CN101809314B - 无端金属带 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无端金属带。当与环形件的层叠片数的减少对应地减小槽宽度时，会使模具应力剧增而对生产造成妨碍。若分别将元件的槽宽度设为h、板厚设为t、以及头部面积设为S，则满足(h/t)＜1，且(S/h)＞40的关系。在减少槽宽度h的情况下，也增大头部面积，由此能够减小冲切时的流体静压力，从而降低对模具的负载。本发明适用于其在节距线上的宽度为24(mm)、且环形件的层叠片数为6片的元件。

Description

无端金属带

技术领域

本发明涉及一种用于带式无级变速装置上的无端金属带；具体涉及一种推式(push type)无端金属带中的元件(element)的形状，该推式无端金属带包括由多张无端金属板(金属带材(strip))层叠而成的环形件、和由连续安装于该环形件上的多个元件(V型部件(block))。

背景技术

通常，无端金属带缠绕在主动轮(primary pulley)与从动轮(secondarypulley)之间来使用，通过使所述两带轮的可动滑轮(sheave)沿轴向移动而改变有效直径，能够使动力传动旋转无级变速。如图1所示，所述无端金属带1包括：由多张无端金属板4…层叠而成的环形件2、连续安装于该环形件2上的多个元件(V型部件)3，上述这些元件以无端状一连串地构成。如图2详细所示，元件3包括：主体5，其由钢制的具有规定板厚的金属板构成，且具有与带轮相抵接的V字形状的左右侧面(flank)5a；头部7，其通过支柱6与主体相连接；位于支柱6左右的主体5与头部7之间的部分(槽(slot))8形成为用于容置所述环形件2的鞍部9。进而，在作为所述主体5的左右侧面的左右侧面5a上形成有用于流通润滑油的槽5c，而且在头部7的一个面上形成有突起(dimple)D，而在其另一个面上形成有孔H，以保持各部件的姿势。另外，将该头部的沿左右延伸以形成槽8的部分称为耳部7a、7a(参照JP特开平11-108122号公报和JP特开2006-112485号公报)。

所述元件3是通过冲压、例如精密冲裁对规定板厚的带状钢板进行冲切而形成的，另外，所述环形件2构成为，以高精度管理带状钢板以使其对接接合，将多张无端金属板(金属带材)4正确地层叠起来形成为无端状，并保持规定的牵引强度和挠性。

发明内容

以往，所述无端金属带1是通过以将所述环形件2嵌入各元件3的左右槽8中、且使多个元件3…不相互分离开的方式连接各元件3而形成，所述环形件2由较多层例如9层的无端金属板4等构成。

所述环形件2由通过精密管理以将各层以高精度密接起来而形成的无端金属板(金属带材)4…构成，并且使该无端金属板4形成多层，因而使得成本比较高，这也造成了无端金属带1、甚至使用了该无端金属带1的(金属)带式无级变速器的成本增加。

本发明者们开始进行通过减小环形件的层数(无端金属板张数)来实现成本下降的研究开发。研究结果发现，若随着环形件层数的减少而减少元件3的槽8的宽度h，则会使形成元件时的模具应力剧增，这会对形成高精度的元件造成障碍，因而对模具应力与元件形状之间的关系进行了分析，并且对这些元件的形状和功能也进行了分析。

因此，本发明目的在于提供一种无端金属带，其能够通过减少环形件的层数来实现成本下降，而且，特定具有高生产率并且确保了作为轮带的充分功能的元件的形状界限，由此能够解决上述课题。

本发明是一种无端金属带(1)，其通过将多个元件(3)连续安装在由多张无端金属板(4…)层叠而成的环形件(2)上而形成的，其特征在于，

所述元件(3)具有：主体(5)；头部(7)，其以支柱(6)与所述主体(5)连接；槽(8)，其位于所述支柱(6)的左右的所述主体(5)与头部(7)之间，以容置所述环形件(2)，

若将所述槽(8)的宽度设为h、将所述元件的板厚设为t、将所述头部的面积设为S，则所述元件满足(h/t)＜1，且(S/h)＞40的关系。

由此，即使是槽宽度(h)小于元件的板厚(t)、例如6层环形件等的槽宽度较小的元件，通过使头部面积(S)增大槽宽度的40倍以上，也能够减小冲切加工时的流体静压力，而降低对模具的负载，从而能够减少出现模具破裂等生产时的问题，以高效率生产出高精度的元件。

优选的是，若将与能够接触所述环形件(2)的所述槽的长度相当的所述耳部的长度设为b，则所述元件还可满足(S/h)＞17.058·(b/h)-46.676的关系。

由此，能够进一步可靠地降低对模具的负载，并且减小元件的横向摆动(rolling)等，从而确保无端金属带的功能。

进而，若将与能够接触所述环形件(2)的所述槽的长度相当的所述头部(7)的长度设为b，则所述元件还可满足(S/h)＜25.494·(b/h)-53.344的关系。

由此，对通过头部面积的增大来提高元件重心进行限制，能够减轻元件的前后摆动(pitching)等，从而确保无端带的功能。

所述耳部长度(b)为所述环形件宽度的1/2以上。

由此，若耳部长度减小，则耳部与环形件的接触宽度会减少，表面压力的增大导致耐久性的下降，而且还会增大元件的横向摆动量；但通过将耳部长度规定为环形件宽度的1/2以上，则可确保耐久性，限制元件的横向摆动量，从而能够保证无端金属带的功能。

所述元件(3…)在节距线(pitch line)上的宽度为24(mm)，且所述环形件(2)的所述无端金属板(4)的层叠张数为6张。

由此，更适用于所述无端金属带，提高元件的生产性，并且，作为无级变速器用的无端金属带，能够对规定的动力进行顺利且可靠的传送。

另外，优选的是，所述无端金属带是以位于直线部的各所述元件的所述头部的板厚的累加值大于所述主体上部的板厚的累加值的方式，将所述各元件组合来安装在所述环形件上而形成的。

所述元件以直线部的头部板厚大于主体上部的板厚的方式而排列起来，因此，各元件特别在受压侧(compression side)规则，能够降低噪音的产生。

此外，所述括号内的附图标记用于与附图作对照，并不会对权利要求所述的结构造成任何影响。

附图说明

图1是表示可适用本发明的无端金属带的一部分的立体图。

图2的(a)是表示该元件的主视图，图2的(b)是其侧视图。

图3的(a)是表示各种的元件的图，图3的(b)是表示其耳部长度和槽宽度的图。

图4的(a)是表示各种元件的图，图4的(b)表示其元件的图。

图5是以头部面积(S)/槽宽度(h)作为纵轴，且以耳部长度(b)/槽宽度(h)作为横轴来表示各元件的关系的图。

图6是表示各元件的头部面积(S)/槽宽度(h)以及槽宽度(h)/板厚(t)的图。

图7的(a)是表示9层元件重心的图，图7的(b)表示6层元件重心的图，图7的(c)表示头部面积变大的6层元件的重心的图，图7的(d)表示前后摆动。

图8是表示用于分析使用了图7中的各元件的无端金属带的前后摆动的行驶模拟的图。

图9的(a)是表示9层元件的横向摆动的图，图9的(b)是表示6层元件的横向摆动(rolling)的图，图9的(c)是表示减小了耳部长度的6层元件的横向摆动的图，图9的(d)表示横向摆动状况。

图10是表示用于分析使用了9层元件的无端金属带的横向摆动的行驶模拟的图。

图11是用于分析6层元件的横向摆动的行驶模拟的图。

图12是用于分析减小了耳部长度的6层元件的横向摆动状况的行驶模拟的图。

图13的(a)、图13的(b)是分别表示各元件的横向摆动量的图，图13的(c)是表示耳部长度与横向摆动量之间的关系的示意图。

图14是表示元件的板厚测定部的主视图。

图15是表示上下板厚差与噪音之间的关系的图。

图16是表示在各元件位置的前后摆动角度的图。

图17的(a)是表示各元件的受压侧的姿势的侧视图，且表示上下板厚差为正的情况；图17的(b)表示上下板厚差为负的情况。

具体实施方式

本发明在150(Nm)以下的CVT(无级变速器)中，分析出以无端金属板4的张数为6张的6层环形件2就能够在强度上充分应对，由此想到将环形件的无端金属板张数从9张变为6张，在左右2组可节省合计6张的无端金属板，实现大幅度的成本下降。因此，首先，为了求出对无端金属板(金属带材)4的张数为6张的6层环形件2适合的元件3的形状，基于图3对本发明者们所试制的元件进行说明。图3的(a)中，9层表示对以往的无端金属板为9张的9层环形件适合的9层元件，A表示为了使槽8的宽度与6层环形件吻合，在保持所述9层元件的原有形状的状态下使头部7的位置偏移以靠近主体5的元件。因此，仅仅使槽宽度h小于9层元件的槽宽度。此外，环形件2与耳部7a的间隙与9层环形件同样为0.1mm，但偏移了相当于3片无端金属板那样程度的厚度(0.555(mm))。B表示相对于使槽宽度与6层环形件吻合而变窄的A，而使头部7的高度(壁厚)增加变窄的量，将元件高度设为与9层元件同样的高度，且使突起D以及孔H的位置(DH位置)也与9层元件相同的元件。

图3的(a)中，C表示所述B的元件形状的基础上，使头部7的左右耳部7a、7a的前端部7b的下部的R形状增大(0.55→0.82)的元件。即，如图3的(b)所示，当增大耳部7a的前端部7b的下部的R形状时，则相应地缩小了与该环形件2的接触端，且减小了环形件按压量b(5.39→5.124)。图3的(a)中，D表示在所述B形状的元件的基础上缩小了耳部长度b(17.7→16.7)的元件。由此，也减小了环形件按压量(5.39→4.888)。

并且，图3的(a)中，E表示所述B形状的基础上，扩大了下部R(即C结构)，进而使耳部长度与以往的9层元件相比缩小了(17.7→17.3)的元件。由此，使环形件按压量(b)比9层元件稍微减小了(5.345→4.913)。

对冲切成形所述各元件(9层、A、B、D和E)时的模具应力进行比较，则A的模具应力为725(MPa)，比9层元件增大+53％，而经不住实用。B的模具应力为669(MPa)，比9层元件增大了41％，能够进行实用，C、D、E的模具应力进一步减小，特别是E的模具应力为554(MPa)，比9层元件增大了16％，在生产上最为优选。

图4的(a)是包含所述元件(B相当于(1)，E相当于(2)，A相当于(3))而对各种元件进行比较的图表。在此，在元件种类中，例如，“24/6B”表示节距线上的元件宽度为24mm，环形件为6层，由头部壁厚增大的所述试制品B形成的元件；“/”之前的数值表示节距线上的宽度，“/”之后的数值表示环形件层数。另外，“VDT”表示由Van Doone Transmission公司制造，“本田”表示由本田技研工业(股份)制造。此外，槽宽度h、头部面积S和耳部长度b分别如图4(b)所示，板厚t为元件3的板厚。

并且，将h/t、b/h、S/h作为用于判定元件是否适当的指标。另外，对作为所述指标的各尺寸的定义如下所述(参照图2)。槽宽度h表示耳部7a的下表面e与鞍部(面)9之间的间隙(clearance)，元件的板厚t表示头部7的板厚，头部面积S表示从连结耳部下表面e、e′的连线起的头部侧的面积，耳部长度b表示从耳部端部7b的曲线的耳部下表面侧线端(曲线与直线的交点)f到支柱6的侧端面的长度、或从耳部端部曲线的耳部下表面侧的终端部f到槽底部的距离。

当减少环形件层数时(例如从9层减至6层)，由此槽宽度h减小；若使槽宽度h小于元件的板厚t[(h/t)＜1.0]，则在实施元件的槽部的冲切成形时，因小孔冲压原理而使加工力剧增。其结果，使槽部的模具应力急增，而易于发生模具破裂，但是，研究发现，通过增大头部容量(面积)S，能够减小由材料产生的限制，承受侧(元件头部)的流体静压力降低，对模具的负荷降低。

分析所述S/h与模具应力的相关性的结果，可判明，即使h/t＜1，在S/h大于40(S/h＞40)的情况下，大致也能够顺利地连续制作出元件。

图5是以耳部长度与槽宽度的比值b/h作为横轴，且以头部面积与槽宽度的比值S/h作为纵轴，而标绘了所述各元件的值的图。另外，图中的“(a)24/6头部大”和“(b)30/6头部大”是为分析后述元件的功能(主要是随着重心提高而对前后摆动造成的影响)而设计的元件。

图6是表示各种元件的头部面积(S)/槽宽度(h)以及槽宽度(h)/板厚(t)×10的值的曲线图，在图5以及图6中，S/h值超过线A的是在h/t＜1时在模具应力上能够适合的元件。

图7、图8是表示元件重心变化对前后摆动的影响的图。在图7中，(a)表示图3所示的9层元件，(b)表示6层元件E，(c)表示为提高重心而增大头部面积的用于CAD分析的元件。图7的(d)表示元件的前后摆动状况。并且，图8是表示由各元件形成的金属带行驶状态的模拟图。在图8中，从主动轮10出来的金属带1一边压缩各元件3一边向从动轮11行驶，且缠绕在从动轮11上，其后从该从动轮11出来，在松驰(slack)侧(图8的上侧C)以解除作用于各元件上的压缩力的方式返回到主动轮10。由此，使主动轮10的扭矩借助作用于受环形件2限制的状态下的各元件上的压缩力而传送至从动轮11。

此时，在金属带1的受压侧(图8的下侧D)，在压缩力的作用下使各元件相互紧贴一起，因而各元件不会发生前后摆动；但在松驰侧C因各元件间未被压缩而会发生前后摆动，因而该松驰侧C成为发生前后摆动的区域。在该区域C，各元件在从从动轮11出来后形成为沿切线方向抛出那样的状态，并发生了前后摆动；但元件的重心位置越高，则前后摆动变稳定越慢，6层用的元件(参照图7的(b))在从从动轮11稍稍行驶出之处变稳定；但重心高的6层重心UP(参照图7的(c))在与主动轮10开始接合附近或接合后变稳定。

即，重心越高，元件的前后摆动变稳定就越迟，在所述模拟图中，为9层＜6层＜＜＜6层重心UP。其中，6层重心提高元件在金属带的松驰侧C继续进行前后摆动，在与主动轮10抵接过程中其前后摆动受到强制性的抑制，而对金属带的动力传动的功能造成障碍。此外，在上述模具应力方面能够适合的元件即h/t＜1的元件中，根据头部面积S越大则元件重心越高的情况，容易产生离心力增大以及前后摆动，因而优选S/h＜110。

接着，基于图9至图12来分析元件的耳部长度对元件的横向摆动的影响。在图9中，(a)表示最先示出的9层元件，(b)表示6层元件E，(c)表示使耳部长度相对于图9(b)减小的元件，(d)表示横向摆动状况。图10～图12是用于分析在将由所述各元件构成的金属带1缠绕在主动轮10和从动轮11上来传送动力的状态下的各元件的横向摆动的图，图10表示图9的(a)中的9层元件，图11表示图9的(b)中的6层元件，图12表示图9的(c)中的耳部长度缩短元件。

在图10～图12中，各元件在松驰侧C相互间未发生压缩，因而必然会发生横向摆动，该松驰侧C的横向摆动在功能上不会成为大问题。另一方面，受压侧D直接参与动力传动，若在该受压侧元件的横向摆动较大，则成为阻碍顺利进行动力传动的主要原因。因此，当比较图10～图12时可知，在图10的9层带中受压侧的横向摆动较小，而图11的6层带、图12的6层耳部长度缩短带的横向摆动程度依次变大(9层＜6层＜6层耳部长度缩短)。

即，耳部长度越短，则耳部前端部7b与环形件2越难以发生接触，而使横向摆动量增大，导致金属带的耐久性降低。图13示意性地表示其关系，其中，(a)所示的耳部长度长的元件3₁的横向摆动量θ₁变小，(b)所示的耳部长度相对短的元件3₂的横向摆动量θ₂变大，形成了(c)所示的关系。此外，需要使耳部长度b至少可推压环形件宽度的1/2，而需要使耳部长度b为环形件2宽度的(1/2)以上。

因此，在图5中，优选S/h在连结(9)30/6A与(3)24/6A的线即S/h＝17.058·(b/h)-46.676…(E)之上，且如上所述S/h在大于40的范围内。

即，优选(S/h)＞17.058·(b/h)-46.676，且(S/h)＞40。

进而，在图5中，示出“(a)24/6头部大”以及“(b)30/6头部大”的元件，即，示出节距线上的主体宽度为24(mm)或30(mm)，且具有6层带用的槽宽度(h)，并且如图7(c)所示增大了头部而提高了重心的元件。

在图5中，若S/h在连结所述(a)与(b)的线即S/h＝25.494·(b/h)-53.344…(F)之上，则会发生前后摆动而在功能上不优选，因而优选S/h在小于所述式(F)的范围。

即，优选S/h值在(S/h)＜25.499·(b/h)-53.344、且(S/h)＞40、(S/h)＞17.058·(b/h)-46.676的范围内。进而，优选耳部长度(b)为环形件宽度的1/2以上。

一般，无端金属带1通过将大致400张的元件3组装在环形件2上而构成无端状。约400片的元件大致有合计200张左右与主动轮10以及从动轮11相接合，另外，在两带轮之间的两直线部(受压侧D和松驰侧C)分别具有100张左右。此时，各元件3在通过精密冲切而形成后，经滚筒加工工序(barrel process)进行去飞边作业，而未进行对元件表面实施研磨作业等用于调整板厚的作业。因此，各元件3的板厚各稍微不同，这些板厚稍微不同的元件各自平均10张的批代表值(组装10张时从侧面观察的倾斜量)以0(mm)为中心在规定范围内波动，将各元件相互匹配组装起来，使得100张元件的累加值(倾斜量)落在规定范围内。

如图14所示，关于用于由上述6层金属板构成的环形件2上的元件3，测量头部7的左右耳部7a部分a、b的板厚和主体5上部的与槽8相邻接的左右部分(鞍部9)d、c的板厚(将所述各部分的板厚分别标记为a、b、c、d)。并且，根据该测量值按[(a+b)/2]-[(c+d)/2]式子计算出各元件的上下板厚差，若该板厚差为“+”时，则表示头部(head)比主体上部厚；若所述板厚差为“-”时，则表示头部(head)比主体上部薄。

图15是以100张元件为单位对所述各元件的上下板厚差累加后的值作为横轴，且以使用由具有各板厚差的各元件形成的无端金属带(单元)而运转时的噪音(dB)作为纵轴，标绘出各单元的图，图中的○表示加速状态。所谓加速状态是指车速正在增大的状态。

从该图15中可知，关于6层元件，存在随着上下板厚差增大则噪音下降的倾向，上方的实线M表示在加速状态下的将各单元的分布中央部分连结起来的线，上方的虚线P表示在加速状态下的3σ的线。在实际应用上，关于噪音，在加速状态下的上下板厚差为正(+)的情况下，3σ的线在规定噪音Q以下，进而，上下板厚差大于0(mm)即可。

若所述板厚差变大，则头部部分过重，容易在离心力的作用下发生前后摆动以及/或者横向摆动，因而不优选。

图16是用于分析将无端金属带缠绕在主动轮和从动轮而进行运转的状态下的位于各位置的元件的前后摆动角度的图。另外，关于所谓元件的前后摆动角度，当元件位于各带轮上时，是指元件相对于带轮轴线的角度；在元件位于两带轮之间时，是指元件相对各元件的节距线上的垂直线的角度，将金属带的移行方向前侧(前倾)设为“+”(正)，而将金属带的移行方向后侧(后倾)设为“-”(负)。另外，将使用了所述上下板厚差为正的元件的单元标示为○，且将使用了上下板厚差为负的元件的单元标示为△。

在各元件缠绕抵接于主动轮上的位置(Pri)、以及缠绕抵接于从动轮上位置(Sec)上，无论上下板厚差如何，各元件的前后摆动角度都大约保持为0度。在从从动轮向主动轮移行的松驰侧，各元件处于自由的状态，而形成零乱的角度。

在从主动轮向从动轮移行的受压侧，各元件相互受到压缩力的作用而限制了前后摆动。上下板厚差为正的元件(参照符号○)在所有的范围内大致规则，使得在从主动轮出来的一侧，元件的前后摆动角度为负，即向后倾侧倾斜，在两带轮的中央部，前后摆动角度大致为0，移向从动轮时，前后摆动角度为正，即缓缓增大前倾方向的倾斜度。与此相对，由上下板厚差为负的元件(参照符号△)大致零乱地分散在整个区域中。

这正如图17的(a)所示，上述的上下板厚差为正的各元件在压缩侧形成从后倾到前倾的趋势，以拱形状排列在其整个区域上，可抑制由弦振动等产生噪音，并且可有条不紊地进行各元件从主动轮上脱离、元件与从动轮开始接合，从而抑制噪音的产生。与此相对，如图17(b)所示，上下板厚差为负的各元件在受压侧也较零乱，而在直线部产生弦振动，而且，各元件在结束与主动轮的接合时、开始与从动轮的接合时姿势不整齐，这也造成产生噪音的原因。

产业上的可利用性

本发明涉及一种用于带式无级变速装置的无端金属带，而带式无级变速装置可用作装载于汽车中用于使发动机等动力源的动力变速而传送至车轮的变速装置。

Claims (6)

1.一种无端金属带，其通过将多个元件连续安装在环形件上而形成，所述环形件由多张无端金属板层叠而成，其特征在于，

所述元件具有：主体；头部，其通过支柱连接在所述主体上；槽，其位于所述支柱左右的所述主体与头部之间，以容置所述环形件，

若将所述槽的宽度设为h、将所述元件的板厚设为t、将所述头部的面积设为S，则所述元件满足(h/t)＜1，且(S/h)＞40的关系。

2.根据权利要求1所述的无端金属带，其特征在于，

若将与能够接触到所述环形件的所述槽的长度相当的所述头部的耳部长度设为b，则所述元件还满足(S/h)＞17.058·(b/h)-46.676的关系。

3.根据权利要求2所述的无端金属带，其特征在于，

若将与能够接触到所述环形件的所述槽的长度相当的所述头部的耳部长度设为b，则所述元件还满足(S/h)＜25.494·(b/h)-53.344的关系。

4.根据权利要求2或3所述的无端金属带，其特征在于，

所述耳部长度为所述环形件宽度的1/2以上。

5.根据权利要求1所述的无端金属带，其特征在于，

所述元件在节距线上的宽度为24mm，

所述环形件的所述无端金属板的层叠张数为6张。

6.根据权利要求1所述的无端金属带，其特征在于，

所述无端金属带以位于直线部的各所述元件的所述头部的板厚的累加值大于所述主体上部的板厚的累加值的方式，将各所述元件组合来安装在所述环形件上而形成。

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