金屬V型皮帶式無級(jí)變速器潤(rùn)滑油摩擦學(xué)性能研究-

1、金屬V型皮帶式無級(jí)變速器潤(rùn)滑油摩擦學(xué)性能研究成田圭一潤(rùn)滑油研究實(shí)驗(yàn)室,日本出光興產(chǎn)株式會(huì)社,24-4 Anesakikaigan,千葉市原市299-0107,日本通訊作者為成田圭一,keiichi.narita收到2012年7月26日,接受2012年9月11日學(xué)術(shù)編輯:菲利普Velex版權(quán)所有©2012成田圭一。這是知識(shí)共享署名許可下發(fā)布的開放獲取文章,它允許無限制地使用,分發(fā)和復(fù)制在任何媒體,所提供的原來的工作是正確的引用。用于金屬V型帶式無級(jí)變速器(B-CVTFs潤(rùn)滑劑的性能應(yīng)該優(yōu)先傳送轉(zhuǎn)矩的提高皮帶和皮帶輪加在B-CVT所使用的鎖止離合器優(yōu)良antishudder屬性之間的容量

2、。本研究擬調(diào)查潤(rùn)滑油添加劑對(duì)于提高B超的CVT這些表演的效果。此外,表面分析技術(shù)被用來獲得一個(gè)新的洞察摩擦膜的化學(xué)復(fù)合物和形態(tài)。作為一個(gè)結(jié)果,它是一個(gè)更大的重要扭矩容量,得到金屬接觸界面之間較高的邊界摩擦系數(shù),和邊界的此外,它是發(fā)現(xiàn)一種潤(rùn)滑劑配方的給濕離合器優(yōu)良antishudder性能保持較高的摩擦的金屬,這將導(dǎo)致提高的B-無級(jí)變速器的性能之間的系數(shù)。過程潤(rùn)滑膜的形成從在B-CVTFs上的扭矩容量強(qiáng)烈影響使用抗磨添加劑而得。1.介紹有兩種類型的用于汽車的變速器的,自動(dòng)和手動(dòng)。自動(dòng)變速器的市場(chǎng)份額簡(jiǎn)稱AT的已超過所有傳輸?shù)?7 %安裝在日本汽車1。特別地,有越來越多的客車為特色的無級(jí)變速器(

3、CVT變速器,因?yàn)闊o級(jí)變速器實(shí)現(xiàn)更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。其中無級(jí)變速器,數(shù)汽車金屬壓帶式無級(jí)變速器( B-的CVT 具有穩(wěn)定每年都在提高,目前應(yīng)用于汽車的超過3升發(fā)動(dòng)機(jī)排量。 B- CVT組成由大約400段和層疊鋼帶環(huán),如圖1 。功率是由摩擦傳遞皮帶與皮帶輪之間產(chǎn)生的力。為了提高傳輸效率和蔓延的應(yīng)用以無級(jí)變速器更大的汽車,帶式CVT潤(rùn)滑油( B- CVTFs 必須出示之間更高的傳輸扭矩容量皮帶和滑輪。因此,優(yōu)先級(jí)的性能CVT流體應(yīng)側(cè)重于改善的扭矩容量。有一些報(bào)道關(guān)于潤(rùn)滑劑的作用上的無級(jí)變速器2-4的性能。例如,該膜由二硫代磷酸鋅(型ZnDTP添加劑產(chǎn)生接觸區(qū)域是已知的有助于實(shí)現(xiàn)較高的金屬間摩擦系數(shù)2

4、。信息對(duì)于獲得的ZnDTP的摩擦膜是有用的,當(dāng)考慮從潤(rùn)滑油添加劑反應(yīng)。型ZnDTP摩擦膜不要在滾動(dòng)接觸或發(fā)展動(dòng)力油膜厚度是顯著大于表面粗糙度5。大約100納米的有機(jī)化合物厚被確定為膜的最上層,以P2O5,硫化鋅,FeO的,硫化亞鐵,和H2O檢測(cè)下這種有機(jī)層6。后面這些化合物被認(rèn)為包括玻璃狀磷酸鹽,這是密切與抗磨相關(guān)性能。還已經(jīng)報(bào)道,膜型ZnDTP可以形成由玻璃狀磷酸鹽的墊狀結(jié)構(gòu)以10nm的厚度的Zn多磷酸鹽的外層7, 8。含有油的摩擦速度特性型ZnDTP的摩擦膜和分析的報(bào)道9。除了在帶給予較高的轉(zhuǎn)矩容量系統(tǒng),B-CVTFs必須與鎖止離合器的兼容裝在扭矩變換器。因此,CVTFs也應(yīng)該給一個(gè)在鎖定

5、的參與略低的摩擦系數(shù)離合器通常由纖維素纖維,這是一般的所謂antishudder 的濕式離合器系統(tǒng)的特點(diǎn),對(duì)于antishudder的提高,摩擦改進(jìn)劑是需要被加入到B-CVTFs。這種趨勢(shì)是不希望用于金屬接觸之間的摩擦系數(shù)對(duì)如皮帶和皮帶輪的CVT,并讓潤(rùn)滑油添加劑配方很復(fù)雜的無級(jí)變速器應(yīng)用程序。本研究擬探討潤(rùn)滑油添加劑如抗磨添加劑,洗滌劑,和摩擦改進(jìn)劑(FM的效果,以改善這些表演B超CVTFs。此外,原子力顯微鏡(AFM和X-射線光電子能譜(XPS被用來考慮從得到的摩擦膜的性質(zhì)候選添加劑。候選的實(shí)際表現(xiàn)油通過使用實(shí)際帶式CVT測(cè)試儀進(jìn)行評(píng)價(jià)。2.實(shí)驗(yàn)方法2.1。環(huán)塊摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)(LFW-1的

6、摩擦特性金屬之間使用基于塊的評(píng)價(jià)環(huán)型2.2。帶式CVT臺(tái)架試驗(yàn)。影響傳送的參數(shù)使用CVT板凳扭矩容量進(jìn)行了評(píng)估測(cè)試儀,如示于圖3。此測(cè)試裝置被設(shè)計(jì)成評(píng)估這也是造成的傳輸性能在所述帶的必不可少的CVT部件的摩擦特性和滑輪,它不是一個(gè)整體變速箱。帶組件和滑輪取出一個(gè)商業(yè)CVT 單元和設(shè)置在帶框。配套的滑輪軸的軸承持有枕頭塊。 AC電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主皮帶輪和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩被傳遞到次級(jí)皮帶輪通過皮帶。從次級(jí)帶輪的輸出由測(cè)力計(jì)所吸收。速度和扭矩傳感器被連接到驅(qū)動(dòng)器和輸出軸。由于受到relativemotion之間的滑移現(xiàn)象皮帶和滑輪。特別是,之間的一個(gè)大滑皮帶和皮帶輪可導(dǎo)致向帶一個(gè)顯著損壞側(cè)滑輪和滑輪面,因?yàn)榻?/p>

7、觸壓力之間的皮帶和皮帶輪被估計(jì)超過100MPa的11。皮帶與皮帶輪之間的相對(duì)滑動(dòng)在摩擦學(xué)研究進(jìn)展將與輸入轉(zhuǎn)矩的增加而更顯著。它被定義為皮帶和皮帶輪之間的滑移率,SR所示12:其中,IL是速度比在一個(gè)加載狀態(tài)和IN是在無負(fù)載的特定值。速度比定義為N p和N是在初級(jí)的旋轉(zhuǎn)速度和第二輪,分別。在較低的驅(qū)動(dòng)扭矩條件下,一些權(quán)力在帶由帶張力通過未通過壓縮在段,并且在一個(gè)非常小的增加滑移率。該滑移率突然上升約四分之一負(fù)載,其對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)變點(diǎn)在該壓縮側(cè)和松弛側(cè)變化兩側(cè)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)扭矩達(dá)到側(cè)滑極限扭矩,一個(gè)macroslip發(fā)生,沒有更多的扭矩可以被發(fā)送。這macroslip已知發(fā)生的條件下,當(dāng)滑移率達(dá)到4% -6%

8、12。扭矩容量測(cè)試是由控股進(jìn)行的初級(jí)帶輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在14米/ s和低速比2.3。驅(qū)動(dòng)扭矩逐步提高在每分鐘,直到在一個(gè)顯著的增長(zhǎng)速度為5nm 被檢測(cè)到的滑移率。試油的扭矩容量當(dāng)時(shí)定義為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的時(shí)刻時(shí)的打滑比達(dá)3%,使得皮帶系統(tǒng)不會(huì)顯著損壞。2.3。低速摩擦儀(LVFA。低速摩擦裝置(LVFA根據(jù)JASO M34913 用于antishudder屬性鎖止離合器的組成的摩擦片和鋼板。這種測(cè)試方法如在圖4中示出被廣泛用于評(píng)價(jià)摩擦行為的濕式離合器系統(tǒng)素的傳輸。磨合在操作中,持續(xù)30分鐘應(yīng)根據(jù)進(jìn)行與在1.0MPa的接觸壓力的條件下,0.6米/ s的滑動(dòng)速度,和80C類油的溫度。完成后運(yùn)行,在操作中,摩擦系

9、數(shù)的測(cè)試流體wasmeasured根據(jù)條件在圖4中指定。流體呈現(xiàn)出陽性-V曲線這意味著與摩擦系數(shù)增大滑動(dòng)速度將能夠阻止不舒服的震動(dòng)這是所謂的顫動(dòng)現(xiàn)象。繼-V特性初始計(jì)量,耐久性試驗(yàn)在圖4中規(guī)定的條件下,重復(fù)進(jìn)行與然后,-V的性能進(jìn)行測(cè)定時(shí)24小時(shí)的間隔。2.4。測(cè)試油。表1顯示了測(cè)試油的組合物。所使用的潤(rùn)滑油是一個(gè)加氫裂化礦物組三油基混合含有各種添加劑。磷添加劑作為抗磨劑,加入相同濃度0.06質(zhì)量%到所有被測(cè)試的油。鈣清凈劑和硼分散劑混合所有樣品中。這些添加劑通常用于CVTFs為了保持傳輸干凈,也已知發(fā)揮重要作用在控制-V特性進(jìn)行鎖止離合器的14。在為了探索有效的摩擦改進(jìn)劑(FMS,調(diào)頻(氮?dú)?/p>

10、型和調(diào)頻B(酯型分別加入到油乙andOil C。3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1。由LFW-1測(cè)試金屬間摩擦特性。圖5示出的金屬- 金屬摩擦特性測(cè)試通過LFW-1。測(cè)定均重復(fù)3次每個(gè)樣品,并測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)是在0.002。首先,油A組成的磷添加劑,鈣清凈劑和分散劑表現(xiàn)出最高的摩擦所有測(cè)試的油的水平。與調(diào)頻證明油B 幾乎相同的摩擦水平的石油A.在油C的情況下,含調(diào)頻B,有24%的跌幅在摩擦系數(shù)在1.0M / s的油A.調(diào)頻乙相比,給人以極大的在降低金屬間摩擦系數(shù)的影響。3.2。在后測(cè)座表面分析。X射線光電子光譜(喬爾JPS-9010MC XPS和原子力顯微鏡(Veeco公司口徑AFM來調(diào)查潛在聯(lián)系摩擦特性和

11、形態(tài)之間摩擦膜。表面分析之前,試樣都通過浸沒在己烷中,以除去殘留的洗滌石油和磨屑。XPS分析標(biāo)識(shí)的元素一個(gè)摩擦膜,以約50 nm和分析的深度它們的化學(xué)粘合條件,通過檢測(cè)動(dòng)能出院光電子的能量。在這項(xiàng)研究中,X-射線梁用Mg-K(10千伏的光子能量照射的測(cè)試表面的中心在1毫微米直徑光斑。后15秒通過濺射氬照射,對(duì)應(yīng)約去除5nm厚的層,從表面上看,該XPS分析了重復(fù)獲得有關(guān)成分的信息和從所述表面變化粘接條件到新的深度。圖6示出了在對(duì)摩擦膜的XPS深度分布從樣品的試塊,油A,B和C對(duì)應(yīng)的峰向碳酸鈣(CaCO 3和鈣磷酸鹽(磷酸氫鈣或Ca2P2O7是在347.3 eV和347.6 eV的分別。在油A的情

12、況下,有一個(gè)尖銳峰在347電子伏特,如示于圖6。允許誤差測(cè)量是在±0.5 EV,間隔為結(jié)合能。一些磷酸鈣和碳酸鈣可能在摩擦表面生成。這些品種的鈣從表面檢測(cè)到大于90nm的深度。與油B的XPS配置文件是非常相似的油A的,這意味著鈣的物種可能在形成面以及油答:有一個(gè)峰值347eV在殼體的油C.然而,鈣物質(zhì)的存在是確定其外表面atmost40 nmand因此,從油C的鈣化合物厚度更薄比油A和B。原子力顯微鏡允許摩擦膜的表面實(shí)際調(diào)查形態(tài)在納米尺度15。在這項(xiàng)研究中,原子力顯微鏡圖像被記錄在contactmode與V形氮化硅懸臂。為確保一致性,相同的探針被用來用于掃描每個(gè)樣品在指定的分辨率的法

13、線方向1納米。這是不可能的針尖會(huì)損壞表面,因?yàn)檫@樣的接觸力水平是非常低,在接觸力比較摩擦測(cè)試和的預(yù)期的機(jī)械性能摩擦膜。接觸力模式用原子力顯微鏡表征的摩擦膜的上塊的性質(zhì)。中央部后測(cè)塊上的磨痕被掃描過50微米×50微米,在200微米/秒的速率。圖7示出導(dǎo)出后測(cè)塊的原子力顯微鏡地形圖像從測(cè)試的油。需要注意的是在原子力顯微鏡的亮部分圖像表示的表面上的較高位置上。很有趣的是,后測(cè)表面油A呈現(xiàn)出清晰致密的沉積結(jié)構(gòu):具有1-5微米的供詞細(xì)長(zhǎng)的滑動(dòng)方向。此外,高密度沉積可以從油B的磨痕觀察碳酸鈣的這些沉積物可能是由和從所述XPS磷酸鈣結(jié)果如圖圖6。然而,從油C的表面不具有不同的沉積。此外,在中央存在

14、脊磨痕和兩側(cè)的部分被打磨, whichmight是由于缺少鈣化合物的生成膜的表面上。這些結(jié)果表明,該摩擦行為強(qiáng)烈依賴于的局部形態(tài)摩擦膜的潤(rùn)滑劑“添加劑而得。更高的扭矩容量的液體會(huì)帶出一個(gè)潛在的為了提高在該無級(jí)變速器單元的傳輸效率。油A 給了比油C大于17%的扭矩容量36.8千牛帶輪夾緊力。當(dāng)次級(jí)帶輪力為從36.8到25千牛(32%為油A,油A減少獲得相同的扭矩容量水平作為油C與滑輪36.8千牛的力。因此,應(yīng)用更高的扭矩容量流體的CVT單元可有助于降低最大滑輪所需鎖模力。這將有可能有下油泵的負(fù)載,這將導(dǎo)致總的減少功率損耗的CVT裝置。3.4。Antishudder表現(xiàn)為閉鎖離合器。圖9(醇,胺,

15、酸,和酰胺減少摩擦系數(shù)較低的滑動(dòng)速度。分散劑和清潔劑可以增加摩擦系數(shù)的較高的滑動(dòng)速度。從這些影響,油B和C顯示一個(gè)正-V曲線中的LVFA。接著,測(cè)試油的antishudder耐久性示于圖10。較-V特性的近似式在40C的距離計(jì)算得到的摩擦由(3,而對(duì)于antishudder服務(wù)的判斷基準(zhǔn)人生應(yīng)D/ DV(0.3:在這項(xiàng)研究中,antishudder使用壽命的定義時(shí),D/ DV(0.3的值達(dá)到零。如圖10中的結(jié)果包括antishudder 的JASO 參考輸送流體用TIII壽命評(píng)估相同的測(cè)試裝置中,并在D/ DV(0.3為TIII是零下168小時(shí)的耐久性。在另一方面,本D/ DV(0.3油B仍保

16、持正值亞特摩爾超過240小時(shí),表明不再antishudder使用壽命比TIII。在商業(yè)使用的CVT液,兩種不同的潤(rùn)滑油將不允許根據(jù)優(yōu)化性能它們各自的用途。這意味著,該無級(jí)變速器的流體必須與整個(gè)無級(jí)變速器的組分相容單元,如皮帶和皮帶輪,濕式離合器,齒輪和軸承。從這些結(jié)果中,該添加劑制劑如油B.將屬性的提高antishudder性能保持金屬間摩擦系數(shù)。4.討論油B包括磷添加劑,鈣清凈劑,分散劑和調(diào)頻表現(xiàn)出較高的金屬間摩擦系數(shù)和良好的antishudder性能。這里,本原因?yàn)橥ㄟ^所得到的金屬之間的高摩擦油B進(jìn)行了討論。從XPS分析的結(jié)果如圖在圖6中,更厚的鈣摩擦膜種類為確定的磨痕與油B比油的情況下C

17、.從油B導(dǎo)出的電影如圖7所示,因此表現(xiàn)在滑動(dòng)方向致密的沉積,而表面與油C并不均勻和側(cè)部件分別累死了。泰勒和尖峰16表明,型ZnDTP反應(yīng)膜似乎抑制潤(rùn)滑劑夾帶進(jìn)的接觸,從而導(dǎo)致降低的彈力與ZnDTPfree潤(rùn)滑(EHL 膜厚度相比潤(rùn)滑劑。據(jù)推測(cè),該較厚的致密摩擦膜衍生fromOil 乙起著作用防止磨損和抑制潤(rùn)滑劑的夾帶進(jìn)入界面,導(dǎo)致更高的摩擦。此外,在摩擦膜的行為差異調(diào)頻中石油之間形成和摩擦特性B和中石油C FM乙方在LFW-1和LVFA進(jìn)行了討論。調(diào)頻A和B可以在減少摩擦中發(fā)揮作用根據(jù)周圍0.06米/ s和下一個(gè)較低的速度系數(shù)接觸為1MPa,在LVFA 壓力。然而調(diào)頻和B介紹了金屬- 金屬摩擦

18、產(chǎn)生不同的影響在0.6 GPA在LFW-1更高的壓力。FM中的A 油B沒有驚動(dòng)鈣摩擦膜的形成物種的摩擦表面上,如圖7中所示的AFM 地形。FM中的B油C可能會(huì)更強(qiáng)烈地吸附表面導(dǎo)致的形成鈣摩擦膜防止種,因而具有較低的摩擦。不同F(xiàn)M A和B對(duì)LFW-1和LVFA測(cè)試效果可能由摩擦條件,如接觸的影響壓力與兩個(gè)試驗(yàn)之間的滑動(dòng)速度。5。結(jié)論帶式CVT的潤(rùn)滑油(B-CVTFs必須能夠產(chǎn)生皮帶之間有較大傳遞扭矩容量滑輪及鎖定一個(gè)很好的antishudder財(cái)產(chǎn)離合器系統(tǒng)的CVT單位。潤(rùn)滑油添加劑的效果研究了改善BCVTs的這些表演。此外,表面分析技術(shù),已動(dòng)用獲得了一種新的洞察化學(xué)復(fù)合andmorpholog

19、y 的摩擦膜。該研究結(jié)果可歸納如下。(1潤(rùn)滑油添加劑配方組成洗滌劑鈣,磷抗磨劑表現(xiàn)出了較高的金屬間摩擦系數(shù),和的邊界潤(rùn)滑膜的形成過程在B CVTFs使用的衍生fromthese添加劑對(duì)摩擦學(xué)性能強(qiáng)勁的影響。(2排序潤(rùn)滑劑配方的發(fā)現(xiàn)給對(duì)于濕式離合器優(yōu)良antishudder性能在保持兩者之間的較高的摩擦系數(shù)金屬,這將導(dǎo)致改善的性能B超的CVT參考文獻(xiàn)1日本汽車經(jīng)銷商協(xié)會(huì)的年度報(bào)告新車注冊(cè)數(shù)量,31版,2008 。 2 H.三井,“趨勢(shì)和液體金屬的需求推動(dòng)金屬部件之間， “碩士論文 972921 ，1997 。 5 H.藤田和 HA 尖峰，二硫代磷酸鋅形成“ 學(xué)會(huì) ofMechanical 的抗磨

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