專利名稱：用于變速器的離合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及扭矩傳動裝置，并涉及離合器或制動器，用于控制 機(jī)械裝置比如變速器或限滑差速器(limited slip differential)的運(yùn)行。
背景技術(shù)：
扭矩傳動裝置比如離合器或制動器普遍使用于汽車工業(yè)。例如， 車輛變速器采用多種離合器來接合或脫離變速器的齒輪組，以便提 供前進(jìn)或倒退齒輪比。一般地講，離合器包括摩4察板(friction plate)和反作用板(reaction plate)。該摩擦板具有一層附接到與反作用板相對的表面上的摩擦材 料。傳統(tǒng)的摩擦材料為(a)基于纖維素/凱夫拉爾纖維/樹脂的材料；(b) 燒結(jié)的金屬纖維摩擦材料；及(c)編織碳纖維摩擦材料?；诶w維素/凱夫拉爾纖維/樹脂的材料成本劃算、提供了較高的 扭矩能力(torque capacity)、其上多孔、提供了能形成極好的載荷分布 而不損失滲透性(permeability)的彈性結(jié)構(gòu)，只要局部載荷低于彈性極 限即可。然而，由于塑料變形、毛孔封閉以及滲透性損失，局部過 載引起受到限制的經(jīng)多孔結(jié)構(gòu)到表面的流體供給；而且，由于摩擦 材料更多地作為熱絕緣體使用，這種情況引起局部過熱、顫動、表 面光滑(glazing)、結(jié)構(gòu)性摩擦材料損壞、局部加熱(hot spotting)及抖 動。過度依賴摩擦改性添加物來避免粘結(jié)/滑動(抖動)特性僅能暫時(shí)性 地產(chǎn)生所需要的效果。比如，當(dāng)由于損耗而使摩擦改性添加物的濃 度降低到低于臨界水平時(shí)，抖動的振幅增加。
燒結(jié)的金屬摩擦材料具有更好的熱傳輸能力及熱阻，且能夠接 受高過載而沒有結(jié)構(gòu)損壞。而且，通過磨損損耗可以獲得優(yōu)化的載 荷分布。然而，燒結(jié)的金屬摩擦材料成本不太劃算，這是因?yàn)槭┘?的載荷分布對每個(gè)接合都有些微的差別。與彈性變形相比，磨損損 耗對避免局部過載的有效性更j氐。由于流體在兩個(gè)實(shí)體之間被擠壓， 作為流體剪切的結(jié)果，更高的局部流體壓力(硬彈性流體潤滑對于軟彈性流體潤滑，hard-EHL vs. soft-EHL)引起更高熱量的生成，因此， 即使更好的熱傳導(dǎo)性也可能不足以支撐膜片，可能需要更高的運(yùn)動 粘度流體(伴隨額外的效率損失)，并導(dǎo)致較低的扭矩能力。編織碳纖維摩擦材料在某些方面具有介于基于纖維素/凱夫拉爾 纖維/樹脂的摩擦材料與燒結(jié)的摩擦材料中間的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。因此，具有對新型以及改良的扭矩傳動裝置的需求，要求該裝 置利用以上提到的摩擦材料的優(yōu)點(diǎn)并限制其缺點(diǎn)。發(fā)明內(nèi)容在本發(fā)明的一方面，提供一種離合器。該離合器具有反作用盤、 摩擦盤、摩擦層、至少一個(gè)不可壓縮部件以及流體潤滑劑。該反作 用盤施加壓縮力。該摩擦板靠近該反作用板而設(shè)置，以便與該反作 用板摩擦地接合，從而當(dāng)施加壓縮力后，在該反作用板與該摩擦板 之間傳遞驅(qū)動扭矩。該摩擦層附接于該摩擦板上并與該反作用板相 對。該摩擦層具有摩擦系數(shù)，^^人而當(dāng)該摩擦層被該反作用板壓縮時(shí)， 足以防止摩擦板與反作用板之間的相對轉(zhuǎn)動。該摩擦層具有至少一 個(gè)溝槽。該至少一個(gè)不可壓縮部件設(shè)置在該至少一個(gè)溝槽內(nèi)，以防 止該摩擦層被反作用板進(jìn)一步壓縮。該至少一個(gè)不可壓縮部件粘附 到該摩擦板，并且流體潤滑劑設(shè)置在該反作用板與摩擦板之間，用 于在板之間提供潤滑屏障。在本發(fā)明的另 一方面，該摩擦板及該至少一個(gè)不可壓縮部件包 括至少 一個(gè)開孔，用于允許該流體潤滑劑流經(jīng)該摩擦板及該至少一
個(gè)不可壓縮部件而與該反作用豐反接觸。在本發(fā)明的又一方面，該摩擦層內(nèi)的三個(gè)溝槽具有三個(gè)不可壓 縮部件，其設(shè)置在該三個(gè)溝槽中的各個(gè)溝槽內(nèi)，用于防止該反作用 板對摩擦層的進(jìn)一 步壓縮。在本發(fā)明的又一方面，該不可壓縮部件主要由金屬制成。在本發(fā)明的又一方面，該摩擦層主要由多孔材料制成，其允許 潤滑流體穿過該摩擦層而移動。在本發(fā)明的又一方面，該摩擦層為可壓縮彈性材料，其在被該 反作用板壓縮之前，將恢復(fù)到該摩擦層的初始高度。在本發(fā)明的又一方面，該摩擦層大致由編織碳纖維制成。在本發(fā)明的又一方面，該至少一個(gè)不可壓縮部件具有一定高度， 該高度小于摩擦層在被反作用板壓縮之前該摩擦層的厚度。在本發(fā)明的又一方面，該至少一個(gè)不可壓縮部件具有預(yù)定高度， 其防止該摩擦層被塑性變形。在本發(fā)明的又一方面，該至少一個(gè)不可壓縮部件具有預(yù)定高度， 當(dāng)離合器處于高速滑動運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，該預(yù)定高度大致同摩擦層被壓 縮后摩擦材料層的厚度相等。在本發(fā)明的又一方面，該至少一個(gè)不可壓縮部件具有預(yù)定高度， 當(dāng)離合器處于低速滑動運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，該預(yù)定高度大于摩擦層被壓縮 后摩擦材料層的厚度。通過這里提供的描述，其它應(yīng)用場合將變得明顯。應(yīng)理解，該 描述及具體實(shí)施例僅僅用于解釋的目的，而不是用于限制本發(fā)明的 范圍。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，連接于驅(qū)動軸與從動軸之間的扭矩傳動裝置的側(cè)視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，圖1中扭矩傳動裝置的局部剖
視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，圖1中扭矩傳動裝置在圖2所 示位置且處于初始接合狀態(tài)的截面圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，圖1中扭矩傳動裝置在圖2所 示位置且處于高速滑動狀態(tài)的截面圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，圖1中扭矩傳動裝置在圖2所 示位置且處于低速滑動狀態(tài)的截面圖。
具體實(shí)施方式
參考附圖，圖中類似的標(biāo)號是指類似的構(gòu)件。圖1展示了根據(jù) 本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的扭矩傳動裝置10的側(cè)視圖。扭矩傳動裝置10 在汽車應(yīng)用中通常稱為離合器或制動器。裝置10具有第一板或摩擦 板12以及第二板或反作用板16。摩#~板12借助一層潤滑流體14而 與反作用板16隔開。設(shè)置在該反作用板16與該摩擦板12之間的流 體潤滑劑14在板之間提供了潤滑層。扭矩傳動裝置10連接在驅(qū)動 軸28與從動軸30之間。更具體地，摩擦板12配接到驅(qū)動軸28上， 而反作用板16則配4妄到從動軸30上。驅(qū)動軸28典型地連接到扭矩 產(chǎn)生裝置比如內(nèi)燃機(jī)(圖未示)上。從動軸30可連接到行星齒輪組(圖 未示)上，以便將驅(qū)動扭矩從發(fā)動機(jī)傳動到行星齒輪組，從而驅(qū)動車 輛的車輪。摩擦板12以及反作用板16均為平面狀，且具有大致為 圓形的形狀。并且，板12和板16由鋼或類似材料制成。然而，本 發(fā)明的教導(dǎo)可應(yīng)用于由其它封料比如合金、復(fù)合物等制成的板。參考圖2，其展示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖1中扭矩傳動裝 置10的局部剖視圖。反作用板16的部分被移去，以便展現(xiàn)潤滑層14 和摩擦材料層36。摩擦材料層36粘附到摩擦板12的表面。摩擦材 料層36是在當(dāng)今扭矩傳動機(jī)構(gòu)中通用的多種摩擦材料中的一種。比 如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，摩擦材料層36是在授予Robert Chi-Chiu Lam和Yih Fang Chen、并轉(zhuǎn)讓給密歇根州斯特林高地城Borg- Warner Automotive公司的第5,676,577號美國專利中展示并描述的摩 擦材料，該專利通過引用結(jié)合于此。而且，摩擦材料層36可以由密 歇根州斯特林高地城Borg-Warner Automotive公司提供且產(chǎn)品標(biāo)識號 為BW-6500的摩擦材料制成。然而，本發(fā)明考慮到摩擦材料層36可 以由纖維素、凱夫拉爾纖維、樹脂、燒結(jié)的金屬、編織碳纖維或 由這些材料形成的重量百分比可變的任何組合來制成，這些組合目 前可能使用或未使用于離合器應(yīng)用中。摩擦材料層36為多孔層，其 允許潤滑流體14穿過層36而移動。而且，摩擦材料層36為可壓縮 彈性材料，如果層36沒有被壓縮超過自身的彈性極限，該材料在被 反作用板16壓縮之前將恢復(fù)自身的初始高度及形狀，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，摩擦材料層36內(nèi)形成溝槽38。該 溝槽38的深度大致與摩擦材料層36的厚度相等。優(yōu)選地，至少三 個(gè)溝槽形成于摩擦材料層36內(nèi)。然而，本發(fā)明考慮到少于或多于三 個(gè)的溝槽可以形成于摩擦材料層36內(nèi)。而且，溝槽38互相隔開并 圍繞摩擦板12周向地設(shè)置。本發(fā)明考慮到溝槽38形成為從板12的 中心徑向向外地延伸，或設(shè)置成與下面的線成一定角度，該線穿過 板12的中心并徑向向外地延伸。另外，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，脊體或插入部件40放置在溝 槽38的每一個(gè)內(nèi)。插入部件40,舉例而言，為單獨(dú)的構(gòu)件，其粘附 到摩擦板12上。插入部件40由碳纖維、鋼、合金或類似材料制成。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該插入部件40的寬度Wi不寬于傳統(tǒng)摩 擦板內(nèi)的典型潤滑流體溝槽寬度。而且，插入部件40的寬度Wj的 尺寸定制為足以適應(yīng)從離合器^t秦合所接收的任何過載荷。優(yōu)選地，插入部件40包括多個(gè)開孔42。開孔42延伸穿過摩擦 板12，并配置成用于接收潤滑流體14并將潤滑流體14傳輸?shù)侥Σ?板12與反作用板16的接觸面上。參考圖3，其展示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖1中扭矩傳動裝 置10在圖2所示位置且處于初始接合時(shí)的截面圖。在初始接合時(shí)， 摩擦材料層36優(yōu)選地具有大于插入部件40的高度Hi的未壓縮厚度 Tuc。這樣，溝槽38在初始接合時(shí)出現(xiàn)。溝槽38促使?jié)櫥黧w14穿 過扭矩傳動裝置10而流動，并且起作用突破流體動力薄膜并避免打 滑。摩擦材料層36的一個(gè)重要特性是層36的彈性性能。更具體地， 如圖3所示，摩擦材料層36應(yīng)當(dāng)具有彈性區(qū)域E^其從自身的未壓 縮厚度Tue延伸到剛好低于插入部件40的高度。當(dāng)摩擦材料層36壓 縮到一定厚度，使得摩擦材料層36的頂面位于彈性區(qū)域Ez內(nèi)時(shí)，層 36將維持其彈性，并且當(dāng)其未壓縮時(shí)將恢復(fù)自身的初始厚度。而且， 插入部件40經(jīng)過特別配置，用于通過防止反作用板16更靠近摩擦 板12移動而確保摩擦材料層36不被壓縮到低于彈性區(qū)域Ez。換句 話說，摩擦板12與反作用板16將相向移動，直到反作用板16接觸 到附接在摩擦板12上的插入部件40。參考圖4，其展示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖1中扭矩傳動裝 置10在圖2所示位置且處于高速滑動期間的截面圖。當(dāng)反作用板16 上的載荷達(dá)到其最大能力時(shí)，溝槽38將會消失，摩擦材料層36將 會在具有初始滲透性或接近初始滲透性的彈性變形區(qū)域內(nèi)傳遞該扭 矩的絕大多數(shù)，而插入部件40將會承載部分扭矩。更具體地，在高 速滑動過程中，摩擦材料層36被壓縮，使得摩擦材料的厚度Th大 致與插入部件40的高度相等。在此情況下，溝槽38不再出現(xiàn)。插 入部件40具有預(yù)定的高度Hi,其防止了摩擦材料層12被壓縮超過 自身彈性變形范圍或區(qū)域Ez。而且，插入部件40將在摩擦板12與 反作用板16之間提供平行性，從而導(dǎo)致增強(qiáng)的載荷分布。而且，插 入部件40將吸收任何額外的臨時(shí)載荷，從而避免了摩擦材料塑性變 形以及滲透性損失。參考圖5,其展示了圖1中的扭矩傳動裝置10在圖2所示位置 且處于低速滑動期間的截面圖。在低速滑動過程中，摩擦材料層36 被壓縮，使得摩擦材料的厚度幾稍微低于插入部件40的高度。在此 情況下，溝槽38不再出現(xiàn)。而且，摩擦材料層36 ^L完全壓縮并
到自身的彈性變形極限。假如摩擦材料層36被壓縮超過自身的彈性 變形極限而，則層36將開始塑性變形。如果其開始塑性變形，摩擦 材料層36將會失去自身的彈性。然而，通過提供具有預(yù)定高度Hi的 插入部件40,其防止反作用板16進(jìn)一步壓縮摩擦材料層36超過其 彈性變形區(qū)域Ez，本發(fā)明確保摩擦材料層不會塑性變形。這樣，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)及益處。而且，本 發(fā)明的教導(dǎo)可用于克服在現(xiàn)有扭矩傳動裝置中發(fā)現(xiàn)的許多問題。例 如，本發(fā)明克服了抖動的問題及在下面的技術(shù)論文中討論的其它問 題，該一支術(shù)i侖文的作者為Robert C. Lam、 Bulent Chavdar、和Tim Newcomb , 名稱為 New_GeTierationFriction_Materials_and Technologies, 并由The Society of Automotive Engineers (Ref. # SAE 2006-01-0150)出版，其通過引用結(jié)合于此。雖然詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)理解，所使 用的術(shù)語是指文字及描述的本意，而不是其限制。根據(jù)上述教導(dǎo)， 那些熟悉與本發(fā)明相關(guān)的領(lǐng)域的人將會想到本發(fā)明的許多改型。因 此，應(yīng)當(dāng)理解，在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以以實(shí)質(zhì)上 等同的方式而不是這里具體描迷的方式而實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種離合器，其包括反作用板，用于施加壓縮力；摩擦板，其靠近所述反作用板而設(shè)置，用于摩擦地接合所述反作用板，以便當(dāng)施加所述壓縮力時(shí)，在所述反作用板與所述摩擦板之間傳遞驅(qū)動扭矩；摩擦層，其附接到所述摩擦板并與所述反作用板相對，所述摩擦層具有摩擦系數(shù)，從而當(dāng)所述摩擦層被所述反作用板壓縮時(shí)，足以防止所述反作用板與摩擦板之間的相對轉(zhuǎn)動，且其中所述摩擦層具有至少一個(gè)溝槽；至少一個(gè)不可壓縮部件，其設(shè)置在所述至少一個(gè)溝槽內(nèi)，用于防止所述摩擦層被所述反作用板進(jìn)一步壓縮，其中，所述至少一個(gè)不可壓縮部件粘附到所述摩擦板上；以及流體潤滑劑，其設(shè)置在所述反作用板與所述摩擦板之間，用于在所述板之間提供潤滑層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離合器，其特征在于，所述摩擦板及 所述至少一個(gè)不可壓縮部件還包括至少一個(gè)開孔，用于允許所述流 體潤滑劑流經(jīng)所述摩擦板及所述至少一個(gè)不可壓縮部件而與所述反 作用板接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離合器，其特征在于，還包括位于所 述摩擦層內(nèi)并具有三個(gè)不可壓縮部件的三個(gè)溝槽，所述不可壓縮部 件設(shè)置在所述三個(gè)溝槽中的各個(gè)溝槽內(nèi)，用于防止所述摩擦層被所 述反作用板進(jìn)一步壓縮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l新述的離合器，其特征在于，所述至少一個(gè) 不可壓縮部件主要由金屬制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離合器，其特征在于，所述摩擦層主 要由多孔材料制成，其允許所述潤滑流體穿過所述摩擦層而移動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的離合器，其特征在于，所述摩擦層為可壓縮彈性材料，其在被所述反作用板壓縮之前，將恢復(fù)到所述摩 擦層的初始高度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的離合器，其特征在于，所述摩擦層大 致由編織碳纖維制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離合器，其特征在于，所述至少一個(gè) 不可壓縮部件具有一定高度，所述高度小于在所述摩擦層被所述反 作用板壓縮之前所述摩擦層的厚度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離合器，其特征在于，所述至少一個(gè) 不可壓縮部件具有預(yù)定高度，其防止所述摩擦層被塑性變形。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離合器，其特征在于，所述至少一 個(gè)不可壓縮部件具有預(yù)定高度，當(dāng)所述離合器處于高速滑動運(yùn)行狀 態(tài)時(shí)，所述預(yù)定高度大致上同所述摩擦層被壓縮后所述摩擦材料層 的厚度相等。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離合器，其特征在于，所述至少一 個(gè)不可壓縮部件具有預(yù)定高度，當(dāng)所述離合器處于低速滑動運(yùn)行狀 態(tài)時(shí)，所述預(yù)定高度大于所述摩擦層坤支壓縮后所述摩擦材料層的厚 度。
全文摘要
本發(fā)明的離合器具有反作用板、摩擦板、摩擦層、至少一個(gè)不可壓縮部件以及流體潤滑劑。該摩擦板靠近該反作用板而設(shè)置，以便與該反作用板摩擦地接合，從而當(dāng)施加壓縮力后，在該反作用板與該摩擦板之間傳遞驅(qū)動扭矩。該摩擦層具有至少一個(gè)溝槽。該至少一個(gè)不可壓縮部件設(shè)置在該至少一個(gè)溝槽內(nèi)，以防止該摩擦層被反作用板進(jìn)一步壓縮。該至少一個(gè)不可壓縮部件粘附到該摩擦板，并且流體潤滑劑設(shè)置在該反作用板與摩擦板之間，用于在板之間提供潤滑層。
文檔編號F16D13/38GK101165361SQ20071018132
公開日2008年4月23日 申請日期2007年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
發(fā)明者G·莫爾杜克霍維奇 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司