CN100557259C - 用于变速器的离合器 - Google Patents
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Abstract
本发明的离合器具有反作用板、摩擦板、摩擦层、至少一个不可压缩部件以及流体润滑剂。该摩擦板靠近该反作用板而设置，以便与该反作用板摩擦地接合，从而当施加压缩力后，在该反作用板与该摩擦板之间传递驱动扭矩。该摩擦层具有至少一个沟槽。该至少一个不可压缩部件设置在该至少一个沟槽内，以防止该摩擦层被反作用板进一步压缩。该至少一个不可压缩部件粘附到该摩擦板，并且流体润滑剂设置在该反作用板与摩擦板之间，用于在板之间提供润滑层。
Description
本申请要求2006年10月16日提交的申请号为60/829,554的美国临时申请的优先权。上述申请的公开内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及扭矩传动装置，并涉及离合器或制动器，用于控制机械装置比如变速器或限滑差速器(limited slip differential)的运行。
背景技术
扭矩传动装置比如离合器或制动器普遍使用于汽车工业。例如，车辆变速器采用多种离合器来接合或脱离变速器的齿轮组，以便提供前进或倒退齿轮比。
一般地讲，离合器包括摩擦板(friction plate)和反作用板(reactionplate)。该摩擦板具有一层附接到与反作用板相对的表面上的摩擦材料。传统的摩擦材料为(a)基于纤维素/凯夫拉尔纤维/树脂的材料；(b)烧结的金属纤维摩擦材料；及(c)编织碳纤维摩擦材料。
基于纤维素/凯夫拉尔纤维/树脂的材料成本划算、提供了较高的扭矩能力(torque capacity)、其上多孔、提供了能形成极好的载荷分布而不损失渗透性(permeability)的弹性结构，只要局部载荷低于弹性极限即可。然而，由于塑料变形、毛孔封闭以及渗透性损失，局部过载引起受到限制的经多孔结构到表面的流体供给；而且，由于摩擦材料更多地作为热绝缘体使用，这种情况引起局部过热、颤动、表面光滑(glazing)、结构性摩擦材料损坏、局部加热(hot spotting)及抖动。过度依赖摩擦改性添加物来避免粘结/滑动(抖动)特性仅能暂时性地产生所需要的效果。比如，当由于损耗而使摩擦改性添加物的浓度降低到低于临界水平时，抖动的振幅增加。
烧结的金属摩擦材料具有更好的热传输能力及热阻，且能够接受高过载而没有结构损坏。而且，通过磨损损耗可以获得优化的载荷分布。然而，烧结的金属摩擦材料成本不太划算，这是因为施加的载荷分布对每个接合都有些微的差别。与弹性变形相比，磨损损耗对避免局部过载的有效性更低。由于流体在两个实体之间被挤压，作为流体剪切的结果，更高的局部流体压力(硬弹性流体润滑对于软弹性流体润滑，hard-EHL vs.soft-EHL)引起更高热量的生成，因此，即使更好的热传导性也可能不足以支撑膜片，可能需要更高的运动粘度流体(伴随额外的效率损失)，并导致较低的扭矩能力。
编织碳纤维摩擦材料在某些方面具有介于基于纤维素/凯夫拉尔纤维/树脂的摩擦材料与烧结的摩擦材料中间的优点与缺点。
因此，具有对新型以及改良的扭矩传动装置的需求，要求该装置利用以上提到的摩擦材料的优点并限制其缺点。
发明内容
在本发明的一方面，提供一种离合器。该离合器具有反作用盘、摩擦盘、摩擦层、至少一个不可压缩部件以及流体润滑剂。该反作用盘施加压缩力。该摩擦板靠近该反作用板而设置，以便与该反作用板摩擦地接合，从而当施加压缩力后，在该反作用板与该摩擦板之间传递驱动扭矩。该摩擦层附接于该摩擦板上并与该反作用板相对。该摩擦层具有摩擦系数，从而当该摩擦层被该反作用板压缩时，足以防止摩擦板与反作用板之间的相对转动。该摩擦层具有至少一个沟槽。该至少一个不可压缩部件设置在该至少一个沟槽内，以防止该摩擦层被反作用板进一步压缩。该至少一个不可压缩部件粘附到该摩擦板，并且流体润滑剂设置在该反作用板与摩擦板之间，用于在板之间提供润滑屏障。
在本发明的另一方面，该摩擦板及该至少一个不可压缩部件包括至少一个开孔，用于允许该流体润滑剂流经该摩擦板及该至少一个不可压缩部件而与该反作用板接触。
在本发明的又一方面，该摩擦层内的三个沟槽具有三个不可压缩部件，其设置在该三个沟槽中的各个沟槽内，用于防止该反作用板对摩擦层的进一步压缩。
在本发明的又一方面，该不可压缩部件主要由金属制成。
在本发明的又一方面，该摩擦层主要由多孔材料制成，其允许润滑流体穿过该摩擦层而移动。
在本发明的又一方面，该摩擦层为可压缩弹性材料，其在被该反作用板压缩之前，将恢复到该摩擦层的初始高度。
在本发明的又一方面，该摩擦层大致由编织碳纤维制成。
在本发明的又一方面，该至少一个不可压缩部件具有一定高度，该高度小于摩擦层在被反作用板压缩之前该摩擦层的厚度。
在本发明的又一方面，该至少一个不可压缩部件具有预定高度，其防止该摩擦层被塑性变形。
在本发明的又一方面，该至少一个不可压缩部件具有预定高度，当离合器处于高速滑动运行状态时，该预定高度大致同摩擦层被压缩后摩擦材料层的厚度相等。
在本发明的又一方面，该至少一个不可压缩部件具有预定高度，当离合器处于低速滑动运行状态时，该预定高度大于摩擦层被压缩后摩擦材料层的厚度。
通过这里提供的描述，其它应用场合将变得明显。应理解，该描述及具体实施例仅仅用于解释的目的，而不是用于限制本发明的范围。
附图说明
图1为根据本发明一个实施例，连接于驱动轴与从动轴之间的扭矩传动装置的侧视图；
图2为根据本发明一个实施例，图1中扭矩传动装置的局部剖视图；
图3为根据本发明一个实施例，图1中扭矩传动装置在图2所示位置且处于初始接合状态的截面图；
图4为根据本发明一个实施例，图1中扭矩传动装置在图2所示位置且处于高速滑动状态的截面图；
图5为根据本发明一个实施例，图1中扭矩传动装置在图2所示位置且处于低速滑动状态的截面图。
具体实施方式
参考附图，图中类似的标号是指类似的构件。图1展示了根据本发明一个实施例的扭矩传动装置10的侧视图。扭矩传动装置10在汽车应用中通常称为离合器或制动器。装置10具有第一板或摩擦板12以及第二板或反作用板16。摩擦板12借助一层润滑流体14而与反作用板16隔开。设置在该反作用板16与该摩擦板12之间的流体润滑剂14在板之间提供了润滑层。扭矩传动装置10连接在驱动轴28与从动轴30之间。更具体地，摩擦板12配接到驱动轴28上，而反作用板16则配接到从动轴30上。驱动轴28典型地连接到扭矩产生装置比如内燃机(图未示)上。从动轴30可连接到行星齿轮组(图未示)上，以便将驱动扭矩从发动机传动到行星齿轮组，从而驱动车辆的车轮。摩擦板12以及反作用板16均为平面状，且具有大致为圆形的形状。并且，板12和板16由钢或类似材料制成。然而，本发明的教导可应用于由其它材料比如合金、复合物等制成的板。
参考图2，其展示了根据本发明一个实施例的图1中扭矩传动装置10的局部剖视图。反作用板16的部分被移去，以便展现润滑层14和摩擦材料层36。摩擦材料层36粘附到摩擦板12的表面。摩擦材料层36是在当今扭矩传动机构中通用的多种摩擦材料中的一种。比如，在本发明的一个实施例中，摩擦材料层36是在授予Robert Chi-Chiu Lam和Yih Fang Chen、并转让给密歇根州斯特林高地城Borg-Warner Automotive公司的第5,676,577号美国专利中展示并描述的摩擦材料，该专利通过引用结合于此。而且，摩擦材料层36可以由密歇根州斯特林高地城Borg-Warner Automotive公司提供且产品标识号为BW-6500的摩擦材料制成。然而，本发明考虑到摩擦材料层36可以由：纤维素、凯夫拉尔纤维、树脂、烧结的金属、编织碳纤维或由这些材料形成的重量百分比可变的任何组合来制成，这些组合目前可能使用或未使用于离合器应用中。摩擦材料层36为多孔层，其允许润滑流体14穿过层36而移动。而且，摩擦材料层36为可压缩弹性材料，如果层36没有被压缩超过自身的弹性极限，该材料在被反作用板16压缩之前将恢复自身的初始高度及形状，
在本发明的另一个实施例中，摩擦材料层36内形成沟槽38。该沟槽38的深度大致与摩擦材料层36的厚度相等。优选地，至少三个沟槽形成于摩擦材料层36内。然而，本发明考虑到少于或多于三个的沟槽可以形成于摩擦材料层36内。而且，沟槽38互相隔开并围绕摩擦板12周向地设置。本发明考虑到沟槽38形成为从板12的中心径向向外地延伸，或设置成与下面的线成一定角度，该线穿过板12的中心并径向向外地延伸。
另外，在本发明的优选实施例中，脊体或插入部件40放置在沟槽38的每一个内。插入部件40，举例而言，为单独的构件，其粘附到摩擦板12上。插入部件40由碳纤维、钢、合金或类似材料制成。在本发明的一个实施例中，该插入部件40的宽度Wi不宽于传统摩擦板内的典型润滑流体沟槽宽度。而且，插入部件40的宽度Wi的尺寸定制为足以适应从离合器接合所接收的任何过载荷。
优选地，插入部件40包括多个开孔42。开孔42延伸穿过摩擦板12，并配置成用于接收润滑流体14并将润滑流体14传输到摩擦板12与反作用板16的接触面上。
参考图3，其展示了根据本发明一个实施例的图1中扭矩传动装置10在图2所示位置且处于初始接合时的截面图。在初始接合时，摩擦材料层36优选地具有大于插入部件40的高度Hi的未压缩厚度Tuc。这样，沟槽38在初始接合时出现。沟槽38促使润滑流体14穿过扭矩传动装置10而流动，并且起作用突破流体动力薄膜并避免打滑。摩擦材料层36的一个重要特性是层36的弹性性能。更具体地，如图3所示，摩擦材料层36应当具有弹性区域Ez，其从自身的未压缩厚度Tuc延伸到刚好低于插入部件40的高度。当摩擦材料层36压缩到一定厚度，使得摩擦材料层36的顶面位于弹性区域Ez内时，层36将维持其弹性，并且当其未压缩时将恢复自身的初始厚度。而且，插入部件40经过特别配置，用于通过防止反作用板16更靠近摩擦板12移动而确保摩擦材料层36不被压缩到低于弹性区域Ez。换句话说，摩擦板12与反作用板16将相向移动，直到反作用板16接触到附接在摩擦板12上的插入部件40。
参考图4，其展示了根据本发明一个实施例的图1中扭矩传动装置10在图2所示位置且处于高速滑动期间的截面图。当反作用板16上的载荷达到其最大能力时，沟槽38将会消失，摩擦材料层36将会在具有初始渗透性或接近初始渗透性的弹性变形区域内传递该扭矩的绝大多数，而插入部件40将会承载部分扭矩。更具体地，在高速滑动过程中，摩擦材料层36被压缩，使得摩擦材料的厚度Ths大致与插入部件40的高度相等。在此情况下，沟槽38不再出现。插入部件40具有预定的高度Hi，其防止了摩擦材料层12被压缩超过自身弹性变形范围或区域Ez。而且，插入部件40将在摩擦板12与反作用板16之间提供平行性，从而导致增强的载荷分布。而且，插入部件40将吸收任何额外的临时载荷，从而避免了摩擦材料塑性变形以及渗透性损失。
参考图5，其展示了图1中的扭矩传动装置10在图2所示位置且处于低速滑动期间的截面图。在低速滑动过程中，摩擦材料层36被压缩，使得摩擦材料的厚度T1s稍微低于插入部件40的高度。在此情况下，沟槽38不再出现。而且，摩擦材料层36被完全压缩并达到自身的弹性变形极限。假如摩擦材料层36被压缩超过自身的弹性变形极限而，则层36将开始塑性变形。如果其开始塑性变形，摩擦材料层36将会失去自身的弹性。然而，通过提供具有预定高度Hi的插入部件40，其防止反作用板16进一步压缩摩擦材料层36超过其弹性变形区域Ez，本发明确保摩擦材料层不会塑性变形。
这样，本发明相对于现有技术具有许多优点及益处。而且，本发明的教导可用于克服在现有扭矩传动装置中发现的许多问题。例如，本发明克服了抖动的问题及在下面的技术论文中讨论的其它问题，该技术论文的作者为Robert C.Lam、Bulent Chavdar、和TimNewcomb，名称为New Generation Friction Materials and Technologies，并由The Society of Automotive Engineers(Ref.#SAE2006-01-0150)出版，其通过引用结合于此。
虽然详细描述了实施本发明的最佳实施方式，应当理解，所使用的术语是指文字及描述的本意，而不是其限制。根据上述教导，那些熟悉与本发明相关的领域的人将会想到本发明的许多改型。因此，应当理解，在所附的权利要求的范围内，本发明可以以实质上等同的方式而不是这里具体描述的方式而实施。
Claims (11)
1.一种离合器，其包括：
反作用板，用于施加压缩力；
摩擦板，其靠近所述反作用板而设置，用于摩擦地接合所述反作用板，以便当施加所述压缩力时，在所述反作用板与所述摩擦板之间传递驱动扭矩；
摩擦层，其附接到所述摩擦板并与所述反作用板相对，所述摩擦层具有摩擦系数，从而当所述摩擦层被所述反作用板压缩时，足以防止所述反作用板与摩擦板之间的相对转动，且其中所述摩擦层具有至少一个沟槽；
至少一个不可压缩部件，其设置在所述至少一个沟槽内，用于防止所述摩擦层被所述反作用板进一步压缩，其中，所述至少一个不可压缩部件粘附到所述摩擦板上；以及
流体润滑剂，其设置在所述反作用板与所述摩擦板之间，用于在所述板之间提供润滑层。
2.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述摩擦板及所述至少一个不可压缩部件还包括至少一个开孔，用于允许所述流体润滑剂流经所述摩擦板及所述至少一个不可压缩部件而与所述反作用板接触。
3.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，还包括位于所述摩擦层内并具有三个不可压缩部件的三个沟槽，所述不可压缩部件设置在所述三个沟槽中的各个沟槽内，用于防止所述摩擦层被所述反作用板进一步压缩。
4.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述至少一个不可压缩部件主要由金属制成。
5.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述摩擦层主要由多孔材料制成，其允许所述润滑流体穿过所述摩擦层而移动。
6.根据权利要求5所述的离合器，其特征在于，所述摩擦层为可压缩弹性材料，其在被所述反作用板压缩之前，将恢复到所述摩擦层的初始高度。
7.根据权利要求5所述的离合器，其特征在于，所述摩擦层由编织碳纤维制成。
8.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述至少一个不可压缩部件具有一定高度，所述高度小于在所述摩擦层被所述反作用板压缩之前所述摩擦层的厚度。
9.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述至少一个不可压缩部件具有预定高度，其防止所述摩擦层被塑性变形。
10.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述至少一个不可压缩部件具有预定高度，当所述离合器处于高速滑动运行状态时，所述预定高度大致上同所述摩擦层被压缩后所述摩擦材料层的厚度相等。
11.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述至少一个不可压缩部件具有预定高度，当所述离合器处于低速滑动运行状态时，所述预定高度大于所述摩擦层被压缩后所述摩擦材料层的厚度。
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