定子錐形離合器的制作方法

相關申請的交叉引用

根據35u.s.c.§119(e)，本申請要求2014年11月7日提交的美國臨時專利申請no.62/076,986的優先權，該申請以其全部內容通過引用并入本文。

本發明大體涉及一種扭矩變換器，更具體地說涉及一種具有包括錐形離合器的定子和用于將推力從定子傳遞至葉輪殼的軸承的扭矩變換器。

背景技術：

專利申請wo2014/098353(jatco)公開了一種扭矩變換器中的定子的典型錐形離合器。在使用具有錐形離合器的定子的典型扭矩變換器中，在定子鎖定模式期間，錐形離合器閉合，以將定子不相對轉動地連接至定子軸，并且由流過定子葉片的流體產生的軸向推力通過定子和定子軸起作用。由于定子軸固定至傳動裝置，所以推力不期望地傳遞至傳動裝置。此外，扭矩變換器的渦輪與葉輪之間的軸向力流動不關閉，這導致葉輪推動用于將扭矩變換器連接至發動機曲軸的撓性板。此外，jatco所示的設計需要復雜的組件，以便在安裝到變速箱中時將卡環滑到定子軸上并進入其槽中。

技術實現要素：

根據本文示出的一個方面，提出了一種扭矩變換器，所述扭矩變換器包括：罩蓋，其布置成能夠接收扭矩；葉輪，其包括不可相對轉動地連接至罩蓋的葉輪殼；渦輪，其與葉輪流體連通，并且包括渦輪殼；定子，其至少部分地位于葉輪與渦輪之間，并且包括具有至少一個定子葉片和第一截頭圓錐表面的主體部分；定子錐形離合器，其包括第一截頭圓錐表面和包括第二截頭圓錐表面的凸緣；以及第一推力軸承，其軸向地設在定子錐形離合器與葉輪殼之間。在定子鎖定模式下：主體部分與凸緣不可相對轉動地連接；定子錐形離合器布置成能夠沿第一軸向方向推動第一推力軸承抵靠葉輪殼。

根據本文示出的一個方面，提出了另一種扭矩變換器，所述扭矩變換器包括：罩蓋，其布置成能夠接收扭矩；葉輪，其包括不可相對轉動地連接至罩蓋的葉輪殼；渦輪，其與葉輪流體連通；并包括渦輪殼；定子，其至少部分地位于葉輪與渦輪之間，并包括具有至少一個定子葉片和第一截頭圓錐表面的主體部分；定子錐形離合器，其包括第一截頭圓錐表面和包括第二截頭圓錐表面的凸緣；第一推力軸承，其與定子錐形離合器和葉輪殼直接接合；以及，第二推力軸承，其與渦輪殼和定子錐形離合器直接接合。在定子鎖定模式下，循環通過葉輪和渦輪的流體設置成能夠產生：第一力，其繞過第二推力軸承并沿第一軸向方向推動主體部分，以不可相對轉動地連接第一與第二截頭圓錐表面；或者，第二力，其沿第一軸向方向推動第二推力軸承，以不可相對轉動地連接第一與第二截頭圓錐表面；以及，第一推力軸承布置成能夠將第一力或第二力傳遞至葉輪殼。

根據本文示出的一個方面，提出了另一種扭矩變換器，所述扭矩變換器包括：罩蓋，其布置成能夠接收扭矩；葉輪，其包括不可相對轉動地連接至罩蓋的葉輪殼；渦輪，其與葉輪流體連通，并包括渦輪殼；定子，其至少部分地位于葉輪與渦輪之間，并包括具有至少一個定子葉片和第一和第二截頭圓錐表面的主體部分；以及定子錐形離合器，其包括第一和第二截頭圓錐表面、具有第三截頭圓錐表面的離合器板以及不可相對轉動地連接至離合器板并包括第四截頭圓錐表面的凸緣。在定子鎖定模式下，循環通過葉輪和渦輪的流體設置成能夠產生至少一個力，所述力迫使：第一與第三截頭圓錐表面不可相對轉動地連接；第二與第四截頭圓錐表面不可相對轉動地連接。

附圖說明

參考附圖僅通過示例公開了各種實施例，在附圖中，相應的附圖標記代表相應的部件，其中：

圖1是展示空間術語的圓柱坐標系的透視圖；

圖2是包括具有定子錐形離合器的定子的扭矩變換器的局部剖視圖；

圖3是圖2所示的定子的透視圖；

圖4是基本上沿圖3中的線4-4的局部剖視圖；

圖5是圖2所示的凸緣的透視正視圖；

圖6是圖2所示的凸緣的透視后視圖；

圖7是包括摩擦材料的圖2的定子錐形離合器的局部剖視圖；

圖8是包括膜片彈簧的圖2的定子錐形離合器的局部剖視圖；

圖9是包括具有定子錐形離合器的定子的扭矩變換器的局部剖視圖，所述定子錐形離合器包括活動的凸緣；

圖10是包括具有定子錐形離合器的定子的扭矩變換器的局部剖視圖，所述定子錐形離合器包括活動的主體部分；

圖11是包括具有定子錐形離合器的定子的扭矩變換器的局部剖視圖，所述定子錐形離合器包括離合器板和具有兩個截頭圓錐表面的主體部分；以及，

圖12是包括具有定子錐形離合器的定子的扭矩變換器的局部剖視圖，所述定子錐形離合器包括離合器板和具有兩個截頭圓錐表面的主體部分。

具體實施方式

首先，應當理解，在不同的附圖中，類似的附圖標記表示本公開的相同或功能上相似的結構元件。應當理解，本公開不限于所公開的這些方面。

此外，應當理解，本公開并不局限于所描述的特定實施方式、材料和改型，并且這些當然可以改變。還應當理解，這里使用的術語僅僅用于描述各特定方面的目的，并且不意在限制本公開的范圍。

除非另加定義，否則這里使用的所有技術和科學術語的意義與本發明所屬技術領域中的普通技術人員常規理解的相同。應當理解，與本文所描述的那些類似或等價的任何方法、裝置或材料可以用于本發明的實施或測試。本發明的組件可通過液壓、電子和/或氣動驅動。

“不可相對轉動地連接的”第一部件與第二部件是指：第一部件連接至第二部件，使得任何時候當第一部件轉動時，第二部件就隨著第一部件轉動，而任何時候當第二部件轉動時，第一部件就隨著第二部件轉動。第一部件與第二部件之間可進行軸向移位。第一部件與第二部件之間可相對轉動。

圖1是用于展示本申請中所使用的空間術語的圓柱坐標系10的透視圖。本發明至少部分地在圓柱坐標系的意義上被描述。坐標系10包括為下文的方向和空間術語充當參考的縱向軸線1。軸向方向ad平行于軸線11。徑向方向rd正交于軸線11。周向方向cd通過半徑r(正交于軸線11)的端點繞軸線11旋轉來定義。

為了闡明空間術語，使用物體12、13和14。軸向面、例如物體12的表面15由與軸線11共面的平面形成。軸線11穿過平面15；然而，與軸線11共面的任何平面都是軸向面。徑向面、例如物體13的表面16由與軸線11正交并與半徑、例如半徑17共面的平面形成。半徑17穿過平面16；然而，與半徑17共面的任何平面都是徑向面。物體14的表面18形成周向面或圓柱面。例如，圓周19穿過表面18。作為另外的示例，軸向運動平行于軸線11；徑向運動正交于軸線11，且周向運動平行于圓周19。旋轉運動是相對于軸線11。副詞“軸向地”、“徑向地”和“周向地”是參照分別與軸線11、半徑17或圓周19平行的定向而言。例如，軸向地布置的表面或邊緣沿方向ad延伸，徑向地布置的表面或邊緣沿方向r延伸，周向地布置的表面或邊緣沿方向cd延伸。

圖2是包括具有錐形離合器的定子的扭矩變換器100的局部剖視圖。

圖3是圖2所示的定子的透視圖。

圖4是基本上沿著圖3中的線4-4的局部剖視圖。從圖2至圖4中可看出以下內容。扭矩變換器100包括：罩蓋102、葉輪104、渦輪106、定子108和推力軸承110。罩蓋102布置成能夠接收來自車輛的發動機(未示出)的扭矩。葉輪104包括不可相對轉動地連接至罩蓋102的葉輪殼112，渦輪106包括渦輪殼113。渦輪106與葉輪104流體連通。定子108在軸向方向ad1上至少部分地位于葉輪104與渦輪106之間，并且包括主體部分114和凸緣116。軸承110與凸緣116和殼112直接接合。兩個部件“直接接合”是指兩個部件直接接觸，或者被名義上的第三部件(例如墊圈)隔開。例如，來自凸緣116的推力直接被傳遞至軸承110，軸承110將力直接傳遞至殼112。

圖5是圖2所示的凸緣116的透視正視圖。

圖6是圖2所示的凸緣116的透視后視圖。從圖2至圖6可看出以下內容。主體部分114和凸緣116分別包括截頭圓錐表面118和120。定子108包括定子錐形離合器122，所述定子錐形離合器122包括表面118和凸緣116。軸承110在方向ad1上設在凸緣116與葉輪殼112之間，并且包括軸承環124和126。截頭圓錐形，是指具有圓錐的平截頭體的形狀。平截頭體，是指圓錐形狀的以平行于所述形狀的底部的平面切割形狀的頂部之后留下的部分。

在扭矩變換器100的定子鎖定模式(在下文進一步討論)中：定子108在旋轉方面被鎖定；離合器122閉合，使得表面118和120摩擦接合，并且凸緣116不可相對轉動地連接至主體部分114；凸緣116接收沿方向ad1推力的f1。響應于力f1，凸緣116將軸承110推向殼112，并將力f1通過推力軸承110傳遞至殼112。在一示例性實施例中，軸承環124鄰近凸緣116，軸承環126鄰近殼112。如本領域中已知的那樣，至少一個滾動元件128使得軸承環124與126之間能夠相對轉動。“不可相對轉動地連接的”部件是指部件在轉動方面彼此固定，也就是說，只要所述部件中的一個轉動，其余部件就會轉動。不可相對轉動地連接的部件之間可進行軸向移位。

在一示例性實施例中，定子108包括板130，所述板130不可相對轉動地連接至凸緣116并且布置成能夠限制主體部分114在與軸向方向ad1相反的軸向方向ad2上的運動。板130包括徑向最外部分130a，在定子自由輪模式(在下文進一步討論)下，離合器122打開，使得主體部分114相對于凸緣116可轉動，力f2沿方向ad2推動主體部分114，徑向最外部分130a與主體部分114、例如表面131相接觸。板130可通過本領域已知的任何方式連接至凸緣116。在一示例性實施例中，凸緣116由一件材料形成，并且板130由不同于凸緣116的材料件的另一件材料形成。在一示例性實施例中(未示出)，凸緣116和板130由同一單件材料形成。

下面提供關于扭矩變換器100的更多細節。定子108包括軸向地設在葉輪104與渦輪106之間的葉片132。扭矩變換器100包括鎖止離合器133。在一示例性實施例中，離合器133包括可軸向移位的活塞134，以將摩擦材料136夾持在罩蓋102上，以便不可相對轉動地連接罩蓋102與活塞134。在一示例性實施示例中，扭矩變換器100包括扭振減振器138，所述扭振減振器138具有不可相對轉動地連接至活塞134的驅動板140和布置成能夠不可相對轉動地接合用于傳動裝置的輸入軸(未示出)的輸出法蘭142。在一示例性實施例中，減振器138包括罩蓋板144、與驅動板140和罩蓋板144接合的至少一個彈簧146以及與罩蓋板144和輸出法蘭142接合的至少一個彈簧148。

下面描述扭矩變換器100的一個示例性操作。在定子鎖定模式，葉輪104比渦輪106轉動得更快，扭矩變換器100提供扭矩增大功能，由循環通過葉輪和渦輪并沿方向ad1穿過且按壓葉片132的流體fl產生的推力f2沿方向ad1推動主體部分114。主體部分114的移位使表面118與120相接合，以閉合離合器122。注意流體fl的循環還產生力f1。

當具有扭矩變換器100的車輛加速時，葉輪104與渦輪106之間的速度比減小，力f1和f2也減小。隨著速度比接近耦合點，在耦合點處，渦輪的速度只略小于葉輪的速度：流體fl沿方向ad2經過并按壓葉片132，從而產生沿方向ad2的力f3；主體部分114沿方向ad2移位；離合器122打開，主體部分114自由地相對于凸緣116轉動。力f3通過推力軸承154傳遞。當扭矩變換器100到達耦合點時，離合器122打開以啟動定子自由輪模式，其中，來自罩蓋102的扭矩經由離合器133繞過渦輪106傳遞至輸出法蘭142。

在一示例性實施例中，截頭圓錐表面118與120直接相互接觸，以閉合離合器122，即，表面118與120之間沒有單獨的摩擦材料。由于沒有摩擦材料，因此有利地減小了扭矩變換器100的軸向尺度。徑向線rl正交于用于扭矩變換器100的旋轉軸線ar(圖2)，并穿過截頭圓錐表面118和120，從而相對于截頭圓錐表面118和120形成銳角α。

角α是離合器122的錐角。經過離合器122可傳遞的扭矩可通過修改錐角α來調節。錐形離合器具有公式1中描述的可傳遞的扭矩，公式1如下：

其中，ρ是單位為n/mm²的接觸壓力；fax是單位為牛頓(n)的軸向力或定子推力；d是單位為mm的平均圓錐直徑；t是單位為牛頓米(nm)的可傳遞的扭矩；α是在單位為度的錐角；并且，ρ是單位為度的摩擦角，ρ＝arctanμ。在停轉時軸向力為4000n的情況下，錐形離合器122的具有值d＝102mm、μ＝0.1、α＝33.25°的一示例性實施例具有496nm的可傳遞的轉矩。該可傳送的扭矩值足以承擔停轉定子扭矩。然而，角度α不應變得太小，否則離合器將不會脫開。

如圖4所示，凸緣116與主體部分114關于旋轉軸線ar徑向地同心。定子114的周向表面150鄰接并限制凸緣116的周向表面152。軸向凸緣153徑向地使軸承110對中。

凸緣116的表面162基本上平行于表面120并形成內截頭圓錐軌道。在凸緣116內形成凹部，所述凹部具有限定凹部形狀的周向表面164、徑向表面166和表面162。凹部使得軸承110能夠安裝在凸緣116的軸向包殼內，并且使得凸緣116和主體部分114能夠徑向地延伸至葉輪104與渦輪106之間的空間中。額外的徑向尺度使得能夠具有更多的可能的角度α。

圖7是包括摩擦材料168的圖2的定子錐形離合器122的局部剖視圖。在一示例性實施例中，離合器122包括設在主體部分114與凸緣116之間并固定至部分114或凸緣116的摩擦材料168。在定子鎖定模式下，主體部分114、摩擦材料168和凸緣116不可相對轉動地連接。摩擦材料168可以是本領域已知的任何材料。在一示例性實施例中，摩擦材料168是結合至鋁制部分114的濕摩擦紙。摩擦材料168使得能夠實現可控的摩擦系數，并防止接觸表面118和120的磨損。

圖8是包括膜片彈簧170的圖2的定子錐形離合器122的局部剖視圖。彈簧170固定至凸緣116并且沿方向ad2推動部分114。理論上，在自由輪模式下，定子108(在表面118與120之間)經受盡可能小的阻力矩。有利地，彈簧170在自由輪模式下迫使表面118和120彼此分開，從而消除或最小化阻力矩。彈簧170軸向地夾在軸承154與凸緣116之間。對于定子鎖定模式，來自軸承154的推力將膜片彈簧170推壓到位于凸緣118中的肩部172上，從而增大力f1以確保離合器108的適當接合。在一示例性實施例中，在自由輪模式下，膜片彈簧170通過拉動固定至部分114的卡環174將部分114沿方向ad2從凸緣116移開。沿方向ad2移動部分114增大了表面118與120之間的間隙，從而減少了自由輪模式期間的阻力。

圖9是包括具有定子錐形離合器222的定子208的扭矩變換器200的局部剖視圖，所述定子錐形離合器包括活動的凸緣216。除非另有說明，對于扭矩變換器100的討論也適用于扭矩變換器200。離合器222包括相應地具有截頭圓錐表面218和220的部分214和凸緣216。然而，與表面118和120相比，表面218和220沿軸向方向ad2徑向向外地傾斜(與表面118和120的定向相反)。軸承154與凸緣216直接接合。對于定子鎖定模式：力f1沿方向ad1推動凸緣216，從而不可相對轉動地連接表面218與220；并且軸承110將力f1傳遞至葉輪殼112。對于自由輪模式，流體fl的循環在渦輪殼上產生力f4，使得表面218能夠從表面220脫離。

圖10是包括具有定子錐形離合器322的定子308的扭矩變換器300的局部剖視圖，所述定子錐形離合器包括活動的主體部分314。除非另有說明，對于扭矩變換器100的討論也適用于扭矩變換器300。離合器322包括相應地包括截頭圓錐表面318和320的主體部分314和凸緣316。對于定子鎖定模式：力f1和f2沿方向ad1推動主體部分316，從而不可相對轉動地連接表面318與320；并且軸承110將力f1和f2傳遞至葉輪殼112。對于自由輪模式，流體fl的循環產生力f3和f4，使得表面318能夠從表面320脫離。由此，離合器322有利地相對于力f1增加力f2，以增大離合器322的扭矩容量。

圖11是包括具有定子錐形離合器422的定子408的扭矩變換器400的局部剖視圖，所述定子錐形離合器包括離合器板476和具有兩個截頭圓錐表面的主體部分416。除非另有說明，對于扭矩變換器100的討論也適用于扭矩變換器400。部分416包括截頭圓錐表面418a和418b。板476包括截頭圓錐表面478。凸緣416包括截頭圓錐體420。軸承154與渦輪殼113和板476直接接合。板476的徑向最內末端476a不可相對轉動地連接至凸緣416。在一示例性實施例中，板476相對于凸緣416可軸向移位。

對于定子鎖定模式：力f1沿方向ad1推動板476，從而不可相對轉動地連接表面478與418a；力f2沿方向ad1推動部分414，從而不可相對轉動地連接表面418b與420；并且軸承110將力f1和f2傳遞至葉輪殼112。對于自由輪模式：力f4使得表面478能夠從表面418a脫離；并且力f3沿方向ad2移動部分414，以使表面418b與420脫開。由此，離合器422有利地相對于力f1增加力f2，以增大離合器422的扭矩容量。在一示例性實施例中，表面478、418a、418b和420是平行的。

圖12是包括離合器板576和具有兩個截頭圓錐表面的主體部分516的定子錐形離合器522的局部剖視圖。部分516包括截頭圓錐表面518a和518b。板576包括截頭圓錐表面578。凸緣516包括截頭圓錐520。軸承154與渦輪殼113和板576直接接合。在一示例性實施例中：表面578與518a平行；表面518b與520平行；表面518a與518b不平行。離合器板575或凸緣516包括至少一個槽，而離合器板576和凸緣516中的另一個包括設在所述至少一個槽中的至少一個突起。所述至少一個槽和所述至少一個突起不可相對轉動地連接離合器板476與凸緣516。在一示例性實施例中，凸緣516包括至少一個槽580，板576包括設在至少一個槽580中的至少一個突起582。

對于定子鎖定模式：力f1沿方向ad1推動板576，從而不可相對轉動地連接表面578與518a；力f2沿方向ad1推動部分514，從而不可相對轉動地連接表面518b與520；并且軸承110將力f1和f2傳遞至葉輪殼112。對于自由輪模式：力f4使得表面578能夠從表面518a脫離；并且力f3沿方向ad2移動部分514，以使表面518b與520脫開。由此，離合器522有利地相對于力f1增加力f2，以增大離合器522的扭矩容量。

在一示例性實施例中，離合器122至522可用于包括渦輪離合器(鎖止離合器)的扭矩變換器，從而不可相對轉動地連接殼112和113的相應的徑向外部。在這種情況下，去除軸承154，并且板130通過其他方式附接至凸緣116。

有利地，定子108至508解決了關于具有錐形離合器的現有技術的定子的操作的上述問題。特別地，推力軸承110消除推力向傳動裝置的傳遞。具體地說，在定子鎖定模式期間產生的推力f1和f2從葉片132、主體部分或凸緣經由推力軸承110傳遞至葉輪殼112。由此，由扭矩變換器100的操作產生的力在扭矩變換器100的范疇內平衡。

應當理解，上述公開內容以及其他特征和功能或其替代物可按需要組合成許多其他不同的系統或應用。其中多種目前未預見到的或未預料到的替代方案、修改、變型或改進隨后可由本領域技術人員來進行，也期望由權利要求所涵蓋。