CN106062423A - 包括定子推力轴承的扭矩变换器 - Google Patents

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Abstract

提供一种扭矩变换器。所述扭矩变换器包括：包括叶轮壳的叶轮，包括涡轮壳的涡轮以及轴向地位于涡轮与叶轮之间的定子。第一流体流在叶轮与定子之间产生，第二流体流在涡轮与定子之间产生。所述扭矩变换器还包括轴向地位于叶轮与定子之间或轴向地位于涡轮与定子之间的推力轴承。所述推力轴承包括支承表面，所述支承表面布置成用于在扭矩变换器的运行期间在第一流体流或第二流体流的区域内、在支承表面上维持住流体动力膜。还提供一种形成扭矩变换器的方法。

Description

包括定子推力轴承的扭矩变换器
本申请要求在2013年12月13日提交的美国临时专利申请61/915,818的优先权，该专利申请通过引用全文并入本申请。
技术领域
本公开总体上涉及扭矩变换器，尤其涉及扭矩变换器中位于定子与叶轮之间的轴承。
背景技术
美国专利6231309公开了一种扭矩变换器反应器推力垫圈。
如机械手册(Machinery’s Handbook)第25版第2140页所述，已知斜面推力轴承。在扭矩变换器中、尤其在定子与叶轮之间使用斜面推力轴承是不被知晓的。
发明内容
提供一种扭矩变换器。所述扭矩变换器包括：包括叶轮壳的叶轮，包括涡轮壳的涡轮以及轴向地位于涡轮与叶轮之间的定子。第一流体流在叶轮与定子之间产生，第二流体流在涡轮与定子之间产生。扭矩变换器还包括轴向地位于叶轮与定子之间或轴向地位于涡轮与定子之间的推力轴承。所述推力轴承包括支承表面，所述支承表面布置成用于在扭矩变换器的运行期间在第一流体流或第二流体流的区域内、在支承表面上维持住流体动力膜。
还提供一种形成扭矩变换器的方法。所述方法包括：在轴向地位于叶轮与定子之间的第一流体流区域处、或在轴向地位于涡轮与定子之间的第二流体流区域处提供推力支承表面，使得在扭矩变换器的运行期间，流体流在第一流体流区域处或第二流体流区域处、在推力支承表面上维持住流体动力膜。
附图说明
下面，参照附图描述本发明，附图包括：
图1示出了根据本发明的一个实施例的扭矩变换器的侧剖视图；
图2a和2b示出了通过类似于图1所示的扭矩变换器的扭矩变换器的侧剖视图，示出了流体的流动；
图3a示出了根据本发明的一个实施例用于在扭矩变换器的定子与叶轮壳之间使用的推力轴承的透视图；
图3b示出了图3a中的推力轴承沿A-A的剖视图；
图4a示出了根据本发明的另一实施例用于在扭矩变换器的定子与叶轮之间使用的推力轴承的透视图；
图4b示出了图4a中的推力轴承沿B-B的剖视图；
图5示出了包括推力轴承的定子，所述推力轴承整体地形成在定子上；
图6示出了根据本发明的另一实施例的扭矩变换器的侧剖视图；
具体实施方式
本公开提供一种特别的、倾斜或斜坡的表面，所述表面与相邻的短的平坦表面一起形成用于定子的流体动力支承表面。在一个实施例中，所述支承表面是固定至定子的单独的部件的一部分，在另一实施例中，所述表面是定子铸件的一部分。斜坡表面和平坦表面设计成能够在支承表面上维持扭矩变换器流体的流体动力膜，从而防止支承表面与叶轮壳的内轴向表面之间的金属对金属的接触。由于定子与泵之间的相对运动因而形成流体动力流体膜，由于流体膜将对定子推力作出反应而产生压力。本发明的实施例对于具有可轴向移动的接合和脱开叶轮壳的涡轮的扭矩变换器是尤其有利的，因为泵上的、支承表面处的推力负载可因不存在涡轮推力而与传统扭矩变换器相比明显更小(小50％)。对于在具有低推力负载的传统扭矩变换器中的使用，所述支承表面也可以是有利的。流体膜产生的反作用力可与计算出的推力值接近一致。本发明的实施例还可有助于减小扭矩变换器的轴向尺寸。
图1示出了根据本发明的一个实施例的扭矩变换器10的侧剖视图。扭矩变换器10包括前罩盖12和后罩盖14，所述前罩盖12用于连接至内燃机的曲轴，所述后罩盖14形成叶轮或泵18的壳体16。扭矩变换器10还包括涡轮20，所述涡轮20包括从涡轮20的叶片支撑部分的外周径向向外突出的外径向延伸部22。涡轮20构造成能够朝向或远离叶轮18轴向地滑动，以便接合或脱离叶轮18。摩擦材料24结合至外径向延伸部22的表面上，以用于接合后罩盖14。涡轮20连接至减震组件40，所述减震组件40可被涡轮20周向地驱动，并且定位在涡轮20与前罩盖12之间。扭矩变换器10还包括位于涡轮20与叶轮18之间的定子26以及支撑定子26的单向离合器28。定心板30将单向离合器28在定子26内保持就位。定子26包括底部32和与底部32相邻的推力轴承34，所述推力轴承34具有面向叶轮壳16的推力支承表面36。特别地，推力支承表面36轴向地面向叶轮壳16的径向延伸部分37的轴向表面，所述径向延伸部分37位于滚圆部分39与叶轮18的毂84之间，所述滚圆部分39支撑叶轮18的叶片81。在该实施例中，轴承34是斜面推力轴承。支承表面36成形成能够维持住流体动力膜，所述流体动力膜防止支承表面36接触叶轮壳16。流体动力膜在叶轮壳16与定子26之间提供足够的压力，使得在运行期间，流体动力膜的压力所产生的力大于定子26向叶轮18方向的推力。
推力轴承34可通过卡扣配合连接附接至底部32的径向内端部，并且可包括防旋转特征，所述防旋转特征可与卡扣配合连接结构集成或单独设置。防旋转特征可以是销或能够承受更大负载的位于推力轴承34上的突起，防旋转特征可与底部32的相邻的表面或平面布置成销-孔式(pin-in-hole type)布置。
在另一实施例中，推力轴承34可连接至叶轮壳16，推力支承表面36可轴向地面向底部32的面向叶轮18的轴向表面，使得推力支承表面36维持住流体动力膜，所述流体动力膜防止支承表面36接触定子26、尤其防止支承表面36接触底部32。在这种实施例中，推力轴承34可通过卡扣配合连接附接至叶轮壳16，并且可包括防旋转特征，所述防旋转特征可与卡扣配合连接结构集成或单独设置。
图2a和2b示出了通过类似于图1所示的扭矩变换器10的扭矩变换器110的侧剖视图，示出了流体的流动。扭矩变换器10、110分别包括不同的减震组件40、80以及其它的形状变化，但参照图2a和2b所描述的流体流也适用于图1。图2a示出了当经由位于涡轮20的外径向延伸部22上的摩擦材料24被压在叶轮壳16的径向延伸部分上而使锁止离合器接合时，流体通过扭矩变换器10的流动。如图2a所示，流体将涡轮20压向叶轮18，并径向向内流过摩擦材料24中形成的径向延伸的间隙。当离合器接合时，流体通过变速器输入轴82流入，流过减震组件80，流至涡轮20的外径向延伸部22周围，流至涡轮20与叶轮18之间，流至定子26周围，流向流体出口。
图2b示出了当经由位于涡轮20的外径向延伸部22上的摩擦材料24不被压在叶轮壳16的径向延伸部分上而使离合器脱开时，流体通过扭矩变换器10的流动。如图2b所示，流体将涡轮20压离叶轮18，并在摩擦材料24与叶轮壳16之间径向向外流动。当锁止离合器脱开时，流体在叶轮毂84与变速器输入轴82之间、在定子轴86的径向两侧流动，流过由推力轴承34的轴向表面88和叶轮壳16的部分37的轴向表面90形成的间隙，流过涡轮20与叶轮18之间，径向向外流过涡轮20的外径向延伸部的周围，通过减震组件80且轴向地通过变速器输入轴82的内部流回至流体出口。随着流体流过由推力轴承34的轴向表面88和叶轮18的轴向表面90形成的间隙，流体膜在轴向表面88上形成，产生足以克服定子26的推力的力并防止推力轴承34的轴向表面88接触叶轮18的轴向表面90。
图3a示出了根据本发明的一个实施例用于在定子26与叶轮壳16之间使用的推力轴承34的透视图。在该实施例中，推力轴承34由非硬化铝形成，并相应地包括非硬化铝推力表面36。推力轴承34包括多个重复的周向区段41，每个区段41都包括第一或开槽部分42、第二或平坦部分50和第三或斜坡部分54，所述第一或开槽部分42包括从推力轴承34的内周向表面46延伸至推力轴承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且厚度均匀，所述第三或斜坡部分54包括周向地位于凹槽44与平坦表面52之间的斜坡表面56。随着斜坡表面56从平坦表面52周向地延伸至凹槽44，斜坡部分54的厚度逐渐减小。第二或平坦部分50具有第一周向长度L1，第三部分54具有第二周向长度L2，第一周向长度L1小于第二周向长度L2。第二部分50和第三部分54共具有总周向长度LT(LT＝L1+L2)。在一些优选实施例中，为了在推力支承表面36上形成最佳的流体膜，平坦部分50的周向长度L1为总周向长度LT的20％至30％(0.20-0.30*LT)，斜坡部分54的周向长度L2为总周向长度LT的70％至80％。本文中所用的周向长度是指平均周向长度，即，在推力轴承34的径向中点M处的周向长度。
图3b示出了图3a中具有推力表面36的推力轴承34沿A-A的剖视图。如图3b所示，第一或开槽部分42具有第一厚度T1，平坦部分50具有第二厚度T2，斜坡部分54具有随着斜坡表面56从平坦表面52周向地延伸至凹槽44而从第二厚度减小至第三厚度T3的变化的厚度。在该实施例中，斜坡表面56以小于1°、优选地在0.30°至0.42°之间的角度θ成斜坡变化。
图4a示出了根据本发明的另一实施例用于在定子26与叶轮壳16之间使用的推力轴承134的透视图。图4b示出了推力轴承134沿图4a中的B-B的剖视图。推力轴承134包括支承表面136，并以与推力轴承34大致相同的方式构造而具有多个重复的周向区段141，每个区段141都包括开槽部分42和斜坡部分54。推力轴承134与推力轴承34唯一的区别在于推力轴承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。在一优选实施例中，耐磨材料158是耐磨塑料、例如聚醚醚酮(PEEK)或由TORLON生产的聚酰胺-酰亚胺。耐磨材料158可通过压敏粘着剂施涂至推力轴承34的非硬化铝材料。为了提供耐磨材料158以形成平坦表面52，可在平坦部分150中加工出从内周向表面46延伸至外周向表面48的槽部160，在每个槽部160中将一条材料158附接至轴承34。
图5示出了包括推力轴承234的定子226，所述推力轴承234整体地形成在定子226上。推力轴承234与推力轴承34之间唯一的区别在于，与相对于定子26作为不同部件的推力轴承相比，推力轴承234与定子226整体地形成。
图6示出了根据本发明的另一实施例的扭矩变换器310的侧剖视图，图7示出了扭矩变换器310的推力轴承区域的放大视图。除了扭矩变换器310包括保持在定子326的涡轮侧上、轴向地位于定子326与固定至减震器340的涡轮320之间的推力轴承334之外，扭矩变换器310以与扭矩变换器10相同的方式构造。推力轴承334可以以与推力轴承34、134相同的方式构造，并通过定心板330连接至定子326，所述定心板330将单向离合器328在定子326中保持就位。推力轴承334包括面向涡轮320的推力支承表面336，所述推力支承表面336可以以与推力支承表面36、136中的一个相同的方式形成。特别地，推力支承表面336轴向地面向涡轮320的涡轮壳352的径向延伸部分350的轴向表面。径向延伸部分350从滚圆部分352径向向内延伸，所述滚圆部分352支撑涡轮320的叶片354。支承表面336成形成能够维持防止支承表面336与涡轮壳352接触的流体动力膜。流体动力膜在涡轮壳352与定子326之间提供足够的压力，使得在运行期间流体动力膜的压力所产生的力大于定子326向涡轮320方向的推力。
如图7所示意性示出的，推力轴承334可通过卡扣配合连接附接至定心板330，并且可包括防旋转特征338，所述防旋转特征338可与卡扣配合连接结构集成或单独设置。防旋转特征338可以是销或能够承受更大负载的位于推力轴承334上的突起，防旋转特征338可与定心板330的相邻的表面或平面布置成销-孔式布置。
图8示出了根据本发明的另一实施例的扭矩变换器410的推力轴承区域的放大视图。除了扭矩变换器410包括保持在涡轮420的涡轮壳452的径向延伸部分450上、轴向地位于涡轮420与定子426之间的推力轴承434之外，扭矩变换器410以与扭矩变换器310相同的方式构造。推力轴承434可以以与推力轴承34、134相同的方式构造，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可以以与推力支承表面36、136中的一个相同的方式形成。特别地，推力支承表面436轴向地面向定心板430，所述定心板430将单向离合器428在定子426中保持就位。支承表面436成形成能够维持住流体动力膜，所述流体动力膜防止支承表面436接触定子426、尤其防止支承表面436接触定心板430。流体动力膜在涡轮壳452与定子426之间提供足够的压力，使得在运行期间流体动力膜的压力产生的力大于定子426向涡轮420方向的推力。
推力轴承434可通过卡扣配合连接附接至径向延伸部分450，并且可包括防旋转特征438，所述防旋转特征438可与卡扣配合连接结构集成或单独设置。防旋转特征438可以是销或能够承受更大负载的位于推力轴承434上的突起，防旋转特征438可与径向延伸部分450的相邻的表面或平面布置成销-孔式布置。
在上述说明书中，参照具体的示例性实施方式和示例描述了本发明。然而，显然，可对此进行各种修改或变型而不脱离本发明的如在下述权利要求中所提出的总主旨和范围。说明书和附图相应地应以说明性方式而非限制性意义来理解。

Claims (20)

1.一种扭矩变换器，所述扭矩变换器包括：
包括叶轮壳的叶轮；
包括涡轮壳的涡轮；
轴向地位于涡轮与叶轮之间的定子，第一流体流在叶轮与定子之间产生，第二流体流在涡轮与定子之间产生；以及
轴向地位于叶轮与定子之间或轴向地位于涡轮与定子之间的推力轴承，所述推力轴承包括支承表面，所述支承表面布置和构造成用于在扭矩变换器的运行期间在第一流体流或第二流体流的区域内、在支承表面上维持住流体动力膜。
2.如权利要求1所述的扭矩变换器，其特征在于，推力轴承包括多个周向区段，每个周向区段都包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分包括从推力轴承的内周向表面延伸至推力轴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匀，所述第三部分包括周向地位于凹槽与平坦表面之间的斜坡表面，随着斜坡表面从平坦表面周向地延伸至凹槽，第三部分的厚度逐渐减小。
3.如权利要求2所述的扭矩变换器，其特征在于，第二部分具有第一周向长度，第三部分具有第二周向长度，第一周向长度小于第二周向长度。
4.如权利要求3所述的扭矩变换器，其特征在于，第二部分和第三部分共具有总周向长度，第一周向长度为总周向长度的20％至30％，第二周向长度为总周向长度的70％至80％。
5.如权利要求2所述的扭矩变换器，其特征在于，平坦表面由耐磨材料形成，所述耐磨材料设置在位于推力轴承的第二部分中的槽部中。
6.如权利要求5所述的扭矩变换器，其特征在于，所述耐磨材料经由压敏粘着剂附接在槽部中。
7.如权利要求5所述的扭矩变换器，其特征在于，所述耐磨材料为塑料。
8.如权利要求7所述的扭矩变换器，其特征在于，所述塑料为聚醚醚酮或聚酰胺-酰亚胺。
9.如权利要求1所述的扭矩变换器，其特征在于，推力轴承整体地形成在定子上。
10.如权利要求1所述的扭矩变换器，其特征在于，推力支承表面为非硬化铝推力表面。
11.一种形成扭矩变换器的方法，所述方法包括：
在轴向地位于叶轮与定子之间的第一流体流区域处、或在轴向地位于涡轮与定子之间的第二流体流区域处提供推力支承表面，使得在扭矩变换器的运行期间，流体流在第一流体流区域处或第二流体流区域处、在推力支承表面上维持住流体动力膜。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，推力支承表面形成在包括多个周向区段的推力轴承上，每个周向区段都包括第一部分、第二部分和第三部分，所述第一部分包括从推力轴承的内周向表面延伸至推力轴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匀，所述第三部分包括周向地位于凹槽与平坦表面之间的斜坡表面，随着斜坡表面从平坦表面周向地延伸至凹槽，第三部分的厚度逐渐减小。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，第二部分具有第一周向长度，第三部分具有第二周向长度，第一周向长度小于第二周向长度。
14.如权利要求13所述的扭矩变换器，其特征在于，第二部分和第三部分共具有总周向长度，第一周向长度为总周向长度的20％至30％，第二周向长度为总周向长度的70％至80％。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在推力轴承的第二部分中加工槽部以形成槽部，以及在所述槽部中设置耐磨材料以形成平坦表面。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在槽部中设置耐磨材料包括经由压敏粘着剂附接所述耐磨材料。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述耐磨材料为塑料。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述塑料为聚醚醚酮或聚酰胺-酰亚胺。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在定子上、叶轮上或涡轮上形成推力支承表面。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，推力支承表面为非硬化铝推力表面。
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