包括定子推力軸承的扭矩變換器的制造方法

包括定子推力軸承的扭矩變換器的制造方法
【專利摘要】提供一種扭矩變換器。所述扭矩變換器包括：包括葉輪殼的葉輪，包括渦輪殼的渦輪以及軸向地位于渦輪與葉輪之間的定子。第一流體流在葉輪與定子之間產生，第二流體流在渦輪與定子之間產生。所述扭矩變換器還包括軸向地位于葉輪與定子之間或軸向地位于渦輪與定子之間的推力軸承。所述推力軸承包括支承表面，所述支承表面布置成用于在扭矩變換器的運行期間在第一流體流或第二流體流的區域內、在支承表面上維持住流體動力膜。還提供一種形成扭矩變換器的方法。
【專利說明】包括定子推力軸承的扭矩變換器
[0001 ] 本申請要求在2013年12月13日提交的美國臨時專利申請61/915，818的優先權，該專利申請通過引用全文并入本申請。
技術領域
[0002]本公開總體上涉及扭矩變換器，尤其涉及扭矩變換器中位于定子與葉輪之間的軸承。
【背景技術】
[0003]美國專利6231309公開了一種扭矩變換器反應器推力墊圈。
[0004]如機械手冊(Machinery ’ s Handbook)第25版第2140頁所述，已知斜面推力軸承。在扭矩變換器中、尤其在定子與葉輪之間使用斜面推力軸承是不被知曉的。

【發明內容】

[0005]提供一種扭矩變換器。所述扭矩變換器包括:包括葉輪殼的葉輪，包括渦輪殼的渦輪以及軸向地位于渦輪與葉輪之間的定子。第一流體流在葉輪與定子之間產生，第二流體流在渦輪與定子之間產生。扭矩變換器還包括軸向地位于葉輪與定子之間或軸向地位于渦輪與定子之間的推力軸承。所述推力軸承包括支承表面，所述支承表面布置成用于在扭矩變換器的運行期間在第一流體流或第二流體流的區域內、在支承表面上維持住流體動力膜。
[0006]還提供一種形成扭矩變換器的方法。所述方法包括:在軸向地位于葉輪與定子之間的第一流體流區域處、或在軸向地位于渦輪與定子之間的第二流體流區域處提供推力支承表面，使得在扭矩變換器的運行期間，流體流在第一流體流區域處或第二流體流區域處、在推力支承表面上維持住流體動力膜。
【附圖說明】
[0007]下面，參照附圖描述本發明，附圖包括:
[0008]圖1示出了根據本發明的一個實施例的扭矩變換器的側剖視圖；
[0009]圖2a和2b示出了通過類似于圖1所示的扭矩變換器的扭矩變換器的側剖視圖，示出了流體的流動；
[0010]圖3a示出了根據本發明的一個實施例用于在扭矩變換器的定子與葉輪殼之間使用的推力軸承的透視圖；
[0011]圖3b示出了圖3a中的推力軸承沿A-A的剖視圖；
[0012]圖4a示出了根據本發明的另一實施例用于在扭矩變換器的定子與葉輪之間使用的推力軸承的透視圖；
[0013]圖4b示出了圖4a中的推力軸承沿B-B的剖視圖；
[0014]圖5示出了包括推力軸承的定子，所述推力軸承整體地形成在定子上；
[0015]圖6示出了根據本發明的另一實施例的扭矩變換器的側剖視圖；
【具體實施方式】
[0016]本公開提供一種特別的、傾斜或斜坡的表面，所述表面與相鄰的短的平坦表面一起形成用于定子的流體動力支承表面。在一個實施例中，所述支承表面是固定至定子的單獨的部件的一部分，在另一實施例中，所述表面是定子鑄件的一部分。斜坡表面和平坦表面設計成能夠在支承表面上維持扭矩變換器流體的流體動力膜，從而防止支承表面與葉輪殼的內軸向表面之間的金屬對金屬的接觸。由于定子與栗之間的相對運動因而形成流體動力流體膜，由于流體膜將對定子推力作出反應而產生壓力。本發明的實施例對于具有可軸向移動的接合和脫開葉輪殼的渦輪的扭矩變換器是尤其有利的，因為栗上的、支承表面處的推力負載可因不存在渦輪推力而與傳統扭矩變換器相比明顯更小(小50%)。對于在具有低推力負載的傳統扭矩變換器中的使用，所述支承表面也可以是有利的。流體膜產生的反作用力可與計算出的推力值接近一致。本發明的實施例還可有助于減小扭矩變換器的軸向尺寸。
[0017]圖1示出了根據本發明的一個實施例的扭矩變換器10的側剖視圖。扭矩變換器10包括前罩蓋12和后罩蓋14，所述前罩蓋12用于連接至內燃機的曲軸，所述后罩蓋14形成葉輪或栗18的殼體16。扭矩變換器10還包括渦輪20，所述渦輪20包括從渦輪20的葉片支撐部分的外周徑向向外突出的外徑向延伸部22。渦輪20構造成能夠朝向或遠離葉輪18軸向地滑動，以便接合或脫離葉輪18。摩擦材料24結合至外徑向延伸部22的表面上，以用于接合后罩蓋14。渦輪20連接至減震組件40，所述減震組件40可被渦輪20周向地驅動，并且定位在渦輪20與前罩蓋12之間。扭矩變換器10還包括位于渦輪20與葉輪18之間的定子26以及支撐定子26的單向離合器28。定心板30將單向離合器28在定子26內保持就位。定子26包括底部32和與底部32相鄰的推力軸承34，所述推力軸承34具有面向葉輪殼16的推力支承表面36。特別地，推力支承表面36軸向地面向葉輪殼16的徑向延伸部分37的軸向表面，所述徑向延伸部分37位于滾圓部分39與葉輪18的轂84之間，所述滾圓部分39支撐葉輪18的葉片81。在該實施例中，軸承34是斜面推力軸承。支承表面36成形成能夠維持住流體動力膜，所述流體動力膜防止支承表面36接觸葉輪殼16。流體動力膜在葉輪殼16與定子26之間提供足夠的壓力，使得在運行期間，流體動力膜的壓力所產生的力大于定子26向葉輪18方向的推力。
[0018]推力軸承34可通過卡扣配合連接附接至底部32的徑向內端部，并且可包括防旋轉特征，所述防旋轉特征可與卡扣配合連接結構集成或單獨設置。防旋轉特征可以是銷或能夠承受更大負載的位于推力軸承34上的突起，防旋轉特征可與底部32的相鄰的表面或平面布置成銷-孔式(pin-1n-hole type)布置。
[0019]在另一實施例中，推力軸承34可連接至葉輪殼16，推力支承表面36可軸向地面向底部32的面向葉輪18的軸向表面，使得推力支承表面36維持住流體動力膜，所述流體動力膜防止支承表面36接觸定子26、尤其防止支承表面36接觸底部32。在這種實施例中，推力軸承34可通過卡扣配合連接附接至葉輪殼16，并且可包括防旋轉特征，所述防旋轉特征可與卡扣配合連接結構集成或單獨設置。
[0020]圖2a和2b示出了通過類似于圖1所示的扭矩變換器10的扭矩變換器110的側剖視圖，示出了流體的流動。扭矩變換器10、110分別包括不同的減震組件40、80以及其它的形狀變化，但參照圖2a和2b所描述的流體流也適用于圖1。圖2a示出了當經由位于渦輪20的外徑向延伸部22上的摩擦材料24被壓在葉輪殼16的徑向延伸部分上而使鎖止離合器接合時，流體通過扭矩變換器10的流動。如圖2a所示，流體將渦輪20壓向葉輪18，并徑向向內流過摩擦材料24中形成的徑向延伸的間隙。當離合器接合時，流體通過變速器輸入軸82流入，流過減震組件80，流至渦輪20的外徑向延伸部22周圍，流至渦輪20與葉輪18之間，流至定子26周圍，流向流體出口。
[0021]圖2b示出了當經由位于渦輪20的外徑向延伸部22上的摩擦材料24不被壓在葉輪殼16的徑向延伸部分上而使離合器脫開時，流體通過扭矩變換器10的流動。如圖2b所示，流體將渦輪20壓離葉輪18，并在摩擦材料24與葉輪殼16之間徑向向外流動。當鎖止離合器脫開時，流體在葉輪轂84與變速器輸入軸82之間、在定子軸86的徑向兩側流動，流過由推力軸承34的軸向表面88和葉輪殼16的部分37的軸向表面90形成的間隙，流過渦輪20與葉輪18之間，徑向向外流過渦輪20的外徑向延伸部的周圍，通過減震組件80且軸向地通過變速器輸入軸82的內部流回至流體出口。隨著流體流過由推力軸承34的軸向表面88和葉輪18的軸向表面90形成的間隙，流體膜在軸向表面88上形成，產生足以克服定子26的推力的力并防止推力軸承34的軸向表面88接觸葉輪18的軸向表面90。
[0022]圖3a示出了根據本發明的一個實施例用于在定子26與葉輪殼16之間使用的推力軸承34的透視圖。在該實施例中，推力軸承34由非硬化鋁形成，并相應地包括非硬化鋁推力表面36。推力軸承34包括多個重復的周向區段41，每個區段41都包括第一或開槽部分42、第二或平坦部分50和第三或斜坡部分54，所述第一或開槽部分42包括從推力軸承34的內周向表面46延伸至推力軸承34的外周向表面48的凹槽44，所述第二或平坦部分50包括平坦表面52且厚度均勻，所述第三或斜坡部分54包括周向地位于凹槽44與平坦表面52之間的斜坡表面56。隨著斜坡表面56從平坦表面52周向地延伸至凹槽44，斜坡部分54的厚度逐漸減小。第二或平坦部分50具有第一周向長度LI，第三部分54具有第二周向長度L2，第一周向長度LI小于第二周向長度L2。第二部分50和第三部分54共具有總周向長度LT(LT = L1+L2)。在一些優選實施例中，為了在推力支承表面36上形成最佳的流體膜，平坦部分50的周向長度LI為總周向長度LT的20%至30% (0.20-0.30*LT)，斜坡部分54的周向長度L2為總周向長度LT的70%至80%。本文中所用的周向長度是指平均周向長度，即，在推力軸承34的徑向中點M處的周向長度。
[0023]圖3b示出了圖3a中具有推力表面36的推力軸承34沿A-A的剖視圖。如圖3b所示，第一或開槽部分42具有第一厚度Tl，平坦部分50具有第二厚度T2，斜坡部分54具有隨著斜坡表面56從平坦表面52周向地延伸至凹槽44而從第二厚度減小至第三厚度T3的變化的厚度。在該實施例中，斜坡表面56以小于1°、優選地在0.30°至0.42°之間的角度Θ成斜坡變化。
[0024]圖4a示出了根據本發明的另一實施例用于在定子26與葉輪殼16之間使用的推力軸承134的透視圖。圖4b示出了推力軸承134沿圖4a中的B-B的剖視圖。推力軸承134包括支承表面136，并以與推力軸承34大致相同的方式構造而具有多個重復的周向區段141，每個區段141都包括開槽部分42和斜坡部分54。推力軸承134與推力軸承34唯一的區別在于推力軸承134包括代替平坦部分50的平坦部分150，所述平坦部分150具有由耐磨材料158形成的平坦表面152。在一優選實施例中，耐磨材料158是耐磨塑料、例如聚醚醚酮(PEEK)或由TORLON生產的聚酰胺-酰亞胺。耐磨材料158可通過壓敏粘著劑施涂至推力軸承34的非硬化鋁材料。為了提供耐磨材料158以形成平坦表面52，可在平坦部分150中加工出從內周向表面46延伸至外周向表面48的槽部160，在每個槽部160中將一條材料158附接至軸承34。
[0025]圖5示出了包括推力軸承234的定子226，所述推力軸承234整體地形成在定子226上。推力軸承234與推力軸承34之間唯一的區別在于，與相對于定子26作為不同部件的推力軸承相比，推力軸承234與定子226整體地形成。
[0026]圖6示出了根據本發明的另一實施例的扭矩變換器310的側剖視圖，圖7示出了扭矩變換器310的推力軸承區域的放大視圖。除了扭矩變換器310包括保持在定子326的渦輪側上、軸向地位于定子326與固定至減震器340的渦輪320之間的推力軸承334之外，扭矩變換器310以與扭矩變換器10相同的方式構造。推力軸承334可以以與推力軸承34、134相同的方式構造，并通過定心板330連接至定子326，所述定心板330將單向離合器328在定子326中保持就位。推力軸承334包括面向渦輪320的推力支承表面336，所述推力支承表面336可以以與推力支承表面36、136中的一個相同的方式形成。特別地，推力支承表面336軸向地面向渦輪320的渦輪殼352的徑向延伸部分350的軸向表面。徑向延伸部分350從滾圓部分352徑向向內延伸，所述滾圓部分352支撐渦輪320的葉片354。支承表面336成形成能夠維持防止支承表面336與渦輪殼352接觸的流體動力膜。流體動力膜在渦輪殼352與定子326之間提供足夠的壓力，使得在運行期間流體動力膜的壓力所產生的力大于定子326向渦輪320方向的推力。
[0027]如圖7所示意性示出的，推力軸承334可通過卡扣配合連接附接至定心板330，并且可包括防旋轉特征338，所述防旋轉特征338可與卡扣配合連接結構集成或單獨設置。防旋轉特征338可以是銷或能夠承受更大負載的位于推力軸承334上的突起，防旋轉特征338可與定心板330的相鄰的表面或平面布置成銷-孔式布置。
[0028]圖8示出了根據本發明的另一實施例的扭矩變換器410的推力軸承區域的放大視圖。除了扭矩變換器410包括保持在渦輪420的渦輪殼452的徑向延伸部分450上、軸向地位于渦輪420與定子426之間的推力軸承434之外，扭矩變換器410以與扭矩變換器310相同的方式構造。推力軸承434可以以與推力軸承34、134相同的方式構造，并包括面向定子426的推力支承表面436，所述推力支承表面436可以以與推力支承表面36、136中的一個相同的方式形成。特別地，推力支承表面436軸向地面向定心板430，所述定心板430將單向離合器428在定子426中保持就位。支承表面436成形成能夠維持住流體動力膜，所述流體動力膜防止支承表面436接觸定子426、尤其防止支承表面436接觸定心板430。流體動力膜在渦輪殼452與定子426之間提供足夠的壓力，使得在運行期間流體動力膜的壓力產生的力大于定子426向渦輪420方向的推力。
[0029]推力軸承434可通過卡扣配合連接附接至徑向延伸部分450，并且可包括防旋轉特征438，所述防旋轉特征438可與卡扣配合連接結構集成或單獨設置。防旋轉特征438可以是銷或能夠承受更大負載的位于推力軸承434上的突起，防旋轉特征438可與徑向延伸部分450的相鄰的表面或平面布置成銷-孔式布置。
[0030]在上述說明書中，參照具體的示例性實施方式和示例描述了本發明。然而，顯然，可對此進行各種修改或變型而不脫離本發明的如在下述權利要求中所提出的總主旨和范圍。說明書和附圖相應地應以說明性方式而非限制性意義來理解。
【主權項】
1.一種扭矩變換器，所述扭矩變換器包括: 包括葉輪殼的葉輪； 包括渦輪殼的渦輪； 軸向地位于渦輪與葉輪之間的定子，第一流體流在葉輪與定子之間產生，第二流體流在渦輪與定子之間產生；以及 軸向地位于葉輪與定子之間或軸向地位于渦輪與定子之間的推力軸承，所述推力軸承包括支承表面，所述支承表面布置和構造成用于在扭矩變換器的運行期間在第一流體流或第二流體流的區域內、在支承表面上維持住流體動力膜。2.如權利要求1所述的扭矩變換器，其特征在于，推力軸承包括多個周向區段，每個周向區段都包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分包括從推力軸承的內周向表面延伸至推力軸承的外周向表面的凹槽，所述第二部分包括平坦表面且厚度均勻，所述第三部分包括周向地位于凹槽與平坦表面之間的斜坡表面，隨著斜坡表面從平坦表面周向地延伸至凹槽，第三部分的厚度逐漸減小。3.如權利要求2所述的扭矩變換器，其特征在于，第二部分具有第一周向長度，第三部分具有第二周向長度，第一周向長度小于第二周向長度。4.如權利要求3所述的扭矩變換器，其特征在于，第二部分和第三部分共具有總周向長度，第一周向長度為總周向長度的20%至30%，第二周向長度為總周向長度的70%至80%。5.如權利要求2所述的扭矩變換器，其特征在于，平坦表面由耐磨材料形成，所述耐磨材料設置在位于推力軸承的第二部分中的槽部中。6.如權利要求5所述的扭矩變換器，其特征在于，所述耐磨材料經由壓敏粘著劑附接在槽部中。7.如權利要求5所述的扭矩變換器，其特征在于，所述耐磨材料為塑料。8.如權利要求7所述的扭矩變換器，其特征在于，所述塑料為聚醚醚酮或聚酰胺-酰亞胺。9.如權利要求1所述的扭矩變換器，其特征在于，推力軸承整體地形成在定子上。10.如權利要求1所述的扭矩變換器，其特征在于，推力支承表面為非硬化鋁推力表面。11.一種形成扭矩變換器的方法，所述方法包括: 在軸向地位于葉輪與定子之間的第一流體流區域處、或在軸向地位于渦輪與定子之間的第二流體流區域處提供推力支承表面，使得在扭矩變換器的運行期間，流體流在第一流體流區域處或第二流體流區域處、在推力支承表面上維持住流體動力膜。12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，推力支承表面形成在包括多個周向區段的推力軸承上，每個周向區段都包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分包括從推力軸承的內周向表面延伸至推力軸承的外周向表面的凹槽，所述第二部分包括平坦表面且厚度均勻，所述第三部分包括周向地位于凹槽與平坦表面之間的斜坡表面，隨著斜坡表面從平坦表面周向地延伸至凹槽，第三部分的厚度逐漸減小。13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，第二部分具有第一周向長度，第三部分具有第二周向長度，第一周向長度小于第二周向長度。14.如權利要求13所述的扭矩變換器，其特征在于，第二部分和第三部分共具有總周向長度，第一周向長度為總周向長度的20%至30%，第二周向長度為總周向長度的70%至80% ο15.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:在推力軸承的第二部分中加工槽部以形成槽部，以及在所述槽部中設置耐磨材料以形成平坦表面。16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，在槽部中設置耐磨材料包括經由壓敏粘著劑附接所述耐磨材料。17.如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述耐磨材料為塑料。18.如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述塑料為聚醚醚酮或聚酰胺-酰亞胺。19.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在定子上、葉輪上或渦輪上形成推力支承表面。20.如權利要求11所述的方法，其特征在于，推力支承表面為非硬化鋁推力表面。
【文檔編號】F16H41/28GK106062423SQ201480067935
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2014年12月11日
【發明人】P·林德曼, A·達塔瓦德考爾
【申請人】舍弗勒技術股份兩合公司