自動變速器中離合器片失效的原因

在自動變速器的使用和修理過程中，我們總會發(fā)現(xiàn)摩擦片有失效發(fā)生，那么是什么造成摩擦片失效的？是不是換了摩擦片就能解決變速器的問題呢？

眾所周知，摩擦片的失效是因為發(fā)生了非正常的摩擦，如果摩擦副長期在非正常摩擦的工況條件下工作，就會發(fā)生失效。

由摩擦力公式：F=μP(F為摩擦力，μ為摩擦系數(shù)，P為作用在摩擦面積上的正壓力)可知，當材料的摩擦系數(shù)確定后，正壓力P與摩擦力F之間是正比關(guān)系，當摩擦力變大的時候，摩擦產(chǎn)生的熱量就一定會變大，所以大部分摩擦片的失效或燒蝕的原因都是工作時產(chǎn)生的熱量超過了材料的承受能力。

有經(jīng)驗的技師都知道，當鋼片上出現(xiàn)黑色斑點時(圖1)，摩擦片就接近失效了，而這黑色的斑點通常叫作“熱點”?！盁狳c”是由于鋼板材料的微觀不平點受熱膨脹而產(chǎn)生的，“熱點”越膨脹變高，承受的正壓力就越大，更大的正壓力與受熱膨脹而凸起的摩擦面積的摩擦產(chǎn)生更多的熱量，當熱量超出摩擦材料的耐受水平時，摩擦片就開始燒蝕了(圖2)。

摩擦片的燒蝕實際是摩擦材料的釉化。由于過熱，變速器油開始變質(zhì)，其中的硅成分被析出并停留在摩擦材料的微孔中逐漸結(jié)晶，結(jié)晶堵塞了摩擦材料的微孔，造成材料微循環(huán)不暢、呼吸能力減弱和冷卻能力下降，且摩擦片表面出現(xiàn)結(jié)晶層。結(jié)晶層與鋼片摩擦導(dǎo)致熱量無法被消散，使得鋼片受熱更加嚴重，最終，鋼片由于其自身圓環(huán)結(jié)構(gòu)的限制，其內(nèi)徑和外徑向軸向的兩個相反的方向延伸，發(fā)生錐形形變(圖3)，吞沒離合器間隙。此時整組離合器片無法脫開并持續(xù)過度摩擦，產(chǎn)生巨大的熱量將摩擦材料燒為黑炭，甚至將摩擦片和鋼片燒結(jié)在一起。

歸根到底，造成離合器片失效的罪魁禍首是正壓力過大。而引起正壓力過大的原因與作用在離合器片上的載荷(比如系統(tǒng)壓力)、系統(tǒng)的泄露、花鍵軸上的機械載荷以及離合器的結(jié)構(gòu)因素和熱彈性力學(xué)影響都有潛在的聯(lián)系，而激發(fā)“熱點”生成的壓力則是限定離合器安全工作的重要邊界條件之一(圖4)。

通常，系統(tǒng)的液壓泄漏、電磁閥的開度變化都會影響作用到離合器上的系統(tǒng)壓力。所以我們說變速器只要“感冒”，離合器片就肯定“發(fā)燒”，從外部找到離合器失效的原因是一個重要渠道。

就離合器片本身而言，我們通過花鍵作用在摩擦片上的機械載荷為例，從這個側(cè)面進一步進行解釋。如圖5所示，在摩擦片的花鍵齒上作用著與摩擦片運動方向相反的摩擦力，在FEA分析中發(fā)現(xiàn)，實際上當摩擦片移動了一段時間后，由于花鍵摩擦力的作用，摩擦片的內(nèi)徑停滯，而外徑端在力的作用下仍然繼續(xù)移動，這時，摩擦片本身就發(fā)生了幾何變形(圖6)。這個微小的幾何形變卻可能導(dǎo)致壓力分布的不均衡，從而出現(xiàn)壓力過大點而激發(fā)“熱點”。

如果售后產(chǎn)品的制造商不了解花鍵齒及其公差測量和計算，則由此導(dǎo)致的誤差會過早的激發(fā)“熱點”，從而導(dǎo)致摩擦片失效。

當然，如果選用的摩擦材料并不適用于離合器的使用條件，肯定也會導(dǎo)致摩擦片失效。這就要看制造商是否有足夠的技術(shù)儲備和產(chǎn)品儲備了。

總之，影響摩擦片失效的因素細分起來很多，但是歸根到底是壓力分布和溫度分布是否均勻的問題，從這個角度入手就能找到變速器失效的真正原因。

值得一提的是，如果換片不當，修復(fù)的變速器也會很快出現(xiàn)摩擦片失效的情況。比如當一組離合器片中出現(xiàn)了燒片現(xiàn)象后，有人為了少花錢就要求修理技師僅將燒壞的摩擦片換掉，而其他摩擦片則繼續(xù)使用。但他不知道，這就如同傳染病在這一組摩擦片中蔓延，沒燒壞的摩擦片也由于燒蝕片出現(xiàn)的變形而導(dǎo)致的局部壓力過高而受到損害，這時損害還僅是“內(nèi)傷”，沒有表現(xiàn)出來而已。同時，與摩擦片構(gòu)成摩擦副的對偶鋼片也因為同樣的原因而可能已經(jīng)激發(fā)了它的“熱點”病灶，所以這時那些看上去沒有燒壞的離合器片其實很可能已經(jīng)處于故障的潛伏期了，早晚要燒毀的。

從另一個角度來看，由于燒片時變速器內(nèi)的油品已經(jīng)受到污染，而這時所有變速器中的離合器片都浸泡在被污染的變速器油中，延續(xù)使用舊片不但有“內(nèi)傷”爆發(fā)的危險，還有舊片中的舊油無法被清除而污染新油的可能，降低新?lián)Q變速器油的使用壽命。

同樣道理，在修理中使用拆箱拆下來的摩擦片風險更大。作為修理廠，使用一張舊片能節(jié)約3元錢，一個變速器最多節(jié)約200元，但是一旦變速器再次失效，輕則返修將利潤全部賠進去，重則丟掉客戶，所以在修理中更換全部離合器片是合算的。