润滑膜的形成过程是从抗磨添加剂用于B-CVTFs强烈影响最大转矩。此外,它是发现一种润滑剂配方给了一个优秀的antishudder湿式离合器的性能保持更高的金属之间的摩擦系数,这将导致改善B-CVTs的性能。

1。介绍

有两种类型的传输用于汽车:自动和手动。自动变速器称为ATs的市场份额已经超过97%的所有传输安装在汽车在日本(1]。特别是,有越来越多的轿车,功能不断变量传输(cvt)因为cvt取得更好的燃油经济性。cvt中,汽车的数量与金属推动带式cvt (B-CVTs)每年稳步增长,目前应用于汽车的发动机排量超过3升。B-CVT由大约400段组成的钢带和层压环,如图1。权力是通过皮带和皮带轮之间产生的摩擦力。为了提高传输效率和应用程序级传播到更大的汽车,带CVT润滑油脂(B-CVTFs)必须产生一个更高的传输皮带和皮带轮之间的最大转矩。因此,优先级液体的性能应该关注扭矩能力的提高。

有一些报道关于润滑剂对CVT的性能的影响(2- - - - - -4]。例如,锌浮选剂所产生的电影(ZnDTP)添加剂在接触区域有助于实现更高-金属摩擦系数(2]。获得的信息关于tribofilms ZnDTP是有用的在考虑润滑剂的加成反应。ZnDTP tribofilms不发展滚动接触或者水动力膜厚度明显大于表面粗糙度(5]。有机化合物在100 nm厚的最外层组织认定为电影,与P₂O₅硫化锌,FeO说,菲斯和H₂O发现下面这个有机层(6]。这些后者化合物被认为是组成一个磷酸玻璃,与抗磨性能密切相关。也被报道,ZnDTP电影可能形成一个pad-like结构的外层玻璃磷酸锌组成的多磷酸盐10纳米的厚度(7,8]。油的摩擦速度特征包含ZnDTP和分析他们的tribofilms报道(9]。

除了给予更高的皮带系统的最大转矩,B-CVTFs必须兼容在变矩器闭锁离合器安装。因此,CVTFs也应该给一个稍低摩擦系数在闭锁离合器的接触通常制成的纤维素纤维,通常称为antishudder特征对湿式离合器系统。改善antishudder,摩擦需要添加到B-CVTFs修饰符。这种趋势是不可取的金属接触之间的摩擦系数对CVT如皮带和滑轮,让润滑油添加剂配方对CVT复杂应用程序。本研究打算探讨润滑油添加剂的影响如抗磨添加剂、洗涤剂、摩擦改性剂(FM)为提高这些B-CVTFs的表演。此外,原子力显微镜(AFM)和x射线光电子能谱(XPS)被用于考虑tribofilms来自候选人添加剂的性质。候选人的实际性能评估石油通过使用实际带CVT测试仪。

2。实验方法

2.1。在环块摩擦计(LFW-1)

金属之间的摩擦特性进行了评估使用一块环形摩擦计(Falex LFW-1)通过不同滑动速度从1.0到0.025 m / s的恒定负载1112 n (0.6 GPa)和一个常数油温(110°C),如图2。在这项研究中使用的测试程序是基于JASO M358高负载条件(10)评估最大转矩之间的CVT候选人油和参考。

2.2。带CVT台架试验

参数影响剧增扭矩能力进行评估使用CVT台测试仪,如图3。这个测试平台设计的传输性能评估是由摩擦引起的特征基本CVT地区的皮带和皮带轮;它不是一个整个变速箱。带滑轮装配和拍摄的一组商业级单位和带盒子。支持皮带轮的轴承轴在轴承座。一个交流电动机驱动主轮和驱动转矩传递给第二轮通过皮带。第二轮被吸收的输出功率计。速度和扭矩传感器连接到驱动和输出轴。

有滑移现象,由于皮带和皮带轮之间的相对运动。特别是大型滑皮带和皮带轮之间可能导致明显的损坏皮带和皮带轮轮表面因为皮带和皮带轮之间的接触压力估计超过100 MPa (11]。皮带和皮带轮之间的相对滑移与输入转矩的增加,更重要的是定义为皮带和皮带轮之间的滑移率,SR所示(12]: 在哪里在加载条件和速度是比吗在没有负载的特定值。

速度比率被定义为 和上的转速是初级和二级滑轮,分别。

在较低的驱动转矩条件下,一些权力带乐队紧张而不是通过压缩段,有一个很小的滑移率增加。大约在季度负荷滑率突然上升,对应的过渡点,在压缩和松弛一起变化。当驱动转矩达到滑动极限扭矩,macroslip发生和没有更多的扭矩可以传播。这个macroslip发生条件当滑率达到4 - 6(百分比12]。

最大转矩测试是由持有主轮速度稳定在14米/秒和低速度比为2.3。提高传动转矩是一步一步的速度每分钟5 Nm,直到发现滑移率显著增加。最大转矩测试油被定义为驱动转矩时滑率达到3%,因此带系统不会明显受损。

2.3。低速摩擦装置(LVFA)

低速摩擦装置(LVFA)基于JASO M349 [13)是用于antishudder属性闭锁离合器摩擦片和钢板组成的。这个测试方法如图4广泛用于评估为湿式离合器摩擦行为系统的传输。磨合运行30分钟应当按照条件接触压力为1.0 MPa,滑动速度0.6米/秒,80°C的油温。在完成试运转操作,测试液的摩擦系数测量按照图中指定的条件4。液体表现积极μ- v曲线这意味着摩擦系数随滑动速度能够防止不舒服的振动称为发抖的现象。以下的初始计量μ- v特性、耐久性测试是重复条件下指定的图4,然后μ以24小时的间隔- v性能进行了测量。

2.4。测试油

表1显示测试油的成分。使用的润滑油是加氢裂化矿物组第三石油基混合包含每个添加剂。磷添加剂的抗磨剂添加在同一浓度的0.06质量%所有测试油。钙硼洗涤剂和分散剂混合样品。这些添加剂通常用于CVTFs为了保持清洁和传播也在控制起着重要的作用μ- v特性闭锁离合器(14]。为了探索有效的修饰符(FMs)的摩擦,FM (Nitrogen-type)和调频B(脂型)被添加到油B和C,分别。

3所示。实验结果

3.1。由LFW-1 -金属摩擦特性测试

图5显示了LFW-1 -金属摩擦特性测试。测量每个样品重复三次,和测量数据的标准差是0.002。首先,石油由磷添加剂、洗涤剂、钙和分散剂显示所有测试油的摩擦强度最高。石油与FM B展示了几乎相同的摩擦强度石油A石油C包含调频B的情况下,有24%的减少摩擦系数为1.0 m / s与石油相比A . FM B给一个伟大的对减少-金属摩擦系数的影响。

3.2。表面分析测验后的块

x射线光电子能谱(Joel jps - 9010 mc XPS)和AFM (Veeco口径AFM)被用来调查之间的潜在联系tribofilms的摩擦特性和形态。面分析之前,试样被沉浸在己烷清洗以去除残余油和磨屑。XPS分析确定tribofilm中的元素的深度大约50 nm和分析它们的化学成键条件通过检测放电光电子的动能。在这项研究中,一束x射线光子能量Mg-Kα(10 kV)辐照测试表面的中心在1纳米直径的位置。大约15秒后溅射氩辐照,相应取消5 nm厚层的表面,XPS分析重复获得信息的组成和变化成键条件从表面到新的深度。

图6显示了XPS深度剖面在tribofilms测试块样品,石油A, B, c .山峰碳酸钙(CaCO对应₃)和钙磷酸盐(CaHPO₄或Ca₂P₂O₇)分别在347.3 eV和347.6 eV。在石油的情况下,有一个顶点在347 eV,如图6。津贴的测量误差在±0.5 eV结合能。一些钙磷酸盐和碳酸钙可能在摩擦表面生成。这些钙物种被发现从表面深度超过90海里。XPS概要文件与石油B非常相似的石油,这意味着钙物种可能会形成表面以及石油A有一个高峰在347 eV的石油C .然而,钙的存在物种被发现从表面最多40 nm,因此钙化合物从石油C的厚度比油稀释剂A和B。

AFM允许真正的表面纳米尺度下调查tribofilm形态(15]。在这项研究中,在接触模式下AFM图像记录与v型硅₃N₄悬臂。为了确保一致性,相同的探针用于扫描每个样本和指定的决议在法线方向1海里。AFM提示不太可能会损害表面因为这接触力水平极低而在摩擦接触力tribofilm测试和预期的力学性能。

接触力模式下AFM的性质被用来描述tribofilm块。中部的穿跟踪后续测试扫描超过50块μm×50μ200米的速度μm / s。图7说明了AFM的地形图像后续测试块来自测试油。注意,AFM图像的明亮部分代表了更高的表面位置。非常有趣的是,后续测试表面油一个展览显然密集的沉积结构:口供有1 - 5μ细长的滑动方向。此外,高度密集的口供可以观察到在穿伤疤从石油b这些口供可能由碳酸钙和磷酸钙的XPS结果如图6。然而,从石油表面C并不拥有不同的口供。此外,山脊中部存在磨损轨道和双方是抛光,这可能是由于缺乏钙的生成复合膜表面。这些结果表明,摩擦行为很大程度上取决于当地的形态学tribofilms来自润滑油的添加剂。

3.3。剧增扭矩测试油的能力

图8显示测试油的最大转矩,进行不同的第二轮锁模力从19.3到36.8 kN以恒定主轮14米/秒的速度和较低的速度比为2.3。石油的最大转矩36.8滑轮的力量kN规范化的最大转矩是1。的转矩能力测试油用滑轮力成比例增加,和可重复性的测量值在±3%。石油的扭矩是最伟大的测试油和17%的石油比c .扭矩油B几乎相同级别更高的负载条件。测试的最大转矩的不同油LFW-1符合结果,如图5,证明使用LFW-1摩擦计作为评估B-CVT扭矩能力的测试方法。至关重要的更大的扭矩容量给更高的边界摩擦系数之间的金属接触界面。

更高的扭矩容量液体将会带来一个潜在的提高CVT的传动效率的单位。油给17%最大转矩大于C 36.8 kN轮夹紧力。当第二轮力从36.8减少到25 kN(32%)对石油,石油获得相同的扭矩能力水平随着石油C滑轮的36.8 kN。因此,更高的扭矩容量液应用于CVT单位可能有助于减少所需最大轮夹紧力。有可能油泵负载较低,从而导致减少总功率损耗CVT单位。

3.4。Antishudder闭锁离合器的性能

图9显示antishudder测试油的性能评估使用LVFA在80°C。摩擦系数的石油几乎是常数较低速度条件0.006和0.3米/秒之间,这意味着antishudder产权产生负面影响。石油与摩擦修饰词表现出积极的B和Cμ在小于0.3 m / s - v曲线,因此antishudder性能好。Kugimiya [14)研究的影响每个典型添加剂应用于atfμ- v特性。大部分的摩擦修饰符(醇、胺、酸和酰胺)减少摩擦系数较低的滑动速度。分散剂和清洁剂可以增加摩擦系数较高的滑动速度。从这些影响,石油B和C显示阳性μLVFA - v曲线。

接下来,antishudder耐久性测试油如图10。一个近似表达式表示μ在40°C - v特性被(从摩擦计算获得3),参考判断antishudder应当使用寿命: 在哪里和在滑动摩擦系数0.3和0.006 m / s的速度,分别。

在这项研究中,使用寿命antishudder定义时的价值达到零。

结果如图10包括antishudder JASO参考传输流体的生活TIII评估同样的试验装置,和耐久性TIII低于零的168小时。另一方面,对石油B仍然保持着一个积极的价值超过240小时,比TIII指示antishudder更长使用寿命。

商业用途的CVT的液体,两个不同的润滑剂不允许优化性能根据各自的目的。这意味着CVT流体必须兼容的组件在整个CVT单位如皮带和滑轮,湿式离合器,齿轮和轴承。从这些结果,这种添加剂配方如石油B将为提高antishudder性能属性-金属摩擦系数。

4所示。讨论

石油B包括磷添加剂、洗涤剂、钙分散剂,FM显示-金属摩擦系数较高,antishudder性能好等特点。这里,更高的金属之间的摩擦的原因得到石油B进行了探讨。从XPS分析的结果如图6厚很多钙tribofilm物种被确定在穿疤痕油B比c .电影来源于石油B如图7因此表现出密集的滑动方向的口供而表面油C没有统一和零件磨损。泰勒和峰值(16)表明,ZnDTP反应电影似乎抑制润滑剂夹带进入接触,从而导致了弹流润滑(EHL)相比ZnDTP-free润滑油膜厚度。假定B厚和密集tribofilm来源于石油发挥作用防止磨损和抑制润滑剂的夹带进入界面,导致更高的摩擦。

此外,tribofilm形成的行为的差异和摩擦特性石油B和FM调频之间石油LFW-1 C和B LVFA进行了探讨。A和B两种调频可能发挥作用在降低摩擦系数较低的速度约为0.06 m / s,降低接触LVFA 1 MPa的压力。然而,FM A和B -金属摩擦给不同的影响在更高的压力在LFW-1 0.6的绩点。调频石油B没有打扰的形成钙tribofilm物种在摩擦表面,如图7AFM地形。调频B石油C可能更强烈吸附表面导致防止形成钙tribofilm物种,因此较低的摩擦。调频A和B的不同影响LFW-1和LVFA测试可能会受摩擦学的条件影响两者之间的接触压力和滑动速度等测试。

5。结论

带CVT润滑油脂(B-CVTFs)必须能够产生更大的剧增最大转矩之间的皮带和滑轮和一个优秀的antishudder房地产闭锁离合器系统级单位。润滑油添加剂的影响研究为提高这些B-CVTs的表演。此外,表面分析技术被用来获得新颖的见解tribofilms的化学复合材料和形态。研究结果可以总结如下。(1)润滑剂添加剂配方组成的洗涤剂和钙磷抗磨剂证明-金属摩擦系数高,过程和边界润滑膜的形成来源于这些添加剂用于B-CVTFs强烈影响摩擦学的财产。(2)找到一种润滑剂的配方给一个优秀的antishudder湿式离合器的性能保持更高的金属之间的摩擦系数,这将导致改善B-CVTs的性能。

引用

1. 日本汽车经销商协会年度报告的新车注册数量31日版,2008年版。
2. h .三井”趋势和液体金属的需求推动带式cvt,”Tribologists的日本社会杂志》上,45卷,不。6,十三至十八页,2000年。视图:谷歌学术搜索
3. k .成田机场和m .牧师,”-金属摩擦特性和金属V-belt-type连续可变传动的传动效率,”美国机械工程师学会学报》上,J,卷221,不。1,11-26,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. t .石川y村上,r . Yauchibara和a .佐野”皮带传动的影响CVT液体金属部件之间的摩擦系数,”SAE纸972921年,1997年。视图:谷歌学术搜索
5. h . Fujita和h·a .峰值”的形成锌浮选剂抗磨的电影,”美国机械工程师学会学报》上,J,卷218,不。4、265 - 277年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. Bec, a . Tonck j·m·乔治·r·c·忸怩作态,j·c·贝尔和g . w . Roper“锌浮选剂抗磨损的机械性能和结构之间的关系的电影,”英国皇家学会学报》上,卷455,不。1992年,第4203 - 4181页,1999年。视图:谷歌学术搜索
7. z阴,m . Kasrai m·富勒通用班克罗夫特,k . Fyfe和k h . Tan“软x射线吸收光谱在化学中的应用产生的抗磨电影描述ZDDP我部分:物理参数的影响,“穿,卷202,不。2、172 - 191年,1997页。视图:谷歌学术搜索
8. j·m·马丁c . Grossiord t . l . Mogne s Bec和a . Tonck”的两层结构Zndtp tribofilms,第一部分:AES、XPS和黄嘌呤分析,“摩擦学国际,34卷,不。8,523 - 530年,2001页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. m . Muraki和a .大岛渚”油的摩擦速度特征包含锌dialkyldithiophosphates tribofilms和分析,“日本社会的Tribologists杂志》上卷,56号8,523 - 529年,2011页。视图:谷歌学术搜索
10. JASO M358”,金属对金属摩擦特性的标准试验方法带CVT的液体,“2005人。视图:谷歌学术搜索
11. j·d·Micklem d·k·朗莫和c r .洞穴”造型钢推三角皮带,无级变速传动系统”美国机械工程师学会学报》上,C,卷208,不。1,13-27,1994页。视图:谷歌学术搜索
12. c·摩根和r . Fewkes”发展的皮带使用VT20/25E CVT流体测试性能,”SAE纸2002-01-2819,2002。视图:谷歌学术搜索
13. JASO M349,”路vehicles-test anti-shudder自动变速器的性能流体的方法,“1998人。视图:谷歌学术搜索
14. t . Kugimiya“ATF添加剂的影响μ- v特性”国际摩擦学学报》会议,卷2,页1355 - 1360,长崎,日本,2000。视图:谷歌学术搜索
15. a . j . Pidduck和g·c·史密斯,“汽车抗磨电影、扫描探针显微镜”穿,卷212,不。2、254 - 264年,1997页。视图:谷歌学术搜索
16. l . j .泰勒和h·a .峰值”Friction-enhancing抗磨ZDDP添加剂的性质:I-friction部分和ZDDP反应电影的形态,“摩擦学的事务,46卷,不。3、303 - 309年,2003页。视图:谷歌学术搜索

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