具有疊層鋼環組的傳動帶的製作方法

2023-10-08 20:31:59

專利名稱：具有疊層鋼環組的傳動帶的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於通常應用於機動車輛中的公知滑輪型的連續可變傳動機構或CVT中的傳動帶。
背景技術：
一種公知類型的傳動帶在EP-A-I 403 551中詳細描述，並且也在本領域中稱為壓帶(push belt)。已知的傳動帶包括多個鋼區段，每個鋼區段設置有至少一個凹陷，但是通常為兩個凹陷，每個凹陷容納著傳動帶的成組的多個相互的同心嵌套的柔性鋼環。在本領域，鋼區段也稱為橫向元件，環被稱為環帶或環形帶，並且疊層的成組的環被稱為環形張緊裝置(endless tensile means)或託架。在本類型的傳動帶中，橫向元件未連接至環形託架，而是在CVT中的操作期間沿著其周邊滑動。而且，環形託架的各個環在操作期間相對彼此進行滑動。
對於目前的傳動帶應用，環由馬氏體時效鋼生產，這種類型的鋼組合了相對有利的材料可焊性和塑性變形性，很好的抗張強度以及對於磨損和彎曲和/或張力疲勞的良好抵抗性(至少在適合的熱處理之後)。已知的環提供有相當硬度的芯部材料，用以實現良好的張力、屈服和彎曲強度與較高的金屬抗疲勞性，這種環芯被包圍在顯著更硬的、並且因而耐磨的環材料的外表面層中。所述硬表面層的厚度在製造時小心地控制，以限制內部環應力並給環提供允許縱向彎曲的足夠彈性以及抗疲勞斷裂性。當然，尤其後一特點在環的壓帶應用中是非常顯著的，因為其在使用壽命期間經受無數的負載和彎曲循環。
用於這種環的已知製造方法的基本原理是本領域公知的。尤其，即為了形成前述硬質表面層，已知的環製造方法至少包括氮化處理環材料的處理步驟，通常是氣體軟氮化， 即將環材料在大約450°C的溫度下保持於包含氨氣的氣氛中，結果使得氮原子擴散入所述表面層內以形成滲氮層。氮的擴散深度，即滲氮層的厚度，取決於氮化處理的數個參數，比如環表面處的氨氣濃度以及處理溫度和持續時間。日本專利公開JP-A-2000-337453提及 氮化層的厚度為環的總厚度的10%至20%，將代表環的傳動帶應用的最佳厚度。由於已知傳動帶環的厚度為0. 185mm，根據現有技術，它們應當提供有19至37微米(μ m)的滲氮層。 要說明的是，在本申請的內容中，滲氮層的厚度在環的拋光並適當蝕刻的橫截表面上(藉助於顯微鏡)通過光學地確定。發明內容
本發明旨在對上述現有技術進行改進，並且進一步提高傳動帶的使用壽命和/或降低其製造成本。根據本發明，這個目標通過具有後述權利要求1特點的傳動帶來實現。 根據本發明，通過區分環組的多個分開的環之間的氮化層厚度，環形託架的疲勞強度能整體地得到改進。更具體地，已經發現在環形託架的兩個鄰接環之間的滑動接觸過程中，相比於橫向元件的滑動接觸而言，環的表面明顯地不易於遭受磨損和/或接觸負載。因而，根據本發明，託架的中間環(即定位於徑向最外環和徑向最內環的中間的環)的氮化層的厚度，是小於託架的徑向外側處(即其徑向最外環的徑向向外表面處)的氮化層的厚度，和/ 或是小於託架的徑向內側處(即其徑向最內環的徑向向內表面處)的氮化層的厚度。優選地，託架的徑向外側處和/或託架的徑向內側處的氮化層是中間環的氮化層的厚度的1. 5 至4倍，更優選地是其大約2倍厚。
根據本發明的傳動帶的環形託架的中間環至少能更加成本有效地和/或更快速地製造，尤其是對於進行氮化處理而言。而且，傳動帶的整體疲勞強度通過本發明得到改進。
具體地，關於馬氏體時效鋼合金而言，其取自以下的範圍17-19% (重量百分比) 鎳、4-6% (重量百分比)鉬、8-18% (重量百分比)鈷和餘量鐵(balance iron)，可能有少量添加鈦，即重量百分比小於1%，已經研究了氮化層的優選厚度。根據本發明，中間環在此情況下優選地設置有厚度在10和18 μ m之間的氮化層，而環形託架的徑向外側和/或環形託架的徑向內側的氮化層具有在25和35 μ m之間的厚度。


本發明的基本原理現在將以舉例的方式連同附圖闡述，在附圖中
圖1提供了設置有傳動帶的公知連續可變傳動機構的示意性地繪出的示例，
圖2是傳動帶的透視性截面圖，
圖3圖示了傳動帶的環部件的已知製造方法的目前相關部分，
圖4是根據現有技術的傳動帶的環形託架的示意性橫截面，並且
圖5是根據本發明的傳動帶的環形託架的示意性橫截面。
具體實施方式
圖1示出了常用於機動車輛的在其發動機和驅動輪之間的驅動線路中的已知連續可變傳動機構或CVT的中心部件。傳動機構包括兩個滑輪1、2，每個設置有兩個圓錐滑輪盤4、5，其之間限定了基本上V形的滑輪槽，並且其中一個盤4可沿著其所放置於其上的相應滑輪軸6、7進行軸向移動。傳動帶3纏繞在滑輪1、2周圍，用於將旋轉運動ω和伴隨的扭矩T從一個滑輪1 (或幻傳送至另一個滑輪2 (或1)。傳動機構通常還包括致動裝置，其在所述至少一個盤4上施加一個朝向對應另一滑輪盤5的軸向定向的夾持力i^ax，以使得傳動帶3被夾持於其間。而且，傳動機構的在從動滑輪2的旋轉速度和驅動滑輪1的旋轉速度之間的(速率)比值相應地得到確定。
已知傳動帶3的示例在圖2的截面圖中更詳細地示出，所述傳動帶3具有環形託架31。環形託架31僅部分地示出，並且在這個示例中由兩組薄且平(即帶狀)的柔性鋼環32構成。傳動帶3還包括多個由環形託架31保持在一起的板狀橫向元件33，所述環形託架31定位於橫向元件33的凹陷37中。橫向元件33承受著所述夾持力i^ax，以使得當輸入扭矩Tin施加於所謂的驅動滑輪1上時，在滑輪盤4、5和帶3之間的摩擦引起驅動滑輪 1的旋轉經由同樣的旋轉傳動帶3而傳遞至所謂的從動滑輪2。
在CVT中的操作期間，傳動帶3並且尤其是其環32經受循環變化的張力和彎曲應力，即疲勞負載。通常，環32的金屬抗疲勞性，即疲勞強度，相應地確定著傳動帶3在所傳遞的給定扭矩T下的使用壽命。因此，在研發傳動帶製造方法的過程中存在一個長期的總體目標，是以最小的組合材料和處理成本來實現所需的環疲勞強度。
圖3示出了用於傳動帶環部件32的已知製造方法的相關部分，其中分開的處理步驟用羅馬數字標識。在第一個處理步驟I中，通常厚度在0. 4mm和0. 5mm之間的基材的薄片或薄板11被彎曲成圓筒形，並且相遇會合的板端12在第二處理步驟II中焊接在一起，以形成開口的空心柱體或管13。在處理的第三個步驟III中，將管13進行退火處理。此後， 在第四個處理步驟IV中，管13被切割為若干環形的箍14，其隨後在第五處理步驟V中被軋制將其厚度減小至小於0. 250mm，通常是大約185 μ m，同時進行伸長。在軋制之後，箍14通常被稱為環32。環32然後經受又一或環退火處理步驟VI，以在顯著高於600攝氏度的溫度 (例如大約800攝氏度)下通過環材料的恢復(recovery)和再結晶(re-crystallisation) 來去除前一軋制處理(即第五個步驟V)的加工硬化效應。此後，在第七個處理步驟VII中， 將環32校準，即將它們安裝於兩個旋轉輥的周圍，並且通過迫使所述旋轉輥相分離而延伸至預定周邊長度。在第七個處理步驟VII中，內部應力分布也施加於環32上。此後，環32 在兩個分離的處理步驟中進行熱處理，也就是時效處理或本體沉澱硬化的第八個處理步驟 VIII以及氮化或殼體硬化的第九個處理步驟IX。更具體地，這兩個熱處理都涉及在包含受控氣氛的工業烤箱或工業爐中加熱環32，所述受控氣氛由氮氣和一些(例如大約5%體積比)氫氣組成以用於進行環時效處理，以及由氮氣和氨氣組成以進行環氮化。這兩個熱處理通常都在400攝氏度至500攝氏度的溫度範圍內發生，並且每個能持續大約45至超過 120分鐘，這取決於用於環32的基材(馬氏體時效鋼合金成分)，以及環32所期望的機械性質。就後一方面，注意到，通常目標是520HV1.0或更高的芯部硬度值、875HV1.0或更高的表面硬度值、以及範圍從19 μ m至37 μ m的滲氮表面層厚度(可選地，標識為氮擴散區域)。 最後，相應處理的環32的疊層組31 (即環形託架31)通過徑向地疊層(即嵌套)若干環32 而形成，如圖3中最後繪出的第十個處理步驟X所進一步示出的。顯然，疊層組31的環32 為此需要適當地確定尺寸，例如具有稍微不同的周邊長度，以允許多個環31中的一個裝配在另一個周圍。為此，疊層組31的多個環32通常從一批環32中有意地選擇。
圖4表示已知環形託架31的極大放大的示意性橫截圖，然而與實踐中通常應用於每個託架31中的6至12個的環32相比，其僅包括三個環32。圖4示出了其環32的滲氮表面層50 (用深灰色調示出)的特點以及其相對於環32的總厚度的相對厚度。在圖4中， 根據已知技術，各個滲氮層50的厚度T達到相應環32的總厚度D的20%。
根據本發明，然而，這種滲氮層厚度T應當總計為小於環的總厚度D的10%，以實現環32的優化疲勞性質。另一方面，環形託架31整體地應當能在操作期間承受由於與橫向元件33的滑動接觸所引起的磨損和接觸負載，這已知需要超過環總厚度D的10%的較厚滲氮層。因而，作為對環形託架31在整體上的改進，本發明將託架31由中間環32-B(即託架31的定位於其徑向最外環32-0和其徑向最內環32-1之間的環32-B)來構造，所述中間環32-B具有的滲氮層50-B是比在徑向最外環32-0的至少徑向朝外表面51的滲氮層50-0 和/或在徑向最內環32-1的至少徑向朝內表面52的滲氮層50-1要薄，如圖5中示意性地所示，其中滲氮層厚度T-B小於滲氮層厚度T-O和/或T-I。
權利要求
1.一種傳動帶(3)，其具有鋼區段(33)並且具有至少一個託架(31)，所述託架(31)容納於鋼區段(33)的凹陷(37)中並且由若干在徑向上相互嵌套且設置有滲氮表面層(50) 的柔性鋼環(33)構建，其特徵在於託架(31)的中間環(32-B)的滲氮層(50-B)的厚度， 即定位於託架(31)的徑向最外環(32-0)和徑向最內環(32-1)之間的環(32-B)的滲氮層 (50-B)的厚度，是小於託架(31)的徑向外側處的滲氮層(50-0)的厚度，即小於其徑向最外環(32-0)的徑向向外表面(51)處的滲氮層(50-0)的厚度；和/或是小於在託架(31) 的徑向內側處的滲氮層(50-1)的厚度，即是小於在其徑向最內環(32-1)的徑向向內表面 (52)處的滲氮層(50-1)的厚度。
2.根據權利要求1的傳動帶(3)，其特徵在於託架(31)的至少一個中間環(32-B)的滲氮層(50-B)的厚度總計為小於所述至少一個中間環(32-B)的總厚度的10%，並且優選地總計為大於所述總厚度的5%。
3.根據權利要求2的傳動帶(3)，其特徵在於託架(31)的中間環(32-B)的滲氮層 (50-B)的厚度對託架(31)的所有中間環(32-B)而言都是大致相等的。
4.根據權利要求1、2或3的傳動帶(3)，其特徵在於徑向最外環(32-0)的滲氮層 (50-0)在至少其徑向向外表面(51)的位置處沿徑向所測量的厚度，是總計為大於徑向最外環(32-0)在該方向上所測量的總厚度的10%，並且優選地小於其20% ；和/或，徑向最內環(32-1)的滲氮層(50-1)在至少其徑向向內表面(52)的位置處沿徑向所測量的厚度， 是總計為大於徑向最內環(32-1)在該方向上所測量的總厚度的10%，並且優選地小於其 20%。
5.根據權利要求1、2或3的傳動帶(3)，其特徵在於中間環(32-B)的滲氮層(50-B) 沿徑向所測量的厚度，是總計在徑向最外環(32-0)的滲氮層(50-0)在至少其徑向向外表面(51)的位置處沿徑向所測量的厚度的25%和66%之間，優選地達到大約50%;和/或， 是總計在徑向最內環(32-1)的滲氮層(50-1)在至少其徑向向內表面(52)的位置處沿徑向所測量的厚度的25%和66%之間，優選地達到大約50%。
6.根據權利要求1、2或3的傳動帶(3)，其特徵在於託架(31)的各個環(3 在徑向上的總厚度總計為大約0. 185mm;中間環(32-B)的滲氮層(50-B)在該方向上的厚度的值是在10至18微米的範圍內；並且，徑向最外環(32-0)的滲氮層(50-0)在至少其徑向向外表面(51)的位置處的厚度的值、以及徑向最內環(32-1)的滲氮層(50-1)在至少其徑向向內表面(5 的位置處的厚度的值，是在25至35微米的範圍內。
7.根據前述權利要求的一個或多個的傳動帶(3)，其特徵在於託架(31)的各個環 (32)由馬氏體時效鋼製成，其具有以下的成分17-19% (重量百分比)鎳、4-6% (重量百分比)鉬、8-18% (重量百分比)鈷和餘量鐵，以及可能還有小於(重量百分比)的鈦以及少量不可避免的雜質。
全文摘要
本發明涉及一種包括鋼質橫向元件的傳動帶，每個橫向元件設置有容納傳動帶的環形託架(31)的一部分的凹陷，所述環形託架(31)由徑向疊置的鋼環(32)的疊層組構成，每個環(32)包括滲氮表面層(50)。至少環形託架(31)的徑向最外環(32-O)的徑向向外表面(51)處的滲氮層(50)，和/或至少環形託架(31)的徑向最內環(32-I)的徑向向內表面(52)處的滲氮層(50)，是比環形託架(31)的中間環(32-B)的滲氮層(50)要厚。
文檔編號F16G5/16GK102549301SQ201080045104
公開日2012年7月4日 申請日期2010年10月5日 優先權日2009年10月6日
發明者B·彭寧斯, M-D·特蘭 申請人:羅伯特·博世有限公司