具有工程設計的表面的cvt皮帶輪的製作方法

2023-09-19 16:49:05

專利名稱：具有工程設計的表面的cvt皮帶輪的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及無級變速器(CVT)，更具體地，涉及CVT的皮帶輪上的表面。
背景技術：
一些無級變速器(CVT)使用皮帶輪組件，其具有一個截頭錐構件，該截頭錐構件可以皮帶或鏈條相對於另一截頭錐構件運動，該皮帶或鏈條安裝在截頭錐構件之間。輸入皮帶輪與輸出皮帶輪的通過改變錐形構件之間的間距而調節。扭矩經由錐形構件以及皮帶或鏈條之間的摩擦力傳遞。在具有較高功率輸出的發動機的車輛中，CVT需要具有較高扭矩容量。較高扭矩容量部分上通過維持皮帶/鏈條和錐形構件之間的高摩擦力接合而實現。然而，在必須實現的同時仍需要提供錐形表面的適當的耐磨性，從而確保變速器的長期耐用性。CVT運行時， 皮帶引發微觀滑動，這是由於扭矩傳遞和主皮帶輪和副皮帶輪之間的包角差導致的。隨著時間的推移，由於混合的邊界潤滑條件，微觀滑動導致表面紋理深度減小，所述條件通過使用可改變皮帶和皮帶輪表面之間的摩擦係數。具有高表面粗糙度的皮帶輪趨於以最小的滑動具有較高的摩擦運載能力。結果， 錐形表面被處理以具有高平均粗糙度(Ra)。產生該表面粗糙度的一些方法可已經包括噴丸處理、以研磨輪研磨、石材拋光或砂帶拋光。儘管這些產生表面粗糙度的機械方法產生了需要的平均性，但是粗糙度是隨機的並且不一致的，所以粗糙度僅滿足總體平均性。確定平均粗糙度的實際峰谷高度在處理過的表面區域上不一致，因此沒有產生精確的、工程設計的表面。

發明內容
實施例構思了一種在無級變速器的皮帶輪的外表面上產生工程設計的表面的方法，所述工程設計的表面與所述無級變速器的皮帶或鏈條接合，所述方法包括以下步驟確定獲得所述工程設計的表面與所述皮帶或鏈條之間的預定摩擦力所需要的所述外表面上的實際工程設計的粗糙度(Rpk)；以及在所述外表面的至少一部分中蝕刻微槽，從而通過使用雷射蝕刻微槽來產生工程設計的表面，所述微槽形成到產生所述實際工程設計的粗糙度 (Rpk)的深度。實施例構思了一種無級變速器皮帶輪，其接合無級變速器的皮帶或鏈條，所述無級變速器皮帶輪包括第一皮帶輪半部和第二皮帶輪半部。第一皮帶輪半部具有截頭錐形狀的第一外表面，所述第一外表面的一部分在其中具有預定深度的雷射蝕刻的微槽，所述預定深度限定了所述第一外表面的所述部分的實際工程設計的粗糙度(Rpk)。第二皮帶輪半部具有截頭錐形狀的第二外表面，所述第二外表面面對所述第一外表面並且可朝向和遠離所述第一外表面軸向運動，所述第二外表面的一部分在其中具有預定深度的雷射蝕刻的微槽，所述預定深度限定了所述第二外表面的所述部分的實際工程設計的粗糙度(Rpk)。實施例的優點在於CVT皮帶輪的工程設計的表面粗糙度的一致性允許減小皮帶輪表面中的磨損同時還提供了滿足變速器上的扭矩要求的所需摩擦力。通過飛秒-脈衝雷射在表面中產生的微觀加工狹槽能夠增強油保留和希望的皮帶輪表面的流體動力學膜特性，其允許在減小表面磨損的同時提供希望的扭矩傳遞能力。本發明還提供了以下方案
1. 一種在無級變速器的皮帶輪的外表面上產生工程設計的表面的方法，所述工程設計的表面與所述無級變速器的皮帶或鏈條接合，所述方法包括以下步驟
(a)確定獲得所述工程設計的表面與所述皮帶或鏈條之間的預定摩擦力所需要的所述外表面上的實際工程設計的粗糙度(Rpk)；以及
(b)在所述外表面的至少一部分中蝕刻微槽，從而通過使用雷射蝕刻微槽來產生工程設計的表面，所述微槽形成到產生所述實際工程設計的粗糙度(Rpk)的深度。2.如方案1所述的方法，其特徵在於，步驟(b)進一步通過雷射為飛秒-脈衝雷射來限定。3.如方案1所述的方法，其特徵在於，步驟(b)進一步通過所述微槽在整個外表面上被蝕刻以產生所述工程設計的表面來限定。4.如方案1所述的方法，其特徵在於，步驟(b)進一步通過所述微槽在所述外表面的徑向內部區域上被蝕刻以產生所述工程設計的表面來限定；其中所述方法包括步驟 (c):使用與所述外表面的徑向外部區域的機械接觸在所述外表面的徑向外部區域上產生預定平均表面粗糙度。5.如方案4所述的方法，其特徵在於，步驟(C)進一步通過所述徑向外部區域中的表面粗糙度通過使用噴丸處理、研磨、石材拋光或砂帶拋光中的至少一種而產生來限定。6.如方案4所述的方法，其特徵在於，其包括步驟(C)在完成步驟(b)之後以氮化鉻塗覆所述外表面。7. 一種無級變速器皮帶輪，其接合無級變速器的皮帶或鏈條，所述無級變速器皮帶輪包括
第一皮帶輪半部，其具有截頭錐形狀的第一外表面，所述第一外表面的一部分在其中具有預定深度的雷射蝕刻的微槽，所述預定深度限定了所述第一外表面的所述部分的實際工程設計的粗糙度(Rpk)；以及
第二皮帶輪半部，其具有截頭錐形狀的第二外表面，所述第二外表面面對所述第一外表面並且可朝向和遠離所述第一外表面軸向運動，所述第二外表面的一部分在其中具有預定深度的雷射蝕刻的微槽，所述預定深度限定了所述第二外表面的所述部分的實際工程設計的粗糙度(Rpk)。8.如方案7所述的皮帶輪，其特徵在於，所述雷射蝕刻的微槽在所述第一外表面的徑向內部中，所述第一外表面包括具有機械成型凹痕的徑向外部，其具有預定平均表面粗糙度。9.如方案8所述的皮帶輪，其特徵在於，所述雷射蝕刻的微槽在所述第二外表面的徑向內部中，所述第二外表面包括具有機械成型凹痕的徑向外部，其具有預定平均表面粗糙度。10.如方案7所述的皮帶輪，其特徵在於，所述第一外表面的所述部分是整個第
一外表面。
11.如方案10所述的皮帶輪，其特徵在於，所述第二外表面的所述部分是整個第
二外表面。12.如方案7所述的皮帶輪，其特徵在於，第一皮帶輪半部包括所述第一外表面上的氮化鉻塗層。13.如方案12所述的皮帶輪，其特徵在於，第二皮帶輪半部包括所述第二外表面上的氮化鉻塗層。


圖1是無級變速器的一部分的示意性剖視圖。圖2是皮帶輪表面的示意性正視圖。圖3是與圖2類似的示意圖，但是示出了一些不同的表面處理構造。
具體實施例方式參照圖1，示出了總體由附圖標記20指代的無級變速器(CVT)的一部分。CVT 20 包括皮帶輪22，其具有第一皮帶輪半部24，該第一皮帶輪半部M面對第二皮帶輪半部26。 第二皮帶輪半部26相對於旋轉軸線觀軸向固定，而第一皮帶輪半部M可朝向和遠離第二半部沈軸向滑動。該軸向滑動運動可使用液壓、電子或其他裝置提供。皮帶輪半部M，26 可由例如中碳鋼製成——儘管如果需要的話可以使用其他材料代替。皮帶輪半部M，26的每個分別具有截頭錐部分30，32，其分別具有面對彼此的外表面34，36。外表面34，36相對於軸線28傾斜並且形成可變尺寸的凹部38，皮帶40在凹部38內安裝(僅在皮帶輪的頂半部示出了皮帶)。當第一皮帶輪半部M朝向和遠離第二皮帶輪半部沈滑動時，皮帶40徑向向外和徑向向外滑動，改變CVT的傳動比。皮帶40包括元件42，其側面44，46分別摩擦地接合外表面34。該摩擦接合對於在皮帶40和皮帶輪半部MJ6之間傳遞扭矩是重要的。對於高扭矩傳遞，摩擦接合需要為相對高的，但是這些表面的潤滑性和耐磨性也必須考慮。圖2示出了第一截頭錐部分30的第一外表面34。該討論等同地適用於第二外表面36，所以其將不被示出或分開討論。該外表面34繞旋轉軸線觀旋轉並且具有表面處理過的區域50，其可覆蓋整個第一外表面34。表面處理過的區域50的工程設計的表面粗糙度通過使用飛秒(毫微微)-脈衝雷射來產生。雷射用於產生微槽58 (由圖2中的小線段示意性表示)，其不僅滿足平均粗糙度數值(Ra)，而且產生實際粗糙度(Rpk)，該實際粗糙度與基本上微槽58所有的峰谷高度一致。該實際峰谷比(Rpk)的精確和連續控制允許對於在表面50上得到多少摩擦力進行更好的控制。微槽58還增強了油保留和希望的流體動力學膜特性。飛秒-脈衝雷射的利用還可消除任何對後加工的需要，由此維持實際工程設計的粗糙度(Rpk)，其在不改變一個皮帶輪到另一個的粗糙度的情況下產生，所述改變會在後加工操作中產生。微槽58可在表面上形成為點或小橫線或其他形狀，並且可在徑向方向(X)，圓周方向(Y)或二者的組合上取向。除了由飛秒-脈衝雷射產生的微槽58，物理氣相沉積(PVD)工藝可被使用來以例如氮化鉻(CrN)的材料塗覆第一外表面34，以此來進一步改進該表面的磨損特性。PVD工藝可在微槽58產生之前或之後進行，但是優選地是在微槽58產生之後進行。圖3示出了第一截頭錐部分30的第一外表面34的變化。該外表面34具有兩個不同的圓周延伸的、表面處理過的區域50，52。第一表面處理過的區域50在第二表面處理過的區域52的徑向向內。圖3中的虛線圓圈表示兩個區域50，52之間的邊界。第一表面處理過的區域50與圖2中的表面相同地處理，為了精確的、工程設計的表面粗糙度以飛秒-脈衝雷射產生的微槽58。第二表面處理過的區域52可由產生表面粗糙度的更常規的機械方法處理，例如，噴丸處理、研磨、石材拋光或砂帶拋光。機械方法產生了表面特徵60 (由圖 3中的小不規則形狀示意性表示)，其產生了隨機的、平均表面粗糙度(Ra)，而不是飛秒-雷射的更精確地工程設計的表面粗糙度。然而，成本較低，並且對於特定皮帶輪構造，當皮帶在皮帶輪上徑向向內時扭矩非常高並且當皮帶徑向向外更遠時扭矩十分低。因此，精確的摩擦特性不像外表面34的徑向外部分那麼關鍵。儘管已經詳細地描述了本發明的某些實施例，本發明涉及領域的技術人員將認識到各種替代設計和實施例可用於實踐由所附權利要求限定的本發明。
權利要求
1.一種在無級變速器的皮帶輪的外表面上產生工程設計的表面的方法，所述工程設計的表面與所述無級變速器的皮帶或鏈條接合，所述方法包括以下步驟(a)確定獲得所述工程設計的表面與所述皮帶或鏈條之間的預定摩擦力所需要的所述外表面上的實際工程設計的粗糙度(Rpk)；以及(b)在所述外表面的至少一部分中蝕刻微槽，從而通過使用雷射蝕刻微槽來產生工程設計的表面，所述微槽形成到產生所述實際工程設計的粗糙度(Rpk)的深度。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(b)進一步通過雷射為飛秒-脈衝雷射來限定。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(b)進一步通過所述微槽在整個外表面上被蝕刻以產生所述工程設計的表面來限定。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(b)進一步通過所述微槽在所述外表面的徑向內部區域上被蝕刻以產生所述工程設計的表面來限定；其中所述方法包括步驟(c) 使用與所述外表面的徑向外部區域的機械接觸在所述外表面的徑向外部區域上產生預定平均表面粗糙度。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，步驟(c)進一步通過所述徑向外部區域中的表面粗糙度通過使用噴丸處理、研磨、石材拋光或砂帶拋光中的至少一種而產生來限定。
6.如權利要求4所述的方法，其特徵在於，其包括步驟(c)在完成步驟(b)之後以氮化鉻塗覆所述外表面。
7.一種無級變速器皮帶輪，其接合無級變速器的皮帶或鏈條，所述無級變速器皮帶輪包括第一皮帶輪半部，其具有截頭錐形狀的第一外表面，所述第一外表面的一部分在其中具有預定深度的雷射蝕刻的微槽，所述預定深度限定了所述第一外表面的所述部分的實際工程設計的粗糙度(Rpk)；以及第二皮帶輪半部，其具有截頭錐形狀的第二外表面，所述第二外表面面對所述第一外表面並且可朝向和遠離所述第一外表面軸向運動，所述第二外表面的一部分在其中具有預定深度的雷射蝕刻的微槽，所述預定深度限定了所述第二外表面的所述部分的實際工程設計的粗糙度(Rpk)。
8.如權利要求7所述的皮帶輪，其特徵在於，所述雷射蝕刻的微槽在所述第一外表面的徑向內部中，所述第一外表面包括具有機械成型凹痕的徑向外部，其具有預定平均表面粗糙度。
9.如權利要求8所述的皮帶輪，其特徵在於，所述雷射蝕刻的微槽在所述第二外表面的徑向內部中，所述第二外表面包括具有機械成型凹痕的徑向外部，其具有預定平均表面粗糙度。
10.如權利要求7所述的皮帶輪，其特徵在於，所述第一外表面的所述部分是整個第一外表面。
全文摘要
本發明涉及具有工程設計的表面的CVT皮帶輪。具體地，公開了一種無級變速器皮帶輪和一種在無級變速器的皮帶輪的外表面上產生工程設計的表面的方法，所述工程設計的表面與所述無級變速器的皮帶或鏈條接合。所述方法包括以下步驟確定獲得所述工程設計的表面與所述皮帶或鏈條之間的預定摩擦力所需要的所述外表面上的實際工程設計的粗糙度(Rpk)；以及在所述外表面的至少一部分中蝕刻微槽，從而通過使用雷射蝕刻微槽來產生工程設計的表面，所述微槽形成到產生所述實際工程設計的粗糙度(Rpk)的深度。
文檔編號B23P17/00GK102444705SQ20111029678
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月30日 優先權日2010年10月7日
發明者P. 維爾納 M., S. 克拉默 M., L. 布裡格斯 R., P. 巴法 R. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司