專利名稱：具有鋼與油的最大接觸表面積的多部段式摩擦片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于制造具有摩擦材料襯面的摩擦片的方法和設(shè)備以及摩擦片本身。本發(fā)明尤其涉及用于制造在芯部片的一個或兩個側(cè)面上具有摩擦材料的摩擦片的方法和設(shè)備。該方法消除了在摩擦片的除了直接在摩擦材料之下的區(qū)域之外的所有區(qū)域上施加任何膠或粘合劑薄膜的需要。所獲得的摩擦片與現(xiàn)有技術(shù)的摩擦材料相比的具有從芯部片或隔片傳遞給油的更高效的傳熱。
本發(fā)明還涉及一種自動換檔裝置的離合器片，尤其涉及一種具有粘合到其上的摩擦材料的離合器片。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的多個板式離合器大致包括多個薄層交替的離合器盤和反應(yīng)板，它們彼此接合以提供從驅(qū)動發(fā)動機(jī)到驅(qū)動輪的能量傳遞。濕式離合器還利用例如油的潤滑劑來減小離合器的磨損，以冷卻離合器盤的摩擦襯面，并在離合器片和離合器盤之間提供所需流體靜力。
摩擦材料通常包括纖維紙，該纖維紙通常使用酚醛樹脂來浸潤。該摩擦材料通常由傳輸經(jīng)過沖壓或切割設(shè)備的由摩擦材料構(gòu)成的矩形片材的連續(xù)帶切割形成。該摩擦材料較昂貴，所以希望優(yōu)化消除制造過程中的浪費(fèi)。
一旦摩擦材料浸潤了酚醛熱固樹脂，該摩擦材料不能被經(jīng)濟(jì)地再循環(huán)使用。因此，從制造過程中消除浪費(fèi)和/或廢料可有助于滿足工業(yè)界環(huán)境強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。這是特別重要的，這是因為任何廢料的適當(dāng)處理是當(dāng)今環(huán)境管理的日益嚴(yán)格的規(guī)章的焦點(diǎn)。由切割過程形成的廢料必須以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行處理，并且該處理越來越昂貴。
另外，為了優(yōu)化離合器的壽命、操作平滑性、以及對于摩擦襯面的冷卻效率，已開發(fā)出多種離合器結(jié)構(gòu)，其包括多種摩擦襯面材料和摩擦襯面材料的結(jié)構(gòu)。在美國專利No.4260047和No.4674616中披露了一種摩擦盤，其中示出了與離合器一起使用的現(xiàn)今可用的普通摩擦襯面，該摩擦盤由摩擦材料形成，摩擦材料由多個分離的弧形部段連接制成。該弧形部段具有預(yù)制的凹槽，以便使冷卻油在離合操作中在摩擦襯面之上流過。
美國專利No.5094331、No.5460255、No.5571372、No.5776288、No.5897737、和No.6019205披露了離合器摩擦片，在該摩擦片上具有大量的獨(dú)立布置的摩擦材料部段。該部段呈間隔開的關(guān)系，以便油槽設(shè)置在每一相鄰的部段之間。
美國專利No.3871934和No.4002225示出了圍繞外圍盤纏繞的摩擦材料，使得該摩擦材料在兩側(cè)覆蓋該盤。該覆蓋材料隨后圍繞外圍間隔地被切割并壓折到該盤的表面上。
美國專利No.5335765披露了一種具有成套的第一槽和第二槽的摩擦件，該槽設(shè)置在徑向平面中且相對于旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜。
美國專利No.5615758和5998311示出了沒有凹槽的摩擦紗線襯面材料，經(jīng)紗和緯紗形成了使得流體從其中流過的通道。
許多這些摩擦材料的制造方法產(chǎn)生了大量的未使用的材料或廢料。因此，本發(fā)明的主要目的在于有效地減少在切割摩擦材料之后剩余的廢料的量。
另外所希望的是，充分地冷卻和潤滑摩擦材料與離合器盤，以便保持離合器的平滑的接合和脫離接合，在離合器和摩擦襯面材料的部件上不產(chǎn)生過量的磨損?，F(xiàn)有技術(shù)中的各種摩擦材料結(jié)構(gòu)在襯面材料中設(shè)置有凹槽或窄槽圖案，以通過使得例如油的流體流過該摩擦襯面從而實現(xiàn)所需的冷卻和潤滑。這種冷卻凹槽由三種勞動密集型方法中的一種方法制成。其中一種方法提供了這樣的摩擦材料，該摩擦材料通過例如美國專利No.4260047教示的方法在被切割并施加到離合器盤之前預(yù)形成凹槽。另一種制造凹槽的方法使用一成形工具在熱壓力結(jié)合過程中擠壓摩擦材料的部分。第三種方法涉及通過將該盤安裝到固定件上并使多個研磨和磨削輪經(jīng)過該摩擦材料以切割所需深度和精度的獨(dú)特凹槽，從而在加工過的摩擦片上制成切槽。
摩擦材料的上述結(jié)構(gòu)的常規(guī)缺點(diǎn)在于復(fù)雜的形狀和結(jié)構(gòu)的形成從而將導(dǎo)致制造的復(fù)雜性、增加成本、增大廢料的產(chǎn)生、并由此涉及到對相關(guān)廢料的適當(dāng)處理。另外，上述摩擦材料對于具體類型的摩擦式離合器全部是獨(dú)立地制造，并且通常不能在較寬的范圍內(nèi)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于制造一種摩擦離合器片，該離合器片具有獨(dú)特的冷卻凹槽圖案，其具有所需深度和精度，并不需要二次加工以及制成這種凹槽圖案所需的維護(hù)設(shè)備。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于制成連續(xù)摩擦材料的裝置，在其制造過程中幾乎沒有廢料產(chǎn)生。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種用于制造摩擦材料的方法和裝置，在摩擦材料中具有多個所需的凹槽。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種用于制造摩擦材料的方法和裝置，該摩擦材料具有有利的結(jié)構(gòu)，以使得產(chǎn)品性能增強(qiáng)，具體為改進(jìn)的熱容量，以及在產(chǎn)品壽命的早期階段中減少“磨合”和減少摩擦性能的改變。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于制造摩擦材料的方法和裝置，該摩擦材料具有在離合器盤與離合器片接合的工作過程中在摩擦材料的凹槽中保持靜壓并且保持動態(tài)流體流動的能力。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種普遍適用于不同類型的離合器用途的摩擦材料。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種用于通過使用摩擦材料與芯部片的感應(yīng)粘合或其它方式從而使摩擦材料與芯部片粘合的方法。


圖1是示出了有限單元網(wǎng)的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段在相鄰片上對準(zhǔn))。
圖2是示出了有限單元網(wǎng)和邊界條件的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段在相鄰片上偏置)。
圖3是示出了等溫線的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段對準(zhǔn)、粘接劑全部涂敷)。
圖4是示出了熱流量等值線的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段對準(zhǔn)、粘接劑全部涂敷)。
圖5是示出了等溫線的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段對準(zhǔn)、粘接劑部分涂敷)。
圖6是示出了熱流量等值線的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段對準(zhǔn)、粘接劑部分涂敷)。
圖7是示出了等溫線的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段偏置、粘接劑全部涂敷)。
圖8是示出了熱流量等值線的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段偏置、粘接劑全部涂敷)。
圖9是示出了等溫線的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段偏置、粘接劑部分涂敷)。
圖10是示出了熱流量等值線的曲線圖，(其中紙質(zhì)部段偏置、粘接劑部分涂敷)。
圖11是帶有整體粘接的摩擦材料部段的芯部片的頂視圖。
圖12是沿圖11中的線12-12截取的截面圖。
圖13是沿圖11中的線13-13截取的截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明披露了一種摩擦材料以及用于制造濕式摩擦離合器片的方法和裝置。參照圖11-13，離合器片10包括芯部片14，該芯部片具有多個摩擦材料的部段16，其通過使用粘接劑18整體地粘接到摩擦材料的下表面上，以便多個凹槽20或開口形成在該芯部片上。也就是說，凹槽20形成在相鄰的且間隔開的摩擦材料部段16之間。圖12是沿圖11的線12-12截取的示意圖，其示出了芯部片14、摩擦材料部段16、和粘接到該摩擦材料16的一側(cè)上的粘接劑材料層18。圖13是沿圖11的線13-13截取的示意圖，其示出了在凹槽20內(nèi)沒有粘接劑材料。
隨著汽車所需的性能越來越嚴(yán)格，離合器必須能夠在高轉(zhuǎn)速時提供大的扭矩，以便在高溫下高效地運(yùn)行。因此這種性能要求需要更昂貴且性能更高的材料用作摩擦材料。這樣，隨著該材料成本的增加，本發(fā)明提供了一種用于制造摩擦片的有效方法，該摩擦片優(yōu)化了所需的摩擦表面面積，同時保持冷卻和潤滑要求。整體地粘接的部段式摩擦材料對于在離合器內(nèi)產(chǎn)生的較大的發(fā)熱和較大的散熱是敏感的。為了滿足對于現(xiàn)今汽車的通常的高轉(zhuǎn)速/小型發(fā)動機(jī)的性能標(biāo)準(zhǔn)，獲得這種摩擦材料是必需的。
現(xiàn)今汽車的離合器的另一重要的性能要求是當(dāng)離合器不使用時，例如當(dāng)汽車在公路上以較高速行駛時開式換向離合器旋轉(zhuǎn)但不使用，摩擦材料產(chǎn)生最小阻力的能力。較低的開式離合器的“負(fù)載阻力”將轉(zhuǎn)化為車輛的較高的燃料效率。本發(fā)明與摩擦片的常規(guī)結(jié)構(gòu)(無凹槽、切槽、模制槽)相比產(chǎn)生了較低的開式負(fù)載(寄生)阻力。
摩擦材料在離合器片上定向，以便經(jīng)形成在摩擦材料中的最大深度的油通道形成所需的潤滑和冷卻泵送作用。摩擦材料的定向?qū)崿F(xiàn)了油徑向流入或流出離合器片的所需方向并且還形成了沿該離合器片的所需大小的流體靜壓力。摩擦材料的單獨(dú)部段的尺寸以及該摩擦材料的形狀、間距和定向影響流體泵送的程度、流體靜壓力、以及摩擦離合器片的冷卻量。
特別是，本發(fā)明描述了用于制造一帶有整體粘接的摩擦材料部段的離合器片的方法和裝置。摩擦材料的每一部段具有在摩擦材料的下表面上的所需量的粘接劑。每一部段設(shè)置在芯部片的襯面上。整體粘接的部段使得在離合器中直接暴露于油的芯部片的量最大化。這種“鋼與油”的直接接觸的增大導(dǎo)致了從芯部片(隔片)傳遞給油的更高效的熱傳遞。
在特定實施例中，部段式的摩擦材料具有矩形或“拱心石”(梯形)形狀的部段，者提供了超過95％的材料利用率，由此大大地減小了廢料的量。
依據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施例，芯部片或隔片在接收摩擦材料部段之前進(jìn)行預(yù)熱。
粘接劑和摩擦材料被切割或切成具有優(yōu)選的部段尺寸和部段寬度。通過使用例如送料帶或傳送帶，該部段被移動到芯部片上。整體粘接的部段設(shè)置并粘合在該芯部片上。
在一個特定實施例中，芯部片轉(zhuǎn)移到用于感應(yīng)預(yù)熱的所需加熱區(qū)域。該預(yù)熱的芯部片轉(zhuǎn)移到接收區(qū)域，例如凸輪或伺服從動配合鍵，在該處，整體部段設(shè)置在芯部片上。在特定實施例中，該部段以每次兩個間隔180度的方式設(shè)置在芯部片上。該芯部片隨后被標(biāo)記，以便接收另外的部段。帶有摩擦部段的芯部片與在該芯部片上的整體粘接的摩擦部段一起轉(zhuǎn)移到粘合區(qū)域，例如熱壓板分級機(jī)，以便將部段最終粘合到該芯部片上。在粘合區(qū)域中，熱和/或壓力施加到芯部片和摩擦部段上，以便“激活”粘接劑材料并且穩(wěn)固地將摩擦材料粘合到芯部片上。
對于用于單側(cè)離合器元件的傳熱特征進(jìn)行了評價(即，粘接劑涂敷到整個表面上與粘接劑僅涂敷到與摩擦材料部段接觸的接觸面上相比較)。
在單側(cè)離合器片的傳熱分析中使用了以下參數(shù)，該離合器片的不同區(qū)域施加有摩擦材料的粘接劑涂層。第一相比材料或基準(zhǔn)材料具有粘接劑樹脂材料環(huán)，其從摩擦內(nèi)襯的內(nèi)側(cè)半徑到其外側(cè)半徑覆蓋芯部片的一個側(cè)向側(cè)面。在本發(fā)明的材料中，一層粘接劑樹脂材料在芯部片的一個側(cè)面上僅沉積在摩擦材料部段之下。對于兩個粘接劑示例的結(jié)果比較示出了對于每一材料的相對傳熱能力。
由于粘接劑的均勻和間隔分配，示出了對于兩個不同的離合器疊壓構(gòu)形的熱效應(yīng)。在一種構(gòu)形中，在離合器中摩擦材料部段在每一離合器片上正確地對準(zhǔn)。在第二種構(gòu)形中，在相鄰片上的摩擦墊偏置了半個凹槽圖案間距。
這兩個示例用于代表兩種不同的紙質(zhì)對準(zhǔn)構(gòu)形。兩個有限元示例具有二階的熱學(xué)的平面-固體單元。該二維示例在平面中構(gòu)造成，該平面(大致)包含離合器組件的軸向軸線和周向軸線(即，該示例定向成該部分的軸向軸線沿Z方向表示)。該示例構(gòu)成離合器疊壓的最小的可重復(fù)的單元。芯部片為2mm厚，摩擦襯料為1mm厚，并且臺面寬度與凹槽寬度是4∶1。粘接劑涂層具有的厚度為0.01mm。
對于片與片紙質(zhì)對準(zhǔn)構(gòu)形和非對準(zhǔn)構(gòu)形的情況，三種材料包括在有限元模型中。這些材料是鋼(導(dǎo)熱率＝0.0458W/mm-℃)、摩擦紙(導(dǎo)熱率＝0.000167W/mm-℃)、以及粘接劑樹脂(導(dǎo)熱率＝0.000055W/mm-℃)。為了從粘接劑的全部覆蓋轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠指采w，粘接劑樹脂的導(dǎo)熱率常數(shù)在芯部片的表面上由對于適當(dāng)單元的鋼的導(dǎo)熱率常數(shù)代替。
對于每一片的摩擦材料部段是對準(zhǔn)的示例在圖1中示出。對于在相鄰片上對準(zhǔn)的紙質(zhì)部段的有限單元網(wǎng)在圖中示出并標(biāo)記為紙質(zhì)-鋼-“膠”層...(在圖中的顏色分別為藍(lán)色、綠色、以及藍(lán)色和綠色之間的深藍(lán)色)。
在圖2中給出的示例示出了片與片之間摩擦材料部段偏置的構(gòu)形。
圖2中還示出了作用于該示例的邊界條件，相同的輸入與作用于圖1的示例相似。有限單元網(wǎng)在圖中示出并標(biāo)記為紙質(zhì)-鋼-“膠”層...(在圖中的顏色分別為藍(lán)色、綠色、以及藍(lán)色和綠色之間的深藍(lán)色)。圖2由此示出了有限單元網(wǎng)和邊界條件(1)絕熱；(2)對流；(3)熱通量；和(4)耦合溫度的自由度。絕熱表面被極佳地隔熱并且這些表面出現(xiàn)在例如反射式對稱普遍存在的邊界處。
對流邊界條件近似為對于該單元的熱響應(yīng)經(jīng)凹槽的流體流動的作用。對流邊界條件由兩個參數(shù)限定，即該流體的整體溫度和自由對流膜系數(shù)。在進(jìn)行的所有分析中，傳送流體的溫度假定為恒定在85.0℃，并且對流系數(shù)為0.001850W/mm2。
熱通量在離合器的接合表面處形成。所有的示例具有兩個這種表面并且每次作用的該熱通量為0.0611W/mm2。
最后，耦合溫度的自由度分配到在循環(huán)對稱邊界上的節(jié)點(diǎn)上。
對于以上詳細(xì)說明的材料的結(jié)果在圖3到圖10中給出。兩個輸出參數(shù)即溫度和熱流量(合成強(qiáng)度)對于每一分析情況在圖中繪制出。對于溫度和熱流量的單位分別由溫度℃和W/mm2來表示。
圖3和圖4示出了第一種兩個與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的成型片，其中紙質(zhì)部段在相鄰的部段上對準(zhǔn)并且粘接劑樹脂施加在整個表面上。本發(fā)明所示的下一組數(shù)據(jù)的示例在圖5和6中示出，其中紙質(zhì)部段在離合器疊壓結(jié)構(gòu)中對準(zhǔn)，但是沒有粘接劑沿流動凹槽施加?，F(xiàn)有技術(shù)的示例為摩擦紙質(zhì)部段不對準(zhǔn)并且粘接劑全部覆蓋，這種情況在圖7和8中示出。最后，圖9和10示出了本發(fā)明的示例，其中在紙質(zhì)部段不對準(zhǔn)并且凹槽沒有粘接劑樹脂，圖中示出了溫度和熱流量等值曲線。
由于使用了本發(fā)明的材料和方法，使得最高溫度的下降在4.5-5％之間。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)在于，傳動流體完全地填充在離合器片上的凹槽。另外，對流系數(shù)對應(yīng)于無急流的情況。在特定實施例中，粘接劑的厚度設(shè)定成其最大值，以便沿流動凹槽提供最大的隔熱效果。再一優(yōu)點(diǎn)是在表面處從摩擦內(nèi)襯散發(fā)的傳熱不受在接合表面處粘接劑覆蓋的變化的影響。
對本發(fā)明的以上描述以說明性的目的給出。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員明顯的是，可在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下對本發(fā)明作出多種改變和變型。因此，以上整個描述應(yīng)理解成說明性的而不是限定性的，本發(fā)明的范圍由后附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種用于形成摩擦片的方法，其包括將多個摩擦材料的部段粘接到預(yù)熱的芯部片上，摩擦材料的每一部段具有粘接在該部段的底表面上的一層粘接劑材料，由此該粘接劑材料與該預(yù)熱的芯部片接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，摩擦材料的每一部段以間隔開的關(guān)系定位在該芯部片上，以便相鄰的部段至少在該芯部片的第一表面上形成一凹槽。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，帶有粘接到其上的摩擦材料部段的芯部片經(jīng)過熱和/或壓力中的一個處理過程，以使該部段粘合到芯部片上。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，沒有粘接劑材料存在于芯部片上的凹槽中。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制成的摩擦片。
全文摘要
一種用于形成摩擦片的方法，其包括以下步驟將多個摩擦材料的部段粘接到預(yù)熱的芯部片上。摩擦材料的每一部段具有粘接在該部段的底表面上的一層粘接劑材料，以便該粘接劑材料與該預(yù)熱的芯部片接觸。
文檔編號F16D13/64GK1530564SQ0315874
公開日2004年9月22日 申請日期2003年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日
發(fā)明者T·C·哈迪斯, T C 哈迪斯, K·P·穆菲, 穆菲, S·J·科瓦爾, 科瓦爾 申請人:博格華納公司