CN102401020B - 用于离合器轮毂的铸入花键套筒 - Google Patents

用于离合器轮毂的铸入花键套筒 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于离合器轮毂的铸入花键套筒。具体地，一种复合（即，两种成分）的两种材料的离合器轮毂或壳体，其具有由重的、高强度的材料制成的内套筒，由较轻的、较低强度的材料制成外部元件或钟形部铸造到内套筒并且绕内套筒铸造。套筒典型地包括带花键的开口（其接收在一个或多个互补的带花键的轴上）和多个径向定向的指部或凸耳或不连续的法兰（外部元件或钟形部绕其铸造）。外部元件或钟形部花键连接到离合器的摩擦板或其他部件。高强度的材料优选但不必须是钢，较低强度的材料优选但不必须是铝合金。替代地，套筒可为较高强度的铝合金，例如金属基体复合材料（MMC），外部元件或钟形部可为较低强度的不同铝合金。

Description

用于离合器轮毂的铸入花键套筒
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2010年9月15日提交的美国临时申请No.61/383,231的优先权，该临时申请的全部内容在此通过参考并入本文。
技术领域
本发明涉及两部件离合器轮毂，更具体地涉及复合材料离合器轮毂或壳体，其具有重的、高强度材料的内套筒，较轻的、较小强度材料的外部元件铸造到内套筒并围绕内套筒铸造。
背景技术
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能会或可能不会构成现有技术。
动力传动系和驱动系中很多相对较大的旋转部件包括受到较高扭矩和应力的内部较小直径的元件或部分，以及受到较低扭矩和应力的外部较大直径的元件或部分。尽管这种情况是很久之前就已知的，出于制造简单的原因，涉及的制造为简单地从一种材料中制造部件。根据制造工艺的复杂性，例如冲压或铸造，材料可在外部较大直径区域制造得更薄。
随着重量和材料节省渐渐变得与工程设计标准一样重要，更多地关注了这方面。一个解决方案是由相对强的、重的且高强度的材料（例如钢）制造内部较小直径的部件同时由相对轻的且不强的材料（例如铝）制造外部较大直径的部件。尽管从强度和重量上考虑，这种方法改进了现有技术构造，但是其产生了额外的问题：如何将两部件连接或固定在一起。
开发了若干附接方案。第一种涉及将两部件铆接或螺栓连接在一起。这当然不仅涉及额外的部件和组装工艺，还涉及组装工艺所需的精确控制。第二种方法涉及部件之间的锯齿状压配。这要求部件邻近压配连接处包括额外的材料从而支撑并承载压配载荷。在连接处周围也需要额外的材料以确保在压配组装期间一个部件在另一个上的正确引导。
也已经提出了在连接处焊接钢-铝。首先，该方法要求邻近连接处的额外材料以承载并耗散焊接热。另外，焊接钢的足够热量的应用而不融化或导致铝退化是显著的工艺挑战。最后，已经提出了壳内结点，但是这典型地导致少量的轴向游隙要求在连接处的额外材料用于壳齿并确保组装期间的正确引导。
考虑到上述内容，明显需要组装动力传动系和驱动系部件（具有内和外元件）的装置和方法的改进。
发明内容
本发明提供了一种复合（即，两种成分）的两种材料的离合器轮毂或壳体，其具有由重的、高强度的材料制成的内套筒，由较轻的、较低强度的材料制成外部元件或钟形部铸造到内套筒并且绕内套筒铸造。套筒典型地包括带花键的开口（其接收在一个或多个互补的带花键的轴上）和多个径向定向的指部或凸耳或不连续的法兰（外部元件或钟形部绕其铸造）。外部元件或钟形部花键连接到离合器的摩擦板或其他部件。高强度的材料优选但不必须是钢，较低强度的材料优选但不必须是铝合金。替代地，套筒可为较高强度的铝合金，例如金属基体复合材料（MMC），外部元件或钟形部可为较低强度的不同铝合金。
通过将较高强度、较高重量的材料放置于较高应力和较高扭矩的内部区域中，以及将较低重量、较低强度的材料放置于较低应力和较低扭矩的外部区域中，本发明的两部件离合器轮毂减小了重量、质量和惯性矩，并且提高了性能。而且，本发明提供了组装两部件改进的积极的方法和装置。
将认识到的是，尽管本发明关于离合器组件和变速器描述，当与宽广范围的动力传动系和驱动系部件（车辆和非车辆的）一起使用时，本发明具有很多应用并且其伴随的益处可为令人满意的。
因此，本发明的一个方面是提供由两种独特材料制成的离合器轮毂或壳体。
本发明的另一个方面是提供一种离合器轮毂，其具有由较高强度的材料制成的内套筒以及绕内套筒以较低强度的材料制成的外部元件或钟形件。
本发明的另一个方面是提供一种离合器轮毂，其具有由较重的材料制成的内套筒以及绕内套筒以较轻的材料制成的外部元件或钟形件。
本发明的另一个方面是提供一种离合器轮毂，其具有由较重的、较高强度的材料制成的内套筒以及绕内套筒以较轻的、较低强度的材料制成的外部元件或钟形件。
本发明的另一个方面是提供一种离合器轮毂，其具有内套筒，该内套筒限定带花键的开口。
本发明的另一个方面是提供一种离合器轮毂，其具有外部元件或钟形件，其具有花键，该花键适于接合摩擦离合器的板。
本发明的另一个方面是提供一种离合器轮毂，其具有由钢或类似较高强度的材料制成的内套筒以及绕内套筒以铝或类似较轻的、较低强度的材料铸造制成的外部元件或钟形件。
本发明的另一个方面是提供一种驱动系部件，其具有由较高强度的材料制成的内部元件以及绕内部元件以较低强度的材料铸造制成的外部元件。
适应性的进一步方面、优点和区域将从本文提供的描述中变得明显。应理解的是描述和具体例子仅用于示出目的并且不限制本公开的范围。
本发明还提供了以下方案：
1. 一种复合材料离合器轮毂，其结合地包括：
内套筒，其由重的、高强度的材料制成，所述套筒具有外周边，所述外周边包括多个指部并限定开口，所述开口包括多个阴花键，以及
外钟形部，其由较轻的、较低强度的材料制成，所述外钟形部在所述内套筒上现场铸造并且具有外周边，所述外周边包括多个阳花键。
2. 如方案1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述多个阴花键接合并联结一对对齐且并列的轴，所述轴具有互补的阳花键。
3. 如方案1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述多个阳花键接合离合器的摩擦板。
4. 如方案1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述高强度的材料是钢，所述较低强度的材料是铝合金。
5. 如方案1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述高强度的材料是铝合金金属基体复合材料，所述较低强度的材料是不同的铝合金。
6. 如方案1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述多个指部形成不连续的法兰。
7. 如方案1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述外钟形部包括径向定向部分，其与轴向延伸部分合并。
8. 一种两部件离合器轮毂，其结合地包括：
内部件，其由高强度的材料制成，所述内部件限定贯通开口，所述贯通开口包括多个阴花键和外周边，所述外周边包括多个指部，以及
外部件，其由较低强度的材料制成，所述外部件在所述内套筒上现场铸造并且具有外周边，所述外周边包括多个阳花键。
9. 如方案8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述外部件绕所述内部件的所述外周边现场铸造。
10. 如方案8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述外部件在所述内部件的所述多个指部上现场铸造。
11. 如方案8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述高强度的材料是钢，所述较低强度的材料是铝合金。
12. 如方案8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述高强度的材料是铝合金金属基体复合材料，所述较低强度的材料是不同的铝合金。
13. 如方案8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述多个阴花键接合并联结一对对齐且并列的轴，所述轴具有互补的阳花键。
14. 如方案8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述多个阳花键接合离合器的摩擦板。
15. 两种材料的离合器轮毂，其结合地包括：
内套筒，其由高强度的材料制成，所述套筒限定开口，所述开口包括多个阴花键并具有外周边，所述外周边包括多个指部，以及
外钟形部，其由较低强度的材料制成，所述外钟形部在所述内套筒上现场铸造并且具有外周边，所述外周边包括多个阳花键。
16. 如方案15所述的两种材料的离合器轮毂，其特征在于，所述高强度的材料是钢，所述较低强度的材料是铝合金。
17. 如方案15所述的两种材料的离合器轮毂，其特征在于，所述高强度的材料是铝合金金属基体复合材料，所述较低强度的材料是不同的铝合金。
18. 如方案15所述的两种材料的离合器轮毂，其特征在于，所述外钟形部绕所述内套筒的所述外周边现场铸造。
19. 如方案15所述的两种材料的离合器轮毂，其特征在于，所述外钟形部在所述内套筒的所述多个指部上现场铸造。
20. 如方案15所述的两种材料的离合器轮毂，其特征在于，所述多个阴花键接合并联结一对对齐且并列的轴，所述轴具有互补的阳花键，并且所述多个阳花键接合离合器的摩擦板。
附图说明
此处所描述的附图只是出于说明的目的，而不是意于以任何方式来限制本发明的保护范围。
图1是根据本发明的离合器轮毂和变速器内的相关部件的示意性剖面图；
图2是根据本发明的离合器套筒的放大局部图；以及
图3是根据本发明的离合器套筒的替代构造的放大局部图。
具体实施方式
下述描述本质上只是示例性的，且不意图限制本公开、其应用或者使用。
参照图1，包含本发明的机动车辆变速器的一部分被示出并由附图标记10指代。自动变速器10包括典型铸造的金属壳体12，该金属壳体具有各种开口，法兰，端口，肩部等（未示出），其接收、定位、支撑和保护自动变速器10的内部部件。在这些内部部件中的第一行星齿轮组件14具有第一恒星齿轮16，其固定到第一短轴18，第一短轴具有第一阳或外花键装置22。自动变速器10还包括第二行星齿轮组件24，其具有第二恒星齿轮26，其固定到第二短轴28，第二短轴具有第二阳或外花键装置32。第一和第二行星齿轮组件14和24是常规的并且除了恒星齿轮16和26以外包括相应的行星齿轮架，多个行星齿轮和环齿轮（都没有示出）。
现在参照图1和2，根据本发明的离合器轮毂40分别联结和接合第一和第二轴18和28上的第一和第二花键装置22和32。离合器轮毂40是两部件组件并包括内套筒42，其具有圆柱体44，圆柱体限定由内或阴花键装置48界定的轴向贯通开口46或者限定内或阴花键装置48，内或阴花键装置与短轴18和28上的阳花键装置22和32互补。内套筒42还包括优选地在其轴向中点围绕圆柱体44的整体环52。多个径向指部或凸耳54从环52的边缘延伸。已经确定了在8个到12个之间的等圆周隔开的指部或凸耳54是足够的且适合的，不过实际使用数量可根据指部或凸耳54的尺寸，内套筒42的尺寸（直径），其扭矩载荷和其他工程设计和设计变量而变得更多或更少。
在内套筒42已经被制造之后在其上原位铸造外部元件62。外部元件62剖面可为钟形（或“L”形），如图1所示，或者其例如可为T形或由与其相关的变速器或驱动系和它们的封装决定的任何其他形状或构造。外部元件62被原位铸造并包括径向延伸部分64，径向延伸部分具有内部增加厚度区域或叉形部66，其接合并接收内套筒42的指部或凸耳54。
如图2所示，优选但不是必须地，指部或凸耳54具有外表面58，外表面有凹痕，隆起或为不规则的，这提高了它们与外部元件62之间的结合。
返回图1，外部元件62还包括轴向延伸部分68，其在它的外表面74上限定阳或外花键72。阳或外花键72与多个间隔开的第一或较小摩擦板或片78上的阴或内花键76互补并接合阴或内花键76，第一或较小摩擦板或片78形成摩擦离合器封装组件80的一部分。与多个第一摩擦板或片78交错的是多个第二或较大摩擦板或片82，其包括阳或外花键84，该阳或外花键84接合互补的固定阴或内花键86。固定阴或内花键86可为壳体12的整体部件，或者可为其附接到或固定到的组件的一部分。
摩擦离合器封装组件80还包括反应构件88和止动件92，其可为壳体12的一部分或者可为安装在壳体12中的卡环或类似部件（未示出）。液压或电气致动器96通过应用板组件98以压缩板或片78和82以及选择性地通过离合器轮毂40将扭矩从短轴18和28传递到壳体12而作用在摩擦离合器封装组件80上。
现在参照图3，示出了内套筒42’的指部或凸耳54的替代构造。替代构造采用多个圆周间隔开的鳍片或肋板102的形式，其产生或形成不连续的法兰104。再一次，鳍片或肋板102的表面106可有凹痕，隆起或为不规则的，从而提高了它们与铸造外部元件62之间的结合。
内套筒42和42’以及外部元件62中使用的材料可变化但是大致符合以下方针：较重、较强材料（典型地为金属）形成内套筒42，而较轻、较为不强的材料（典型地也为金属）绕内套筒42铸造并形成外部元件62。例如，内套筒42和42’可由钢制成，钢被锻造、加工并放置在模具中（未示出）。铝合金的外部元件62（例如A380或A390）绕内套筒42和42’模铸然后加工。这种方法的益处在于最小化短轴18和28与内套筒42和42’之间的硬度不匹配。替代地，内套筒42和42’可由铝硅合金金属基体复合材料（MMC）铸造并且外部元件62由上面直接提到的相同或相似铝合金铸造然后加工。作为另一替代，内套筒42可由粉末金属形成。将认识到的是，超出上面直接列出以外的其他材料和金属如果呈现出本段开头所述的特征，则它们也适合用于本发明。
对本发明的描述在本质上只是示例性的，并且不背离本发明精髓的变型也被认为处于本发明的保护范围内。这样的变型不被认为是对本发明的精神和范围的背离。

Claims (18)

1.一种复合材料离合器轮毂，其结合地包括：
内套筒，其由重的、高强度的第一金属制成，所述套筒具有外周边，所述外周边包括多个径向指部并限定开口，所述开口包括多个阴花键，以及
外钟形部，其由相比第一金属较轻的、较低强度的第二金属制成，所述外钟形部在所述内套筒的所述多个径向指部上现场铸造并且具有内部增加厚度区域，其邻近并围绕所述径向指部，具有内部增加厚度区域的径向延伸区域，以及外周边，所述外周边包括多个阳花键。
2.如权利要求1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述多个阴花键接合并联结一对对齐且并列的轴，所述轴具有互补的阳花键。
3.如权利要求1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述多个阳花键接合离合器的摩擦板。
4.如权利要求1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述第一金属是钢，所述第二金属是铝合金。
5.如权利要求1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述第一金属是铝合金金属基体复合材料，所述第二金属是不同的铝合金。
6.如权利要求1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述多个指部形成不连续的法兰。
7.如权利要求1所述的复合材料离合器轮毂，其特征在于，所述外钟形部包括径向定向部分，其与轴向延伸部分合并。
8.一种两部件离合器轮毂，其结合地包括：
内部件，其由高强度的第一金属制成，所述内部件限定贯通开口，所述贯通开口包括多个阴花键和外周边，所述外周边包括多个径向指部，以及
外部件，其由相比第一金属较低强度的第二金属制成，所述外部件在所述内部件的所述多个径向指部上现场铸造并且具有内部增加厚度区域，其邻近并围绕所述径向指部，具有内部增加厚度区域的径向延伸区域，以及外周边，所述外周边包括多个阳花键。
9.如权利要求8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述外部件绕所述内部件的所述外周边现场铸造。
10.如权利要求8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述第一金属是钢，所述第二金属是铝合金。
11.如权利要求8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述第一金属是铝合金金属基体复合材料，所述第二金属是不同的铝合金。
12.如权利要求8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述多个阴花键接合并联结一对对齐且并列的轴，所述轴具有互补的阳花键。
13.如权利要求8所述的两部件离合器轮毂，其特征在于，所述多个阳花键接合离合器的摩擦板。
14.两种材料的离合器轮毂，其结合地包括：
内套筒，其由高强度的第一金属制成，所述套筒限定开口，所述开口包括多个阴花键并具有外周边，所述外周边包括多个径向指部，以及
外钟形部，其由相比第一金属较低强度的第二金属制成，所述外钟形部在所述内套筒的所述多个径向指部上现场铸造并且具有内部增加厚度区域，其邻近并围绕所述径向指部，具有内部增加厚度区域的径向延伸区域，以及外周边，所述外周边包括多个阳花键。
15.如权利要求14所述的两种材料的离合器轮毂，其特征在于，所述第一金属是钢，所述第二金属是铝合金。
16.如权利要求14所述的两种材料的离合器轮毂，其特征在于，所述第一金属是铝合金金属基体复合材料，所述第二金属是不同的铝合金。
17.如权利要求14所述的两种材料的离合器轮毂，其特征在于，所述外钟形部绕所述内套筒的所述外周边现场铸造。
18.如权利要求14所述的两种材料的离合器轮毂，其特征在于，所述多个阴花键接合并联结一对对齐且并列的轴，所述轴具有互补的阳花键，并且所述多个阳花键接合离合器的摩擦板。
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