具有工程设计的表面的CVT皮带轮

摘要

本发明涉及具有工程设计的表面的CVT皮带轮。具体地，公开了一种无级变速器皮带轮和一种在无级变速器的皮带轮的外表面上产生工程设计的表面的方法，所述工程设计的表面与所述无级变速器的皮带或链条接合。所述方法包括以下步骤：确定获得所述工程设计的表面与所述皮带或链条之间的预定摩擦力所需要的所述外表面上的实际工程设计的粗糙度（Rpk）；以及在所述外表面的至少一部分中蚀刻微槽，从而通过使用激光蚀刻微槽来产生工程设计的表面，所述微槽形成到产生所述实际工程设计的粗糙度（Rpk）的深度。

说明书

技术领域

本发明总体上涉及无级变速器（CVT），更具体地，涉及CVT的皮带轮上的表面。

背景技术

一些无级变速器（CVT）使用皮带轮组件，其具有一个截头锥构件，该截头锥构件可以皮带或链条相对于另一截头锥构件运动，该皮带或链条安装在截头锥构件之间。输入皮带轮与输出皮带轮的通过改变锥形构件之间的间距而调节。扭矩经由锥形构件以及皮带或链条之间的摩擦力传递。

在具有较高功率输出的发动机的车辆中，CVT需要具有较高扭矩容量。较高扭矩容量部分上通过维持皮带/链条和锥形构件之间的高摩擦力接合而实现。然而，在必须实现的同时仍需要提供锥形表面的适当的耐磨性，从而确保变速器的长期耐用性。CVT运行时，皮带引发微观滑动，这是由于扭矩传递和主皮带轮和副皮带轮之间的包角差导致的。随着时间的推移，由于混合的边界润滑条件，微观滑动导致表面纹理深度减小，所述条件通过使用可改变皮带和皮带轮表面之间的摩擦系数。

具有高表面粗糙度的皮带轮趋于以最小的滑动具有较高的摩擦运载能力。结果，锥形表面被处理以具有高平均粗糙度（Ra）。产生该表面粗糙度的一些方法可已经包括喷丸处理、以研磨轮研磨、石材抛光或砂带抛光。尽管这些产生表面粗糙度的机械方法产生了需要的平均性，但是粗糙度是随机的并且不一致的，所以粗糙度仅满足总体平均性。确定平均粗糙度的实际峰谷高度在处理过的表面区域上不一致，因此没有产生精确的、工程设计的表面。

发明内容

实施例构思了一种在无级变速器的皮带轮的外表面上产生工程设计的表面的方法，所述工程设计的表面与所述无级变速器的皮带或链条接合，所述方法包括以下步骤：确定获得所述工程设计的表面与所述皮带或链条之间的预定摩擦力所需要的所述外表面上的实际工程设计的粗糙度（Rpk）；以及在所述外表面的至少一部分中蚀刻微槽，从而通过使用激光蚀刻微槽来产生工程设计的表面，所述微槽形成到产生所述实际工程设计的粗糙度（Rpk）的深度。

实施例构思了一种无级变速器皮带轮，其接合无级变速器的皮带或链条，所述无级变速器皮带轮包括第一皮带轮半部和第二皮带轮半部。第一皮带轮半部具有截头锥形状的第一外表面，所述第一外表面的一部分在其中具有预定深度的激光蚀刻的微槽，所述预定深度限定了所述第一外表面的所述部分的实际工程设计的粗糙度（Rpk）。第二皮带轮半部具有截头锥形状的第二外表面，所述第二外表面面对所述第一外表面并且可朝向和远离所述第一外表面轴向运动，所述第二外表面的一部分在其中具有预定深度的激光蚀刻的微槽，所述预定深度限定了所述第二外表面的所述部分的实际工程设计的粗糙度（Rpk）。

实施例的优点在于CVT皮带轮的工程设计的表面粗糙度的一致性允许减小皮带轮表面中的磨损同时还提供了满足变速器上的扭矩要求的所需摩擦力。通过飞秒-脉冲激光在表面中产生的微观加工狭槽能够增强油保留和希望的皮带轮表面的流体动力学膜特性，其允许在减小表面磨损的同时提供希望的扭矩传递能力。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种在无级变速器的皮带轮的外表面上产生工程设计的表面的方法，所述工程设计的表面与所述无级变速器的皮带或链条接合，所述方法包括以下步骤：

（a）确定获得所述工程设计的表面与所述皮带或链条之间的预定摩擦力所需要的所述外表面上的实际工程设计的粗糙度（Rpk）；以及

（b）在所述外表面的至少一部分中蚀刻微槽，从而通过使用激光蚀刻微槽来产生工程设计的表面，所述微槽形成到产生所述实际工程设计的粗糙度（Rpk）的深度。

2. 如方案1所述的方法，其特征在于，步骤（b）进一步通过激光为飞秒-脉冲激光来限定。

3. 如方案1所述的方法，其特征在于，步骤（b）进一步通过所述微槽在整个外表面上被蚀刻以产生所述工程设计的表面来限定。

4. 如方案1所述的方法，其特征在于，步骤（b）进一步通过所述微槽在所述外表面的径向内部区域上被蚀刻以产生所述工程设计的表面来限定；其中所述方法包括步骤（c）：使用与所述外表面的径向外部区域的机械接触在所述外表面的径向外部区域上产生预定平均表面粗糙度。

5. 如方案4所述的方法，其特征在于，步骤（c）进一步通过所述径向外部区域中的表面粗糙度通过使用喷丸处理、研磨、石材抛光或砂带抛光中的至少一种而产生来限定。

6. 如方案4所述的方法，其特征在于，其包括步骤（c）：在完成步骤（b）之后以氮化铬涂覆所述外表面。

7. 一种无级变速器皮带轮，其接合无级变速器的皮带或链条，所述无级变速器皮带轮包括：

第一皮带轮半部，其具有截头锥形状的第一外表面，所述第一外表面的一部分在其中具有预定深度的激光蚀刻的微槽，所述预定深度限定了所述第一外表面的所述部分的实际工程设计的粗糙度（Rpk）；以及

第二皮带轮半部，其具有截头锥形状的第二外表面，所述第二外表面面对所述第一外表面并且可朝向和远离所述第一外表面轴向运动，所述第二外表面的一部分在其中具有预定深度的激光蚀刻的微槽，所述预定深度限定了所述第二外表面的所述部分的实际工程设计的粗糙度（Rpk）。

8. 如方案7所述的皮带轮，其特征在于，所述激光蚀刻的微槽在所述第一外表面的径向内部中，所述第一外表面包括具有机械成型凹痕的径向外部，其具有预定平均表面粗糙度。

9. 如方案8所述的皮带轮，其特征在于，所述激光蚀刻的微槽在所述第二外表面的径向内部中，所述第二外表面包括具有机械成型凹痕的径向外部，其具有预定平均表面粗糙度。

10. 如方案7所述的皮带轮，其特征在于，所述第一外表面的所述部分是整个第一外表面。

11. 如方案10所述的皮带轮，其特征在于，所述第二外表面的所述部分是整个第二外表面。

12. 如方案7所述的皮带轮，其特征在于，第一皮带轮半部包括所述第一外表面上的氮化铬涂层。

13. 如方案12所述的皮带轮，其特征在于，第二皮带轮半部包括所述第二外表面上的氮化铬涂层。

附图说明

图1是无级变速器的一部分的示意性剖视图。

图2是皮带轮表面的示意性正视图。

图3是与图2类似的示意图，但是示出了一些不同的表面处理构造。

具体实施方式

参照图1，示出了总体由附图标记20指代的无级变速器（CVT）的一部分。CVT 20包括皮带轮22，其具有第一皮带轮半部24，该第一皮带轮半部24面对第二皮带轮半部26。第二皮带轮半部26相对于旋转轴线28轴向固定，而第一皮带轮半部24可朝向和远离第二半部26轴向滑动。该轴向滑动运动可使用液压、电子或其他装置提供。皮带轮半部24，26可由例如中碳钢制成——尽管如果需要的话可以使用其他材料代替。

皮带轮半部24，26的每个分别具有截头锥部分30，32，其分别具有面对彼此的外表面34，36。外表面34，36相对于轴线28倾斜并且形成可变尺寸的凹部38，皮带40在凹部38内安装（仅在皮带轮的顶半部示出了皮带）。当第一皮带轮半部24朝向和远离第二皮带轮半部26滑动时，皮带40径向向外和径向向外滑动，改变CVT的传动比。

皮带40包括元件42，其侧面44，46分别摩擦地接合外表面34。该摩擦接合对于在皮带40和皮带轮半部24，26之间传递扭矩是重要的。对于高扭矩传递，摩擦接合需要为相对高的，但是这些表面的润滑性和耐磨性也必须考虑。

图2示出了第一截头锥部分30的第一外表面34。该讨论等同地适用于第二外表面36，所以其将不被示出或分开讨论。该外表面34绕旋转轴线28旋转并且具有表面处理过的区域50，其可覆盖整个第一外表面34。

表面处理过的区域50的工程设计的表面粗糙度通过使用飞秒（毫微微）-脉冲激光来产生。激光用于产生微槽58（由图2中的小线段示意性表示），其不仅满足平均粗糙度数值（Ra），而且产生实际粗糙度（Rpk），该实际粗糙度与基本上微槽58所有的峰谷高度一致。该实际峰谷比（Rpk）的精确和连续控制允许对于在表面50上得到多少摩擦力进行更好的控制。微槽58还增强了油保留和希望的流体动力学膜特性。飞秒-脉冲激光的利用还可消除任何对后加工的需要，由此维持实际工程设计的粗糙度（Rpk），其在不改变一个皮带轮到另一个的粗糙度的情况下产生，所述改变会在后加工操作中产生。

微槽58可在表面上形成为点或小横线或其他形状，并且可在径向方向（X），圆周方向（Y）或二者的组合上取向。

除了由飞秒-脉冲激光产生的微槽58，物理气相沉积（PVD）工艺可被使用来以例如氮化铬（CrN）的材料涂覆第一外表面34，以此来进一步改进该表面的磨损特性。PVD工艺可在微槽58产生之前或之后进行，但是优选地是在微槽58产生之后进行。

图3示出了第一截头锥部分30的第一外表面34的变化。该外表面34具有两个不同的圆周延伸的、表面处理过的区域50，52。第一表面处理过的区域50在第二表面处理过的区域52的径向向内。图3中的虚线圆圈表示两个区域50，52之间的边界。第一表面处理过的区域50与图2中的表面相同地处理，为了精确的、工程设计的表面粗糙度以飞秒-脉冲激光产生的微槽58。第二表面处理过的区域52可由产生表面粗糙度的更常规的机械方法处理，例如，喷丸处理、研磨、石材抛光或砂带抛光。机械方法产生了表面特征60（由图3中的小不规则形状示意性表示），其产生了随机的、平均表面粗糙度（Ra），而不是飞秒-激光的更精确地工程设计的表面粗糙度。然而，成本较低，并且对于特定皮带轮构造，当皮带在皮带轮上径向向内时扭矩非常高并且当皮带径向向外更远时扭矩十分低。因此，精确的摩擦特性不像外表面34的径向外部分那么关键。

尽管已经详细地描述了本发明的某些实施例，本发明涉及领域的技术人员将认识到各种替代设计和实施例可用于实践由所附权利要求限定的本发明。