用于离合器的分段摩擦材料的制作方法
【专利摘要】一种用于离合器组件的摩擦片包括芯片以及由摩擦材料制成的多个摩擦段。在所述多个摩擦段之间设置有多个凹槽。每一个段具有锥形侧面，使得所述凹槽相邻于芯片外径具有第一宽度且相邻于芯片内径具有较小的第二宽度。该锥形凹槽结构将油从离合器组件的外侧引至内侧，以提高冷却效率。
【专利说明】用于离合器的分段摩擦材料
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年12月16日提交的编号为13/328，159的美国专利申请的优先权，该申请的全部公开内容以引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及用于离合器的摩擦材料，且更特别地涉及具有适于应用在湿式离合器中的构型的摩擦材料。
【背景技术】
[0004]本发明总体上涉及可应用于离合器——比如限滑差速器系统中的多片式湿式离合器组件——中的摩擦材料。摩擦片和摩擦片上的摩擦材料影响离合器接合的可靠度和品质。
[0005]当湿式离合器彼此接合并相互打滑时，接触的摩擦表面产生热。通过中心供给强制冷却(油通过输入轴中心的通道泵送，并通过离合器毂中心的孔流到离合器组件中)或者喷溅冷却(差速器壳体被飞溅到离合器片上的油填充)，可以将油施加到摩擦片上以冷却接触部件。强制冷却系统允许基于冷却需求而调整油的流速，但是泵和流体通道的引入增加了差速器系统的复杂性。
[0006]相较而言，喷溅冷却为被动冷却方法，且不需要对差速器系统作出任何特殊改造。然而，LSD(限滑差速器)系统中的离合器组件总是处于接合状态(如，相邻摩擦片和隔板总是相互接触)。这使得难以有足够的油到达离合器对接面并冷却离合器。换句话说，喷溅冷却的湿式离合器往往具有低的冷却效率。
【发明内容】
[0007]本发明的一个方面涉及用于离合器组件的摩擦片。摩擦片包括具有内径和第一外径的芯片，以及多个由摩擦材料制成的摩擦段。在所述的多个摩擦段之间设置有多个凹槽，其中每一个段具有锥形侧面，使得凹槽相邻于第一外径具有第一宽度且相邻于内径具有比第一宽度小的第二宽度。
[0008]本发明的另一个方面涉及离合器组件，该离合器组件具有与多个隔板以交替方式布置的上述多个摩擦片。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为根据本发明的一个方面的湿式离合器组件的分解图；
[0010]图2A为可用于图1中系统的摩擦片的平面图；
[0011]图2B为图2A中摩擦片的局部放大图；
[0012]图2C为图2A中摩擦片的局部放大透视图；
[0013]图3为可用于图2中摩擦片的摩擦材料的平面图；
[0014]图4为可用于图2中摩擦片的摩擦材料的另一种布置的平面图。
【具体实施方式】
[0015]图1示出了根据本发明的其中一个方面的湿式离合器10中的各部件。湿式离合器10可包括以交替方式布置的摩擦片12和隔板14。
[0016]如图2A、2B和2C所示，摩擦片12可以包括芯片16和经由任意公知的方法结合到芯片16的摩擦衬片18。隔板14和芯片16均可由钢制成。芯片16可具有用作离合器导向部的凸耳17。
[0017]摩擦衬片18可以形成为多个段20，每个段具有形成段20之间的凹槽22的侧面21。摩擦衬片18可以由任意适合的材料制成，比如纸基摩擦材料，其包含了芳族聚酰胺(aramid)或其他高强度纤维以及填料，并充满诸如酚醛树脂的热固性树脂。摩擦材料结构的选择包括编织、拉挤、压模结构。摩擦材料自身的选择包括聚酰胺、碳、陶瓷或它们的任意组合。这些选择仅为示例:具体的材料和材料结构对于本发明而言不是至关重要的，且本领域普通技术人员应意识到其他选择也属于本发明的范围。
[0018]凹槽22用作流体通道，以允许油在摩擦片12和隔板14之间流动从而进行冷却。更深的凹槽22提高了冷却效率并减少了摩擦衬片18的热降解，因为更深的凹槽22允许更多的冷却油在摩擦片12和隔板14之间循环。凹槽22可由各种方式制成，比如在摩擦衬片18中模制出凹槽，或者切割摩擦衬片18以形成凹槽22。切割或者机加工使得能相比于模制形成更深的凹槽22(即，更厚的侧面21)，并因此能潜在地提高湿式离合器10的冷却效率。然而，由于摩擦衬片18材料中的纤维，切割摩擦衬片18材料可在切割边缘处产生蓬松的纤维。毛边会限制油流量，且松散的纤维可污染油。
[0019]在图1到3中示出的摩擦衬片18通过将其分为离散的段20解决了上述问题。分离的段20的形成，使得凹槽22的深度最大化并且提供了不会阻碍油流的光滑侧面21。
[0020]段20的数量和形状以及凹槽22的方向(如，径向对比斜向)、宽度以及形状都影响着湿式离合器10的冷却效率并控制着摩擦衬片18中的热降解量。比如，如果段20太大，那么凹槽22就较少，因而减少了循环通过湿式离合器10中的油量从而降低了冷却效率，并增加了摩擦衬片18的热降解。然而，如果存在太多的段20和凹槽22，通过减少摩擦衬片18的接触面(land)面积，凹槽22增加的数量减少了湿式离合器10的负载容量，因而增加了每一段20必须承载的摩擦负载量。这可潜在地增加摩擦衬片18的磨损率并减少它的压缩疲劳寿命和可靠性。
[0021]形成摩擦衬片18的摩擦段20的数量可以优化成在冷却效率和负载容量之间提供最好的平衡。图2和3出于说明而非限制目的示出了本发明两个可能的方面。图3示出了摩擦衬片18的一种配置，其具有十二个摩擦段20和十二条凹槽22，而图4示出了摩擦衬片18的另一种配置,其具有十六个摩擦段20和十六条凹槽22。
[0022]在这两个方面，凹槽22的相邻侧面21可从芯片16的外径向芯片16的内径稍微向内逐渐变细。段20的侧面21可为直的、向外展开或者稍微向内逐渐变细，使得相邻段20的侧面形成了向内渐缩的凹槽22。摩擦段20的外边缘形成了摩擦衬片18的外径，而摩擦段20的内边缘形成了摩擦衬片18的内径。在一个方面，锥形凹槽22的宽度在摩擦衬片18外径处约为5_而在摩擦衬片18内径处约为3_，从而使得油能够容易地流入湿式离合器10
[0023]而且，每一个摩擦段20可在外边缘处具有圆角38。在本发明的一个方面，圆角的半径十分大，为毫米量级的。圆角38与形成凹槽22的锥形侧面21 —起，形成了漏斗形23，从而经由随机喷溅和重力作用将油从芯片16的外径引流到芯片16的内径30。换句话说，由摩擦段20形成的漏斗形将油漏入到离合器对接面(即，摩擦片12和隔板14之间)。在差速旋转期间，特别是在不打滑的情况下的高速旋转期间，随着离心力将油推出湿式离合器10，圆角38将油引回到离合器对接面以便在以高转差速度低速旋转期间保持冷却作用。
[0024]如图2B所示，摩擦衬片18也可以这样成形:摩擦段20的外边缘33共同地形成比芯片16的外径稍小的外径，以围绕摩擦衬片18周边形成露出金属的空隙44。在本发明的另一个方面，空隙44大约I到2毫米宽。该空隙44可以提高冷却效率，下文将对此进行更为详细的说明。
[0025]在本发明的另一个方面，选择摩擦段20的数量、形状、尺寸和设置以提供足够大的反作用扭矩以便在从动轮遭遇打滑的情况下提供牵引力。在这样的打滑情况下，湿式离合器10可经受高打滑速度(如，大于500rpm)、高压(如，大于3MPa)以及长打滑时段(如，大于5秒)。因此，摩擦段20可以设计为使整个摩擦衬片18能承受高密度功率输入(如，大于 2W/mm2) ο
[0026]在离合器操作期间，摩擦衬片18产生的热量被芯片16和隔板14吸收。因此，摩擦片12和隔板14之间的对接面可以达到400°C量级的温度，这足够热到可能使摩擦衬片18降解。为了优化冷却，油与芯片16以及隔板14之间的接触应该最大化，使得油能够快速吸收芯片16和隔板14中的残余热量。由于喷溅的油起初趋于落在湿式离合器10的外侧，在油缓缓流动到凹槽22之前，空隙44增加了与油相接触的金属的量，因而提高了冷却效率。而且，空隙44帮助产生表面张力，该表面张力将油保持在芯片16和隔板14之间，以延长芯片16和隔板14的金属之间的接触，且因此增加了芯片16和隔板14的热金属与油之间的热传递。
[0027]应理解的是，上述教导本质上仅仅为示例，而并非限制本发明、本发明的应用或用途。虽然在本说明书和附图中已经对具体实施例进行了描述和图示，本领域普通技术人员应理解的是，在不偏离由权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以做出各种变型，且可以用等效元件替换本发明中的元件。此外，在本文中可明显地设想各实施例之间特征、元件和/或功能的混合和搭配，这样本领域普通技术人员可以从本公开内容中得知，一个实施例的特征、元件和/或功能可视情况并入到另一个实施例中，除非在上文中另外指出。此夕卜，可以在不偏离本发明的实质范围的情况下针对本公开内容的教导作出很多改进以适应特殊情况或特定材料。因此，本发明不限于附图所示以及说明书所述的作为用于实现本发明教导而设想的最佳模式的特定实施例，而是本发明的范围将包括落入前述说明以及所附权利要求范围中的任意实施方式。
【权利要求】
1.一种用于离合器组件的摩擦片，所述摩擦片包括: 芯片，其具有内径和第一外径；和 多个由摩擦材料制成的摩擦段；以及 多个设置在所述多个摩擦段之间的凹槽，其中所述凹槽相邻于所述第一外径具有第一宽度且相邻于所述内径具有小于所述第一宽度的第二宽度。
2.根据权利要求1所述的摩擦片，其中，所述多个凹槽中的每一个具有漏斗形状。
3.根据权利要求1所述的摩擦片，其中，每一个摩擦段具有相邻于所述外径的外边缘，且至少一个摩擦段在所述外边缘上具有至少一个圆角。
4.根据权利要求3所述的摩擦片，其中，所述至少一个圆角包括位于所述外边缘上的两个圆角。
5.根据权利要求3所述的摩擦片，其中，每一个摩擦段在所述外边缘上具有两个圆角。
6.根据权利要求1所述的摩擦片，其中，所述多个凹槽中的每一个由相邻摩擦段的侧面形成，使得所述多个凹槽中的每一个呈锥形。
7.根据权利要求1所述的摩擦片，其中，每一个摩擦段具有外边缘，使得相互组合的外边缘形成了第二外径，所述第二外径小于所述第一外径，从而在芯片上形成了未被摩擦材料覆盖的空隙。
8.根据权利要求1所述的摩擦片，其中，所述摩擦材料包括选自纸、高强度纤维、热固性树脂、聚酰胺、碳和陶瓷中的至少一种材料。
9.根据权利要求1所述的摩擦片，其中，所述摩擦材料为选自编织材料、纸基材料、拉挤材料和压模材料中的一种材料。
10.一种离合器组件，包括: 多个摩擦片，每一个摩擦片具有 芯片，其具有内径和第一外径；和 多个由摩擦材料制成的摩擦段；以及 多个设置在所述多个摩擦段之间的凹槽，其中所述凹槽相邻于所述外径具有第一宽度且相邻于所述内径具有小于所述第一宽度的第二宽度；及 交替地布置在所述多个摩擦片之间的多个隔板。
11.根据权利要求10所述的离合器组件，其中，所述多个凹槽中的每一个具有漏斗形状。
12.根据权利要求10所述的离合器组件，其中，所述芯片和所述隔板中的至少一者由钢制成。
13.根据权利要求10所述的离合器组件，其中，每一个摩擦段具有相邻于外径的外边缘以及在所述外边缘上的至少一个圆角。
14.根据权利要求13所述的离合器组件，其中，所述至少一个圆角包括在所述外边缘上的两个圆角。
15.根据权利要求10所述的离合器组件，其中，所述多个凹槽中的每一个由相邻摩擦段的侧面形成，使得所述多个凹槽中的每一个呈锥形。
16.根据权利要求10所述的离合器组件，其中，每一个摩擦段具有外边缘，使得相互组合的外边缘形成了第二外径，所述第二外径小于所述第一外径，从而在芯片上形成了未被摩擦材料覆盖的空隙。
17.根据权利要求16所述的离合器组件，其中，所述芯片的空隙朝向所述隔板，使得流体能直接并同时接触所述芯片的空隙和所述隔板。
18.根据权利要求10所述的离合器组件，其中，所述摩擦材料包括选自纸、高强度纤维、热固性树脂、聚酰胺、碳和陶瓷中的至少一种材料。
19.根据权利要求10所述的离合器组件，其中，所述摩擦材料为选自编织材料、纸基材料、拉挤材料和压模材料中的一种材料。
【文档编号】F16D13/72GK104081076SQ201280062348
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2012年12月17日 优先权日:2011年12月16日
【发明者】B·夏维达, S·T·罗斯 申请人:伊顿公司