专利名称：具有摩擦环的锥环变速器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锥环变速器，具有两个彼此反向^k设置的锥形摩 擦轮和一个摩擦环，该摩擦环环绕着这些锥形摩擦轮中的一个并且与 这两个锥形摩擦轮配合。
背景技术：
由DE 103 03 891 Al公开了一种锥环变速器，在该锥环变速器中， 彼此反向地设置的锥形摩擦轮各以相同的张角a座置在平行的轴上。 通过在轴的轴向方向上调节摩擦环，可无级地调节锥环变速器的传动 比。
摩擦环具有一个径向向外指向的环绕的外接触表面和一个径向 向内指向的环绕的内接触表面。内接触表面在此与由摩擦环环绕着的 锥形摩擦轮的接触表面构成第一接触区。锥形摩擦轮的接触表面在此 是锥形摩擦轮的锥形外壳面。第二接触区在摩擦环的外接触表面与不 由摩擦环环绕的锥形摩擦轮的接触表面之间得到。因为摩擦环夹紧在 两个彼此对置的锥形摩擦轮之间，所以通过该摩擦环可使转矩经由这 两个接触区在这两个锥形摩擦轮之间传递。
为了在旋转体(锥形摩擦轮和摩擦环)之间传递转矩，通常使用 适当的摩擦传动液，通过该摩擦传动液应使一个接触区中彼此靠置的 接触表面分开。如果这种分开通过摩擦传动液得到，则转矩传递通过 所参与的旋转体之间的于是给出的间隙中的摩擦传动液的剪切应力 进行。如果转矩传递纯粹通过摩擦传动液的剪切实现，则通常金属的
接触表面的磨粒磨损可理想地完全避免。
通常不仅摩擦环的内接触表面而且外接触表面在与摩擦环的转 动方向垂直的剖面或平面中是直线，由此在摩擦环与一个锥形摩擦轮 之间各形成线接触。线接触在此从摩擦环的第一轴向端面延伸直到第 二轴向端面。线接触在此通过摩擦环的环绕的第一棱边和第二棱边限 定边界，该第一棱边和第二棱边各将环绕的接触表面与相应的轴向端 面分开。
但在线接触中产生所谓的棱边支撑(Kantentragen)，其中，在摩 擦环的在轴向方向上限定线接触的边界的棱边上产生较大的压力，由 于所述压力而在摩擦环的材料中导致不期望的应力峰值并且摩擦环 与锥形摩擦轮之间的间隙中的摩擦传动液的有利的剪切力分布不再 得到保证。而是存在危险在摩擦环的棱边上摩擦传动液膜撕裂并且 由此不再仅通过摩擦传动液进行保护材料的转矩传递。
例如由DE 103 03 891 Al公开了将摩擦环的接触表面在与摩擦环 的转动方向垂直的剖面中构造成凸的或球状的。因此，接触表面的均 匀的曲率在与摩擦环的转动方向垂直的剖面中不是导致线接触，而是 导致点接触。通过这种点接触可在很大程度上避免上述不利的棱边支 撑。但点接触在摩擦环的宽度上观察导致类似抛物线的压力分布，其 后果是在此尤其是在摩擦环的中心(两个环绕的棱边之间)导致不 期望的高应力。这种不期望的高应力必须避免。因此通常降低压力， 其后果是可传递的最大转矩减小。可简单地认为，点接触比线接触传 递低的转矩，因为在接触的部位上摩擦环材料和/或摩擦传动液的负荷 极限不允许超过。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提供一种锥环变速器，该锥环变速器
可在尽可能没有磨损的情况下高效地传递高转矩。
本发明的任务通过根据本发明的锥环变速器来解决。本发明的优 选实施例可在下述技术方案中获知。本发明还涉及一种用于所述锥环 变速器的摩擦环。
根据本发明，提出了一种锥环变速器，具有两个彼此反向地设置 的锥形摩擦轮和一个摩擦环，该摩擦环环绕着这些锥形摩擦轮中的一 个并且通过一个内接触表面与被环绕着的锥形摩擦轮以及通过一个 外接触表面与另一个锥形摩擦轮配合，其中，这些接触表面中至少一 个在与该摩擦环的旋转方向垂直的剖面中具有根据下列关系的断面 P:
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中P(X)是断面函数；
x是与所述接触表面的中心的距离； F(x)是作为对数函数ln的自变量的函数；以及 A是系数。
根据本发明的锥环变速器的特征在于摩擦环的至少一个接触表 面在与摩擦环的转动方向垂直的剖面中具有断面p，该断面p具有对
数变化曲线。断面P在此是一个与对数函数ln成比例的函数，其自变
量取决于描述与接触表面的中心的距离的参量x。接触表面的中心在
此是点(在接触表面的剖面中观察)，该点在摩擦环的棱边之间处于
中心，这些棱边在摩擦环的轴向方向上限定接触表面的边界。
由此，对数函数ln的自变量可理解为与x相关的函数F，即理解 为函数F(x)。对数函数ln(F(x))与断面或断面函数P(x)的联系通过(比 例)系数A进行。该系数A优选与参量x无关。
函数F(x)优选是一个单调上升的函数。因为对数函数ln也是一个 单调上升的函数，所以断面函数P(x)随着与中心的距离x的变大而上
升。断面函数P(x)在此可理解为型廓化的接触表面与摩擦环的直线的 或未加工的接触表面的距离。在此，所述直线的距离在接触表面的中
心最小并且按对数随着值x的增大而上升直到接触表面的轴向端部或
直到摩擦环的棱边。被证实出乎意料的是，这种具有对数变化曲线的
断面函数P(x)导致特别有利的压力分布并且由此导致摩擦传动液中有
利的剪切力分布。
在一个特别优选的实施例中，函数F(x)表示如下-
、5J
其中x是与断面或接触表面的中心的距离；以及
BK是摩擦环的接触表面的宽度。
这种函数F(x)在接触表面的中心直接导致O值，因为1的对数等 于零(在这种情况下函数F(x)的分母等于l)。在接触表面的轴向端部 上或在棱边上，函数F(x)无穷大，因为在那里与接触表面的中心的距 离x的两倍相应于宽度Br并且由此函数F(x)中的分母等于零。这会 导致函数P(x)在环的棱边上的值无穷大。但实践中这应导致函数P(x) 在摩擦环的棱边上的值明显大于其余值。
系数A可与压紧力Q成比例，该压紧力总是由一个锥形摩擦轮传 递给摩擦环。压紧力Q在此符合目的地是一个在设计锥环变速器时确
定的给定值(最大值)。压紧力Q越高，函数P(x)就越强地导致接触 表面的球状的变化曲线。
在一个优选的实施例中，系数A与摩擦环或锥形摩擦轮的材料的 弹性模量E成反比。在弹性模量E非常大时，这种相关性导致断面函 数P(x)的非常平坦的变化曲线。大的弹性模量E意味着，摩擦环的材 料在压紧力Q给定的情况下仅非常少地变形。相应地，接触表面尤其 是在摩擦环的中心的区域中仅非常少地压入，由此在理想情况中在考
虑到变形的情况下在接触表面的宽度上产生基本上均匀和恒定的压力。
在一个优选的实施例中，系数A与接触表面的宽度Br成反比。 此外，系数A可与一个项T成比例，该项以下列方式取决于摩擦环的 材料的横向收縮系数p
T = 1 _ ,
其中p是摩擦环或锥形摩擦轮的材料的横向收缩系数。 系数A可从下列关系中得到-
— 五.A
其中a是0.4与0.8之间的常数。
在一个特别优选的实施例中，常数a等于2/Ti，即约0.64。但也 可有利的是，用于内接触表面的常数a;与用于外接触表面的常数aa不 同。在后一种情况下，常数ai大于常数aa。其后果是，摩擦环的内接 触表面比摩擦环的外接触表面更强地遵循对数变化曲线。
这在趋势上导致摩擦环的内接触表面上的集中的压力分布。这种 集中的压力分布可通过在摩擦环的旋转方向上更平坦的压力分布来 补偿。内接触表面中旋转方向上明显平坦的压力分布应归因于在旋 转方向上观察，摩擦环的径向向内指向的内接触表面和被环绕着的锥 形摩擦轮的接触表面形成一个与摩擦环的外接触表面和未被环绕着 的锥形摩擦轮的接触表面之间的接触相比更平坦的接触。
基于几何形状和负荷有利意义的可以是，摩擦环的内接触表面的宽度bri被设计得等于、大于或优选小于外接触表面的宽度Bra。
借助于附图中所示的实施例来对本发明进行详细说明。附图表
图l一个锥环变速器的示意性结构；以及
图2 —个摩擦环的与其旋转方向垂直的放大剖面。
具体实施例方式
图1示出了一个锥环变速器，该锥环变速器整体用1标记。该锥 环变速器1具有一个第一锥形摩擦轮2和一个第二锥形摩擦轮3。锥 形摩擦轮2、 3彼此反向地设置，其中，这些锥形摩擦轮的转动轴线 平行地延伸并且彼此间隔开。锥形摩擦轮2、 3的转动轴线通过虚线4、 5表示。每个锥形摩擦轮2、 3都具有张角a。
除了锥环变速器l外，图l还示出了一个在此未进一步示出的机 动车的离合器6。离合器6无相对转动地通过一个轴7与第一锥形摩 擦轮2相连接。在闭合状态下，离合器6将转矩通过该轴传递给第一 锥形摩擦轮2。为了将该转矩从第一锥形摩擦轮2传递给第二锥形摩 擦轮3，设置有一个摩擦环8，该摩擦环与两个锥形摩擦轮2、 3配合 并且环绕着第一锥形摩擦轮2。摩擦环8可通过一个在此未示出的调 节机构在由摩擦环8和锥形摩擦轮2、 3形成的接触线的方向上轴向 移动。通过摩擦环8的轴向移动，锥环变速器l的传动比变化。因为 摩擦环8的轴向位置可无级调节，所以锥环变速器1具有可无级变化 的传动比。
传递给第二锥形摩擦轮3的转矩通过由一个齿轮9和一个与该齿 轮9啮合的环形齿轮10组成的齿轮对传送到从动单元11。从动单元 11由一个差速器lla和两个轴llb、 llc组成。差速器lla将施加在齿 轮IO上的转矩分配给轴llb、 llc。按照转矩流，在图1中所示的锥 环变速器1中，第一锥形摩擦轮2可称为输入轮，第二锥形摩擦轮3 可称为输出轮。
锥形摩擦轮2、 3可沿转动轴线4、 5彼此相对移动。通过这种可 相对移动性，轴向力F可通过一个在此未进一步示出的促动器来调节， 该促动器使锥形摩擦轮2、 3在转动轴线4、 5的轴向方向上压向摩擦 环8。
摩擦环8具有一个内环面或内接触表面12和一个外环面或外接 触表面13。内接触表面12以摩擦环8的转动轴线26为参考构造成锥 形的，其中，相应的锥角相应于锥形摩擦轮2或锥形摩擦轮3的张角 a。摩擦环8的外接触表面13也构造成锥形的并且也通过张角a来标 记。摩擦环8的转动轴线26与转动轴线4、 5平行地设置。可给摩擦 环8的内接触表面12配置一个平均直径14。相应地，摩擦环8的外 接触表面13具有一个平均外直径15。
如从图1中可获知的那样，内接触表面在第一接触区17中靠置 在锥形摩擦轮2的外壳面16上。在锥环变速器1工作时，在第一接 触区17中形成摩擦传动液的窄膜，由此，锥形摩擦轮2的接触表面 16和摩擦环8的内接触表面12通过该摩擦传动液彼此分开并且不直 接相互滚压。由于接触区17中的高压力和高粘度，摩擦传动液基于 可由摩擦传动液吸收的剪切应力而将锥形摩擦轮2的转矩传递给摩擦 环8。
与第一接触区17相应，在表示锥形摩擦轮3的锥形外壳面的接 触表面19与摩擦环8的外接触表面13之间形成一个第二接触区18。 在该第二接触区18中，在锥环变速器1工作时在接触表面13与接触 表面19之间也形成摩擦传动液的膜，由此，在此所述两个彼此对置 的表面也彼此分开。在此，转矩理想地也仅借助于摩擦传动液来传递。
锥环变速器1的旋转体(锥形摩擦轮2、 3和摩擦环8)的第一和 第二接触区17、 18中的转动或旋转方向相对于图1的图纸平面垂直 地伸展。有效直径d2按照摩擦环的轴向位置并且根据锥形摩擦轮2的
锥度来变化。这在意义上也适用于锥形摩擦轮3的有效直径d3。通过 有效直径d2、 d3的变化，锥环变速器l的传动比相应变化。
图2以第一锥形摩擦轮2的接触表面16与第二锥形摩擦轮3的 接触表面19之间的剖面放大地示出了摩擦环8。图2中仅局部地示出 了锥形摩擦轮2、 3。
此夕卜，在图2的视图中与图1相比锥形摩擦轮2、 3以及摩擦环8 翻转一个角度a，由此，与摩擦环8配合的接触表面16、 19现在处于 水平。
图2仅是一个示意性视图。因此实际上那里所示的长度、宽度和 其它尺寸在比例方面可彼此相对明显不同。
通过使锥形摩擦轮2、 3和处于其间的摩擦环8相互夹紧所利用 的轴向力F引起而得到压紧力Q，利用该压紧力使第一锥形摩擦轮2 压向摩擦环8或使第二锥形摩擦轮3压向摩擦环8。该压紧力Q在此 表示为点力。该压紧力相应于由摩擦环8的内接触表面12的竟度Br! 上的压力分布产生的合力。
如从图2清楚地看到的那样，摩擦环8的内接触表面12具有球 状的形状。接触表面12在此从摩擦环8的第一棱边20延伸直到第二 棱边21。相对于在接触表面16的延伸方向上分别距棱边20、 21具有 相同距离的中心22对称地构造内接触表面12。接触表面12的变化曲 线可通过函数P(x)来描述。变量x在此表示与摩擦环8的内接触表面 12的中心22的距离。
正如上面已经描述的那样，断面函数P(x)为一个对数函数。假设 在内接触表面12的中心22上P(x)等于零并且如图2中所示在该点22 上与接触表面16接触，那么函数P(x)表示断面表面与直线的接触表 面16的距离。需要指出的是，根据本发明的函数P(x)的变化曲线应 适用于无负荷的摩擦环8的接触表面12、 13。在锥环变速器1工作时
——在该工作中摩擦环8经受压紧力Q，由于优选金属的摩擦环8和 锥形摩擦轮2、 3的弹性而产生接触表面12、 13的变形，其通过本发 明所取得的结果是，在接触表面12的宽度BRj上产生一种无棱边支撑 的均匀的压力分布。
对于轿车中的锥环变速器和那里对可传递的转矩提出的要求来 说，函数P(x)在棱边20、 21的紧附近取例如5 150 pm的值。这意 味着，从中心22到棱边20、 21,内接触表面下降5 150pm，其中， 变化曲线遵循函数P(x)。在内接触表面的变化曲线方面的上述数字举 例表明，图2出于清楚目的大大过高地示出了函数P(x)。
关于内接触表面12描述的关系在意义上也适用于外接触表面13 。 该接触表面也相对于中心23对称地构造，遵循根据发明的对数函数 P(x)并且通过棱边24、 25限定边界。
压紧力Q沿作用线29作用通过内接触表面12的中心22并且通 过外接触表面13的中心23。由此没有不期望的通过压紧力Q造成的 倾覆力矩导入到环中。
由于在此未示出的调节机构，棱边20、 21、 24、 25相对于压紧 力Q的作用线29不平行地设置。这导致摩擦环8的接触表面12变窄。 为了避免不期望的倾覆力矩(参见前面的段落)，中心22与棱边20 之间的接触表面12的传递转矩的区段的宽度等于中心22与过渡部28 之间的区段的长度。所述长度总是取值为1/2 Br!。在过渡部28与棱 边21之间安置有一个回縮部27，该回縮部与锥形摩擦轮2的距离明 显大于函数P(x)的最大函数值。由此避免在回縮部27的区域中不期 望地传递力。过渡部28可以是直的、阶梯的和/或坡度阶跃地实现。 该实施例表明，在内接触表面12的区域中环宽度BR!可小于外接触表 面13的区域中的环宽度BRA。
参考标号清单
1锥环变速器16接触表面
2第一锥形摩擦轮17第一接触区
3第二锥形摩擦轮18第二接触区
4转动轴线19接触表面
5转动轴线20棱边
6离合器21棱边
7轴22中心
8摩擦环23中心
9齿轮24棱边
10环形齿轮25棱边
11从动单元26转动轴线
12内接触表面27回縮部
13外接触表面28过渡部
14内直径29作用线
15外直径
权利要求
1.锥环变速器(1)，具有两个彼此反向地设置的锥形摩擦轮(2，3)和一个摩擦环(8)，该摩擦环环绕着这些锥形摩擦轮(2，3)中的一个并且通过一个内接触表面(12)与被环绕着的锥形摩擦轮(2)以及通过一个外接触表面(13)与另一个锥形摩擦轮(3)配合，其特征在于这些接触表面(12，13)中至少一个在与该摩擦环(8)的旋转方向垂直的剖面中具有根据下列关系的断面PP(x)＝A·ln(F(x))其中P(x)是断面函数；x是与所述接触表面(12，13)的中心(22，23)的距离；F(x)是作为对数函数ln的自变量的函数；以及A是系数。
2. 根据权利要求1所述的锥环变速器(1)，其特征在于该函数 F(X)是<formula>formula see original document page 2</formula>其中B!^Br!或Br-Bra是所述接角虫表面(12， 13)的宽度。
3. 根据权利要求1或2所述的锥环变速器(1)，其特征在于该系数A与压紧力Q成比例，该摩擦环(8)利用该压紧力压向这些锥 形摩擦轮(2， 3)。
4. 根据权利要求1 3中一项所述的锥环变速器(l)，其特征在于该系数A与该摩擦环(8)和/或这些锥形摩擦轮(2， 3)的材料的弹 性模量E成反比。
5. 根据权利要求1 4中一项所述的锥环变速器(l)，其特征在于 该系数A与所述接触表面(12， 13)的竟度Br成反比。
6. 根据权利要求1 4中一项所述的锥环变速器(l)，其特征在于: 该系数A与一个项T成比例，其中有T=l-p2，其中[i是该摩擦环(8)和/或这些锥形摩擦轮(2， 3)的材料的横 向收縮系数。
7. 根据权利要求1 6中一项所述的锥环变速器(l)，其特征在于: 该系数A如下构成— 五.A其中a是0.4与0.8之间的常数；优选等于2/7T。
8. 根据权利要求7所述的锥环变速器(1)，其特征在于用于该内接触表面(12)的常数ai与用于该外接触表面(13)的常数aa不同。
9. 根据权利要求8所述的锥环变速器(1)，其特征在于该常数 a;大于该常数aa。
10. 摩擦环(8)，用于根据权利要求1 9所述的锥环变速器(1)。
全文摘要
本发明涉及一种锥环变速器(1)，具有两个彼此反向地设置的锥形摩擦轮(2，3)和一个摩擦环(8)，该摩擦环环绕着这些锥形摩擦轮(2，3)中的一个并且通过一个内接触表面(12)与被环绕着的锥形摩擦轮(2)以及通过一个外接触表面(13)与另一个锥形摩擦轮(3)配合，其中，这些接触表面(12，13)中至少一个在与该摩擦环(8)的旋转方向垂直的剖面中具有根据下列关系的断面P P(x)＝A·ln(F(x))其中P(x)是断面函数；x是与所述接触表面(12，13)的中心(22，23)的距离；F(x)是作为对数函数ln的自变量的函数；以及A是系数。
文档编号F16H15/04GK101105218SQ20071014940
公开日2008年1月16日 申请日期2007年5月11日 优先权日2006年5月11日
发明者G·威尔施, J-P·沙佐特, R·非肯斯, S·科库斯, S·邦加特 申请人:各特拉格·福特传动系统公司