CN1179202A - 用于自动传动装置的多盘耦合装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种耦合装置,例如离合器,包括带有用于与一第一离合器元件转动啮合的齿(25)的第一硬化钢质盘(22),所述第一组盘与有与第二离合器元件转动啮合的齿(15)的第二组盘(19)交错配置。第二组盘(19)用嵌入碳基中的碳纤维制成,且内部没有加强物。该装置有益于改进离合器的稳定性和平滑啮合,增大所述盘的耐用性。

Description

用于自动传动装置的多盘耦合 装置及其制造方法

所属领域

本发明涉及一种多盘摩擦耦合装置，特别是一种离合器或制动器。此种类型装置可被用于例如汽车的自动传动装置，以选择其两转动传动元件的耦合，并控制传动输入和输出之间的传动比。

本发明也涉及一种装备有该耦合装置的自动传动装置。

本发明还涉及一种制造该多盘耦合装置的盘的方法。

背景技术

自动传动装置为了控制其传动比，通常使用多盘离合器，该离合器有分别连接到两个转动元件中的一个和另外一个的板或盘的变换，所述两个转动元件须可选择地结合和分离。用于盘的材料的摩擦系数、盘的数量以及它们的直径，影响使该离合器能向转动元件之一传递来自另外一元件的转矩所需的轴向啮合力。这些离合器在油槽中运行，其作用是冷却，减小磨损和消除任何残留摩擦力，即使在当离合器处于分离状况各盘之间的间隙非常小时亦然。自然，盘是用硬化钢材制成，它们的厚度尽可能选小。实际上，这是力图减小多盘离合器的轴向尺寸。

在实际中，这些离合器并不总具有所期望的性能。特别是，从结合状态向分离状态的变换有时是突然的。而且，在整个过程中该离合器不断受到磨损，从而使其功能变坏。

这些缺陷在一些类型的自动传动装置中，如在WO-A-9207206中所公开的情况下表现得特别重要，其中两盘之间的摩擦性能是确定传动中从一传动比向另一传动比变换点的因素之一。术语“变换点”是指每一对转速/传动转矩值，由于该值，传动从一种传动比向另外一种传动比自动变换。存在有无限个可能变换点，因为每个传动转矩值对应一个转速，在该转速情况下，传动比可能发生变化。

在WO-A-9207206所述的传动装置中，当提供一标定啮合力的离合器不再可能传递转矩并开始滑动时，就要进行从给定传动比向较低传动比的变换。如果摩擦系数不确定，这种传动比变换的变换点本身也将不确定。

从一种传动比向较高传动比的变换，是由于不同的过程所引起的，根据该过程，标定的啮合力逐渐克服由齿轮装置反作用所产生的相反力。同时，经该离合器通过逐渐增大功率，导致齿轮装置反作用消失。最后，有可能使啮合力取得总体优势。如果希望避免振动，此过程需要各盘之间的高质量的摩擦关系。

上述传动比变换过程，在各盘之间在负载作用下，具有比在所有一般自动传动装置状况下较长的摩擦时间，在所述的一般自动传动装置中，所述离合器和制动器是通过其本身由逻辑控制电路控制的执行机构使其动作的。

根据该发明，可以看出，各钢盘之间的摩擦系数是随温度而变化的，而且这些变化是监测运行缺陷的最主要的信号源。例如，在离合器逐渐啮合的过程中，盘的温度随摩擦的增加而升高。因此摩擦系数增大。不论是通过一执行机构还是根据WO-A-9207206对其进行控制，都很容易使离合器非常快地被锁定。

在WO-A-9207206所述的传动装置中，较低传动比的变换点直接取决于各盘之间的摩擦系数。因此，传动运行在相对低温，或相反在相对高温，或特别恰好在因来自传动比出现反向的新变化而造成的升温之后时，变换点是不相同的。

采用带有金属支撑的盘的一种摩擦耦合装置公开在US-A-4828089中。为了增强冷却和润滑液体循环，两个盘中的至少一个出口携带有被重重开槽的碳的衬垫。实际上，碳和金属支撑之间的结合经受不住高温。这种装置成本较高，使用复杂，而且性能不好。

发明内容

本发明的目的在于克服所述缺陷，提出一种不易磨损并对温度变化不敏感的多盘离合器。

根据本发明所述多盘摩擦耦合装置，特别是用于汽车的自动传动装置包括，同轴心的第一和第二转动元件，第一组用金属制成的，与第一元件一起转动的盘，它与第二组盘相交错，该第二组盘与所述第二元件一起转动，和有选择地轴向压紧盘并使其分离的装置，其特征是第二组盘基本上是用碳基材料制成。

可以看到，金属/碳的接触增大摩擦系数而基本上与盘的温度无关。而且，在负载情况下金属与碳之间的摩擦，即使只有很少或无润滑，和在运行的某些阶段局部达到高温度时也只产生轻微的磨损。

本发明的第二方面，该自动传动装置包括有在啮合状态与分离状态之间自动控制的至少一组合齿，和至少一个多盘摩擦耦合装置，为了使该组合齿根据第一和各自的第二传动比运行，其特征为所述多盘耦合装置与所述的第一方面一致。

最好，该摩擦耦合装置是一种离合器，当该离合器啮合时，所述组合齿至少部分卸载，并且所述传动装置包括有，在脱开时向离合器传递动力、当负载时在组合齿中产生齿轮装置反作用的装置，在与离合器转矩传递能力相应的标定力作用下用于接合该离合器的装置，和用于防止支撑任一带齿机构逆反元件的倒转的自动轮型装置。

根据公知技术中称为“碳-碳”的工艺，所述第二组盘的碳最好用纤维，特别是碳纤维加固。

特别是在盘的两个摩擦面之间所限定的区域内，第二组盘不包含有任何支撑，尤其没有金属支撑。这样，盘的制造成本较低，它们的厚度可以减小到例如3mm，该钢盘的厚度最好约为1mm。

本发明的第三方面是所述摩擦耦合装置的第二组盘的制造方法，其特征为，从一张碳基材料的一部分中切割出该盘，所述材料的厚度大致上与第二组盘希望的厚度一样。

内部没有支撑的所述碳盘结构，是非常简单和非常可能的。

当从所述板材切下时，靠着相应切下的轮廓，沿该盘的两个环状边缘之一有可能同时形成齿装置。该齿装置用于啮合在位于与离合器中的碳盘相耦合的转动元件中的相应的槽中。

本发明的其他性能和优点，通过参照非限定性实施例的以下说明将会看出。

附图说明

在所述附图中：

图1所示为本发明所述的具有至少两级传动比的一种传动装置非工作状态的纵向的局部概略半剖视图，在有支撑情况下，装备本发明所述的多盘离合器；

图2所示为图1所示传动装置的多盘离合器的横剖面的局部视图；

图3和图4为与图1相类似的视图，但被简化，并分别表示按照减速齿轮运行和直接驱动；

图5所示为图1至4中所示传动装置的离合器的横截面的局部视图；

图6所示为一种碳盘制造方法的透视图。

最佳实施例

图1所示的特别供汽车用传动装置，包括有一具有两级传动比和具有与该传动装置的轴线12成一直线的输入轴2a和输出轴2b。输入轴2a通过插入一个输入离合器86与汽车发动机5的输出轴联在一起的。为了驱动车辆驱动轮，输出轴2c要直接或间接地的驱动差速器的输入。在输出轴2b和差速器输入之间例如可以插入另外的具有两级或多级传动比，和/或在整个机构内人工控制向前/向后驱动的传动装置。

输入轴2a和输出轴2b，相对传动装置的壳体4(部分示出)是固定不动的。

该传动装置包括有由一行星齿轮系7构成的差动齿轮装置。该轮系7包括有带有内齿的轮周8和带有外齿的行星轮9，两者与以有规律地间隔围绕该传动装置轴线12支撑的卫星轮11啮合，卫星齿轮11通过与输出轴2b刚性连接的卫星架13得到支撑。该卫星轮11可以绕卫星轮架13的偏心轴颈14自由转动。相对它所围绕的输出轴2b，行星轮9可以绕传动装置的轴线12自由转动。然而，一自由轮装置16防止行星轮9在反方向，即在与传动装置的壳体4的输入轴2a正常转动方向相反的方向转动。

轮周8转动地被连接，通过花键17的中介，可以相对输入轴2a自由地轴向滑动。

多盘离合器18位于轮周8的周围。它包括有一组与环状盘22相交错的环状盘19。所述盘19转动地连接到轮周8上，并且可以轴向滑动。为此，盘19具有啮合在与该轮周8成一体的槽21中的内齿15(图2)。盘22可转动地被连接到卫星运载工具13上，并且可以轴向滑动。为此，壳体20在其径向内表面上包括有槽33，一方面盘22的外齿25，另一方面卫星轮运载工具13的外齿24可依轴向滑动方式被啮合在所述槽33中(图1)。

槽21，23由薄盘41和42之间的开口缝隙构成，它允许油流入和流出由盘19和22所占有的环状空间。如果需要，也可以提供一种特别装置，用于将油供应到径向地位于槽21内部的空间。

一组盘19和22可以轴向地被夹紧在与卫星架13成为一体的夹持板26，和成为壳体20一部分的可动板27之间。

壳体20支撑安装在围绕离合器18的环中的离心飞重29。

因此，该飞重可转动地被连接到传动装置的输出轴2b上。

每个飞重具有一个位于盘19和22径向外侧的坚硬的本体31，和一个通过碟形弹簧34压在固定板26的外表面上的致动触头32。触头32连到本体31又通过弯臂33被铰接在壳体20上，并绕指向正切于所述装置轴线12的轴线28。WO-A-91/13275中公开有上述飞重的铰接安装较好方案。飞重的重心位于固体31的内部或附近，并距轴线一定距离，所述距离是平行于所述装置的轴线12测定的。

这样，正是运载装置13的转动在离心力Fa的作用下，容易使飞重29的固体31绕其正切轴线28径向地向外侧转动，为了使它们从由靠在壳体20(图1和3)上的止动装置32所确定的静止位置，向在图4中可以看出的分离位置移动。

这就导致在飞重的触头32和铰接轴线28之间，并因此在触头32和壳体20之间进行相对轴向移动。相应于飞重29离心脱离的移动方向，壳体20通过轴向止推轴承132相对自由转动地，轴向压在轮周8上。

这样，壳体20相对触头32的移动，引起离合器18的触头32和可动板27之间一起相对到来的运动。这种相对移动可与碟形弹簧34的压缩，和/或可动板27在啮合离合器18的方向向固定板26的移动相应。

当传动装置处于如图1所示的静止状况时，碟形弹簧34，通过克服处于静止状态的止动装置的飞重29的媒介物，向壳体20传递一啮合离合器18的力，这样传动装置的输入轴2a可转动地与输出轴2b相耦合，并且该传动装置构成一种能传递扭矩直到由碟形弹簧的压缩所确定的某一最大值的直接传动。

而且，轮周8、卫星11和行星轮9的齿都是螺旋型的。这样，每对齿在负载下相啮合，就出现了能均衡传递圆周力的相反的轴向推力，并且因此也能均衡传递扭矩到输入轴2a和传递扭矩到输出轴2b。齿的螺旋倾角的方向选择使得当轮周8传递驱动扭矩时在其中所产生的轴向推力Pac(图2)的方向，处于通过推力轴承B2轮周8推动可动板27的方向。当轴向推力Pac存在时，轮周8在从离合器18的夹持板26的离开它的方向推动板27。不但与轮周8啮合，而且与行星轮也啮合的卫星11，承受两个轴向相反并相互抵消的反作用力Ps1和Ps2，而且行星轮9由于与卫星轮11啮合，承受一个与轮周8的轴向推力Pac大小相等，方向相反的轴向推力Pap。行星轮9的推力Pap通过推力轴承B3，传递到壳体4上。这样，相对于壳体4并因此也相对离合器的夹持板26，轴向推力Pac作用到该离合器的可动板27上，这发生在使该离合器18分离的方向。由推力轴承B2传递到壳体20上的力，也驱使飞重29的触头32和夹持板26相互靠近，并因此保持飞重29处于它们的休止位置和压缩碟形弹簧34。

这是图3所示的情况。假设此种情况已经实现，现在说明该装置的基本功能。只要通过输入轴2a传递到传动装置的扭矩使轮周8中的轴向推力Pac足够压缩碟形弹簧34并保持飞重29处于图3中所示的休止位置，离合器的保持板26和可动板27之间的分离就使得在它们之间不传递转矩，盘19和22之间相互滑动。在这种情况下，卫星架13可以以不同于输入轴2a的转速转动，并且由于输出轴2b必须驱动的负载使它趋于固定不动。结果，卫星轮11容易出现反向运动，也就是说使行星轮9在与轮周8的转动方向相反的方向转动。但这可以通过自由轮16防止。因此，行星轮9被自由轮16制止不动，并且卫星轮架13以行星轮9的零速与轮周8和输入轴2a的速度之间的中间速度转动。因此，该装置的功能如同减速齿轮。如果转速增加而转矩保持不变，飞重29的离心力在保持板26和可动板27之间，产生一个大于轴向推力Pac的啮合力，可动板27被推向板26，从而实现直接驱动。

当离合器18啮合时，所有功率从与输入轴2a相连接的轮周8直接传递到与输出轴2b相连接的卫星轮运载装置13。因此，行星齿轮系7不再工作，也就是说它们不再传递任何力并且也不产生任何的轴向推力。这样，由于离心力该轴向推力可以完全用于彼此相向地推动板26和27。很清楚，向直接驱动的变换过程为：盘19和22一开始相互摩擦并传递部分功率，该齿就相对卸载，轴向推力Pac成比例减小，并且离心力越来越大，直到离合器完全成为直接驱动为止。

可以出现，输出轴2b的转速下降，和/或传递的扭矩增加，直到离合器18中的飞重29不再提供足够的用于传递扭矩的啮合力之点。在这种情况，离合器18开始滑动。行星轮9的速度下降直到停止。自由轮16使行星轮不动，齿轮装置力Pac再现而分开离合器，以致该传动装置当时起减速器作用。这样，每次发生作为减速器运行和以直接传动方式运行之间变换时，在稳定新确定的传动比方面来说，轴向力Pac变化。这是非常有好处的，一方面为了避免在一些临界运行点附近传动比不断地变化，另一方面是为了使离合器18打滑的状况只是瞬时的。

与完全通过离心作用而产生的啮合力相比较，碟形弹簧34的功能是当发动机5和车辆静止时，通过将发动机5耦合到车轮上而形成安全制动，而且与单纯靠离心力产生啮合力相比，作为输出轴2b的一种速度功能，有利地改进作用到离合器上的啮合力的性能。

现在说明本发明所述多盘离合器18的一些特性。

图1，3和4所示的多盘离合器总共包括有七个盘，但实际上其数量可以相当大，例如大约可有15或20个盘。

以下称作“第一盘”的盘22按照油浴多盘离合器的一般技术，用硬化的钢材制成。它们的厚度“e”(图5)例如大约为1mm。

另一方面，与轮周8整体一起转动的盘19据称作“碳-碳”的技术，用由其中嵌入碳纤维的碳成形机制作的材料整体制成。在技术上特别是，这些盘没有金属的或其他的加强芯。该碳基材料占据了盘相对摩擦面43之间的所有空间(图5)。盘19的厚度“E”大于钢盘22的厚度“e”，例如为3mm。

如图6所示，有可能用其均匀厚度等于所述盘19的厚度，也就是说在上述倒中为3mm的所述碳-碳材料薄板44，制造这种盘，并且该盘沿两同轴轮廓46和47切断，其中一条轮廓相应于所加工的盘19的径向内部轮廓线，而另一条轮廓线相应于所加工的盘19的径向外部轮廓。内轮廓线46直接确定了该盘的齿15，这样，齿15被加工在确定两摩擦面43的盘体上。

在所示的实施例中，在多盘离合器18的一组盘的每一端都存在第一盘22，因此第一盘22的数量比第二盘19的数量多一个。通过选择数量较少用碳制成的盘，可降低离合器的成本和轴向的尺寸。

按照一般的方式，位于径向内部的盘19的齿15比位于外部的盘19的齿25具有较多的数量和明显紧凑的齿距。实际上，为了传递相同的扭矩，沿径向内边缘的圆周力是比较大的，这迫使沿比外圆周还小的圆周上制作较多的齿。最好，根据本发明，如所示碳盘的齿位于内部像所示的那样。由于这些盘比较厚，每个齿与相应槽侧面之间的接触面积相对较大，因此齿的数量可以减小。而且，带有内齿的盘具有较小的内径和外径。因此，它们需要较少的材料，并且利用图6中所示的方法制造，在轮廓46之内和轮廓47之外会产生较小的材料损耗。

如图5所示，可能在每个碳盘19的每个摩擦面43中，至少构成一个但最好构成二个在直径上相反的径向槽48。每个槽从盘的齿15的自由边缘向与齿15相对的盘的圆周边缘延伸。在运行中，这些槽与邻近的钢质盘22的邻接表面一起，构成了油在离心作用下径向向外流动的通道。

槽48的边缘不会损坏钢质盘。如果该槽加工在钢质盘中，这些盘必须较厚而且将导致所述边缘损坏邻接碳盘的危险。槽48的作用在于甚至当离合器啮合时，允许油从盘的径向内部区域向盘的径向外部区域流动。但这些槽不是必不可少的。通常最好是盘的摩擦表面完全是光滑的，而在别处提供通道，如刚才所述甚至当离合器啮合时，允许油流动。甚至在有槽如48但如果这些槽数量很少并剩下较大的光滑面积时，可以认为这些盘是基本光滑的。实际上很清楚，当离合器在啮合力作用下处于滑动状态端部或粘附状况时，槽48不会有效地润滑盘之间的接触部位。

本发明并不限于所述和所示的实例。

本发明适应于由致动器致动的多盘离合器，该动作器是通过液压或电的逻辑电路控制的。与所述实例相比较，啮合力可以用离心飞重以外的装置产生。例如，可以利用产生恒定啮合力的弹簧。关于方法，如果摩擦面接着被加工，开始可能采用厚度较小的薄板。

本发明适用于多盘制动器。

Claims (16)

1.一种特别用于汽车自动传动装置的多盘摩擦耦合装置，包括有第一(8，21)和第二(20，26，27)同轴转动元件，用金属制成的，与第一元件整体转动的并于第二组的盘(19)交错的第一组盘(22)，所述第二组盘(19)与第二元件整体转动，和用于有选择地轴向压缩并各自轴向分离盘(19，22)的装置(29，34，17，32)，其特征是第二组盘(19)基本上是用碳基材料制成。

2.根据权利要求1所述装置，其特征是第二组盘(19)的碳用纤维加强。

3.根据权利要求2所述装置，其特征是所述纤维是碳纤维。

4.根据权利要求1至3之一所述装置，其特征是所述第一组盘(19)，是用硬化钢制成。

5.根据权利要求1至4之一所述装置，其特征是第二组盘(19)的厚度(E)，大于第一组盘(22)的厚度(e)。

6.根据权利要求5所述装置，其特征是第一组盘(22)的厚度(e)约为1mm，而第二组盘(19)的厚度(E)约为3mm。

7.根据权利要求1至6之一所述装置，其特征是第一组盘包括有比第二组盘多一个盘(22)，该层叠组件两端的盘属于第一组盘。

8.根据权利要求1至7之一所述装置，其特征是第二元件包括有轴向槽(21)，并且第二组盘(19)包括有滑动地啮合在槽中的齿(15)，并且所述齿也用碳基材料制成的。

9.根据权利要求8所述装置，其特征是对于每个第二组盘(19)，包括有两个相对的摩擦面(43)的齿(15)和盘的坚硬本体部分，该摩擦面都是用一片碳基材料制作的

10.根据权利要求8或9所述装置，其特征是第二组盘(19)的齿(15)被径向地向内定位的。

11.根据权利要求1至10之一所述装置，其特征是第二组盘(19)在每个摩擦面上，至少包括一个径向槽(48)。

12.根据权利要求11所述装置，其特征是所述第二组盘(19)被转动地连接到输入元件(8)上，而第一组盘(22)被转动地连接到输出元件(13)上。

13.根据权利要求1至12之一所述装置，其特征是盘(19，22)的表面基本上是光滑的。

14.自动传动装置，包括有至少一个齿(7)的组合和至少一个多盘摩擦耦合装置(18)，该装置(18)在啮合状态和分离状态之间被自动控制，以便使齿的传动装置根据第一和各自的第二传动比而起作用，其特征是多盘耦合装置(18)是权利要求1至13之一所述装置。

15.根据权利要求14所述自动传动装置，其特征是所述耦合装置是一离合器，当离合器(18)啮合时，齿(7)组合至少部分卸载，并且该传动装置包括当其在负载时，在分离方向向离合器(18)传递在齿(7)组合中所产生的齿轮装置反作用力(P_AC)的装置(17，B2)，在给离合器一相应转矩传递可能性的标定力作用下，用于啮合离合器(18)的装置(29，34)，和用于防止支撑所述组合齿装置之一的反作用元件(9)反向转动的，自由轮型装置(16)。

16.制造权利要求1至13之一所述耦合装置的第二组盘的方法，其特征是所述盘(19)是从一张其厚度大致等于第二组盘(19)厚度的碳基材料(44)中，整体切割出。

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