CN101903673B - 摩擦环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于离合器尤其是机动车变速器的同步装置的摩擦环(1)，所述摩擦环(1)具有环体(2)，其中，环体(2)具有多个凹隙(3)并且在凹隙(3)中布置有摩擦件(4)，环体(2)形成保持架，所述保持架在凹隙(3)中引导摩擦件(4)，其中，摩擦件(4)以能够移动和/或能够扭转的方式布置在凹隙(3)中，其中，在无负荷的状态下，与第二摩擦面(28)相比，第一摩擦面(27)从环体(2)的平面更远地突起，而且在超出预定的负荷时，全部摩擦面(27、28)能够与摩擦配对件发生摩擦接触。

Description

摩擦环

技术领域

本发明涉及一种用于离合器或同步装置的摩擦环，该摩擦环具有环体，该环体具有多个凹隙，其中，在凹隙中布置有摩擦件。

背景技术

汽车变速器的摩擦环通常通过圆柱形地或锥形地构成的环而形成，该环在内罩面或外罩面上具有摩擦面。如果摩擦环在两个罩面上都具有摩擦面，那么也称之为中间环。在离合过程期间，中间环的摩擦面在外罩上与在外配合锥体上构成的摩擦面以摩擦配合的方式保持连接。同时，在中间环的内罩面上构成的摩擦面与内配合锥体的摩擦面保持摩擦配合。

在同步装置中，外同步环与同步体形状配合地连接，而且例如通过随动凸缘伸入到内同步环的空隙中，该随动凸缘在该外同步环的直径较小的一侧上构成并且径向指向内。因此，内同步环通过外同步环同样与同步体形状配合地连接。

这种同步装置由许多单个部件组成并因此制造成本很高。对于批量生产，已证实适合的是，以成型技术的方式由板材非切削地制造同步环。然而，以成型技术的方式制造的环大多具有不能满足所需精度的摩擦面。因此通常需要进行切削的再加工或者珩磨。如果在摩擦面上粘上摩擦片，那么环体的可能的误差就转移到摩擦面上，又必须对该摩擦面进行再加工。因此，通过例如粘贴的方式施加摩擦片不但浪费而且成本很高。

在这种同步环组中，摩擦系数在同步过程中持续上升并且在同步过程结束时达到其最大值。这是由于原理而引起的，因为在同步过程开始时在同步环之间还存在相当多的油，所以摩擦系数相对小。在同步过程的进程中，油被排出，这可以通过使用槽而得以促进，由此导致了摩擦系数的增加。在同步过程结束时，当油实际上被完全排出时，建立最大的摩擦。当然就在同步过程结束时希望的是，摩擦系数降低，可以更加容易地使同步环组互相松开，并且使滑动套筒可以啮合到外环的啮合部中。另一方面存在摩擦离合器，在该摩擦离合器中，在离合过程结束时应产生摩擦配合。在这里，特别高的摩擦力在离合过程结束时可能是有好处的。

在其他离合器装置例如片式离合器中同样希望在接合期间影响系统的摩擦特性。

发明内容

因此，本发明的目的在于，去除前述的缺点并因此减小尤其在离合过程将近结束时的摩擦。

根据本发明，该目的通过一种根据权利要求1前序部分所述的装置借助于权利要求1的特征部分通过如下方式得以实现，即，在无负荷的状态下，与第二摩擦面相比，第一摩擦面从环体的平面更远地突起，这些摩擦面在离合过程的进程中，典型的是在超出预定的阈时，才与摩擦配对件共同作用。

下面，结合作为离合器的特例的同步装置对本发明进行说明；根据本发明的摩擦环因此可以例如构成为外同步环或构成为中间同步环。不过，本领域技术人员毫无问题地实现到用于使传动系从内燃机上脱离的汽车离合器或其他离合器上的传递。因此，根据应用情况，环体锥形地或圆柱形地构成。

如果换挡，那么同步环轴向移动。该同步环既与同步体又与配合锥体紧贴，该配合锥体直接或间接地与擒纵轮相连接。在异步时，较远地突起的摩擦面首先被加载负荷，并且仅在同步过程继续进行中，所有的摩擦面才对同步有所贡献。因此可以实现的是，有针对性地影响摩擦系数特性曲线。尤其可以实现的是，在同步过程接近结束时减小摩擦系数，以便更容易地松开同步环组并且使滑动套筒啮合到同步外环的啮齿部中变得容易。摩擦面可以相对于环体将其位置改变一段小间隙，由此可以实现的是，对环体的制造误差以及配合锥体的制造误差进行补偿。因而对环体的再加工以及对处在摩擦配合中的配合面的再加工都不是必需的，这能够实现低成本地制造同步环或承载配合锥体的构件。

第一和第二摩擦面既可以布置在一个摩擦件上，又可以布置在不同的摩擦件上。针对布置在不同摩擦件上的例子是如下的不同摩擦件，即，这些摩擦件在摩擦环的无负荷状态下从环体的平面在径向上不同地突出，其中，较远地突起的摩擦件要么可以弹性压缩(einfedern)、有弹性要么能够以其他方式移动。摩擦件以能够移动和/或能够扭转的方式保持在呈保持架形的环体的凹隙或者凹处中。

在本发明的改进方案中，摩擦件具有不同几何形状的、在数学意义上不相类似的外形。由于第一摩擦件朝向摩擦配对件地突出，故该第一摩擦件在同步时首先被施加负荷。在实施方式中，该摩擦件具有特别高的摩擦系数。因为该摩擦件的径向延伸部较大，所以整个同步力均作用在该摩擦件的表面上。由此系统中的摩擦首先突然升高。由于摩擦件的弹性，较厚的摩擦件在短时间之后就屈服。接着，所有的摩擦片都承受负荷。法向力分布在所有摩擦件上，而具有最大摩擦系数的第一摩擦件得以减轻负担。

由于这种效果可能实现的是，有针对性地影响离合器系统的摩擦特性。这可以借助于摩擦件的不同材料、几何形状、数量或在摩擦体上的布置来实现。

因此，在本发明的改进方案中，与具有较小摩擦系数的摩擦件相比，具有较大摩擦系数的摩擦件具有更大的径向结构高度。在此，具有较大摩擦系数的摩擦件由具有一定弹性的且在负荷下至少能够微小地变形的材料制成。为此特别适合的是酚醛树脂或塑料材料。

本发明不局限于两个不同的摩擦件的组。同样可以使用三个或多个不同的摩擦件，这些摩擦件可选地都具有不同的几何外形。

在另一个实施方式中，与具有较小摩擦系数的摩擦件相比，具有较大摩擦系数的摩擦件具有更小的径向结构高度。在这种系统中可以实现的是，有针对性地提高在离合过程结束时的摩擦。

对此可供选择的是，至少第一摩擦件被赋予弹力(anfedern)。这也能够实现针对环体的每一凹隙应用相同的摩擦件，这是因为不同的径向延展通过弹性系统得以实现。用于第一摩擦件和至少第二摩擦件的不同的弹性系统负责首先开始使用并摩擦具有更高摩擦系数的摩擦件。只有在克服该第一摩擦件的弹力时，所有摩擦件才开始承受负荷。

已证明尤其有利的是，径向较远地突出的第一摩擦件以在环体的圆周侧上均匀分布的方式布置。这种布置特别均匀地接受引入的法向力并且使磨损降低到最低程度。

全部摩擦件能够在限定的程度内轴向移动或者扭转。由此实现的是，环不仅通过唯一的摩擦件而且通过设置的所有摩擦件支撑在配合面上。这能够实现使摩擦离合器具有很高的承载能力。优选将摩擦件实施为球形，从而使它们能够在两侧均承受负荷。

摩擦环的凹隙作为凹处或窗与摩擦件的形状相适应。在本发明的改进方案中，与摩擦件相比，凹处更大地构成，并且在至少一侧上具有引导摩擦件的保持凸鼻。保持凸鼻一般也可构成为一个或多个保持点。在通过冲压进行制造时，复杂的形状也能简单地实现。对此可供选择的是，摩擦件具有凸起部，摩擦件通过该凸起部与环体保持有效连接。摩擦件可被夹入凹处中。

在本发明的具有优点的实施方式中，环体以非切削的方式和以成型技术的方式由板材制成。在这种情况中具有优点的是，在同步环通过例如深拉被制成最终形状之前，凹隙就被置入环体中。薄壁的板材材料通过特别简单的方式加以应用，由该板材材料冲压出凹隙。

将摩擦件与环体分别单独地制造，并且同时或者之后用机器将其与环体连接在一起。这些摩擦件可以非常低成本地制造，这是因为在批量生产中不注重精确的尺寸稳定性，这是因为制造误差通过根据本发明的布置得以补偿。

在本发明的改进方案中，摩擦件具有凸出的表面。这些表面例如可以球形状地向外或向内隆起，其中，曲率在径向上与同步环的曲率没有明显的偏离。这种形状避免了摩擦体在倾斜时支撑到体棱边上，从而使局部负荷通过呈扁平状的贴靠部而下降。

此外，本发明能够实现的是，可以针对不用的使用目的而应用同样的环体。针对各种应用都可根据模块设计原理分别使合适的摩擦件配对。与至今为止的加有涂层的中间环不同的是，根据本发明，不同的摩擦材料也能够以简单的方式应用于同一同步装置中。对此，由不同材料制成的摩擦件被分别交替地放置到凹隙中。

已经证实的是，作为用于摩擦件的合适材料主要是烧结材料，该烧结材料由黄铜材料、碳和钢组成。摩擦件可以要么完全由摩擦材料组成。但该摩擦件也可以由加有其它材料涂层的材料构建而成。适用于摩擦件的材料是酚醛树脂和塑料。与现有技术中的摩擦环不同的是，也可以使用不管是由于制造过程或者由于不同的材料特性(如差距明显的热膨胀系数)而不能与环体的材料相结合的摩擦材料。

在本发明的改进方案中，摩擦件在已安装的状态下在圆周方向上相互间隔开。由此，由同步环的轴向端部相应地以在轴向上分布的方式形成槽。槽用于容纳在同步过程中必需导出的油。因此就不必在摩擦片中引入用于导油的槽，这节省了加工步骤。此外，这对于易碎的材料例如常被采用的烧结材料尤其有利，这是因为要在这里引入槽是很困难的。为了在同步时促进油的导出，摩擦件还可以设有结构面。结构面同样也用于改善摩擦学上的特性。

在此例如可以涉及成十字形地引入的小油槽。

已证实的是，第二摩擦件与第一摩擦件的比例关系对于系统的摩擦系数特性曲线来说是很重要的。当第二摩擦件与第一摩擦件的比例关系至少为4∶1时，特别好的协调一致性得以实现，因为这使得在几乎所有情况下均可以特别容易地松开滑动套筒。

在本发明的实施方式中，全部摩擦件围绕环体的圆周均匀地布置。在另一实施方式中，环体具有作为凸缘的随动凸轮，该环体利用这些随动凸轮嵌接到其他的同步构件中。环体与随动凸轮相邻接的区域负荷特别重。因此，在本发明的构造形式中设置，在该区域中没有布置凹处或摩擦件，而是使由完整材料组成的环保持原状。因而整个系统的摩擦特性只是无关紧要地发生改变。

但是，摩擦环也可以不带有随动凸轮地构成，并且可以简单地接入到同步装置或离合器装置中。该摩擦环可以仅用于同步，或者也可以在离合器中持久地传递力矩。

本发明还涉及一种具有根据权利要求1所述的同步环和带有配合摩擦面的配合锥体的同步装置。该配合锥体例如可以直接布置在擒纵轮上，或者直接布置在同步体上。通过在环体中的自由活动，也可接受该配合面的制造误差，从而不必对该配合面进行再加工。由此，在同步装置的其它组件中也同样实现节省成本。

通过这种方式构成的具有摩擦件的环体可以不用于同步装置中，而用于离合器中，例如用于片式离合器中。最后，本发明还涉及一种具有摩擦片的环体本身。

本发明能够实现的是，以简单的方式提供用于离合器的摩擦环，该摩擦环同时在多个位置上承受负荷，该摩擦环具有微小的磨损和良好的磨合性能，其中，在离合过程期间确保系统的摩擦特性以受控的方式改变。通过将用于摩擦件的互相能组合的不同材料与在离合过程期间在不同时间点上承受不同负荷的摩擦面相结合，可以调整有针对性的摩擦系数特性曲线，该摩擦系数特性曲线不受经典摩擦系数特性曲线(在离合期间始终上升)约束。

当然，本发明的各个构造形式能够互相组合。

附图说明

下面结合多张附图对本发明进行阐述。其中：

图1示出同步装置的横截面图，

图2示出根据本发明的具有同步外环、中间环和同步内环的同步装置的部分横截面图，

图3示出不带摩擦件的中间环的环体的透视图，

图4示出带有摩擦件的另一中间环的环体的透视图，

图5示出弹性系统中的摩擦件的示意图，

图6示出带有摩擦件的环体的剖面，这些摩擦件具有被赋予弹力的摩擦面，

图7示出带有大小不同的摩擦件的示意性横截面图，以及

图8示出带有弹簧件的另一环体的剖面，这些弹簧件具有被赋予弹力的摩擦面，

图9示出具有两种不同材料的另一摩擦件。

具体实施方式

图1示例性地示出了具有外同步环19、同步中间环18和内同步环21的同步装置。同步体13利用内啮合部为了抗扭转地布置在变速器轴上而被固定。除了同步体13还布置有擒纵轮16。离合器体17与擒纵轮16相连，中间环18的随动凸轮18a嵌接在该离合器体17的空隙17a中。中间环18与作为配合锥体8的外同步环19的配合摩擦面9一起形成第一摩擦副20，并与内同步环21的配合摩擦面9’一起形成第二摩擦副22。配合摩擦面9和9’没有经过再加工。擒纵轮16和同步体13的连接通过滑动套筒14实现。

所述内同步环21的内边缘21a被空隙中断，并且部分地由同步体13的凸缘遮盖。凸缘嵌接到空隙中，因而使内同步环21与同步体13形状配合地连接在一起。外同步环19通过其边缘与同步体13形状配合地连接在一起。外同步环19与同步体13形状配合的连接通过该外同步环19的边缘的空隙19a得以实现。

图2示出外同步环19和内同步环21，其中，在这些环中间布置有作为中间环18的环体2，该环体2带有在凹隙3中的摩擦件4。摩擦件4可以弹性压缩，从而分别根据施加到同步环组23上的压力，数个或全部摩擦件4承受负荷。由图7得知的是这种布置的夸大的图示。与两个外部的第一摩擦件5相比，中间的第二摩擦件6以更小的方式构成。若第一摩擦件5径向弹性压缩，则第二摩擦件6也承受负荷。

图3和4分别示出作为中间同步环18的同步环1，该中间同步环18具有环体2和几乎呈矩形地构成的凹隙3。在此，凹隙等距地布置并且分布在轴向上。在图3的中间同步环18中，在随动凸轮18a的承载区域15中没有凹隙3，以便能够可靠地接受通过随动凸轮18a引入的力。由此仅不明显地降低了摩擦功率。在凹隙3之间，环体的基底材料形成从第一轴向端部29到第二轴向端部30的用于导油的槽12。摩擦件4在凹隙中的间隙大约为1毫米。

在图4的同步环中，第一摩擦件5和第二摩擦件6分别相邻地布置。就是说，同步环1具有完全一样多的第一和第二摩擦件。

在图5中示意性地示出本发明所基于的原理。摩擦件4互相形成联接系统，从而使力矩首先由位于图中最上端的摩擦件5来接受。在离合器换挡时，第一摩擦件5弹性压缩，从而也使得其他摩擦件承受负荷。这种相互作用通过联接11示出，该联接11借助于弹簧10来实现。联接可以要么在不同的摩擦件(图7)之间进行要么在一个摩擦件内部(图6)实现。

图6示出环体2中的摩擦件4，其中，由钢制成的异形弹簧10具有以摩擦材料25、26涂制而成的不同的第一与第二涂层。无论是涂层厚度h₁和h₂还是涂层材料25、26都可以构造成相同或者不同。异形弹簧10基本上呈V形并且在两侧在环体2的方向上弹性压缩。如果弹簧10通过摩擦配对件被加载负荷，那么首先仅与第一摩擦层25发生摩擦，在进一步进程中才与摩擦层26发生摩擦。对系统的摩擦特性可以通过不同的弹簧10、弹簧强度、摩擦涂层25、26、涂抹的摩擦涂层的宽度b₁和b₂和材料选择以及通过不同摩擦件的组合有针对性地施以影响。

代替异形弹簧10，摩擦件4也可以由第一摩擦涂层25的摩擦材料本身形成，并且在其表面上局部地具有第二摩擦涂层26(图8)。在根据图9的变型方案中，摩擦件4也是由两种不同的摩擦材料25、26构建而成，其中，在已使用的状态下，摩擦材料轴向延伸在摩擦件4的整个宽度上。第一摩擦材料25具有更大的轴向延伸并且可以在轴向上弹性压缩，从而使第二摩擦材料26一起分担负荷。摩擦材料25、26互相连接。

附图标记列表

1摩擦环

2环体

3凹隙

4摩擦件

5第一摩擦件

6第二摩擦件

7结构面

8配合锥体

9、9′配合摩擦面

10弹簧件

11联接

12槽

13同步体

14滑动套筒

15承载区域

16擒纵轮

17离合器体

17a空隙

18中间环

18a随动凸轮

19外同步环

19a空隙

20第一摩擦副

21内同步环

21a内边缘

22第二摩擦副

23同步环组

24油槽

25第一摩擦材料

26第二摩擦材料

27第一摩擦面

28第二摩擦面

29轴向端部

30轴向端部

Claims (15)

1.摩擦环，所述摩擦环(1)用于离合器，所述摩擦环(1)具有环体(2)，其中，所述环体(2)具有多个凹隙(3)，并且在所述凹隙(3)中布置有摩擦件(4)，所述环体(2)形成保持架，所述保持架在所述凹隙(3)中引导所述摩擦件(4)，其中，所述摩擦件(4)以能够移动和/或能够扭转的方式布置在所述凹隙(3)中，

其特征在于，

在无负荷的状态下，与第二摩擦面(28)相比，第一摩擦面(27)从所述环体(2)的平面更远地突起，而且在超出预定的负荷时，全部摩擦面(27，28)能够与摩擦配对件(19，21)发生摩擦接触。

2.根据权利要求1所述的摩擦环，其特征在于，所述摩擦件(4)构成为至少第一摩擦件(5)和第二摩擦件(6)，其中，在无负荷的状态下，与所述第二摩擦件(6)相比，所述第一摩擦件(5)从所述环体(2)的所述平面相对于所述摩擦配对件更远地突出。

3.根据权利要求2所述的摩擦环，其特征在于，与所述第二摩擦件(6)相比，所述第一摩擦件(5)具有更大的摩擦系数。

4.根据权利要求2所述的摩擦环，其特征在于，与所述第二摩擦件(6)相比，所述第一摩擦件(5)具有更小的摩擦系数。

5.根据权利要求1所述的摩擦环，其特征在于，所述摩擦件(4)有弹性地构成。

6.根据权利要求2所述的摩擦环，其特征在于，在无负荷的状态下在所述摩擦配对件的方向上测得的所述第一摩擦件(5)与所述第二摩擦件(6)之间的高度差通过如下方式构成，即，在负荷下所述第一摩擦件(5)的位置及变形通过如下方式发生变化，即，所述第一摩擦件(5)在负荷下具有所述第二摩擦件(6)的结构高度。

7.根据权利要求2所述的摩擦环，其特征在于，至少数个所述第一摩擦件(5)被赋予弹力。

8.根据权利要求1所述的摩擦环，其特征在于，所述第一摩擦面和所述第二摩擦面(27，28)共同布置在摩擦件(4)上。

9.根据权利要求1所述的摩擦环，其特征在于，所述环体(2)以非切削的方式和以成型技术的方式由板材制成。

10.根据权利要求2所述的摩擦环，其特征在于，所述环体(2)具有用于所述第一摩擦件(5)和所述第二摩擦件(6)的大小不同的凹隙(3)。

11.根据权利要求1所述的摩擦环，其特征在于，至少一个所述摩擦件(4)具有两个摩擦层(25、26)和弹簧件(10)，其中，通过所述弹簧件(10)所述两个摩擦层(25、26)中的第一摩擦层(25)在微小的压紧力下就已经与所述摩擦配对件发生摩擦，而所述两个摩擦层(25、26)中的第二摩擦层(26)则只有在更高的压紧力下才与所述摩擦配对件发生摩擦。

12.根据权利要求11所述的摩擦环，其特征在于，所述弹簧件(10)由构成所述第一摩擦层(25)的第一弹性摩擦材料本身形成。

13.根据权利要求1所述的摩擦环，其特征在于，所述摩擦环(1)用于机动车变速器的同步装置。

14.同步装置，所述同步装置具有至少一个根据权利要求1所述的摩擦环和带有配合摩擦面(9)的配合锥体(8)，其特征在于，所述配合摩擦面(9)未经再加工。

15.离合器，所述离合器具有根据权利要求1所述的摩擦环(1)。

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