报告发布方:中金企信国际咨询《中金企信发布:全球与中国自动变速器摩擦片行业市场深度调查及发展前景调研报告2024-2030年》
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1、自动变速器摩擦片行业现状:
(1)自动变速器摩擦片应用分析:汽车变速器是协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置,属于汽车传动系统,变速器分手动变速器和自动变速器,自动变速器为绝对主流。随着机电液一体化技术的飞速发展,各类新型液力驱动的湿式离合器和制动器在汽车自动变速器中得到广泛应用,在这种湿式离合器和制动器中是靠多对摩擦片传递扭矩,摩擦片是其中的关键零部件,大多采用湿式纸基摩擦片与对偶片。
自动变速器摩擦片包括湿式纸基摩擦片和对偶片,属于汽车传动系统的核心部件。汽车工作时,湿式纸基摩擦片与对偶片相配合,借助油介质中形成的油膜表面张力来吸收或传递动力,从而实现制动和传动需求。不同类别的自动变速器各零部件构造存在差异,自动变速器摩擦片通常装配于自动变速器的湿式离合器、制动器和液力变矩器等中。以液力自动变速器(AT)为例,离合器、制动器和液力变矩器在汽车自动变速器总成中所装配的位置如下图:
进一步以自动变速器的离合器为例,湿式纸基摩擦片和对偶片在自动变速器离合器中的位置如下所示:
湿式纸基摩擦片和对偶片直径相近,内外齿和花键不同,依次交错装配在变速器离合器中。湿式纸基摩擦片两侧被对偶片包覆,对偶片的数量多于湿式纸基摩擦片,其分布如下图所示:
湿式纸基摩擦片由钢芯片和湿式纸基摩擦材料组成,钢芯片由钢材冲压成型,用于摩擦片和传动部件的连接,并为摩擦材料提供必要的支撑。湿式纸基摩擦材料是以纤维素纤维或合成纤维等作为增强纤维,加入摩擦性能调节剂和填料等成分,经成型固化工艺后,制成具有多孔、可压缩、吸湿性的在油介质中工作的摩擦材料,具有动摩擦系数高、动/静摩擦系数接近、传递扭矩能力强、噪音小、不伤对偶片、结合过程柔和平稳、耐磨性能良好、结构形状易于设计、成本低、容易实现自动化和批量化等一系列优点,因而被乘用车自动变速器广泛采用。
对偶片由钢材冲压而成,通常与湿式纸基摩擦片相互配合,提供动力传输,对偶片能够有效增强湿式离合器在接合时的摩擦力,同时减小分离过程中润滑油产生的油膜剪切力,减少摩擦损失。此外,对偶片还能够更有效地发挥湿式离合器控制动力传递与切断的作用,保证发动机与变速器之间动力传递的可控性与平稳性。除液力自动变速器(AT)外,湿式纸基摩擦片和对偶片在无级变速器(CVT)、双离合器变速器(DCT)、混合动力专用变速器(DHT)和纯电动汽车专用变速器(DET)的装配位置与下游应用情况如下图:
(2)湿式摩擦材料的类别:自动变速器摩擦片包括湿式摩擦片和对偶片,属于汽车传动系统的核心部件,湿式摩擦片为自动变速器摩擦片的核心部分。湿式摩擦片由钢芯片和湿式摩擦材料组成,钢芯片由钢材冲压成型,用于摩擦片和传动部件的连接,并为摩擦材料提供必要的支撑;湿式摩擦材料通过加热加压的工艺粘接到钢芯片上。湿式摩擦材料是指摩擦材料在实际工作过程中存在油润滑,在湿式摩擦条件下实现能量的传递,湿式摩擦材料主要可分为以下几种:
由上表,由于具有动摩擦系数高且稳定、静动摩擦系数之值接近、传递扭矩能力强、摩擦噪音小、结合过程柔和平稳、耐磨性能良好和结构形状可设计等一系列优点,纸基摩擦材料目前已成为汽车自动变速器用摩擦材料的主导品种,适用于各类乘用车、商用车、工程机械、高端农机、船舶、军工车辆等,并广泛应用于上述载运工具的自动变速器、制动器中。
(3)湿式纸基摩擦材料的发展历程及现状:国外纸基摩擦材料发展于二十世纪七、八十年代,经历了从轻载工况到重载工况,从低能量、低功率吸收到高能量、高功率吸收的发展过程,该种材料已广泛应用于汽车、船舶、工程机械、矿山机械等领域的离合器、制动器中。根据中国汽车工业协会的统计,世界上大部分汽车厂商,如奔驰、宝马、大众、丰田、日产、通用,在其湿式制动器和离合器中广泛采用了纸基摩擦材料。同时国外大部分主流的工程机械厂商也广泛使用纸基摩擦材料,如卡特彼勒、约翰迪尔、三菱、小松等。
目前仅美国、日本等少数国家具备独立生产乘用车自动变速器湿式纸基摩擦片的能力,且在技术上对外封锁。在国内,该行业发展较晚,受关注程度较低,国外企业长期抢占该领域市场,国内一直没有形成能够在该领域与国外大型企业相抗衡的企业。
(4)自动变速器摩擦片在其他应用场景的发展趋势:
①在工程机械领域将得到较大应用:我国是基础设施建设大国,工程机械需求巨大,传动方式为动力换挡的工程机械和农机主要包括挖掘机、装载机、推土机、叉车等。在工程机械领域和高端农机领域,当前主要采用铜基和铁基粉末冶金摩擦材料,该种摩擦材料弹性模量大、孔隙率低,具有柔韧性好、导热性好、许用载荷大、耐热性能良好、磨损率低等优点。工程机械和农机工况复杂多样,作业时扭矩范围大、转速范围广,并且作业时振动剧烈、稳定性差,需要频繁切换挡位来保证动力需求。粉末冶金摩擦材料密度较大,硬度高,弹性和压缩性差,动摩擦系数相对较低且静/动摩擦系数匹配相对不合理,一般只适合在低速、大扭矩工况条件下使用。此外,铜基和铁基粉末冶金摩擦材料使用寿命相对较短,在生产过程中需要损耗大量的电力资源以及不可再生的金属粉末资源,也与国家大力提倡的绿色环保、节能减排政策相悖。
而湿式纸基摩擦片具有动摩擦系数高、动/静摩擦系数接近、传递扭矩能力强、噪音小、结合过程柔和平稳、耐磨性能良好、结构形状易于设计、成本低、容易实现自动化和批量化等一系列优点,对工程机械变速装置的传扭品质和传扭平稳性起到关键作用,从而提高车辆传扭过程的安全性、稳定性和使用寿命,因此其在工程机械和高端农机领域具有较大的应用空间。
国外大型机械制造商已经在工程机械领域使用纸基摩擦片来替代铜基和铁基摩擦片,用作变速器和车桥的传扭部件。例如,美国卡特彼勒、日本小松、韩国现代等大型工程机械制造商已推广使用工程机械用湿式纸基摩擦片,改变了铜基和铁基摩擦片独占工程机械领域的局面。
②农机领域存在进口依赖情况,未来将有较好的应用:我国国产小型农机目前大量采用的是传统的手动换挡变速箱,存在换挡难度大,噪音大,驾驶员的劳动强度大,换挡机构易存在松旷等问题。欧美发达国家,自上世纪90年代已普遍使用动力换挡变速箱,目前已大规模发展机械液压无级变速器(HMT),HMT综合了液压传动和机械传动的主要优点,兼有无级调速性能和较高的传动效率,在大功率拖拉机等车辆上有着良好的应用前景。动力换挡变速箱和HMT都需要使用湿式纸基摩擦片。
在农机领域,湿式纸基摩擦片也存在进口依赖情况。根据工信部颁布的《产业基础创新发展项目》,适配220马力及以上拖拉机用湿式离合器,主要瓶颈为纸基摩擦材料依赖进口。配套200马力及以上拖拉机用动力换挡变速箱,主要瓶颈为泵、控制阀等液压元件,各类传感器、纸基摩擦片等依赖进口。