CN101358626A - 具有带有凹坑的摩擦盘的扭矩传递装置 - Google Patents

具有带有凹坑的摩擦盘的扭矩传递装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及具有带有凹坑的摩擦盘的扭矩传递装置，其例如包括用于施加压力的反作用盘的离合器。该离合器还包括具有与反作用盘相对的表面的摩擦盘。摩擦材料层具有附接到摩擦盘的表面上的第一表面和与反作用盘相对的第二表面。该摩擦材料层的第二表面具有形成在其中的多个凹坑。此外，润滑流体设置在反作用盘与摩擦材料层之间，用于传递压力并且在反作用盘与摩擦盘之间提供润滑层。

Description

具有带有凹坑的摩擦盘的扭矩传递装置
技术领域
本发明涉及一种扭矩传递装置，并且涉及用于控制例如变速器的机构的操作的离合器或者制动器。
背景技术
例如离合器或制动器的扭矩传递装置大量用于整个汽车行业。例如，车辆变速器采用许多离合器，以接合和分离变速器齿轮组，从而提供前进齿轮比和倒档齿轮比。该离合器包括用于施加压力的反作用盘。该离合器还包括设置在反作用盘附近的摩擦盘，用于在施加压力时与反作用盘摩擦接合，以在反作用盘与摩擦盘之间传递驱动扭矩。该离合器还包括附粘在摩擦盘上的与反作用盘相对的摩擦材料层。该摩擦材料层构造为可由反作用盘所压缩。该离合器还包括设置在反作用盘与摩擦盘之间的液体润滑剂，用于在离合器接合期间提供盘之间的润滑层。
在离合器接合期间存在三种主要的润滑状态：流体动力(HD)状态、软弹性流体动力(soft-EHL)状态和边界状态。流体动力润滑状态的特点是厚的流体膜厚度、低的离合器的盘的公称接触压力和非常低的牵引/摩擦系数。因此，在流体动力润滑状态下难以实现扭矩传递。
在软弹性流体动力润滑状态下，摩擦材料的锋利的凹槽边缘和/或粗糙的纤维形貌用于穿透流体动力薄膜，并且形成分离该离合器盘的配合表面的薄膜岛。由于摩擦材料的非同质特性、盘的波纹形状和不均匀的载荷分布，故岛不均匀地分布在表面区域上。因为摩擦盘上的公称载荷恒定，所有流体岛承受比流体动力状态下更大的压力。当润滑流体变得更薄时，它的剪切速率迅速增加，这允许通过流体传递足够的扭矩。
在边界润滑状态下，由于速度降低和温度升高，故soft-EHL流体被破坏。此外，摩擦材料层的表面中的活性添加剂被激活，并且形成流体的低剪切保护层，其类似与摩擦材料层相互作用的固体润滑剂地产生作用，以形成接近于EHL数值的固体与固体的摩擦系数。摩擦化学层是流体润滑添加剂与离合器盘的配合表面之间的化学反应的结果。当流体润滑剂恶化的时候，摩擦化学层承受剪切作用。化学键破裂，流体中的添加剂被耗尽。该摩擦化学层通过使用来自流体的新的未耗尽的添加剂而得以补充。当流体中的添加剂浓度低于预定的临界水平时，局部摩擦系数急剧地增加，并且导致不均匀的离合器接合(抖动或粘附/滑移)或进一步的温度升高。如果温度升高，则该高温可导致对摩擦材料的损坏(磨损、破裂和上光)。反作用盘还可遭受包括过热点的损坏。
soft-EHL由于如下原因而作为用于离合器操作的最优状态：(1)薄的流体膜牵引提供足以传递所需扭矩的摩擦系数。(2)薄膜牵引不产生过多的热量，而过多的热量可损坏摩擦材料(磨损、破裂和上光)和反作用盘(过热点)，从而导致摩擦力降低和产生抖动。(3)表面活性摩擦改性剂在soft-EHL期间不会被消耗，因此推迟了流体的恶化。只要流体基本组分选自高水平等级，则体积氧化将不是离合器在达到135摄氏度的流体槽温度时的主要失效模式。(4)流体膜和摩擦材料具有降低摩擦界面的自我产生的振动或外部振动的幅度的阻尼能力。(5)牵引/摩擦系数与粘性阻力成比例，该粘性阻力随温度的升高(通常针对离合器接合周期)而降低正摩擦/滑移斜率。(6)与其他润滑状态相比，离合器可在soft-EHL模式下操作足够长的时间周期而没有任何的配合表面的损坏和失效。
在本领域中需要提供一种在离合器接合期间延长soft-EHL状态的新型的改进离合器。该新型的改进离合器将维持足够的摩擦系数，并且不产生将损坏离合器的摩擦材料层的过多热量。
发明内容
本发明提供一种离合器，其包括用于施加压力的反作用盘。该离合器还包括具有与反作用盘相对的表面的摩擦盘。该离合器还包括摩擦材料层，其具有附接在摩擦盘表面上的第一表面和与反作用盘相对的第二表面。该第二表面包括形成在其中的多个凹坑(dimple)。该离合器还包括设置在反作用盘与摩擦材料层之间的润滑流体，用于传递压缩力并在反作用盘和摩擦盘之间提供润滑层。
本发明延长接合期间的soft-EHL状态，增加soft-EHL润滑状态期间的实际接触面积，以及降低soft-EHL润滑状态期间的配合表面的实际接触压力。
更多的应用场合将从本文提供的描述中显而易见。应理解的是，本说明书和具体实例仅仅意图为示例性的，并且不意图限制本发明的范围。
附图说明
图1是根据本发明的示范性实施例的连接在驱动轴与从动轴之间的扭矩传递装置的侧视图。
图2是根据本发明的示范性实施例的图1中的扭矩传递装置的局部剖视图。
图3a是根据本发明的示范性实施例的图1中的扭矩传递装置的放大局部剖视图，其具有形成在图2所示的摩擦材料层的顶面上的多个凹坑。
图3b是图3a所示的凹坑的放大视图。
图3c是根据本发明的示范性实施例的图1中的扭矩传递装置的放大剖视图，其具有图3a所示的多个凹坑并且处于接合状态。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示相同的构件，在图1中示出根据本发明的示范性实施例的扭矩传递装置10的侧视图。扭矩传递装置10在汽车领域通常称为离合器或制动器。扭矩传递装置10具有第一盘或者摩擦盘12和第二盘或者反作用盘16。摩擦盘12通过润滑流体层14与反作用盘16分离。润滑流体14设置在摩擦盘12与反作用盘16之间，并且用于在盘12和16之间提供润滑屏障。
扭矩传递装置10连接在驱动轴18与从动轴20之间。更具体地，摩擦盘12联接到驱动轴18上，反作用盘16联接到从动轴20上。驱动轴18通常连接到例如内燃机(未示出)的扭矩产生装置上。从动轴20可连接到行星齿轮组(未示出)，用于将驱动扭矩从发动机传递到行星齿轮组，以驱动车辆的车轮。然而，扭矩传递装置10的盘12或16还可连接到旋转部件或非旋转部件。摩擦盘12和反作用盘16都由钢铁或相似材料制成。然而，本领域技术人员应认识到的是，本发明可适用于由不同材料制成的盘，例如合金、合成物等。
现在参考图2，示出了根据本发明的示范性实施例的图1中的扭矩传递装置10的局部剖视图。一部分反作用盘16被去掉以展示润滑层14和摩擦材料层22。摩擦材料层22附接到摩擦盘12的表面23上。摩擦材料层22可以是当前普遍用于扭矩传递机械装置的各种摩擦材料的一种。然而，本发明预期摩擦材料层22可由纤维素、Kevlar和树脂或者这些材料的任意组合以不同的重量比构成，该重量比可能用于或者还没用于目前的离合器应用中。该摩擦材料层22为可压缩的弹性材料，其将在由反作用盘16压缩之前恢复到其初始高度和形状，只要摩擦材料层22不被压缩超出它的弹性极限。
在本发明的优选实施例中，摩擦材料层22包括形成在摩擦材料层22的顶面24上的多个凹坑或凹口26。凹坑26以预定的模式布置，并且在摩擦材料层22的顶面24上等距地间隔开。如图所示，凹坑26径向地对齐。应认识到的是，凹坑26可以以包括随机模式的多种模式进行布置。在顶面24上方的凹坑26的密度可根据具体的应用或期望的性能标准而变化。
现在参考图3a和图3b，穿过多个凹坑26的扭矩传递装置10的局部剖视图示于图3a中。此外，凹坑26的放大视图示于图3b中。每个凹坑26包括大致圆形的边缘28。边缘28具有相对于摩擦材料层22的顶面24的预定高度。每个凹坑26还包括由边缘28限定的空腔30。每个空腔30具有大致圆形的底面。然而，应认识到的是，空腔30的底面可形成有不同的形状。每个凹坑26形成为使得空腔30足够地深，从而在考虑摩擦材料层22的弹性塑料变形和磨损的前提下在离合器促动期间保持润滑流体14。然而，每个空腔30的预定深度允许润滑流体14在边缘28上方流出。在离合器10接合期间，润滑流体14被挤压或被迫使离开空腔30，并且流过边缘28到达摩擦材料层22的顶面24，以在层22与盘16之间形成润滑流体的薄膜。每个边缘28用于穿透润滑流体14的薄膜，这将增加摩擦材料层22与反作用盘16之间的接触面积。
如图3a所示，扭矩传递装置10处于未接合状态。在未接合状态期间，反作用盘16不接触摩擦材料层22，因此不传递载荷。如图所示，摩擦材料层22没有被压缩。在未接合状态期间，摩擦材料层22具有厚度Tuc。更具体地，当力施加至扭矩传递装置10时，凹坑26和摩擦材料层22被压缩。每个凹坑26的边缘28具有相对于摩擦材料层22的顶面的预定高度。每个边缘28的高度阻止摩擦材料层22被压缩超出预定弹性区域。
现在参考图3c，示出根据本发明的示范性实施例的图3a中的扭矩传递装置10的局部剖视图。如图所示，扭矩传递装置10处于接合状态。在接合状态期间，反作用盘16和摩擦盘12彼此相向地移动。更具体地，反作用盘16接触凹坑26，并且压缩摩擦材料层22。由于该压缩，故迫使润滑流体14离开空腔30。此外，每个凹坑26的每个边缘28穿透被迫使离开空腔30的润滑流体14，这将导致载荷平均分布在摩擦材料层22的整个顶面24上。
总之，本发明具有超过现有技术的许多优点和利益。本发明的教导可用于克服在现有的扭矩传递装置10中发现的许多问题。例如，凹坑26在接合的初始状态期间穿透该膜，这将增加反作用盘16和摩擦材料层22之间的接触面积，并且降低反作用盘16和摩擦盘12之间的接触压力。凹坑26还将载荷均匀地分布在摩擦材料层22的顶面24的整个部分上。凹坑26还可通过将润滑流体14保持在空腔30内并且在摩擦材料层22上分配必要的润滑流体量而延长soft-EHL状态。此外，凹坑26防止摩擦材料层22过热，这是因为在压缩摩擦材料层22期间润滑流体14收集在空腔30内，并且可均匀地分散在摩擦材料层22上作为所需的基础。凹坑26减少扭矩传递装置10进行最优的操作所必需的流体量，从而减少在扭矩传递装置10的操作期间的所需的油泵容量。凹坑26还可以延长在无抖动情况下的滑移时间，并且增加在无抖动情况下的扭矩传递装置10的能量密度。
本发明的描述在本质上仅仅为示例性的，并且意图使不脱离本发明要旨的变型在本发明的范围内。这种变型将不被认为脱离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种离合器，其包括：
反作用盘，其用于施加压力；
摩擦盘，其具有与所述反作用盘相对的表面；
摩擦材料层，其具有附接到所述摩擦盘的表面上的第一表面和与所述反作用盘相对的第二表面，其中，所述第二表面具有形成在其中的多个凹坑；以及
润滑流体，其设置在所述反作用盘与所述摩擦材料层之间，用于传递所述压力并且在所述反作用盘与所述摩擦盘之间提供润滑层。
2.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述摩擦材料层是在由所述反作用盘压缩之前将恢复到所述摩擦材料层的预定高度的可压缩弹性材料。
3.根据权利要求2所述的离合器，其特征在于，所述摩擦材料层为大致平坦的。
4.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述多个凹坑中的每个包括具有相对于所述摩擦材料层的顶面的预定高度的边缘。
5.根据权利要求4所述的离合器，其特征在于，所述多个凹坑中的每个是在由所述反作用盘压缩之前将恢复到所述预定高度的可压缩弹性材料。
6.根据权利要求5所述的离合器，其特征在于，所述多个凹坑中的每个还包括由所述边缘限定的空腔，所述空腔形成为用于保持所述润滑流体。
7.根据权利要求5所述的离合器，其特征在于，所述边缘具有大致圆形的形状。
8.根据权利要求6所述的离合器，其特征在于，所述空腔具有大致圆形的底面。
9.根据权利要求1所述的离合器，其特征在于，所述多个凹坑中的每个在所述摩擦材料层的第二表面上等距地间隔开。
10.一种离合器，其包括：
反作用盘，其用于施加压力；
摩擦盘，其具有与所述反作用盘相对的表面；
摩擦材料层，其具有附接到所述摩擦盘的表面上的第一表面和与所述反作用盘相对的第二表面，其中，所述第二表面具有设置在其中的多个凹坑，所述多个凹坑中的每个包括边缘和由所述边缘限定的空腔；以及
润滑流体，其设置在所述反作用盘与所述摩擦材料层之间，用于传递所述压力并且在所述反作用盘与所述摩擦盘之间提供润滑层。
11.根据权利要求10所述的离合器，其特征在于，所述摩擦材料层是弹性材料。
12.根据权利要求11所述的离合器，其特征在于，所述摩擦材料层为大致平坦的。
13.根据权利要求10所述的离合器，其特征在于，每个边缘具有相对于所述摩擦材料层的顶面的预定高度。
14.根据权利要求10所述的离合器，其特征在于，每个空腔形成为用于保持所述润滑流体。
15.根据权利要求14所述的离合器，其特征在于，所述边缘具有大致圆形的形状。
16.根据权利要求15所述的离合器，其特征在于，所述空腔具有大致圆形的底面。
17.根据权利要求10所述的离合器，其特征在于，所述多个凹坑以(i)预定模式和(ii)随机模式中的至少一种布置在所述摩擦材料层的第二表面上。
18.根据权利要求17所述的离合器，其特征在于，所述多个凹坑以所述预定模式布置。
19.根据权利要求18所述的离合器，其特征在于，所述多个凹坑径向对齐。
20.根据权利要求17所述的离合器，其特征在于，所述多个凹坑以所述随机模式布置。
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