用於無級變速器的傳動帶的製作方法
2023-05-23 15:57:31
專利名稱：用於無級變速器的傳動帶的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用在無級變速器中的傳動帶，其包括一個金屬環組件以及多個用碳素鋼製成、且支撐在金屬環組件上的金屬元件。更具體來講，本發明涉及這樣一種傳動帶其金屬元件上凹陷處的碳濃度要低於該元件上其它部分處的碳濃度。
普通金屬元件包括一個元件體、一個凹頸以及一個耳狀體，其中的元件體抵接著傳動帶輪的一個V型面，凹頸從元件體的橫向中間部分徑向向外延伸，而耳狀體則引延向凹頸的徑向外側。金屬環組件被裝配到由凹頸以及耳狀體圍成的環槽中。由於在環槽底部—尤其是在元件體與耳狀體之間的第一連接處、以及耳狀體與凹頸之間的第二連接處存在應力集中，所以在環槽的應力集中部位制有一個根切部分，用於釋放此處的應力集中。
對於上述的兩個連接部位，應力集中一般發生在徑向內側，具體來講，是發生在元件體與凹頸之間的第一連接處。在強度方面，第一連接處的載荷狀況最為惡劣。日本實用新型平5-14028中公開了一種傳動帶，該傳動帶通過將制在第一連接處的根切部分的邊緣進行倒圓而提高了強度。
通過對碳鋼進行淬火和回火處理而製成的金屬元件表面具有很高的硬度，高硬度使得該表面的耐磨性提高。但不幸的是，硬度的提高降低了金屬元件的韌性，韌性的降低則使得元件易於受應力集中的影響而發生斷裂或類似破壞。因而，考慮到通過降低碳鋼表面的滲碳度可提高碳鋼的韌性，所以可以相信通過提高通常易發生應力集中的金屬部分的韌性可增大金屬元件的疲勞強度和衝擊強度。
同時，本發明的目的還在於在保證金屬元件耐磨性的前提下提高金屬元件上已知應力集中部分的韌性，由此提高金屬元件的耐久性。
根據本發明的一個優選實施例，本文提供了一種用於無級變速器的傳動帶，其中，該傳動帶包括一個金屬環組件以及多個用碳素鋼製成、且支撐在金屬環組件上的金屬元件。金屬元件上凹陷處的碳濃度要低於該元件上其它部分處的碳濃度。
如上所述，金屬元件上凹陷處的碳濃度低於金屬元件上其它部分的碳濃度。因而，就可以提高發生應力集中的凹陷處的韌性，從而增大金屬元件和疲勞強度和衝擊強度，同時還能保持不發生應力集中部位處的表面硬度，以保證耐磨性的要求。另外，儘管凹陷部位的韌性提高是通過降低碳濃度來實現的、從而使得表面硬度降低，但由於凹陷部位很少與其它的部件接觸，所以就避免了由於表面硬度減小而導致磨損增大的問題。
根據本發明的第二方面，除了上述的優選實施例之外，本文還提供了一種用於無級變速器的傳動帶，在該傳動帶中，在對金屬元件進行熱處理之後，通過對一凹陷處的表面進行剔削，而降低金屬元件凹陷處的碳濃度，使該處的碳濃度低於金屬元件上其它部分的碳濃度。
在該實施例中，先對金屬元件進行熱處理，然後，將凹陷處的表面剔削掉，從而使凹陷處的碳濃度低於金屬元件上其它部分的碳濃度。
根據本發明的第三個實施例，除了上述第二實施例之外，本文還提供了一種用於無級變速器的傳動帶，其中金屬元件凹陷處的表面用噴射水流進行了剔削。
在該實施例中，採用了一種高效而快速的方法—噴射水流來對產生應力集中的凹陷處的表面進行了剔削或去除。
根據本發明的第四個實施例，除了上述的優選實施之外，本文還設計了一種用於無級變速器的傳動帶，其中，在對金屬元件進行熱處理的過程中，金屬元件要經過一個防滲碳處理。
在該實施例中，在對金屬元件進行熱處理的過程中，對應力集中的凹陷處執行一個反滲碳處理。結果就是，凹陷處的碳濃度就低於金屬元件上其它部分的碳濃度，由此提高了凹陷處的韌性。
根據本發明的第五個實施例，除了上述的優選實施例之外，本文提供了一種用於無級變速器的傳動帶，其中，金屬元件上的凹陷是一個接合突起的根部，該接合突起裝配到相鄰金屬元件的一接合孔中。
在該實施例中，元件體與凹頸之間的連接表面被剔削掉，這樣就提高了應力集中的連接部位處的韌性。
根據本發明的第六個實施例，除了上述的優選實施例之外，本文提供了一種用於無級變速器的傳動帶，其中，金屬元件上的凹陷是一個接合突起的根部，該接合突起裝配到相鄰金屬元件的一接合孔中。
採用上述的設置，被裝配到相鄰金屬元件一接合孔中的接合突起的根部表面被去除掉了，這樣就提高了產生應力集中的根部的韌性。
圖7是一個流程圖，表示了製造金屬元件的過程；圖8中的流程圖表示了根據一第二實施例的製造金屬元件的方法；以及圖9中的前視圖表示了根據一第三實施例的金屬元件。
圖1中的示意圖表示了一種金屬帶式無級變速器T，該無級變速器安裝在汽車上。一輸入軸3通過一阻尼器2連接到發動機E的曲軸1上，該輸入軸3再通過一行車離合器4與金屬帶式無級變速器T的驅動軸5相連接。一安裝在驅動軸5上的驅動帶輪6包括一固定到驅動軸5上的固定半帶輪7、以及一可遠離和移近固定半帶輪7的活動半帶輪8。活動半帶輪8受液壓作用而被壓向固定半帶輪7，其中的液壓作用施加在一個油腔9中。
在平行於驅動軸5的一從動軸10上安裝了一個從動帶輪11，其包括一個固定到從動軸10上的固定半帶輪12和一個可遠離和移近固定半帶輪12的活動半帶輪13。活動半帶輪13被作用在油腔14中的液壓作用頂向固定半帶輪12。在驅動帶輪6和從動帶輪11之間纏繞了一條金屬傳動帶15，該金屬傳動帶具有多個金屬元件32和左右一對金屬環組件31，金屬元件32支撐在兩個金屬環組件31上。如圖2所示，每個金屬環組件31都具有多個(例如為十二個，但這僅是舉例，不作限定)相互層疊在一起的金屬環33。
一個用於使車輛前向行駛的前進驅動齒輪16和一個用於使車輛倒車的後退驅動齒輪17可相對轉動地空套在從動軸10上，並可被一個選擇器18選擇而與從動軸10聯結。在與從動軸10平行的輸出軸19上固接安裝了一個前進從動齒輪20和一個倒車從動齒輪22，前進從動齒輪20與前進驅動齒輪16嚙合，而倒車從動齒輪22則通過一個倒車過輪21與倒車驅動齒輪17相嚙合。
輸出軸19的轉動通過末級驅動齒輪23和末級從動齒輪24輸入到一個差速器25中。然後，經兩左右半軸26將轉動運動傳遞到兩受驅車輪W上。
發動機E的驅動力是通過曲軸1、阻尼器2、輸入軸3、行車離合器4、驅動軸5、驅動帶輪6、金屬傳動帶15、以及從動帶輪11傳遞到從動軸10的。當選擇了一個前進行駛檔位時，從動軸10的驅動力經前進驅動齒輪16和前進從動齒輪20傳遞到輸出軸19，以驅使車輛前進。當選擇了一個倒車檔位時，從動軸10的驅動力經過倒車驅動齒輪17、倒車過輪21以及倒車從動齒輪22傳遞到輸出軸19，從而使車輛後退倒車。
在這些過程中，施加於驅動帶輪6的油腔9、以及從動帶輪11的油腔14中的液壓壓力是由一個液壓控制單元U2進行控制的，而該控制單元的工作指令是從一個電子控制單元U1獲得的。相應地，該變速器T的變速比是可進行無級調節的。更具體來講，如果施加到從動帶輪11的油腔14中的液壓壓力被相對於驅動帶輪6的油腔9中的液壓壓力提高了，則從動帶輪11的槽寬就會減小，這樣就增大了該帶輪的有效半徑。相應地，驅動帶輪6的槽寬則被加大了，從而就減小了其有效半徑。因而，該金屬帶式無級變速器T的變速速比就被連續無級地向「低」檔位變化。在另一方面，如果施加到驅動帶輪6的油腔9中的液壓壓力被相對於從動帶輪11的油腔14中的液壓壓力提高了，則驅動帶輪6的槽寬就會減小，這樣就增大了該帶輪的有效半徑。相應地，從動帶輪11的槽寬則被加大了，從而就減小了其有效半徑。因而，該金屬帶式無級變速器T的變速速比就被連續無級地向「OD」檔位(超速檔位)變化。
如圖2到圖4所示，每個金屬元件32都是用金屬板衝壓製成的，其包括一個基本為梯形的元件體34；位於左右一對環槽35之間的一個凹頸36，兩環槽用於接納兩金屬環組件31；以及一個基本為三角形的耳狀體37，其通過凹頸36與元件體34的上部相連接。元件體34的兩橫向外端上制有一對帶輪抵接面39，這對抵接面抵接在驅動帶輪6和從動帶輪11中的V型面38上。如圖3所示，金屬元件32具有前後一對主表面40f和40r，在金屬元件32的運動方向上，它們分別以這樣的方式制在金屬元件32的前後兩側面上前後主表面40f和40r垂直於金屬元件的運動方向，並相互平行。在前側上制出了一個相對於運動方向傾斜的表面42，其位於前主表面42f的下方，且在它們之間間置了一個橫向延伸的鎖止邊緣41。另外，在耳狀體37的前面(即前主表面40f)和後面(即後主表面40r)上分別制有一個接合突起43f和一個接合孔43r，它們的截面均為圓形，且相互之間為間隙配合，以此來將各個金屬元件32在縱向上相互聯接在一起。環槽35的徑向內邊緣和徑向外邊緣分別被稱為鞍面44和耳狀體底面45。金屬環組件31的內周面與鞍面44相抵接。在金屬環組件31的兩外周面與各個耳狀體底面45之間形成了一個小的間隙。
在金屬元件32的元件體34與凹頸36之間的第一連接處形成了一個兩個弧形的第一根切部分46。也就是說，第一連接部分制在環槽35的底部。在元件體34和耳狀體37之間的第二連接處形成了一個第二根切部分47。也就是說，第二連接部分制在環槽35的頂部。設置第一和第二根切部分46和47的目的分別在於緩解元件體34與凹頸36之間的第一連接處、以及元件體34與耳狀體37之間的第二連接處的應力集中，以提高金屬元件34的疲勞強度。尤其是，可緩解兩環槽35的頂部拐角和底部拐角處的應力集中。在金屬元件32元件體34徑向內表面的橫向相對兩側上制出了一對凹陷48。
圖5中的圖線表示了金屬元件32在經過熱處理後表面硬度的上限值與金屬元件32凹頸36的根部強度之間的關係。從圖5中的圖線可以看出，金屬元件32的表面硬度越高，則衝擊強度越低。圖中用空圈代表的數據對應於這樣的情況在爐中進行熱處理的金屬元件32數目等於或小於一萬。圖中用黑圈代表的數據對應於這樣的情況在爐中進行熱處理的金屬元件32數目等於或大於五萬。隨著金屬元件在爐中熱處理的數目的增加，由於熱處理的均勻性不恆定，所以衝擊強度會降低。
圖6表示了在經過熱處理之後，距離金屬元件32表面的尺寸與硬度之間的關係，數據點是在圓形截面的接合突起43f的中心位置處、向上(徑向向外)距離中心位置0.2毫米處、以及在一個普通位置處的採集的。圖6清楚地表示出在0.1毫米到0.2毫米的範圍內，金屬元件32前側和後側上的硬度隨距離表面的尺寸增加而成比例地減小。
因而，如果將金屬元件32表面上由於進行熱處理而提高了表面硬度的部分去除掉，則就能降低對應部分的硬度，這樣就可以提高對應部分的韌性。金屬元件上需要提高韌性的是這樣一些部分在這些部分上容易產生應力集中，且在疲勞強度和衝擊強度方面，這些部分處於惡劣的載荷狀況下。更具體來講，應力集中的部分是圖3和圖4中所示的網影部分。尤其是應力集中部分是在金屬元件32凹頸36的根部上的兩第一根切部分46、接合突起43f的根部49、以及在元件體34上的凹陷48，這些部分用噴射水流去除掉一定深度一例如去除掉約50微米。
下面將參照圖7對金屬元件32的製造過程進行描述。
用於製造金屬元件32的原材料是帶形板材，其厚度約為1.5毫米，該板材是通過對含有Mn或Cr的碳鋼(例如為SKS95號鋼)的鋼錠進行熱軋、然後再進行球化退火處理而製成的。更具體來講，熱軋過程產生了這樣的結構在鋼錠中珠光體基體的晶界上網狀地沉澱了一些碳化鐵相。隨後的球化退火處理則形成了碳化鐵相分布在鐵素體相中的結構。
首先，在步驟S1中，用精密衝裁工藝從厚度約為1.5毫米的帶狀板材上衝裁出一個金屬元件32。在步驟S2中，對金屬元件32執行熱處理，該熱處理包括淬火和回火。在淬火過程中，加熱溫度高於奧氏體轉化點就足夠了(例如為800攝氏度)。該加熱溫度被保持設定的一段時間，之後，對金屬元件進行浸油淬火。希望隨後的回火處理是在一個低溫環境(例如在180℃)中執行的。通過在一種氛圍氣體中進程熱處理而對鋼鐵的表面滲碳，其中的氛圍氣體是利用空氣對丙烷和丁烷進行變質處理而制出的。由於產生了滲碳，金屬元件32就具有了這樣的結構該結構中，在馬氏體基體中分布著球形碳化鐵相，由於馬氏體基體會增大碳濃度，所以其是一個提高鋼材硬度的因素，但這卻使韌性變差。
此外，一旦鋼材被滲碳處理，則其中所含的Mn和Cr就被氛圍氣體中所含有的較少量水(H2O)和二氧化碳(CO2)氧化，而在鋼材的表面上形成了MnXOY或CrXOY形式的晶界氧化物。該晶界氧化物也是一個使鋼材的韌性和疲勞強度變差的因素。
隨後，在步驟S3中，用粗滾磨方法對金屬元件32進行拋光。在步驟S4中，用噴射水流處理將金屬元件32凹頸36根部上的兩第一根切部分46、接合突起43f的根部49以及元件體34上的兩凹陷48去除一定深度一例如約為50微米。其中的去除部分如圖3和圖4中所示的網影部分。在該水流噴射處理中，含有玻璃丸的水流在高壓下從一個噴嘴中噴射向金屬元件32的表面，該表面被玻璃丸和玻璃丸的碎屑進行剔削。最後，在步驟S5中通過精滾磨工藝對金屬元件32進行拋光。
如上所述，通過去除發生應力集中的、金屬元件32凹頸36根部上的兩第一根切部分46、接合突起43f的根部49以及元件體34上兩凹陷48處的表面，就去除掉了被鑑定為具有高碳濃度的部分，從而提高了金屬元件32的韌性、疲勞強度和衝擊強度。在上述的過程中，作為使金屬元件的韌性和疲勞強度變差因素之一的表面上MnXOY或CrXOY晶界氧化物也被去除掉了，這樣就進一步提高了金屬元件32的耐用壽命。
金屬元件32上未受到水流噴射處理的區域仍保持其很高的表面硬度、以及與相鄰金屬元件32接觸時的高耐磨性。金屬元件32接合突起43f的根部49由於被執行了去除處理而提高了韌性，所以硬度較低。因而，如果接合突起43f上硬度較低的根部49與接合孔43r的高硬度外周相接觸，則根部49就易於被磨損掉。但是，在該實施例中，如圖4中的放大表示，接合孔43r外周的曲率半徑Rr要大於接合突起43f根部49處的曲率半徑Rf。因而，接合突起43f的根部49就不會與接合孔43r的外周接觸到，這樣就防止了根部49的磨損或磨耗。
如上所述，通過降低金屬元件32表面上發生應力集中部分的碳濃度、從而使這些部分的碳濃度低於其它部分的碳濃度，就可以在保證金屬元件32上滑動部分的耐磨性的同時，保證了金屬元件32上應力集中部分的疲勞強度和衝擊強度。另外，金屬元件32上表面硬度減小的部分均為凹陷，而凹陷的部分是不容易與其它部分接觸到的，這樣就避免了由於硬度降低而造成磨損加大的問題。
下面將參照圖8對本發明的第二實施例進行描述。
在上述優選實施例中，部分表面被去除掉，以此來降低在對金屬元件32進行熱處理後、這些表面處的碳濃度。但是，在第二實施例中，是用其它的工藝方法來降低金屬元件32的碳濃度的。
首先，在步驟S11中，用精密衝裁的方法從一帶狀板材上衝裁出一個金屬元件32。在步驟S12中，對金屬元件執行一個粗滾磨拋光。在步驟S13中，用一種由銅粉和水玻璃組成的混合物對金屬元件32凹頸36根部上的兩第一根切部分46、接合突起43f的根部49以及元件體34上的兩凹陷48進行鍍銅或覆銅。在步驟S14中對金屬元件32進行一個熱處理，該熱處理包括淬火和回火。鍍銅後的部分由於在熱處理過程中不會接觸到氛圍氣體，而不易被滲碳。因而，這些部分所獲得的碳濃度要低於其它部分的碳濃度，導致韌性的提高。隨後，在步驟S15中對金屬元件32施用一個水流噴射處理，之後再在步驟16中進行精滾磨拋光。第二實施例中的水流噴射處理是用來從金屬元件32上除去毛刺的，而不是專門用來去除金屬元件32上的某些部分的。
下面將參照圖9對本發明的第三實施例進行描述。
一條閉環傳動帶15包括一個金屬環組件31和多個支撐在該單個金屬環組件31上的金屬元件32。該第三實施例中的金屬元件32與上述優選實施中金屬元件32的對應部分將用相同的數字標號和符號指代。
金屬元件32包括從一元件體34的兩橫向相對端部徑向向外延伸出的一對耳狀體37、以及一對位於元件體和耳狀體之間的凹頸36。金屬環組件31被容納到一個由元件體34和兩凹頸36圍成的環槽35中。一定位環50具有兩相對側邊緣，它們接合到兩鎖止槽51中，鎖止槽51制在兩耳狀體37橫向相對的兩內表面上，由此限制了金屬環組件31越出到外周面外。通過採用上述優選實施例或第二實施例中的工藝降低金屬元件表面上、在圖9中用網影部分表示的應力集中部分的碳濃度，使這些部分的碳濃度低於其它部分處的碳濃度，從而就可以在保證金屬元件32的耐磨性的同時提高金屬元件32的疲勞強度和衝擊強度，其中的應力集中部分也就是環槽35橫向相對兩端上根切部分的表面、兩接合突起43f根部49的表面。
儘管上文對本發明的幾個實施例進行了詳細的描述，但對於本領域普通技術人員來說，可以理解本發明並不僅限於上述的幾個實施例。無須超出在後序權利要求書中記載的本發明設計思想和保護範圍，就可對上述的結構設置作出多種形式的改動。例如，為進行水流噴射而在水中設置的顆粒物也並不僅限於玻璃丸。也可以採用氧化鋁、鋼珠、鑄鐵粉末、以及氧化鋯等陶瓷材料。還可以通過選擇上述列出的任何顆粒物以及控制水流的噴射壓力來防止在金屬元件已進行去除的表面上產生殘餘壓應力。另外，在優選實施例中，金屬元件32的第二根切部分47表面處的碳濃度被降低到低於其它部分碳濃度的程度，對於圖9所示的第三實施例，金屬元件32上一對鎖止槽51及一對凹陷48表面處的碳濃度被降低到低於其它部分碳濃度的程度。
權利要求
1.一種用於無級變速器的傳動帶，其包括一個金屬環組件；以及多個用碳鋼製成、且支撐在金屬環組件上的金屬元件，其中，各個金屬元件上發生應力集中的凹陷處的碳濃度被降低，使該碳濃度低於各個金屬元件上其它部分處的碳濃度，從而增加凹陷處的韌性。
2.根據權利要求1所述的傳動帶，其特徵在於是通過在對金屬元件進行了熱處理之後、去除掉凹陷處的表面而使得各個金屬元件上凹陷處的碳濃度低於其它部分的碳濃度。
3.根據權利要求2所述的傳動帶，其特徵在於凹陷處的表面是用水流噴射的方法進行去除的。
4.根據權利要求1所述的傳動帶，其特徵在於在對金屬元件進行熱處理的過程中，對凹陷處施用一個防滲碳處理。
5.根據權利要求1所述的傳動帶，其特徵在於所說凹陷是指每個金屬元件上一個元件體與一個凹頸之間的連接部位。
6.根據權利要求1所述的傳動帶，其特徵在於所說凹陷是一個接合突起的根部，其中的接合突起裝配到相鄰金屬元件的一個接合孔中。
7.根據權利要求1所述的傳動帶，其特徵在於所說凹陷是制在各個金屬元件上一元件體的徑向內表面的兩橫向相對側上的。
8.根據權利要求2所述的傳動帶，其特徵在於表面上約去除了50微米(μm)的厚度。
全文摘要
本發明公開了一種用於無級變速器的傳動帶，其包括一個金屬環組件以及多個用碳鋼製成、且支撐在金屬環組件上的金屬元件。金屬元件上發生應力集中的凹陷處被進行了表面去除，其中的凹陷也就是指一凹頸的根部上的根切部分、一個接合突起的根部、以及一元件體上的幾個凹陷。表面去除部分的碳濃度要低於其它部分處的碳濃度，從而提高了韌性、疲勞強度以及衝擊強度，同時還保持了其它不發生應力集中部分的表面高硬度，由此使得傳動帶具有很好的耐磨性。
文檔編號F16G5/16GK1401921SQ02128559
公開日2003年3月12日 申請日期2002年8月9日 優先權日2001年8月10日
發明者金原茂 申請人:本田技研工業株式會社