1.2 摩擦材料摩擦磨損效能試驗研究現狀
摩擦磨損試驗有不同的試驗型別與試驗方法，各類試驗的目的、方法和裝置均不相同。從根本上講，都是在一定條件下使被測的摩擦材料作功，測定其在作功過程中所產生的摩擦力（力矩）的大小及變化情況，以及作功後材料的尺寸（厚度）、重量及外觀的變化，從而對摩擦材料的效能作出評價。常採用的試驗型別有小樣試驗、台架試驗和道路使用試驗。
上述三種型別的試驗, 不一定按照常規依次進行，根據具體情況，可以分別選取或結合進行。在亞洲及美洲等國家和地區基本上按小樣試驗、台架試驗、道路使用試驗的順序進行，而歐洲則不採用小樣試驗，只進行台架試驗與道路使用試驗。摩擦磨損試驗採用的方法有標準試驗法、對比試驗法、使用範圍試驗法、使用效能試驗法。
大多數摩擦材料企業更注重於小樣試驗和台架實驗，常採用標準試驗法，而對比試驗法和使用範圍試驗法往往作為研究手段加以應用。道路使用試驗常由主機廠隨整車其它試驗專案一同進行。
1.2.1 小樣試驗方法與裝置
小樣試驗是以小尺寸標準試樣為試驗物件, 按小樣試驗標準規範，在相應的小樣試驗機上進行的試驗。它的試驗條件選擇範圍較寬, 影響因素容易控制，在短時間內可以進行較多引數和較多次數的試驗, 試驗資料重複性較好, 對比性較強, 易於發現其規律性；小樣試驗具有試驗簡捷、裝置投資與試驗費用低等優點，但試驗模擬條件與摩擦片工作時的實際工況有一定差距，其試驗結果不足以評價摩擦材料在實際工況條件下的真實使用效能[2]。小樣試驗的目的在於考察摩擦材料在特定試驗條件下的材料特性，常用於新產品開發前期的配方研究與篩選試驗。
目前更多應用於具有穩定配方與成熟工藝的摩擦材料生產過程中間的質量監控。
目前，在亞洲一些國家和地區，如中國及台灣地區、日本、南韓、馬來西亞等，小樣試驗主要參照日本工業標準協會（jis）制訂的jisd-4411小樣試驗規範，其規定的試驗裝置是定速式摩擦試驗機，簡稱定速試驗機。包括美國在內的一些美洲國家的小樣試驗採用美國汽車工程師協會（sae）制定的saej661小樣試驗規範，其試驗裝置是chase摩擦試驗機，簡稱chase試驗機。此外還有美國的採用fast試驗機的fast試驗規範和我國的採用mm1000試驗機的「汽車用摩4
5阻材料慣性制動試驗方法」（qc/t520-1999）。歐洲國家不進行小樣試驗，只採用台架試驗。
（1）jis d-4411試驗規範及定速試驗機
jisd-4411試驗方法是由日本jis 在20世紀40年代建立並經多次修改的小樣試驗規範[80]。它採用盤-塊式摩擦副形式，模擬的是定壓力、定速度、連續制動工況，測試以一定壓力、速度連續制動時，摩擦係數和磨損率隨溫度變化的情況。jisd-4411試驗原理見圖1-1 所示。
砝碼通過加壓裝置將安裝於夾具中的兩個25×25×6mm 的試樣壓在以一定轉速旋轉的摩擦盤工作表面上，試樣與摩擦盤接觸並產生摩擦力，該摩擦力使測力裝置中的測力彈簧受拉產生變形，該變形量乘以測力彈簧剛度即可得出摩擦力f。由於加壓正壓力n 已知（jisd-4411標準規定的，由砝碼通過加壓裝置加在試樣表面的力，n=1225n），由摩擦係數公式μ=f/n，計算出不同溫度下的摩擦係數μ。通過測量試樣試驗前後的厚度，計算其磨損量。
jisd-4411規定的試驗專案有磨合、公升溫制動試驗、降溫制動試驗。通過拖磨或輔以電加熱方式實現摩擦盤公升溫，採用強制水冷方式降溫。試驗過程中，摩擦盤轉速是固定的，所以jisd-4411也稱為定速試驗方法[81]。
實踐證明，這種以日本jis d-4411標準為基礎的定速試驗方法，用於輕、中、重型制動襯片和離合器襯片的摩擦磨損效能評價是可行的[82～84]。我國國家標準gb/t5763－98非等效採用
jisd-4411-98，其標準的核心內容與
jis-d4411-98相同，它是我國汽車摩
擦材料行業中唯一的產品標準，同時
也被國家及有關行業的摩擦材料質量
監督管理部門確定為質量監督檢驗的
方法標準。定速試驗常用於配方研究，
目前更多地被用於生產過程中產品質
量穩定性控制圖1-1 定速試驗原理圖
定速試驗機是由日本人在20世紀40年代發明並首先使用的。它由電機通過三角帶、錐齒輪帶動主軸上的摩擦盤以一定速度轉動。兩個試樣(25mm ×25mm)裝在上支撐臂中, 並通重載入槓桿系統與摩擦盤接觸並施加一定負荷, 摩擦面溫度由熱電偶測量,
加熱裝置置於摩擦盤下。摩擦力矩則由彈簧系統的測力杆和轉
鼓記錄。該機結構簡單, 操作方便。我國在20世紀70年代從日本引進了hp-s 型定速摩擦試驗機並進行了仿製（國產型號為ds-m型）。
在20世紀90年代中期以前, 一直作為我國評定襯片材質和摩擦效能的標準試驗機之一。
針對該機彈簧測力不夠精確、容易產生摩擦振動、人工調節水閥控制溫度誤差大、試驗結果與操作水平有關等缺點[83]，國內有關科研部門在hp-s型和ds-m 型定速試驗機基礎上進行了不斷的改進。如武漢材料保護研究所在20世紀80年代研製的md-240型機[2]，吉林大學機電所於2023年設計的jf150dⅰ型機， 2023年設計的獲得國家專利[77]的jf150dⅱ型機和2023年設計的也獲得國家專利[78]的jf150dⅲ型機等。其中，jf150dⅲ型機採用調速電機使主軸轉速可調，採用氣動比例閥控制載入力，在恆壓力控制基礎上，又增加了摩擦力（矩）恆定控制，即具有變轉速、變壓力、恆輸出功能，使該機可以採用與chase試驗機相同的試驗程式完成相同內容的測試，試驗功能得以進一步擴充套件。
目前國內定速試驗機約有350-400臺，主要以dm-s和jf150d系列機型為主[75～76]。
（2）saej661試驗規範及chase摩擦試驗機
saej661試驗規範是由美國sae於20世紀50年代制定的（初期版本稱為sae j661a），並於2023年8月修訂完成並頒布的小樣試驗規範。它可以模擬連續或斷續制動工況，採用鼓—塊式摩擦副結構，定速滑磨，測試以一定壓力、速度連續制動時，摩擦材料的摩擦係數和磨損率隨溫度變化的情況。saej661試驗規範是sae的推薦標準，其目的在於用一種統一的實驗室測試方法，對制動襯片的安全性及摩擦磨損特性做出試驗報告，其測試資料可用於制動襯片生產廠內的質量控制，也可用於對外購制動襯片的質量評估[100]。
sae在saej661試驗規範及按此規範測試結果的基礎上，又制定了saej866a（汽車制動襯墊和剎車塊摩擦係數分級標誌方法）和saej998a（汽車制動襯墊的最低要求）標準。saej866a標準為汽車制動襯片和制動蹄片的摩擦特性提供了統一的識別方法，saej998a標準對摩擦材料產品的效能提出了最低要求。saej661與saej866a、saej966構成了乙個較為完整的小樣試驗規範。
國際標準iso7881參照採用了saej661標準，因此，該標準及chase試驗機，正逐步被包括日本在內的世界各工業發達國家摩擦材料及汽車製造商的廣泛採納和認可，並有取代jisd-4411定速試驗規範的趨勢[76]。為了與國際標準接軌，我國已等同採用參照saej661試驗規範制訂的國際標準iso7881－87，並制訂了與之對應的國家標準gb/t17469－98（汽車制動器襯片摩擦效能評價-小樣台架試驗方法），為saej661試驗規範及chase試驗機在我6
7國的應用起到了很大的促進作用。目前， saej661試驗規範被廣泛用於配方研究、生產過程中產品質量穩定性控制及出口產品質量認證。
saej661試驗規範的試驗原理見圖1-2所示。正壓力將被測試樣（25×25mm，摩擦面為凸弧形）壓在以某一速度旋轉的試驗用剎車鼓內表面上，沿接觸表面的切線方向將產生乙個摩擦力。在正壓力恆定時測量摩擦力，或在恆定摩擦力下測量正壓力，從而求得被測摩擦材料的摩擦係數μ（μ=f/n 其中：
f 為摩擦力，n 為正壓力）。saej661試驗規範的試驗專案有：①基線試驗；②衰退試驗；③恢復試驗；④磨損試驗[100]。
saej661試驗規範的試驗條件同定速試
驗大致相似，但其試驗方法與定速試驗有較
大區別。saej661試驗規範除恆壓力試驗模式
外，還規定了恆摩擦力試驗模式，即恆輸出
功試驗，可通過正壓力的變化情況反映襯片
摩擦效能的變化，而定速試驗機無此功能，
因此，saej661試驗規範的試驗工況模擬性優
於jisd-4411試驗規範圖1-2 chaes 試驗機結構簡圖
chase 試驗機是2023年由美國sae 作為 1-負荷感測器 2-氣壓記錄儀制動襯片質量控制, 由試驗規範(sae j661) 3-氣動三聯體4-電磁閥 5-氣缸所提出的測試裝置, 目前應用較廣。chase 6-時間繼電器7-加熱器
試驗機與定速試驗機不同，它採用與剎車鼓內弧面摩擦的鼓—塊式摩擦副結構；伺服閥控制載入，即可實現恆壓力控制，又可進行恆力矩控制，同時提高了載入控制精度。調速電機帶動一端裝有試驗制動鼓的主軸旋轉, 乙個試樣安裝在可施加負荷的槓桿一端的夾具中，通過調節氣壓控制垂直載入。在恆壓力控制時，下壓力大小及載入精度由伺服閥控制。
在恆摩擦力控制（恆輸出功試驗模式）時，測力槓桿經壓力感測器, 輸出摩擦力訊號並反饋給控制系統，伺服閥根據反饋訊號控制施加壓力的大小以實現恆摩擦功輸出的測試。氣缸和電磁閥的作用是控制載入槓桿的公升降, 便於更換試樣。試驗制動鼓的外圓設有一加熱裝置, 用調壓器和空氣冷卻方式來保持一定的溫公升條件，鼓上三個不同深度的孔中都裝有熱電偶, 可測量不同深度位置的摩擦溫度。
目前，該機已實現國產化。吉林大學機電所研製生產的jf160型chase 試驗機，在具有sae j661和iso7881
標準規定的結構和引數基礎上，在載入方式、
8控制方式、驅動方式等方面進行了改進。其結構如圖1-3所示。與美國link 公司製造的m 600型chase 試驗機的對比試驗證明，試驗結果具有完全的一致性。而其**僅相當於進口的
1/3～1/4。
圖1-3 jf160型chaes 機結構圖圖1-4 fast 試驗機外觀圖
1.主電機
2.加熱器
3.軸承座
4.集流環
5.脈衝發生器
6.冷卻風機
7.液壓站
8.電控櫃
（3）其它小樣試驗方法及裝置
小樣試驗中還有一些試驗裝置，如fast 試驗機和mm1000試驗機。
fast 是friction assessment screening test 詞頭的縮寫, 意為摩擦評定篩選試驗。它與chase 試驗機是美國並存的兩種利用小樣形式對摩擦材料摩擦磨損效能進行測試與評價的小樣試驗機。該機由美國福特汽車公司為評定制動襯片和離合器摩擦麵片的摩擦磨損效能而研製，並用於產品質量控制。
fast 試驗機的結構與外形如圖1-4所示。
fast 試驗採用盤-塊式摩擦副，其試樣尺寸有2種：25.4×25.
4×4.7mm 和12.7×12.
7×4.7mm，可根據需要選擇。其主要試驗方法是恆摩擦力試驗。
當摩擦係數因熱衰退而減小，導致摩擦力降低時，可採用提高試驗壓力的方法保持恆定摩擦力，這與制動襯片在行車制動中的工作狀態—加大制動踏板力提高制動系統管路壓力相似，因而試驗具有較好的模擬性。
fast 試驗條件重複性好、試驗結果可比性強。當摩擦材料產品材質不均勻性嚴重時，試驗結果將出現離散。因此，美方對此有較高評價，認為它能鑑別
摩擦材料組份的變動[86]。fast 試驗多用於摩擦材料的配方研究，強化試驗
及某些摩擦現象的機理研究，但並沒有得到普及，使用較少。
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時間 2003 10 14 10 59 40 本標準適用於測定汽車用制動器襯片和汽車用離合器麵片的洛氏硬度,但粉末冶金製品除外。本標準中括號內所示數值的單位是國際單位制 si 1試驗原理 按規定的鋼球,先用初負荷壓入材料,接著施加主負荷,然後卸除主負荷 初負荷仍然保留 因材料的塑料變形,使壓痕深度變...
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