CN1789754B - 具有至少一个第一摩擦体和至少一个第二摩擦体的摩擦副 - Google Patents
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Abstract
一种具有至少一个第一摩擦体和至少一个第二摩擦体作为配合体的摩擦副，其特征在于，第一摩擦体(17)的表面(15)的至少一个基本的分量具有一个二氧化钛分量而第二摩擦体(18)的表面(16)由一种表层改性的铁材料构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个第一摩擦体和至少一个第二摩擦体作为配合体的摩擦副。
背景技术
这样的摩擦副例如应用于汽车的同步的变速装置或变速齿轮箱中，其中在切换时将一在一轴上可自由旋转的齿轮通过一同步环轴向紧压到一为该齿轮配置的接合环上与该轴处于同步运转。由一在轴上抗旋转但可轴向移动的滑动套筒经由同步环上的轴向或径向的棘齿和/或带动齿实现力的传递。紧接着通过滑动套筒的继续轴向移动，其然后嵌入接合环的带动齿中，将齿轮与轴形锁合相连接。为了达到同步环与齿轮之间的同步运转，同步环具有外圆锥或内圆锥的摩擦面，其在同步环轴向紧压时与接合环上的相应的配合面发生接触，并且通过产生的摩擦锁合建立为连通形锁合接合所必需的同步运转。此外，在一所谓双锥同步中在这些摩擦面之间设置一摩擦环。
作为已知的技术解决方案在同步装置中，其中各锥形的摩擦面相互作用，具有不同滑动摩擦材料的摩擦副采用例如特种黄铜、青铜、钼的、氧化物的或多材料涂层的表面，它们相对一硬化的钢表面摩擦。
例如在这方面由DE 42 40 157 A1已知一种同步环，其包括一具有一滑动区域的环体，在滑动区域上通过喷镀涂层沉积一层。该层由黄铜合金构成，其包括铜、锌以及铝、锰、铁、镍、硅、钴、铬、钛、铌、钒、锆和钼类中的至少一种元素。它通过喷镀涂层沉积。黄铜合金应该具有一种结构，其包括一金属基体和一金属间化合物，其比基体较硬。其中存在这样的危险，即金属间化合物的各部分被分离并通过油被带走，从而提高配合锥体的磨损。此外其缺点是，黄铜合金是很容易受油损害的。另一缺点在于，黄铜合金的摩擦系数是很与温度有关的并且其倾向于咬住。此外黄铜合金在购置方面是较昂贵的，这 特别在喷镀时有重要性，因为只有一半的材料被喷镀并因此必须以耗费的方式回收另一半材料。价廉的耐磨的氧化物陶瓷例如三氧化二铝的涂层导致摩擦配件的强烈的磨料磨损，结果是微小的耐久性。
为了解决该问题，DE 100 35 489A1建议，采用铬铁合金的摩擦衬层。这样的摩擦衬层原则上是满意适用的，不过受限于其工作能力。所要求的特性如耐热性、微小的磨损和高的单位面积承载能力只可通过同时添加添加剂来实现。这些添加剂基本上是钼、硼、铝、硅、钒和铌。这些内含物只可有限地供给使用并且因此很显著地提高摩擦衬层制造的费用。
此外在过去，例如在US 6 130 176中建议，将碳的织物粘结在同步环上。不过这联系着高的成本，不仅因为其制造而且因为其耗费的加工。
摩擦副，其中两摩擦配件由一种具有耐磨的表面层的铁材料构成，例如在DE 44 45 898 A1中建议的那样，导致磨料磨损或在使用期限内没有恒定的摩擦系数。当例如在DE 100 06 168 A1中建议的，两摩擦配件中只有一个经受氮化处理时产生同样的问题。
发明内容
因此本发明的目的在于，开发一种有工作能力的并同时价廉的摩擦副，它具有微小的粘附和磨料磨损并同时可简单地制造。
按照本发明该目的这样来达到，即至少第一摩擦体的表面具有一个二氧化钛分量而第二摩擦体的表面由表层改性的铁材料构成。
按本发明的具有至少一个第一摩擦体和至少一个第二摩擦体作为配合体的摩擦副，其特征在于，第一摩擦体的表面的至少一个基本的分量具有一个二氧化钛分量而第二摩擦体的表面由一种表层改性的铁材料构成，第二摩擦体包括一第二基体和一第二摩擦层，其中第二摩擦层由渗氮的或氮碳共渗的或碳氮共渗的铁材料构成。
热扩散方法特别适用于表层改性。在这方面按照本发明优选使用渗氮处理、氮碳共渗或碳氮共渗处理。通过这种处理形成氮化物或氮化碳，其优选富集于边缘层内。通过这样的连接层并且以下称为摩擦层的层来再次改变表面的金属特性，从而该第二摩擦体可以以较大的抵抗力抵制外面的机械力作用。第二边缘层以特别有利的方式在渗氮 或氮碳共渗的情况下具有5至20微米的厚度而在碳氮共渗的情况下具有100至500微米的厚度。
按照本发明第一和第二摩擦体的组合具有一适合于应用的摩擦系数。它降低了对磨损配件的粘附并提高了耐磨强度。如下所述可得知，第一摩擦层具有20与100微米之间的厚度，对此特别适用氮化钢例如34CrAl6、34CrAlNi7、31CrMo12、31CrMoV9、39CrMoV13-9、34CrAlMo5、41CrAlMo7和15CrMoV5-9，但也还有100Cr6、80Cr2和16MnCr5。
按照本发明，经这样处理的第二摩擦体与第一摩擦体共同作用。后者包括二氧化钛或在其表面上具有第一二氧化钛摩擦层。第一摩擦层可以用传统的热喷镀方法制造。它优选是粗喷镀的(spritzrau)，并且氧化物陶瓷不掺有其他的组分。这一方面取消了合金的耗费的制备而另一方面制造方法是很简单的，因为节省了磨光和精整的工序。因此材料和制造方法是很价廉的。
二氧化钛摩擦层与其摩擦配件相组合具有很小的磨损倾向，同时它在使用期限内显示一恒定的摩擦系数。与由DE 44 45 898A已知的摩擦副不同，该摩擦副的摩擦系数在整个的使用期限内并不改变。
优选通过热喷镀方法涂覆二氧化钛层。喷镀方法可考虑例如等离子喷镀、火焰喷镀、焊丝电弧喷镀或高速火焰喷镀方法。除热喷镀以外，摩擦层与基体之间的其他的连接方式也是可能的。例如摩擦层也可以粘结或烧结在基体上。在特别有利的实施形式中，二氧化钛层具有20至100微米的厚度、10至50微米的粗糙度和600至1000HV的硬度。
因为除了二氧化钛外不需要附加的组分，所以可特别简单地实现涂层。其中二氧化钛不必在化学上是纯的，这不必要地提高了成本，而可以具有例如金属的、氧化的或碳化的杂质。对于第一摩擦层，除二氧化钛以外，确定的添加组分同样也是不必需的。
对摩擦性能最好的是，第一摩擦层中具有尽可能高的二氧化钛分量。尽管第一摩擦层也可以具有显著较少的二氧化钛分量。只要二氧化钛分量为至少30％，通过与第二渗氮的、氮碳共渗的或碳氮共渗的摩擦层的共同作用，摩擦接合总是仍具有有利的摩擦特性。
附图说明
借助下列各实施例更详细地说明本发明。其中：
图1齿轮变速箱的同步装置中的一摩擦副的局部示出的横剖面图；
图2一片式离合器的横剖面图；
图3各摩擦片在脱开的状态下的放大图；
图4各摩擦片在接合的状态下的放大图。
具体实施方式
图1中分别以剖面示出一同步环1作为第一摩擦体17和一接合环6作为第二摩擦体18。同步环1具有一第一基体2，它在其内圆锥圆周表面上设有一摩擦层3。同步环1在径向设有一带动齿4，同步环借助该带动齿经由一未示出的滑动套筒与一轴抗旋转地、但可轴向移动地相连接。在接合环6的一径向带动齿7中嵌入滑动套筒的一与其相应的齿，以便形锁合连接轴和接合环6。一锥形离合器建立为同步环1与接合环6之间形锁合连接所必需的同步运转，亦即同步环1设有一内圆锥而接合环6设有一外圆锥，它们具有相应的摩擦面5和8，其中摩擦面5由摩擦层3构成。
同步环1在本实施例中由80Cr2制成，亦即它具有碳含量0.8％和铬含量0.50％。它在一成型设备上无切削地制成。该过程，例如拉制过程可以这样精确地完成，即为了校准一规定的高度并不需要磨削。在该软的同步坯件脱脂和净化以后在一适当的装置中对其进行喷砂处理(Strahlmittel)，以使其表面具有一定的粗糙度。在喷砂以后涂覆摩擦层3以前排除用过的残余喷砂料。为得到一确定的粗糙深度或粗糙度，喷砂是必需的，以使摩擦层3在同步环1的第一基体2上具有很好的附着力。作为喷砂的附加的优点可看出，加固同步环1的表面层并从而提高持续振动强度。通过用刚玉、碳化硅或其他的喷砂料使接触表面净化、粗糙和活化。为避免再次的污染或氧化，应该在喷砂以后立即涂覆摩擦层3，它形成摩擦面5。形成表面15的摩擦层3作 为二氧化钛层沉积在同步环1的内圆锥上。
摩擦层3在同步环1上的涂覆通过热喷镀实现，亦即一种涂层方法，其中将喷镀材料二氧化钛在一喷射器的内部或外部熔化并且以高的速度喷到待涂层同步环1的接触表面或圆锥表面上。此时并不熔接或熔化同步环1的待涂层的内圆锥表面，亦即在喷镀过程中只少许加热同步环1，以使得不可能发生任何热变形。在这方面以有利的方式已表明，对于当前的应用情况特别是高速火焰喷镀是适用的。在火焰喷镀时通过燃气或液体的燃烧获得用于熔化喷镀材料的能量。
在本实施例中接合环6通过一无切削的成型方法制成并且构成第二基体20，借其形成一第二摩擦层21。可以使其粗糙或结构化。接合环6也可以通过一硬化方法如表面硬化进行处理。在这种情况下首先实现其渗氮、氮碳共渗或碳氮共渗。
两个表面15、16中哪一个设置在同步环1上和哪一个设置在接合环6上，对于摩擦副19的功能来说并不重要。
在图2所示的装置中，两根轴9和10通过一正弦片式离合器形式的可切换的摩擦副19＇相互连接。其中轴10载有外摩擦片11，而轴9与内摩擦片12相连接。磨成平面的外摩擦片11呈梳状嵌入各成正弦波形的内摩擦片12中。通过一切换套筒13的移动实现图4中所示的接合状态，从而一肘形杠杆14将可轴向移动的各摩擦片11、12彼此压紧。在按图3离合器脱开时取消了在摩擦片组上的压力，从而内摩擦片12和外摩擦片11彼此分离。内摩擦片组12和外摩擦片组11作为第一和第二摩擦体构成具有相应的按照本发明的表面15、16的摩擦离合器19＇。
附图标记清单
1同步环
2第一基体
3第一摩擦层
4带动齿
5摩擦面
6接合环
7带动齿
8摩擦面
9轴
10轴
11外摩擦片
12内摩擦片
13切换套筒
14肘形杠杆
15表面
16表面
17第一摩擦体
18第二摩擦体
19摩擦副
19＇摩擦副
20第二基体
21第二摩擦层
Claims (14)
1.一种具有至少一个第一摩擦体和至少一个第二摩擦体作为配合体的摩擦副，其特征在于，第一摩擦体(17)的表面(15)的至少一个基本的分量具有一个二氧化钛分量而第二摩擦体(18)的表面(16)由一种表层改性的铁材料构成，其中第二摩擦体(18)包括一第二基体(20)和一第二摩擦层(21)，其中第二摩擦层(21)由渗氮的或氮碳共渗的或碳氮共渗的铁材料构成。
2.按照权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，第一摩擦体(17)包括一第一基体(2)和一第一摩擦层(3)，其中第一摩擦层(3)是热喷镀上的和粗喷镀的。
3.按照权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，第一摩擦体(17)包括一第一基体(2)和一第一摩擦层(3)，其中第一摩擦层(3)由二氧化钛构成。
4.按照权利要求2所述的摩擦副，其特征在于，通过火焰喷镀、等离子喷镀或焊丝电弧喷镀方法涂覆第一摩擦层(3)。
5.按照权利要求2所述的摩擦副，其特征在于，第一摩擦层(3)具有20与100微米之间的厚度。
6.按照权利要求2所述的摩擦副，其特征在于，第一摩擦层(3)具有10至50微米的粗糙度。
7.按照权利要求2所述的摩擦副，其特征在于，第一摩擦层(3)具有600至1000HV的硬度。
8.按照权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，所述铁材料是34CrAl6、34CrAlNi7、31CrMo12、31CrMoV9、39CrMoV13-9、34CrAlMo5、41CrAlMo7、15CrMoV5-9、100Cr6、80Cr2或16MnCr5。
9.按照权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，所述铁材料经硬化处理。
10.按照权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，第二摩擦层(21)被渗氮或氮碳共渗并且具有5与20微米之间的厚度。
11.按照权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，第二摩擦层(21)被碳氮共渗并且具有100与500微米之间的厚度。
12.按照权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，该摩擦副(19)应用于齿轮变速箱的一同步装置中，其中，一同步环(1)作为所述第一摩擦体(17)和一接合环(6)作为所述第二摩擦体(18)，其中为了实现可相互形锁合接合的传动件的同步运转，所述同步环(1)和所述接合环(6)直接或经由一在它们之间设置的摩擦环在它们的锥形摩擦面(5、8)上达到一种摩擦锁合连接。
13.按照权利要求1所述的摩擦副，其特征在于，摩擦副(19′)应用于一片式离合器中，其中与一第一轴(10)连接的磨成平面的各外摩擦片(11)呈梳状嵌入与一第二轴(9)连接的正弦形的各内摩擦片(12)中，其中通过彼此压紧摩擦片来建立各摩擦片(11、12)之间的摩擦锁合。
14.按照权利要求4所述的摩擦副，其特征在于，通过高速火焰喷镀方法涂覆第一摩擦层(3)。
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