CN101473209B - 推带测试方法和用于执行这种方法的测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于确定推带(10)的操作使用期限的测试方法，该推带(10)包括多个横向元件(11)，横向元件(11)滑动地布置在一个或多个环形拉伸装置(12)上，其中带(10)围绕驱动带轮(2；61)和从动带轮(3；62)安装而与其各自的锥形带轮槽轮(21，22；31，32)摩擦接触，其中拉伸装置(12)由带轮(2，3；61，62)施加在横向金属元件(11)上的径向向外朝向的力拉伸，并且其中带(10)和带轮(2，3；61，62)通过向驱动带轮(2；61)施加输入转矩(T₂)而旋转。依照本发明，径向向外朝向的力因此超过带(10)能够传递所述输入转矩(T₂)所最低需要的力。

Description

推带测试方法和用于执行这种方法的测试设备

技术领域

本发明涉及一种用于推带的测试方法，特别是用于监测推带制造过程，其中最终产品推带的质量通过确定随机采样样本的功能使用期限测试或表示的寿命周期测试进行测试。

背景技术

这样的推带通常可以从例如欧洲专利申请EP-A 1 089 013获知，并且主要地用作在主要用于汽车中的众所周知的无级变速器的两个可调节带轮之间进行动力传输的装置。已知的推带包括大量相对薄的横向金属元件，它们滑动地包含在一个或多个环形拉伸装置上，拉伸装置均包括至少一个扁平的金属环。然而，环形拉伸装置通常包括两层组的多个相互径向地嵌套的这种环。推带环部件通常由马氏体钢制成，a/o提供了很好的抗拉强度与很大的抗金属疲劳的材料性能，该性能是推带应用于汽车传动装置中所需的。

推带的质量被严格地监测以确保它负荷预先确定的高标准，这样推带在实际应用期间过早失效的风险就很小。这种质量监测通常包括非破坏性测试，例如推带的环和横向元件部件的光学检查用于从制造过程中除去损坏的部件，以及测量这些部件的尺寸准确性用于除去不准确地生成的那些部件。所述质量监测通常还包括破坏性测试，例如基底材料张应力和部件疲劳强度测试。很明显，该类测试方法仅仅可以在有限数目的样本上执行。

然而，在推带制造的日常实践中，已经证明除了上述测试之外，同样不可缺少的是最终产品推带的随机选取的样本也会受到破坏性的测试，特别是其拉伸装置在优选地等效但是至少表示带的预期应用的测试条件下的寿命周期疲劳测试。因为在推带的正常操作期间推带的许多各自横向元件和环部件之间以及推带和驱动带轮之间出现的力和/或运动的复杂性，所以这种测试是必需的。然而力的该复杂性不能令人满意地分散到其相关的单独地界定和相互不相关的构成部分中。即，甚至是结合起来，已知的部件测试方法不会对于利用破坏性的最终产品测试进行的拉伸装置寿命周期疲劳测试提供技术上和/或经济上可行的替换。

另外，已知的破坏性最终产品测试方法具有的缺点是它是极其成本密集的，因为测试条件表示超过推带的预期和统计上界定的使用寿命的负荷条件。例如，用于汽车即车辆的推带应用的典型破坏性测试包括布置在电动机和止动器之间的测试台上的传动装置中几百小时的测试，且电动机在全部时间会生成相当于预期应用的最大发动机功率的功率。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种破坏性最终产品测试方法，该测试方法比到目前为止应用的方法具有更低的成本密集性，而仍然满足测试结果表示将实际即在车辆的其实际应用中观察的推带使用寿命的要求。依照本发明，这是由本权利要求1的测试方法实现的。已经通过实验方法证实，该新颖的方法可以生成类似于此前应用的方法的结果，并且更重要地，这些结果也统计地表示在车辆中应用时的实际推带使用寿命。

该新颖的方法的主要改进是相当大地减小了将由电动机生成的功率并且因此减小了在测试期间消耗的能量的总量，藉此可以显著地降低测试台的固定(即，构造)和可变(即，操作)成本。在依照本发明的方法中，在带上的负荷特别是其拉伸装置的疲劳负荷是由带的纯粹拉伸静态地实现至很大的程度。因此，这种拉伸相当大地超过利用带和带轮之间的摩擦传递由电动机生成的转矩最低地所需的拉伸。依照本发明的方法允许传递低的多的转矩，即允许电动机生成远远小于预期应用的最大发动机功率的功率，而带仍受到反映预期应用的高负荷条件。

事实上令人惊讶的是后一种测试方法会生成代表性的测试结果，因为众所周知金属疲劳主要地是通过张应力变化的幅度确定的，藉此张应力的平均静止水平就仅仅是次等重要。所以，仅仅增大张应力水平，在这种情形下通过超过传递电动机转矩所需的带的所述拉伸，通常不能期望表示实际应用中的增大的疲劳负载，这种疲劳负载在这种情形下是由增大的发动机转矩表示的。然而，相对于推带，已经令人吃惊地发现可以通过该新颖的方法获得代表性的测试结果。

依照本发明，该新颖的测试方法依赖并且便利地利用推带的特殊特征，该特殊特征使之与其它类型的传动带区分开。使用推带，发动机转矩主要地通过施加在带的横向元件之间的压缩力在传动装置的带轮之间传递，该力是利用与驱动带轮的摩擦实现的并且该力也利用摩擦导致转矩生成在从动带轮上。因此推带的拉伸装置的主要功能是防止驱动和从动带轮之间的各个横向元件的阵列在施加在它们之间的压缩力的影响下弯曲。所以在正常操作期间，拉伸装置仅仅需要拉伸至允许横向元件传递发动机转矩而不会弯曲即没有裂开的程度。另外，在推带操作期间，在拉伸装置中由于与横向元件的摩擦也会生成一个张应力幅值。然而，这种张应力幅值仅仅会相对于传递的转矩略微地改变。此外，这种张应力幅值与传动带或传动链中的应力幅值相比较小，其中整个从动带轮转矩是由从动带轮的入口和出口侧之间的带张力之差生成的。

依照本发明，高发动机转矩对于推带的疲劳负荷的影响事实上可以由在低发动机转矩的带的附加静止拉伸表示。更加如此，因为通过拉伸装置的附加静止拉伸，横向元件和拉伸装置之间的摩擦力会自动地增大，如同由此导致所述张应力振幅那样。当然，拉伸装置的总体疲劳载荷到了由循环地改变的弯曲应力确定的很大的程度，该应力由在其于传动装置内旋转期间沿纵向方向弯曲和拉伸的拉伸装置生成，即不依赖于发动机转矩。

优选地，径向向外朝向的力超过带能够传递所述输入转矩最低所需的力的1.5倍或更大的因子，优选地超过大于2倍的因子。除了发动机转矩之外的其它测试条件优选地设置成对应于实际应用中的条件。这种条件例如包括驱动和从动带轮处推带的运转半径以及其旋转速度的参数。

另外依照本发明，在新颖的测试方法的特定实施例中，应用发动机转矩根本不是测试参数，即传动装置的输出，或从动侧根本没有连接到负荷(例如上述测试台制动器)上，这样就没有输出(反抗)转矩应用到从动带轮上。这意味着上述因子变得非常大，即至少相对于从动带轮接近无穷大。在测试方法的该特定实施例中，电动机仅仅生成相对小的转矩，仅仅补偿功率损耗以保持传动装置旋转。在旋转时，拉伸装置的疲劳负荷几乎全部由推带的静止拉伸实现。

除了对于已知寿命周期疲劳测试上的上述改进之外，此外优选地，但是也可能是或者，可以依照本发明改进执行测试所需的时间。通过使推带经受超过预期应用的疲劳负荷，直至失效，即直至拉伸装置疲劳断裂的测试持续时间会缩短。已经通过实验方法证实，该后一种方法可以生成类似于此前应用的方法的结果，并且更重要地，这些结果也统计地表示在车辆中应用时的实际推带使用寿命。

本发明还涉及用于执行推带寿命周期测试特别是能够执行依照本发明测试方法的测试设备。EP-A-1.369.618中描述了传统测试设备的典型的配置。已知测试设备包括可调节的驱动和可调节的从动带轮，每个带轮均具有布置在带轮轴上的两个截头圆锥形带轮槽轮，并且每个带轮的至少一个槽轮在与这种可移动槽轮相关的活塞/缸组件的缸内腔中施加的液压的影响下相对于各个带轮轴轴向可移动地装配。推带围绕带轮轴装配，同时由于分别地施加的缸压力而夹在各个带轮的槽轮之间。事实上，这种已知测试设备的配置基本上对应于实际车辆传动装置。

轴向朝向的带轮夹紧力经由带轮槽轮的锥形表面施加在推带的横向元件的侧面上，这样就会在它们之间实现法向力并且这样横向元件就被迫沿径向向外。因为这种径向向外的力发生在两个带轮上，所以推带的拉伸装置就因此被拉伸。所述法向力继而允许转矩从驱动利用带轮和横向元件之间的摩擦传递至从动带轮。

已知测试设备的缺点是活塞/缸组件旋转，该特征尤其是与需要应用的相对高的缸压力(例如多达80巴)结合时，会导致液压液体从缸的相当多的泄漏，该泄漏需要利用基本上连续操作的泵进行补偿。因此并且因为带轮的复杂设计，已知测试设备无论是构造还是操作上都相当昂贵。

本发明的一个目的是提供一种用于执行推带寿命周期测试的测试设备，它比已知的设备操作更廉价并且优选地也更易于建造。依照本发明，这是由本权利要求3的测试设备实现的。

在依照本发明的测试设备中应用了两个固定带轮，即没有轴向移动槽轮的带轮，这些带轮可以利用作用在至少一个带轮轴上的设备的轴位移装置径向地移动分开。当推带围绕带轮安装时，拉伸装置的所述夹紧力和所述拉伸然后通过利用轴位移装置迫使带轮轴径向地离开来实现。

依照本发明的测试设备还设置有直接连接至驱动带轮的电动机或发动机。另外，测试设备可以设置有直接连接至从动带轮的制动器。然而，如果测试设备用于执行依照本发明的测试方法，制动器就不是必需的。

附图说明

下文将参照附图描述本发明的详细实施例。

图1概略地显示了设置有两个带轮和推带的已知无级变速器的剖面图。

图2显示了图1中所示的传动装置的简化侧视图。

图3显示了已知推带面向沿纵向方向的剖面图。

图4示意性地显示了用于测试已知推带的疲劳强度的已知测试设备。

图5示意性地显示了用于测试已知推带的疲劳强度的依照本发明的改进的测试设备。

图6是提供在推带上使用依照本发明的测试设备执行的寿命周期疲劳测试的结果与使用已知测试设备获得的测试结果比较的图形。

具体实施方式

图1显示了通常应用在汽车的动力传动系统中其发动机和从动轮之间的已知无级变速器1的中心部分的剖面图。在图2中提供了该传动装置1的简化的侧视图。

已知的传动装置1包括两个带轮2和3，每个带轮均分别设置有两个带轮槽轮21、22和31、32，传动带10安装在其间用于从驱动带轮2向从动带轮3传递旋转运动M和伴生的转矩T。带轮槽轮21、22、31和32的形状总体上为锥形并且每个带轮2、3的至少一个带轮槽轮22、32包含在传动装置中，该传动装置沿着其上布置了各自的移动槽轮22、32的各自的带轮轴20、30轴向地移动。至少在所示实施例中，每个带轮2、3的各自的其它槽轮21、31不可移动地固定至例如各自带轮轴20、30的整体部分上。

在传动装置1的操作期间，通过在与每个各自的带轮2和3相关的活塞/缸组件22—24、32—34的缸内腔24、34中应用液压，传动带10分别地夹在带轮2和3的槽轮21和22与31和32之间。传动装置控制器(未显示)被用于判断和实现各自缸内腔24和34中的压力级P2和P3，该压力级P2、P3判断最大可以在传动带10和各自的带轮2、3之间传递的转矩T以及传动装置1的几何传动比。该几何传动比由传动带10在从动带轮3处的有效运转半径R3和传动带10在驱动带轮2处的有效运转半径R2的商确定，该比值可以在数值的范围内连续地改变。

如图2并且如图3的纵向剖面图中详细地所示，传动带10是所谓的推带型，包括实际上连续系列的相对薄的横向元件11，为了简化仅在图2中显示了其中的一部分，它们设置在主要地与其横向地定向的推带10的环形拉伸装置12上，其方式为它们可以沿其纵向方向滑动。拉伸装置12自身包括两组多个径向嵌套的连续的平而薄的金属环。

已知推带10显示在图3的纵向剖面图中，它夹在驱动带轮2的槽轮21和22之间的位置处。使用这种推带10，传输输入转矩T₂主要通过在其横向元件11之间施加的压缩力从驱动带轮2传递到从动带轮3，这力是通过驱动带轮2的锥形槽轮21和22和横向元件11的倾斜侧面6之间的摩擦实现的并且该力使转矩T，在该情形下为传输输出转矩T₃，也利用摩擦生成在从动带轮3上。因此推带10的拉伸装置12防止驱动带轮2和从动带轮3之间的各个横向元件11的阵列在元件11之间施加的压缩力的影响下弯曲。拉伸装置12经由带轮夹紧力Fc的径向向外朝向的力分量拉紧，该力分量是由带轮槽轮21、22的锥形形状生成的。

为了监测推带制造过程的质量，已知对随机选取的生产样品进行破坏地测试。特别是，测试拉伸装置12的疲劳强度，即其各个环部件，是否满足当前标准。因此应用的测试设备和测试方法构成了其中应用推带10的实际车辆传动线和负荷情况的表示。这就是说，图4中示意性地显示的已知测试设备50包括表示车辆发动机的电动机51、类似于如上所述的车辆传动装置1的传动装置52和表示由车辆的从动轮占据的负载的制动器53，藉此电动机51、制动器53和传动装置52中的带轮夹紧力即缸压力P2和P3全部被控制和/或操作以模拟推带10的实际应用。

与上述已知测试相关的问题是它是极其成本密集的，因为相当多的功率会由例如200kW或更高的电动机生成延长的时段，例如400小时或更久。尽管申请人已经成功地开发并且当前操作测试设备50，其制动器53的形式为至少部分地(再)转换机械功率为电能的发电机或电机，然而仍然继续存在(进一步)降低测试成本的愿望。

依照本发明，这种成本降低可以通过有利地简单措施实现，该措施应用传动装置转矩T和响应其而施加的带轮夹紧力Fc的比值，其中带轮夹紧力Fc比实际应用中高很多。换句话说，在新颖的测试方法中，电动机51会生成较低的功率，而带10的疲劳加载由拉伸装置12中的附加的拉伸即超过传递传动装置转矩T本身所需的测试水平上。另外，依照本发明，所述方法甚至可以应用至从动带轮3完全不被制动的程度，这样传动装置转矩输出转矩T₃和由从动带轮3施加的夹紧力Fc例如由从动带轮缸压力P3之比就变成无穷大。当然，本发明的该后一特征向所述制动器53提供了冗余并且允许在通过遗漏制动器53依照当前讨论的新颖方法执行推带寿命周期测试时应用顺利地简化的测试设备60。图5中示意性地显示了这样修改的测试设备60。

依照本发明，该后一种测试设备60还包括改进即设计简化，即夹紧力Fc是通过利用带轮轴位移装置63迫使测试设备60的测试带轮61和62径向地离开实现的。在此实例中，带轮轴位移装置63经由其带轮轴62a的轴承62b利用螺钉轴63a作用在从动测试带轮62上，螺钉轴63a优选地以自锁方式保持在轴向固定的螺母63b中，且该螺母63b由伺服电动机63c旋转以用于轴向地移动轴63a。因此，可以通过所述伺服电动机63c的适当驱动来伸缩轴63a，从而控制测试带轮61、62之间的径向距离和/或在其间设置的带10的拉伸量。当然，几种其它类型的位移装置63可以被预期并且很容易地得到，例如活塞/缸装置乃至利用电缆装接到径向移动的带轮62的自由悬挂重量。

因此，所述的活塞/缸组件22—24和32—34也被认为是多余的并且在测试设备60的本设计中不考虑。替换的是，应用了实际固定的测试带轮61、62，它们限定了推带10的固定的运转半径并且因此限定了测试期间的固定传动比。这些测试带轮61、62优选地布置在测试设备60中，这样它们就可以很容易地与界定其它运转半径的其它固定带轮交换用于以任意期望的几何传动比测试。

依照本发明的测试设备60的另一个优点是它可以通过利用位移装置63设定测试带轮61、62之间的适当径向距离而很容易地适应不同圆周长度的推带。

图6表示所谓的威布尔图，该图或图形提供了推带10的失效PF相对于应用的测试条件下其相对使用期限RL的概率。在这种情形下，这种失效是推带10的拉伸装置12的疲劳断裂，而其各个使用期限是由例如带10的转数量化的失效时间确定的。当然，在可以绘制这种威布尔图之前，必须单独地测试多个推带10。在图6中，正方形表示通过应用依照本发明方法在使用依照本发明的上述测试设备60时获得的测试结果，而圆圈表示使用已知测试设备50的参考测试的结果。线T是直线，即穿过由所述正方形表示的前一个测试结果的线性拟合并且线R是穿过由所述圆圈表示的后一个参考测试结果的线性拟合。从图6中可以明显看出，在执行依照本发明的测试方法时，新颖的测试设备60会生成与使用所述已知测试设备50此前获得的基本上相同的结果。

Claims (7)

1.一种用于确定传动带(10)的操作使用期限的测试方法，该传动带(10)包括多个相对薄的横向金属元件(11)，横向金属元件(11)以实际上连续的系列滑动地布置在传动带(10)的至少一个环形拉伸装置(12)上，该环形拉伸装置(12)包括一个或多个扁平的金属环，所述方法用于监测传动带(10)制造过程中最终产品质量，其中传动带(10)围绕驱动带轮(2；61)和从动带轮(3；62)安装而与其各自的锥形带轮槽轮(21，22；31，32)摩擦接触，其中环形拉伸装置(12)通过由带轮(2，3；61，62)施加在横向金属元件(11)上的径向向外朝向的力拉伸，并且其中传动带(10)和带轮(2，3；61，62)通过向驱动带轮(2；61)施加输入转矩(T₂)而旋转，其特征在于，径向向外朝向的力超过传动带(10)能够传递所述输入转矩(T₂)所最低需要的力。

2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，径向向外朝向的力超过最低需要的力1.5倍或更大的因子。

3.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，传动带(10)和带轮(2，3；61，62)被旋转而基本上没有输出反抗转矩(T₃)施加到从动带轮(3；62)上。

4.如权利要求2所述的测试方法，其特征在于，所述因子为大于2倍的因子。

5.一种适于用在执行如权利要求1-4之一的测试方法的测试设备(60)，包括其中能够安装将被测试的传动带(10)的驱动测试带轮(61)和从动测试带轮(62)，以及位移装置(63)，该位移装置(63)能够将测试带轮(61，62)沿径向相对于彼此移动，以用于拉伸将被测试的传动带(10)，其中驱动测试带轮(61)的轴(61a)旋转地连接到电动机(51)上，其特征在于，从动测试带轮(62)的轴(62a)完全没有连接到负荷上，即可以在轴承(62b)中自由地旋转。

6.如权利要求5所述的测试设备(60)，其特征在于，位移装置(63)包括保持在螺母(63b)中的螺钉轴(63a)，该轴(63a)和螺母(63b)由位移装置(63)的伺服电动机(63c)相对地旋转，该轴(63a)和螺母(63b)中的至少一个轴向地固定并且相应的另一个部件(63a，63b)被固定到从动测试带轮(62)上。

7.如权利要求5或6所述的测试设备(60)，其特征在于，测试带轮(61，62)均设置有固定槽轮，因此界定了用于将被测试的传动带(10)的固定运转半径。

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