金属V型皮带式无级变速器润滑油摩擦学性能研究.docx
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金属V型皮带式无级变速器润滑油摩擦学性能研究
金属V型皮带式无级变速器润滑油摩擦学性能研究
成田圭一
润滑油研究实验室，日本出光兴产株式会社，24-4Anesakikaigan，千叶市原市299-0107，日本通讯作者为成田圭一，keiichi.narita@
收到2012年7月26日，接受2012年9月11日
学术编辑：
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版权所有©2012成田圭一。
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用于金属V型带式无级变速器（B-CVTFs）润滑剂的性能应该优先传送转矩的提高皮带和皮带轮加在B-CVT所使用的锁止离合器优良antishudder属性之间的容量。
本研究拟调查润滑油添加剂对于提高B超的CVT这些表演的效果。
此外，表面分析技术被用来获得一个新的洞察摩擦膜的化学复合物和形态。
作为一个结果，它是一个更大的重要扭矩容量，得到金属接触界面之间较高的边界摩擦系数，和边界的此外，它是发现一种润滑剂配方的给湿离合器优良antishudder性能保持较高的摩擦的金属，这将导致提高的B-无级变速器的性能之间的系数。
过程润滑膜的形成从在B-CVTFs上的扭矩容量强烈影响使用抗磨添加剂而得。
1．Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse
2．
3．介绍
有两种类型的用于汽车的变速器的,自动和手动。
自动变速器的市场份额简称AT的已超过所有传输的97％安装在日本汽车[1]。
特别地,有越来越多的客车为特色的无级变速器（CVT变速器），因为无级变速器实现更好的燃油经济性。
其中无级变速器，数
汽车金属压带式无级变速器（B-的CVT）具有稳定每年都在提高，目前应用于汽车的
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超过3升发动机排量。
B-CVT组成由大约400段和层叠钢带环，如图1。
功率是由摩擦传递皮带与皮带轮之间产生的力。
为了
提高传输效率和蔓延的应用以无级变速器更大的汽车，带式CVT润滑油（B-CVTFs）
必须出示之间更高的传输扭矩容量皮带和滑轮。
因此，优先级的性能CVT流体应侧重于改善的扭矩容量。
有一些报道关于润滑剂的作用上的无级变速器[2-4]的性能。
例如，该膜由二硫代磷酸锌（型ZnDTP）添加剂产生接触区域是已知的有助于实现较高的金属间摩擦系数[2]。
信息对于获得的ZnDTP的摩擦膜是有用的，当考虑从润滑油添加剂反应。
型ZnDTP摩擦膜不要在滚动接触或发展动力油膜厚度是显著大于表面粗糙度[5]。
大约100纳米的有机化合物厚被确定为膜的最上层，以P2O5，硫化锌，FeO的，硫化亚铁，和H2O检测下这种有机层[6]。
后面这些化合物被认为包括玻璃状磷酸盐，这是密切与抗磨相关性能。
还已经报道，膜型ZnDTP可以形成由玻璃状磷酸盐的垫状结构以10nm的厚度的Zn多磷酸盐的外层[7，8]。
含有油的摩擦速度特性型ZnDTP的摩擦膜和分析的报道[9]。
除了在带给予较高的转矩容量系统，B-CVTFs必须与锁止离合器的兼容装在扭矩变换器。
因此，CVTFs也应该给一个在锁定的参与略低的摩擦系数离合器通常由纤维素纤维，这是一般的所谓antishudder的湿式离合器系统的特点,对于antishudder的提高，摩擦改进剂是需要被加入到B-CVTFs。
这种趋势是不希望用于金属接触之间的摩擦系数对如皮带和皮带轮的CVT，并让润滑油添加剂配方很复杂的无级变速器应用程序。
本研究拟探讨润滑油添加剂如抗磨添加剂，洗涤剂，和摩擦改进剂（FM）的效果，以改善这些表演B超CVTFs。
此外，原子力显微镜（AFM）和X-射线光电子能谱（XPS）被用来考虑从得到的摩擦膜的性质候选添加剂。
候选的实际表现油通过使用实际带式CVT测试仪进行评价。
4．实验方法
2.1。
环块摩擦磨损试验机（LFW-1）的摩擦特性金属之间使用基于块的评价环型摩擦磨损试验机（法列克司LFW-1），通过改变滑动速度从1.0至0.025米/秒以1112N的恒定负荷（最大功率0.6GPa）和恒定的油温（110◦C）为如图2所示。
在本研究中所用的测试程序是根据JASOM358高负荷条件[10]，以评估在CVT的转矩容量的候选油和之间参考油。
2.2。
带式CVT台架试验。
影响传送的参数
使用CVT板凳扭矩容量进行了评估测试仪，如示于图3。
此测试装置被设计成评估这也是造成的传输性能在所述带的必不可少的CVT部件的摩擦特性和滑轮，它不是一个整体变速箱。
带组件和滑轮取出一个商业CVT单元和设置在带框。
配套的滑轮轴的轴承
持有枕头块。
AC电动机驱动器的主皮带轮和驱动转矩被传递到次级皮带轮通过皮带。
从次级带轮的输出由测力计所吸收。
速度和扭矩传感器被连接到驱动器和输出轴。
由于受到relativemotion之间的滑移现象皮带和滑轮。
特别是，之间的一个大滑皮带和皮带轮可导致向带一个显著损坏侧滑轮和滑轮面，因为接触压力之间的皮带和皮带轮被估计超过100MPa的[11]。
皮带与皮带轮之间的相对滑动在摩擦学研究进展将与输入转矩的增加而更显著。
它被定义为皮带和皮带轮之间的滑移率，SR所示[12]：
其中，IL是速度比在一个加载状态和IN是在无负载的特定值。
速度比定义为Np和N是在初级的旋转速度和
第二轮，分别。
在较低的驱动扭矩条件下，一些权力在带由带张力通过未通过压缩在段，并且在一个非常小的增加滑移率。
该滑移率突然上升约四分之一负载，其对应于转变点在该压缩侧和松弛侧变化两侧。
当驱动扭矩达到侧滑极限扭矩，一个macroslip发生，没有更多的扭矩可以被发送。
这macroslip已知发生的条件下，当滑移率达到4％-6％[12]。
扭矩容量测试是由控股进行的初级带轮转速稳定在14米/s和低速比2.3。
驱动扭矩逐步提高在每分钟，直到在一个显着的增长速度为5nm被检测到的滑移率。
试油的扭矩容量当时定义为驱动转矩的时刻时的打滑比达3％，使得皮带系统不会显著损坏。
2.3。
低速摩擦仪（LVFA）。
低速摩擦装置（LVFA）根据JASOM349[13]用于antishudder属性锁止离合器的组成的摩擦片和钢板。
这种测试方法如在图4中示出被广泛用于评价摩擦行为的湿式离合器系统素的传输。
磨合在操作中，持续30分钟应根据进行与在1.0MPa的接触压力的条件下，0.6米/s的滑动速度，和80◦C类油的温度。
完成后运行，在操作中，摩擦系数的测试流体wasmeasured根据条件在图4中指定。
流体呈现出阳性μ-V曲线这意味着与摩擦系数增大滑动速度将能够阻止不舒服的震动这是所谓的颤动现象。
继μ-V特性初始计量，耐久性试验在图4中规定的条件下，重复进行与然后，μ-V的性能进行测定时24小时的间隔。
2.4。
测试油。
表1显示了测试油的组合物。
所使用的润滑油是一个加氢裂化矿物组三
油基混合含有各种添加剂。
磷添加剂
作为抗磨剂，加入相同浓度
0.06质量％到所有被测试的油。
钙清净剂和
硼分散剂混合所有样品中。
这些添加剂
通常用于CVTFs为了保持传输
干净，也已知发挥重要作用
在控制μ-V特性进行锁止离合器的[14]。
在
为了探索有效的摩擦改进剂（FMS），调频
（氮气型）和调频B（酯型）分别加入到油
乙andOilC。
3。
实验结果
3.1。
由LFW-1测试金属间摩擦特性。
图5示出的金属-金属摩擦特性测试
通过LFW-1。
测定均重复3次
每个样品，并测得的标准偏差
数据是在0.002。
首先，油A组成的磷添加剂，钙清净剂和分散剂表现出最高的摩擦所有测试的油的水平。
与调频证明油B几乎相同的摩擦水平的石油A.在油C的情况下，含调频B，有24％的跌幅在摩擦系数在1.0M/s的油A.调频乙相比，给人以极大的在降低金属间摩擦系数的影响。
3.2。
在后测座表面分析。
X射线光电子光谱（乔尔JPS-9010MCXPS）和原子力显微镜（Veeco公司口径AFM）来调查潜在联系
摩擦特性和形态之间摩擦膜。
表面分析之前，试样都通过浸没在己烷中，以除去残留的洗涤石油和磨屑。
XPS分析标识的元素一个摩擦膜，以约50nm和分析的深度它们的化学粘合条件，通过检测动能出院光电子的能量。
在这项研究中，X-射线梁用Mg-Kα（10千伏）的光子能量照射的测试表面的中心在1毫微米直径光斑。
后15秒通过溅射氩照射，对应约去除5nm厚的层，从表面上看，该XPS分析了重复获得有关成分的信息和从所述表面变化粘接条件到新的深度。
图6示出了在对摩擦膜的XPS深度分布从样品的试块，油A，B和C对应的峰向碳酸钙（CaCO3）和钙磷酸盐（磷酸氢钙或Ca2P2O7）是在347.3eV和347.6eV的分别。
在油A的情况下，有一个尖锐峰在347电子伏特，如示于图6。
允许误差测量是在±0.5EV，间隔为结合能。
一些磷酸钙和碳酸钙可能在摩擦表面生成。
这些品种的钙从表面检测到大于90nm的深度。
与油B的XPS配置文件是非常相似的油A的，这意味着钙的物种可能在形成面以及油答：
有一个峰值347eV在壳体的油C.然而，钙物质的存在是确定其外表面atmost40nmand因此，从油C的钙化合物厚度更薄比油A和B。
原子力显微镜允许摩擦膜的表面实际调查形态在纳米尺度[15]。
在这项研究中，原子力显微镜
图像被记录在contactmode与V形氮化硅悬臂。
为确保一致性，相同的探针被用来用于扫描每个样品在指定的分辨率的法线方向1纳米。
这是不可能的针尖会损坏表面，因为这样的接触力水平是非常低，在接触力比较摩擦测试和的预期的机械性能摩擦膜。
接触力模式用原子力显微镜表征的摩擦膜的上块的性质。
中央部后测块上的磨痕被扫描过
50微米×50微米，在200微米/秒的速率。
图7示出导出后测块的原子力显微镜地形图像从测试的油。
需要注意的是在原子力显微镜的亮部分图像表示的表面上的较高位置上。
很有趣的是，后测表面油A呈现出清晰致密的沉积结构：
具有1-5微米的供词细长的滑动方向。
此外，高密度沉积可以从油B的磨痕观察碳酸钙的这些沉积物可能是由和从所述XPS磷酸钙结果如图图6。
然而，从油C的表面不具有不同的沉积。
此外，在中央存在脊磨痕和两侧的部分被打磨，whichmight
是由于缺少钙化合物的生成膜的表面上。
这些结果表明，该摩擦行为强烈依赖于的局部形态摩擦膜的润滑剂“添加剂而得。
3.3。
测试油的传递扭矩的能力。
图8示出了测试油的扭矩容量，这是进行改变所述次级带轮的夹紧力从19.3到36.8千牛以14米/秒的恒定主带轮转速和2.3低速传动比。
石油A在滑轮上的扭矩容量力36.8N被归为1的转矩容量。
该测试油的扭矩容量成比例增加，滑轮力，重复测量值是±3％以内。
石油A上的扭矩是最大的所有测试油和比油C的更大的17％的扭矩
对于油B几乎相同的水平油A在较高的负载条件。
在测试的转矩容量之差油对应于由LFW-1的结果，如图图5，这证明利用LFW-1摩擦磨损试验机作为测试方法评估B-CVT的扭矩容量。
这是至关重要的更大的扭矩容量，可实现更高边界摩擦金属接触界面之间的系数。
更高的扭矩容量的液体会带出一个潜在的
为了提高在该无级变速器单元的传输效率。
油A给了比油C大于17％的扭矩容量36.8千牛带轮夹紧力。
当次级带轮力为从36.8到25千牛（32％）为油A，油A减少获得相同的扭矩容量水平作为油C与滑轮36.8千牛的力。
因此，应用更高的扭矩容量流体的CVT单元可有助于降低最大滑轮所需锁模力。
这将有可能有下油泵的负载，这将导致总的减少功率损耗的CVT装置。
3.4。
Antishudder表现为闭锁离合器。
图9
显示测试油antishudder性能评估在80◦ç通过使用LVFA。
摩擦系数油A几乎是在0.006至较低速度恒定的条件和0.3米/秒，这意味着上antishudder有负面影响属性。
油B和C表现出摩擦改进剂一个正μ-V曲线在低于0.3米/秒，从而具有出色的antishudder性能。
钉宫理[14]研究的影响每个典型的添加剂适用于申请进度查询设施上μ-V特性。
大多数的摩擦改性剂的（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的
较高的滑动速度。
从这些影响，油B和C显示
一个正μ-V曲线中的LVFA。
接着，测试油的antishudder耐久性示于图10。
较μ-V特性的近似式在40◦C的距离计算得到的摩擦由（3），而对于antishudder服务的判断基准人生应Dμ/DV（0.3）：
其中μ0.3和μ0.006是摩擦系数的滑动速度
的分别是0.3至0.006米/秒。
在这项研究中，antishudder使用寿命的定义时，Dμ/DV（0.3）的值达到零。
如图10中的结果包括antishudder的JASO参考输送流体用TIII寿命评估相同的测试装置中，并在Dμ/DV（0.3）为TIII是零下168小时的耐久性。
在另一方面，本Dμ/DV（0.3）油B仍保持正值亚特摩尔超过240小时，表明不再antishudder使用寿命比TIII。
在商业使用的CVT液，两种不同的润滑油将不允许根据优化性能它们各自的用途。
这意味着，该无级变速器的流体必须与整个无级变速器的组分相容单元，如皮带和皮带轮，湿式离合器，齿轮和轴承。
从这些结果中，该添加剂制剂如油B.将属性的提高antishudder性能保持金属间摩擦系数。
4.讨论
油B包括磷添加剂，钙清净剂，分散剂和调频表现出较高的金属间摩擦系数和良好的antishudder性能。
这里，本原因为通过所得到的金属之间的高摩擦油B进行了讨论。
从XPS分析的结果如图在图6中，更厚的钙摩擦膜种类为确定的磨痕与油B比油的情况下C.从油B导出的电影如图7所示，因此表现在滑动方向致密的沉积，而表面与油C并不均匀和侧部件分别累死了。
泰勒和尖峰[16]表明，型ZnDTP反应膜似乎抑制润滑剂夹带进的接触，从而导致降低的弹力与ZnDTPfree润滑（EHL）膜厚度相比润滑剂。
据推测，该较厚的致密摩擦膜衍生fromOil乙起着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，在摩擦膜的行为差异调频中石油之间形成和摩擦特性B和中石油CFM乙方在LFW-1和LVFA进行了讨论。
调频A和B可以在减少摩擦中发挥作用根据周围0.06米/s和下一个较低的速度系数接触为1MPa，在LVFA压力。
然而调频和B介绍了金属-金属摩擦产生不同的影响在0.6GPA在LFW-1更高的压力。
FM中的A油B没有惊动钙摩擦膜的形成物种的摩擦表面上，如图7中所示的AFM地形。
FM中的B油C可能会更强烈地吸附表面导致的形成钙摩擦膜防止种，因而具有较低的摩擦。
不同FMA和B对LFW-1和LVFA测试效果可能由摩擦条件，如接触的影响压力与两个试验之间的滑动速度。
5。
结论
带式CVT的润滑油（B-CVTFs）必须能够产生皮带之间有较大传递扭矩容量滑轮及锁定一个很好的antishudder财产离合器系统的CVT单位。
润滑油添加剂的效果研究了改善BCVTs的这些表演。
此外，表面分析技术，已动用获得了一种新的洞察化学复合andmorphology的摩擦膜。
该研究结果可归纳如下。
（1）润滑油添加剂配方组成洗涤剂钙，磷抗磨剂表现出了较高的金属间摩擦系数，和的边界润滑膜的形成过程在BCVTFs使用的衍生fromthese添加剂对摩擦学性能强劲的影响。
（2）排序润滑剂配方的发现给对于湿式离合器优良antishudder性能在保持两者之间的较高的摩擦系数金属，这将导致改善的性能B超的CVT
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