CN101290030B - 用于变速器的离合器 - Google Patents

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Abstract

所公开的离合器包括反作用盘、摩擦盘、摩擦层、至少一个不可压缩的构件和液体润滑剂。该摩擦层具有摩擦系数，当摩擦层通过反作用盘压缩时该摩擦系数足够防止反作用盘和摩擦盘的相对转动。此外，摩擦层具有至少一个凹槽。在至少一个凹槽中设置至少一个不可压缩的构件以防止由反作用盘对摩擦层的进一步压缩。该至少一个不可压缩的构件被机械紧固到摩擦盘。

Description

用于变速器的离合器
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年10月25日提交的美国临时的申请号60/862,829的优先权。上述申请的公开内容在此通过参考而引入。
技术领域
本发明涉及一种扭矩传递装置和离合器或制动器，用于控制例如变速器或止滑差动器的装置的动作。
背景技术
例如离合器或制动器的扭矩传递装置用于整个汽车工业。例如，车辆变速器采用多个离合器来接合和分离变速器的齿轮组以便提供前进和倒车传动比。
通常，离合器包括摩擦盘和反作用盘。摩擦盘具有附着于正对反作用盘的表面上的摩擦材料层。传统的摩擦材料是(a)纤维素/纤维B(Kevlar)/树脂基材料；(b)烧结和/或金属摩擦材料；和(c)织物碳纤维摩擦材料。
已经尝试使用织物碳纤维作为用于换档/起动离合器的摩擦材料。与纤维素基材料相比，碳纤维材料一般更为耐用并具有更高导热性以及渗透性，该特性有利地影响离合器的摩擦特性。碳纤维织物摩擦材料通过聚合体基粘合剂附着于中心钢板。该粘合剂具有低导热性。
2002年3月26日授权于MI，Dearborn的Ford Global TechnologiesInc的美国专利6,360,864(′864)尝试减少离合器中润滑液的瞬时温度。′864专利通过提供用于流体流过反作用盘的内部通道开口或利用其间的隔板将反作用盘分成两半，从而增加了流体和钢制反作用盘之间的接触面积，以求减小瞬时的润滑液温度。
虽然′864专利的装置及其他现有技术的装置为了其预计目的而工作，仍旧需要改进。例如，希望提供一种减小润滑液温度和解决离合器过载的装置。
发明内容
按照本发明的一方面，提供一种离合器。该离合器包括反作用盘、摩擦盘、摩擦层、至少一个不可压缩的构件和液体润滑剂。该反作用盘被构造为提供压力。该摩擦盘邻近反作用盘设置并构造为摩擦接合反作用盘以便当施加压力时，在反作用盘和摩擦盘之间传递驱动扭矩。摩擦层附着于正对反作用盘的摩擦盘。该摩擦层具有摩擦系数，当摩擦层被反作用盘压缩时，该摩擦系数足够防止反作用盘和摩擦盘的相对转动。进一步地，该摩擦层具有至少一个凹槽。另外，至少一个不可压缩的构件设置在至少一个凹槽中以防止由反作用盘对摩擦层的进一步压缩。至少一个不可压缩的构件机械地固定到摩擦盘。液体润滑剂设置在反作用盘和摩擦盘之间并在两板之间提供润滑层。
按照本发明的另一个方面，至少一个不可压缩的构件到摩擦盘的机械紧固提供从润滑液经过至少一个不可压缩的构件到摩擦盘的导热流动路径。
按照本发明的又一个方面，至少一个不可压缩的构件通过铆钉机械地固定到摩擦盘。
按照本发明的又一个方面，摩擦层中的三个凹槽具有设置在三个凹槽中的每一个中的三个不可压缩的构件，用于防止由反作用盘对摩擦层的进一步压缩。
仍旧按照本发明的另一个方面，至少一个不可压缩的构件基本上由金属制成。
仍旧按照本发明的另一个方面，摩擦层基本上由多孔材料制成，该材料允许润滑液通过摩擦层运动。
仍旧按照本发明的另一个方面，摩擦层是可压缩的弹性材料，该材料将恢复到在被反作用盘压缩之前摩擦层的初始高度。
仍旧按照本发明的另一个方面，该摩擦层大体上由织物碳纤维制成。
仍旧按照本发明的另一个方面，该至少一个不可压缩的构件具有高度，该高度小于摩擦层被反作用盘压缩之前的摩擦层的厚度。
仍旧按照本发明的另一个方面，至少一个不可压缩的构件具有预定高度，该高度防止摩擦层塑性变形。
按照本发明的另一个方面，该至少一个不可压缩的构件具有预定高度，当离合器处于高速滑动运行条件时，该高度大体上等于摩擦层被压缩后的摩擦材料层的厚度。
按照本发明的另一个方面，该至少一个不可压缩的构件具有预定高度，当离合器处于低速滑动运行条件时，该高度大于摩擦层被压缩后的摩擦材料层的厚度。
根据这里所提供的描述其他应用领域将是显而易见的。很清楚描述和特定实施例仅仅是图示的目的而没有打算限制本公开内容的范围。
附图说明
图1是根据本发明实施例的、连接在驱动轴和从动轴之间的扭矩传递装置的侧视图；
图2是根据本发明实施例的、具有机械紧固插入构件的图1所示的扭矩传递装置的部分剖视图；
图3a是根据本发明实施例的、在图2所示的位置具有机械紧固插入构件并处于初始接合状态的图1所示的扭矩传递装置的横截面视图；
图3b是根据本发明实施例的、在图3a所示的位置具有机械紧固插入构件的图1所示的扭矩传递装置的放大横截面视图；
图4是根据本发明实施例的、在图2所示的位置具有机械紧固插入构件并处于高速滑动状态的图1所示的扭矩传递装置的横截面视图；和
图5是根据本发明实施例的、在图2所示的位置具有机械紧固插入构件并处于低速滑动状态的图1所示的扭矩传递装置的横截面视图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的参考数字指的是相同的元件，根据发明的实施例，在图1中图示了扭矩传递装置10的侧视图。扭矩传递装置10在汽车应用中通常指例如离合器或制动器。装置10具有第一盘或摩擦盘12和第二盘或反作用盘16。摩擦盘12通过润滑液层14与反作用盘16隔开。设置在反作用盘16和摩擦盘12之间的液体润滑剂14在两盘之间提供润滑隔层。扭矩传递装置10连接在驱动轴28和从动轴30之间。更具体地说，摩擦盘12连接到驱动轴28并且反作用盘16连接到从动轴30。驱动轴28一般连接到扭矩产生装置，例如内燃机(未显示)。从动轴30可连接到行星齿轮组(未显示)，用于将来自发动机的驱动扭矩传递到行星齿轮组以驱动车辆的车轮。摩擦盘12和反作用盘16都是扁平的并具有大体上圆形的形状。此外，盘12和16由钢或类似材料制成。然而，本发明的教导可应用到由其他材料制成的盘，例如金属合金、复合材料等等。
现在参考图2，根据本发明的一个实施例图示了图1所示的扭矩传递装置10的部分剖视图。反作用盘16的一部分已经被去除以显示润滑层14和摩擦材料层36。摩擦材料层36附着于摩擦盘12的表面。摩擦材料层36是当今扭矩传动机构中广泛使用的多种摩擦材料中的一种。例如，在发明的实施例中，摩擦材料层36是在授予Robert Chi-Chiu Lam和Yih Fang Chen并转让给MI，Sterling Heights的Borg-Wamer汽车公司的美国专利号5,676,577中给出并描述的摩擦材料，因此引用以供参考。此外，摩擦材料层36可以是由具有产品识别号BW-6500的、MI，Sterling Heights的Borg-Warner汽车公司提供的摩擦材料制成。然而，本发明设想摩擦材料层36可由纤维素、纤维素B、树脂、烧结金属、织物碳纤维或按照不同重量百分比的这些材料的任意组合制成，该材料层可能有或没有用在目前的离合器应用中。摩擦材料层36是允许润滑液14通过层36运动的多孔层。此外，摩擦材料层36是可压缩的弹性材料，如果层36没有被压缩超过其弹性极限，该材料将恢复被反作用盘16压缩前的初始高度和形状。在本发明的优选实施例中，摩擦层36由织物碳纤维组成。
在本发明的另一个实施例中，在摩擦材料层36中形成凹槽38。该凹槽38的深度大体上等于摩擦材料层36的厚度。优选地，在摩擦材料层36中形成至少三个凹槽。然而，本发明设想在摩擦材料层36中可以形成少于或多于三个凹槽。此外，凹槽38等距间隔并绕摩擦盘12圆周设置。本发明设想凹槽38形成为从板12的中心径向向外伸出或设置在相对于经过板12中心的线并径向向外延伸的角上。
进一步地，在本发明的优选实施例中，在每个凹槽38中设置凸脊或插入构件40。插入构件40，例如是机械紧固到摩擦盘12的单独部件。插入构件40由碳纤维、钢、金属合金或类似材料制成。在本发明的实施例中，插入构件40的宽度W1不比传统的摩擦盘中的通用润滑液凹槽的宽度宽。此外，插入构件40的宽度W1设定尺寸为足够容纳从离合器接合所接收的所有过载。
在本发明的优选实施例中，插入构件40具有多个孔42，铆钉43穿过该孔以便将插入构件40机械紧固到摩擦盘12，如图3a和图3b的放大视图所示。进一步地，铆钉43设置在凹槽孔45中以使铆钉的头部位于插入构件40的上表面47的下方。铆钉43具有中空的中心管形构件49，该构件被构造为接收并传递润滑液14到摩擦盘12和反作用盘16的接触面。插入构件40到摩擦盘12的机械紧固提供源自润滑液14经过插入构件40到摩擦盘12的导热流动路径。而且，摩擦盘12的整个有效表面积极大地增加以提高润滑液14的冷却性。当然，本发明设想使用其他的机械紧固件，例如螺栓、螺钉等等。
继续参考3a，根据本发明的实施例图示了在图2所示的位置并处于初始接合的图1所示的扭矩传递装置10的横截面视图。在初始接合时，摩擦材料层36优选具有大于插入构件40高度Hi的未压缩厚度Tuc。因此，在初始接合时存在凹槽38。凹槽38促进润滑液14流过扭矩传递装置10并用来穿透流体动力学膜和避免打滑。摩擦材料层36的重要特性是层36的弹性特性。更准确地说，摩擦材料层36具有从其未压缩厚度Tuc。延伸到恰好低于插入构件40高度的弹性区Ez，如图3a所提及的。当摩擦材料层36被压缩到一个厚度以致于摩擦材料层36的上表面位于弹性区Ez中，在不压缩时层36将保持弹性并恢复其初始的厚度。进一步地，插入构件40具体构造为通过防止反作用盘16移动更靠近摩擦盘12来保证摩擦材料层36没有被压缩到弹性区Ez下方。换句话说，摩擦盘12和反作用盘16将相对彼此移动直到反作用盘16接触附着于摩擦盘12的插入构件40。
如图4所示，根据本发明的实施例，示出了在图2所示的位置并在高速滑动期间的图1所示的扭矩传递装置10的横截面视图。当反作用盘16上的负载达到最大容量时，凹槽38将消失，摩擦材料层36将以初始或接近初始渗透性在弹性变形区域中传递大部分扭矩，插入构件40传递一些扭矩。更准确地说，在高速滑动期间，摩擦材料层36被压缩以致于摩擦材料的厚度Ths大体上等于插入构件40的高度。在这个状态下，凹槽38不再存在。插入构件40具有预定高度Hi，该高度防止摩擦材料层12被压缩至超过其弹性变形范围或区域Ez。而且，插入构件40将提供摩擦盘12和反作用盘16之间的平行性，引起增强的载荷分布。进一步地，插入构件40将吸收所有的附加临时负载，因此避免摩擦材料塑性变形和渗透性损失。
现在参考图5，示出了在图2所示的位置并在低速滑动期间的图1所示的扭矩-传送装置10的横截面视图。在低速滑动期间，摩擦材料层36被压缩以致于摩擦材料的厚度Tls略微低于插入构件40的高度。在这种状态下，凹槽38不再存在。而且，摩擦材料层36在低速滑动期间被完全压缩并处于其弹性变形极限。如果摩擦材料层36被压缩超过其弹性变形极限，层36将进入塑性变形。如果进入塑性变形，摩擦材料层36将失去其弹性。然而，通过提供具有预定高度Hi的插入构件40，本发明保证摩擦材料层不会塑性变形，该预定高度Hi防止反作用盘16进一步压缩摩擦材料层36超过其弹性变形区域Ez。
因此，本发明具有许多优于现有技术的优势和好处。而且，可以采用本发明的教导来克服许多在现有技术的扭矩传递装置中发现的问题。例如，本发明克服了在由Robert C.Lam、Bulent Chavdar和TimNewcomb撰写并由汽车工程师学会(Society of AutomotiveEngineers)出版的技术论文“新一代摩擦材料和技术(New GenerationFriction Materials and Technologies)”中论述的抖动问题及其他问题(参考SAE 2006-01-0150)，因此引用以供参考。进一步地，在离合器接合期间与润滑液接触的金属摩擦盘表面积的增加显著地降低了润滑液的最大瞬时流体温度。有利地，本发明的离合器减小了润滑液的最大瞬时温度，这又减小了用来最小化静摩擦系数和避免抖动的高压/高温添加剂的消耗速度。因此，利用相同的润滑液流动量和相同的变速器结构，由于增加的热传递而使流体温度减小。另外，由于粘性的增加，在低相对速度时润滑液的较低温度提供较高的EHD摩擦和较厚的膜，同时减小了用来最小化静摩擦系数的高压/高温添加剂的消耗速度。
虽然已经详细描述了执行本发明的优选实施例，应该理解所使用的术语意在指措辞和描述的本质而不是限制。本领域技术人员应该认识到按照上述教导可以对本发明进行多种修改。因此，应该理解在附加权利要求的范围内，除非特别描述，发明可以按照大体等同的方式应用。

Claims (12)

1.一种离合器，包括：
用于施加压力的反作用盘；
邻近该反作用盘设置的摩擦盘，用于摩擦接合该反作用盘以便当施加压力时在反作用盘和摩擦盘之间传递驱动扭矩；
附着于该摩擦盘并正对该反作用盘的摩擦层，该摩擦层具有摩擦系数，当摩擦层通过反作用盘压缩时该摩擦系数足够防止反作用盘和摩擦盘相对转动，并且其中该摩擦层具有至少一个凹槽；
设置在所述至少一个凹槽中的至少一个不可压缩的构件，用于防止由该反作用盘对摩擦层的进一步压缩，其中所述至少一个不可压缩的构件机械紧固到摩擦盘，其中，所述至少一个不可压缩的构件的宽度设定尺寸为足够接收来自于离合器接合的所有过载；和
设置在反作用盘和摩擦盘之间的液体润滑剂，用于在两盘之间提供润滑层。
2.如权利要求1所述的离合器，其特征在于该机械紧固提供从液体润滑剂经过所述至少一个不可压缩的构件到摩擦盘的导热流动路径。
3.如权利要求2所述的离合器，其特征在于所述至少一个不可压缩的构件通过铆钉机械紧固到该摩擦盘。
4.如权利要求1所述的离合器，其特征在于所述至少一个凹槽包括三个凹槽，该三个凹槽具有设置在三个凹槽的每一个中的三个不可压缩的构件，用于防止由反作用盘对摩擦层的进一步压缩。
5.如权利要求1所述的离合器，其特征在于所述至少一个不可压缩的构件主要由金属制成。
6.如权利要求1所述的离合器，其特征在于该摩擦层主要由多孔材料制成，该材料允许液体润滑剂通过摩擦层运动。
7.如权利要求6所述的离合器，其特征在于该摩擦层是可压缩的弹性材料，该材料可恢复到在被反作用盘压缩之前摩擦层的初始高度。
8.如权利要求6所述的离合器，其特征在于该摩擦层基本上由织物碳纤维制成。
9.如权利要求1所述的离合器，其特征在于所述至少一个不可压缩的构件具有高度，该高度小于摩擦层被反作用盘压缩前的摩擦层厚度。
10.如权利要求1所述的离合器，其特征在于所述至少一个不可压缩的构件具有预定高度，该预定高度防止摩擦层塑性变形。
11.如权利要求1所述的离合器，其特征在于所述至少一个不可压缩的构件具有预定高度，当离合器处于高速滑动运行条件时，该高度大体上等于摩擦层被压缩后的摩擦层的厚度。
12.如权利要求1所述的离合器，其特征在于所述至少一个不可压缩的构件具有预定高度，当离合器处于低速滑动运行条件时，该高度大于摩擦层被压缩后的摩擦层的厚度。
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