CN102549301A

CN102549301A - 具有叠层钢环组的传动带

Info

Publication number: CN102549301A
Application number: CN2010800451044A
Authority: CN
Inventors: B·彭宁斯; M-D·特兰
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-10-05
Also published as: EP2486303A1; WO2011043648A1; EP2486303B1; NL1037364C2; KR101802539B1; CN102549301B; KR20120083882A

Abstract

本发明涉及一种包括钢质横向元件的传动带，每个横向元件设置有容纳传动带的环形托架(31)的一部分的凹陷，所述环形托架(31)由径向叠置的钢环(32)的叠层组构成，每个环(32)包括渗氮表面层(50)。至少环形托架(31)的径向最外环(32-O)的径向向外表面(51)处的渗氮层(50)，和/或至少环形托架(31)的径向最内环(32-I)的径向向内表面(52)处的渗氮层(50)，是比环形托架(31)的中间环(32-B)的渗氮层(50)要厚。

Description

具有叠层钢环组的传动带

技术领域

本发明涉及一种用于通常应用于机动车辆中的公知滑轮型的连续可变传动机构或CVT中的传动带。

背景技术

一种公知类型的传动带在EP-A-1 403 551中详细描述，并且也在本领域中称为压带(push belt)。已知的传动带包括多个钢区段，每个钢区段设置有至少一个凹陷，但是通常为两个凹陷，每个凹陷容纳着传动带的成组的多个相互的同心嵌套的柔性钢环。在本领域，钢区段也称为横向元件，环被称为环带或环形带，并且叠层的成组的环被称为环形张紧装置(endless tensile means)或托架。在本类型的传动带中，横向元件未连接至环形托架，而是在CVT中的操作期间沿着其周边滑动。而且，环形托架的各个环在操作期间相对彼此进行滑动。

对于目前的传动带应用，环由马氏体时效钢生产，这种类型的钢组合了相对有利的材料可焊性和塑性变形性，很好的抗张强度以及对于磨损和弯曲和/或张力疲劳的良好抵抗性(至少在适合的热处理之后)。已知的环提供有相当硬度的芯部材料，用以实现良好的张力、屈服和弯曲强度与较高的金属抗疲劳性，这种环芯被包围在显著更硬的、并且因而耐磨的环材料的外表面层中。所述硬表面层的厚度在制造时小心地控制，以限制内部环应力并给环提供允许纵向弯曲的足够弹性以及抗疲劳断裂性。当然，尤其后一特点在环的压带应用中是非常显著的，因为其在使用寿命期间经受无数的负载和弯曲循环。

用于这种环的已知制造方法的基本原理是本领域公知的。尤其，即为了形成前述硬质表面层，已知的环制造方法至少包括氮化处理环材料的处理步骤，通常是气体软氮化，即将环材料在大约450℃的温度下保持于包含氨气的气氛中，结果使得氮原子扩散入所述表面层内以形成渗氮层。氮的扩散深度，即渗氮层的厚度，取决于氮化处理的数个参数，比如环表面处的氨气浓度以及处理温度和持续时间。日本专利公开JP-A-2000-337453提及：氮化层的厚度为环的总厚度的10％至20％，将代表环的传动带应用的最佳厚度。由于已知传动带环的厚度为0.185mm，根据现有技术，它们应当提供有19至37微米(μm)的渗氮层。要说明的是，在本申请的内容中，渗氮层的厚度在环的抛光并适当蚀刻的横截表面上(借助于显微镜)通过光学地确定。

发明内容

本发明旨在对上述现有技术进行改进，并且进一步提高传动带的使用寿命和/或降低其制造成本。根据本发明，这个目标通过具有后述权利要求1特点的传动带来实现。根据本发明，通过区分环组的多个分开的环之间的氮化层厚度，环形托架的疲劳强度能整体地得到改进。更具体地，已经发现：在环形托架的两个邻接环之间的滑动接触过程中，相比于横向元件的滑动接触而言，环的表面明显地不易于遭受磨损和/或接触负载。因而，根据本发明，托架的中间环(即定位于径向最外环和径向最内环的中间的环)的氮化层的厚度，是小于托架的径向外侧处(即其径向最外环的径向向外表面处)的氮化层的厚度，和/或是小于托架的径向内侧处(即其径向最内环的径向向内表面处)的氮化层的厚度。优选地，托架的径向外侧处和/或托架的径向内侧处的氮化层是中间环的氮化层的厚度的1.5至4倍，更优选地是其大约2倍厚。

根据本发明的传动带的环形托架的中间环至少能更加成本有效地和/或更快速地制造，尤其是对于进行氮化处理而言。而且，传动带的整体疲劳强度通过本发明得到改进。

具体地，关于马氏体时效钢合金而言，其取自以下的范围：17-19％(重量百分比)镍、4-6％(重量百分比)钼、8-18％(重量百分比)钴和余量铁(balance iron)，可能有少量添加钛，即重量百分比小于1％，已经研究了氮化层的优选厚度。根据本发明，中间环在此情况下优选地设置有厚度在10和18μm之间的氮化层，而环形托架的径向外侧和/或环形托架的径向内侧的氮化层具有在25和35μm之间的厚度。

附图说明

本发明的基本原理现在将以举例的方式连同附图阐述，在附图中：

图1提供了设置有传动带的公知连续可变传动机构的示意性地绘出的示例，

图2是传动带的透视性截面图，

图3图示了传动带的环部件的已知制造方法的目前相关部分，

图4是根据现有技术的传动带的环形托架的示意性横截面，并且

图5是根据本发明的传动带的环形托架的示意性横截面。

具体实施方式

图1示出了常用于机动车辆的在其发动机和驱动轮之间的驱动线路中的已知连续可变传动机构或CVT的中心部件。传动机构包括两个滑轮1、2，每个设置有两个圆锥滑轮盘4、5，其之间限定了基本上V形的滑轮槽，并且其中一个盘4可沿着其所放置于其上的相应滑轮轴6、7进行轴向移动。传动带3缠绕在滑轮1、2周围，用于将旋转运动ω和伴随的扭矩T从一个滑轮1(或2)传送至另一个滑轮2(或1)。传动机构通常还包括致动装置，其在所述至少一个盘4上施加一个朝向对应另一滑轮盘5的轴向定向的夹持力Fax，以使得传动带3被夹持于其间。而且，传动机构的在从动滑轮2的旋转速度和驱动滑轮1的旋转速度之间的(速率)比值相应地得到确定。

已知传动带3的示例在图2的截面图中更详细地示出，所述传动带3具有环形托架31。环形托架31仅部分地示出，并且在这个示例中由两组薄且平(即带状)的柔性钢环32构成。传动带3还包括多个由环形托架31保持在一起的板状横向元件33，所述环形托架31定位于横向元件33的凹陷37中。横向元件33承受着所述夹持力Fax，以使得当输入扭矩Tin施加于所谓的驱动滑轮1上时，在滑轮盘4、5和带3之间的摩擦引起驱动滑轮1的旋转经由同样的旋转传动带3而传递至所谓的从动滑轮2。

在CVT中的操作期间，传动带3并且尤其是其环32经受循环变化的张力和弯曲应力，即疲劳负载。通常，环32的金属抗疲劳性，即疲劳强度，相应地确定着传动带3在所传递的给定扭矩T下的使用寿命。因此，在研发传动带制造方法的过程中存在一个长期的总体目标，是以最小的组合材料和处理成本来实现所需的环疲劳强度。

图3示出了用于传动带环部件32的已知制造方法的相关部分，其中分开的处理步骤用罗马数字标识。在第一个处理步骤I中，通常厚度在0.4mm和0.5mm之间的基材的薄片或薄板11被弯曲成圆筒形，并且相遇会合的板端12在第二处理步骤II中焊接在一起，以形成开口的空心柱体或管13。在处理的第三个步骤III中，将管13进行退火处理。此后，在第四个处理步骤IV中，管13被切割为若干环形的箍14，其随后在第五处理步骤V中被轧制将其厚度减小至小于0.250mm，通常是大约185μm，同时进行伸长。在轧制之后，箍14通常被称为环32。环32然后经受又一或环退火处理步骤VI，以在显著高于600摄氏度的温度(例如大约800摄氏度)下通过环材料的恢复(recovery)和再结晶(re-crystallisation)来去除前一轧制处理(即第五个步骤V)的加工硬化效应。此后，在第七个处理步骤VII中，将环32校准，即将它们安装于两个旋转辊的周围，并且通过迫使所述旋转辊相分离而延伸至预定周边长度。在第七个处理步骤VII中，内部应力分布也施加于环32上。此后，环32在两个分离的处理步骤中进行热处理，也就是时效处理或本体沉淀硬化的第八个处理步骤VIII以及氮化或壳体硬化的第九个处理步骤IX。更具体地，这两个热处理都涉及在包含受控气氛的工业烤箱或工业炉中加热环32，所述受控气氛由氮气和一些(例如大约5％体积比)氢气组成以用于进行环时效处理，以及由氮气和氨气组成以进行环氮化。这两个热处理通常都在400摄氏度至500摄氏度的温度范围内发生，并且每个能持续大约45至超过120分钟，这取决于用于环32的基材(马氏体时效钢合金成分)，以及环32所期望的机械性质。就后一方面，注意到，通常目标是520HV1.0或更高的芯部硬度值、875HV1.0或更高的表面硬度值、以及范围从19μm至37μm的渗氮表面层厚度(可选地，标识为氮扩散区域)。最后，相应处理的环32的叠层组31(即环形托架31)通过径向地叠层(即嵌套)若干环32而形成，如图3中最后绘出的第十个处理步骤X所进一步示出的。显然，叠层组31的环32为此需要适当地确定尺寸，例如具有稍微不同的周边长度，以允许多个环31中的一个装配在另一个周围。为此，叠层组31的多个环32通常从一批环32中有意地选择。

图4表示已知环形托架31的极大放大的示意性横截图，然而与实践中通常应用于每个托架31中的6至12个的环32相比，其仅包括三个环32。图4示出了其环32的渗氮表面层50(用深灰色调示出)的特点以及其相对于环32的总厚度的相对厚度。在图4中，根据已知技术，各个渗氮层50的厚度T达到相应环32的总厚度D的20％。

根据本发明，然而，这种渗氮层厚度T应当总计为小于环的总厚度D的10％，以实现环32的优化疲劳性质。另一方面，环形托架31整体地应当能在操作期间承受由于与横向元件33的滑动接触所引起的磨损和接触负载，这已知需要超过环总厚度D的10％的较厚渗氮层。因而，作为对环形托架31在整体上的改进，本发明将托架31由中间环32-B(即托架31的定位于其径向最外环32-O和其径向最内环32-I之间的环32-B)来构造，所述中间环32-B具有的渗氮层50-B是比在径向最外环32-O的至少径向朝外表面51的渗氮层50-O和/或在径向最内环32-I的至少径向朝内表面52的渗氮层50-I要薄，如图5中示意性地所示，其中渗氮层厚度T-B小于渗氮层厚度T-O和/或T-I。

Claims

1.一种传动带(3)，其具有钢区段(33)并且具有至少一个托架(31)，所述托架(31)容纳于钢区段(33)的凹陷(37)中并且由若干在径向上相互嵌套且设置有渗氮表面层(50)的柔性钢环(33)构建，其特征在于：托架(31)的中间环(32-B)的渗氮层(50-B)的厚度，即定位于托架(31)的径向最外环(32-O)和径向最内环(32-I)之间的环(32-B)的渗氮层(50-B)的厚度，是小于托架(31)的径向外侧处的渗氮层(50-O)的厚度，即小于其径向最外环(32-O)的径向向外表面(51)处的渗氮层(50-O)的厚度；和/或是小于在托架(31)的径向内侧处的渗氮层(50-I)的厚度，即是小于在其径向最内环(32-I)的径向向内表面(52)处的渗氮层(50-I)的厚度。

2.根据权利要求1的传动带(3)，其特征在于：托架(31)的至少一个中间环(32-B)的渗氮层(50-B)的厚度总计为小于所述至少一个中间环(32-B)的总厚度的10％，并且优选地总计为大于所述总厚度的5％。

3.根据权利要求2的传动带(3)，其特征在于：托架(31)的中间环(32-B)的渗氮层(50-B)的厚度对托架(31)的所有中间环(32-B)而言都是大致相等的。

4.根据权利要求1、2或3的传动带(3)，其特征在于：径向最外环(32-O)的渗氮层(50-O)在至少其径向向外表面(51)的位置处沿径向所测量的厚度，是总计为大于径向最外环(32-O)在该方向上所测量的总厚度的10％，并且优选地小于其20％；和/或，径向最内环(32-I)的渗氮层(50-I)在至少其径向向内表面(52)的位置处沿径向所测量的厚度，是总计为大于径向最内环(32-I)在该方向上所测量的总厚度的10％，并且优选地小于其20％。

5.根据权利要求1、2或3的传动带(3)，其特征在于：中间环(32-B)的渗氮层(50-B)沿径向所测量的厚度，是总计在径向最外环(32-O)的渗氮层(50-O)在至少其径向向外表面(51)的位置处沿径向所测量的厚度的25％和66％之间，优选地达到大约50％；和/或，是总计在径向最内环(32-I)的渗氮层(50-I)在至少其径向向内表面(52)的位置处沿径向所测量的厚度的25％和66％之间，优选地达到大约50％。

6.根据权利要求1、2或3的传动带(3)，其特征在于：托架(31)的各个环(32)在径向上的总厚度总计为大约0.185mm；中间环(32-B)的渗氮层(50-B)在该方向上的厚度的值是在10至18微米的范围内；并且，径向最外环(32-O)的渗氮层(50-O)在至少其径向向外表面(51)的位置处的厚度的值、以及径向最内环(32-I)的渗氮层(50-I)在至少其径向向内表面(52)的位置处的厚度的值，是在25至35微米的范围内。

7.根据前述权利要求的一个或多个的传动带(3)，其特征在于：托架(31)的各个环(32)由马氏体时效钢制成，其具有以下的成分：17-19％(重量百分比)镍、4-6％(重量百分比)钼、8-18％(重量百分比)钴和余量铁，以及可能还有小于1％(重量百分比)的钛以及少量不可避免的杂质。