CN103282690A - 用于传动带的具有突出的圆锥形凸头的横向元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于传动带的横向元件（32），所述传动带具有环形承载件和多个这种横向元件（32），纵向突出的圆锥形孔（41）和纵向突出的圆锥形凸头（40）设置在所述横向元件（32）的相应的主面（38、39）上。根据本发明，圆锥形凸头（40）和圆锥形孔（41）均被设计成具有至少20度的圆锥角。

Description

用于传动带的具有突出的圆锥形凸头的横向元件

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分中所限定的用于具有两个可变直径的皮带轮的无级变速器的传动带，所述无级变速器尤其用于机动车辆。

背景技术

这种传动带在本领域中通常是已知的，例如从同属于本申请人的日本专利申请公开No.2000-179626和欧洲专利申请EP-A-0626526获知。该现有传动带通常称为推式传动带，且通常包括两个平行的环组和多个横向元件，所述环组分别由多个彼此同心地嵌套的柔性金属环构成，所述横向元件安装在所述环组上并沿着环组的圆周形成基本上连续的列。横向元件可沿着环组的所述圆周、即沿着传动带的纵向或长度方向滑动，以在变速器皮带轮之间传递驱动力。

当就传动带和/或其横向元件来描述方向时，总是假定横向元件处于如图2中以其正视图示出的竖直位置。在图2中，传动带的纵向或长度方向L与图面成直角。在图2的图面中，横向或宽度方向W从左至右，径向方向R从上至下。

至少商业上应用的推式传动带的共同设计特征是，传动带的横向元件分别设有在其主面上的纵向突出的凸头和在其相反主面上的孔。在传动带中，横向元件的凸头至少部分地嵌入邻近的横向元件的孔中。凸头和孔用于限制横向元件相对于相应的相邻横向元件的旋转，所述旋转是绕着横向于所述长度方向定向的轴线、即轴向定向的轴线（即“元件前后倾斜”）的或绕着径向定向的轴线（即“元件左右摆动”）的。除了限制横向元件的旋转之外，两个邻近的横向元件的互相接合的凸头和孔还限制了横向元件之间在所述轴向和径向方向上的相对平移移动。

因此，凸头和孔保持横向元件在大的程度上互相对齐，同时防止传动带内能损失和横向元件的不利的机械负载。

通常，凸头和孔一致地成形、例如都是大致圆柱形的，然而，它们具有略微不同的尺寸，使得凸头可嵌入孔中，此时它们之间在横向方向上、即在相对于所述纵向方向横向地定向的平面中具有一些间隙。凸头和孔之间的这种尺寸差异或间隙通常沿着凸头的圆周均一地设置，但是变化的间隙原则上也是已知的、例如从上述公开获知。尤其地，从EP-A-0626526获知，与在轴向方向上相比，在相对于传动带作为整体的环形状态所限定的径向方向上设置了较小的间隙，以使邻近的横向元件在从一个变速器皮带轮过到另一个时能够在该轴向方向上相对移位，从JP-A-2000-179625获知，与在径向向外的方向上相比，在径向向内的方向上设置了较小的间隙，以抑制磨损的产生。该在后的特征通过以下实现：使大致圆柱形状的凸头的中心线相对于孔的中心线径向向内偏置，或使凸头的径向外半圆柱形部分与凸头的径向内半圆柱形部分相比按照更小的半径来成形。

凸头还可成形为略微圆锥形的，使得它的直径沿着它的高度方向、即沿着远离上面设有它的主面的方向减小，如欧洲专利申请EP-A-0329206中所描述的。该（截头-）圆锥形状考虑一对邻近的横向元件绕着在所述邻近的横向元件中的至少一个的主面上所限定的轴线的相互旋转。当然，该在后的旋转使传动带能够在其长度方向上弯曲，即能够形成完整的环且缠绕在每个皮带轮的圆锥形盘上和圆锥形盘之间。通常，孔此时也成形为圆锥形、即对应于凸头来成形，不过按照略大的直径，以在凸头和孔之间提供要求的横向间隙。

遵循EP-A-0329206的教导并鉴于横向元件设计的标准尺寸，凸头的圆锥半角可被计算为不超过几度。并且，根据EP-A-0329206，建议实际上在该计算的圆锥半角上增加几度，以应对与所述一对邻近的横向元件的所述相互旋转伴随的在径向方向上的少量相对移动。因此，实际上，（截头-）圆锥形凸头设有高达15度的圆锥角。

变速器中邻近的横向元件的凸头和孔彼此物理地相互作用的一个位置是在横向元件离开皮带轮的位置处。在该位置处，横向元件由于它之前在皮带轮盘之间的环形运动而开始或至少趋向于绕着它的重心旋转。然而，这种旋转由于横向元件的凸头在径向向内的方向上碰撞相应在前的横向元件的孔壁而被限制或甚至阻止。通过（在后的）横向元件的凸头如此施加到在前的横向元件上的径向向内定向的力至少最终通过相继的元件列中的最后的横向元件被施加到或反作用于环组上。根据本发明，这个事件序列主要不利于传动带的操作和/或性能，首先是因为（旋转）能量因此耗散，从而降低了变速器皮带轮之间的转矩传递效率，其次是因为环组随着传动带的旋转速度的增加而（附加地）愈加张紧。

发明内容

本发明的目的是减轻上述不利的效果，从而提高传动带的效率和/或寿命。特别地根据本发明，通过为横向元件的凸头和孔提供与常规应用的圆锥角相比更大的圆锥角，通过凸头施加的所述力愈加沿着传动带的旋转方向、而不是径向向内地指向。因此，该设计特征有利地减低了通过横向元件在环组中引入的（接触）应力，且还（作为结果并与现有传动带相比）使传动带能够在更高的旋转速度下操作。此外，通过将所述力改向到旋转方向上、即传动带的长度方向上，所述力愈加地和有利地贡献于横向元件的向前运动（即沿着传动带旋转方向）。

在本发明的更加详细的实施例中，凸头和孔的圆锥角φ被设定成满足数学条件：

φ≥2·tan(μ_s)

其中，μ_s表示在两个邻近的横向元件之间的物理接触中有效的（静）摩擦系数。

在充分润滑的变速器中（所述润滑至少是全钢制传动带所需要的），所述摩擦系数通常（例如在EP-A-0798492中所公开的）为大约0.17，从而优选20°或更大的圆锥角被计算用于凸头和孔。引入了该条件以便保证，当两个邻近的横向元件之间的相对运动仅是微小的时，所述径向向内指向的力也分成两个力分量，其中的一个指向旋转方向、即传动带的长度方向。

本发明在结合凸头和孔之间的小的横向（或至少径向向内）间隙时特别有效，因为本发明的上述有利的效果在所述横向元件列上累积。尤其地，为了将通过离开皮带轮的横向元件在环组中引入的（接触）应力降低至在凸头和孔成形为圆柱形而非圆锥形时所引入的这种应力的一小部分F，以下数学关系式是适用的：

$F={\left[\cos \left(\frac{\mathrm{\φ}}{2}\right)\right]}^{\frac{\mathrm{Cte}-\mathrm{rs}}{\mathrm{Cst}-\mathrm{ho}}}$

其中，Cte-rs表示横向元件与环组之间在径向方向上的间隙，以及

Cst-ho表示凸头与孔之间在径向向内方向上的间隙。

因此，为了达到25%的显著应力降低、即为了达到0.75的（接触）应力部分F，同时使用具有大约40度圆锥角的凸头，鉴于2·arcos(0.75^[1/5])=38.5°，凸头与孔之间在径向向内方向上的间隙Cst-ho须是横向元件与环组之间在径向方向上的间隙Cte-rs的五分之一。

附图说明

现在将根据附图通过示例来进一步说明本发明，在附图中：

图1提供了无级变速器的示意性透视图，其具有在两个皮带轮上运行的传动带；

图2示出了现有传动带在沿传动带的纵向方向观看时的剖面图；

图3提供了现有传动带的横向元件在宽度方向上定向的视图；

图4提供了根据本发明的横向元件的凸头的特写图；以及

图5是在应用了本发明的变速器的操作过程中传动带运行特性的图解视图。

具体实施方式

在附图中，相同的附图标记指的是相同的、或至少相当的技术特征。

图1中的无级变速器的示意性图示示出了传动带3，所述传动带3在两个皮带轮1、2上运行，并包括封闭的环组31，所述环组31承载在环组31的圆周上成基本上连续的列布置的横向元件32。在示出的位置中，上皮带轮1比下皮带轮2旋转得更快。通过改变两个部件（在该情况下是构成每个皮带轮1、2的圆锥形盘4、5）之间的距离，可改变传动带3在相应的皮带轮1、2上的所谓的运行半径Rr，因此可按要求改变所述两个皮带轮1、2之间的速度差。这是改变变速器的输入轴6和输出轴7之间的旋转速度差的已知方式。

在图2中，示出了传动带3，其横截面朝向纵向方向。该图示出了以横截面示出的两个环组31，所述环组31承载并引导传动带3的横向元件32，其中一个横向元件32在图2中以正视图示出。传动带3的横向元件32和环组31通常由金属（通常是钢）制成。横向元件32能够沿着环组31的长度方向L移动、即滑动，从而当力在变速器皮带轮1、2之间传递时，所述力通过横向元件32彼此挤压并沿着传动带3和皮带轮1、2的旋转方向彼此前推来传递。

环组31将传动带3保持在一起，且在该特殊的示例性实施例中分别由五个单独的环形环构成，所述环形环互相同心地嵌套，以形成环组31。实际上，环组31通常包括多于五个的环形环、例如高达十二个或更多个环形环。

在图3中还以侧视图示出的横向元件32设有两个切口33，所述两个切口33定位成彼此相反且朝着元件32的相反的横向侧开口。每个切口33容纳所述两个环组31中的相应的一个。因此，横向元件32的第一或底部部分34从环组31在径向方向R上向内延伸，横向元件32的第二或颈部部分35位于环组31之间且处在环组31的基本上相同的径向高度水平处，横向元件32的第三或头部部分36从环组31向外径向地延伸。相应的切口33的下侧或径向内侧通过横向元件32的底部部分34的所谓的支承表面42限界，所述支承表面42径向向外地或朝着头部部分36的大致方向向上地朝向。支承表面42在传动带3的宽度方向W和/或长度方向L上通常具有凸形弯曲部。与之相关的曲率半径相对于支承表面42的尺寸而言通常是大的，因此在图2和图3的尺度中/上是不可辨的。

横向元件32的所述底部部分34的侧向侧或皮带轮接触表面37相对彼此成角度α定向，这至少基本上对应于在变速器皮带轮1、2的圆锥形盘4、5之间限定的V型角α（见图1）。

横向元件32的朝向传动带3的长度方向L的第一或后主面38基本上是平坦的，而所谓的摆动或倾斜边缘18设置在横向元件32的相反朝向的第二或前主面39上。在侧视图中，在摆动边缘18之上，横向元件32具有基本上不变的厚度，而从摆动边缘18径向向内在摆动边缘18之下，所述底部部分34朝着横向元件32的底侧窄缩。摆动边缘18通常成横向元件32的前主面39的稍微圆滑的部分的形式设置。在传动带3中，在传动带3的在皮带轮1、2之间张拉的直部分中、和在传动带3的位于变速器皮带轮1、2的圆锥形皮带盘4、5之间的弯曲部分中，横向元件32的前主面39均与邻近的横向元件32的后主面38在摆动边缘18的位置处形成接触。

横向元件32还设有在其前主面39上的纵向突出的凸头40和在其相反的后主面38上的孔41。在传动带3中，横向元件32的凸头40至少部分地嵌入邻近横向元件32的孔41中。因此，凸头40和孔41用于限制横向元件32相对于相应的相邻横向元件32的旋转，以及限制横向元件32与相邻横向元件32之间在所述宽度方向W和径向方向R上的相对的平移移动。

本领域中已知的是，为凸头40和孔41提供具有直锥表面的略微（截头-）圆锥形的整体形状，其中，通过传动带3中一对邻近的、接触的横向元件32绕着在后的横向元件32的摆动边缘18的相互旋转来确定圆锥半角，所述圆锥半角仅为几度。实际上，15度或更小的（全）圆锥角被应用。然而，根据本发明，在传动带设计中的改进通过应用20度或更大的较大圆锥角φ来实现，如图4所示。

在图4中，横向元件32的头部部分36以放大图示出。设置在横向元件32的该头部部分36上的凸头40和该头部部分36中的孔41被示意地示为具有夸大的圆锥形状并设有圆锥角φ。根据本发明，该圆锥角φ为20°或更大。

在图5中，通过该图左侧的常规设计的横向元件32与该图右侧的根据本发明设计的横向元件32之间的比较，示出了传动带3的目前相关的运行特性。在图5中，示出了紧跟在元件32离开皮带轮1、2后、即它们从夹在皮带轮盘4、5之间刚刚被释放之后横向元件32相对于环组31的移动。显然，由于横向元件32被夹在皮带轮盘4、5之间时施加到横向元件32上的角动量，横向元件32在它已经离开皮带轮1、2之后还继续绕着轴向定向的轴线旋转。在变速器中的传动带轨迹的该部分中，这种旋转将不再相对于相应的轴5、6，而是相对于横向元件32的重心。然而，该较后的旋转由于相应在后的横向元件32的凸头40在径向向内的方向上碰撞相应在前的横向元件32的孔41的壁而被限制或甚至阻止。在后的横向元件32如此施加到在前的横向元件32上的力F至少部分地（且至少最终通过相继的元件32列中最后的横向元件）沿着径向向内的方向冲击到环组31上。当然，环组31上的该径向向内的冲击重复于每个横向元件32离开皮带轮1、2时，因此对环组31的寿命、以及对传动带3整体的使用寿命和/或承载能力具有显著的不利影响。

如图5的左侧所示，对于设有圆锥形状的凸头40和孔41却具有相对较小的圆锥角φ的常规设计的横向元件32，在环组31上的这种径向向内的冲击相对较大，且甚至近乎相应于两个相继的横向元件32之间的所述力F。

与以上不同，如图5的右侧所示，通过为横向元件32提供具有相对较大的圆锥角φ的圆锥形凸头40和孔41，施加在两个相继的横向元件32之间的所述力F朝着传动带3的长度方向L指向（改向），从而环组31上的所述径向向内的冲击被有利地降低，且它的不利影响被有益地减轻。根据本发明，为了有效地降低所述冲击，圆锥角φ需要大得足以克服相继的横向元件32之间的（静）摩擦，使得所述力F的指向传动带3的长度方向L的力分量实际上能够沿着该方向推动（在前的）横向元件32。在该在后的情况下，不仅有利地降低了环组31上的冲击，而且还可提高变速器皮带轮1、2之间的转矩传递效率。

此外，根据本发明的另一方面，凸头40和孔41的上述相对较大的圆锥角φ优选地结合于传动带中相继的横向元件32对的凸头40和孔41之间在径向向内方向上的相对较小的间隙。通过减小这种间隙实现了，增加数量的横向元件32被包括在离开皮带轮1、2且还未与环组31形成接触的相继的横向元件32列中，本发明的该方面也在图5中示出。因此，每对相继的横向元件32之间的所述接触力F的所述改向的效果被累积，因而被有利地加强。

Claims (7)

1.一种用于传动带（3）的横向元件（32），所述传动带（3）具有环形承载件（31）和多个横向元件（32），所述横向元件（32）分别设有两个主面（38、39），且横向元件（32）在厚度方向上在所述两个主面（38、39）之间延伸，而且所述横向元件（32）分别设有在第一主面（39）上设置的大致圆锥形的凸头（40）和在第二主面（38）上设置的大致圆锥形的孔（41），其特征在于，凸头（40）的圆锥表面和孔（41）的圆锥表面相对于相应的主面（38；39）的法向以至少10度的角度

定向。

2.如权利要求1所述的横向元件（32），其特征在于，圆锥形凸头（40）的圆锥角φ和圆锥形孔（41）的圆锥角φ均等于20度。

3.如权利要求1所述的横向元件（32），其特征在于，圆锥形凸头（40）的圆锥角φ和圆锥形孔（41）的圆锥角φ均大于20度，优选为25-35度的值。

4.如权利要求1所述的横向元件（32），其特征在于，圆锥形凸头（40）的圆锥角φ和圆锥形孔（41）的圆锥角φ均等于适用于所述凸头（40）和所述孔（41）（的圆锥表面）之间的摩擦接触的静摩擦系数μ_s的正切值的两倍。

5.如权利要求1所述的横向元件（32），其特征在于，圆锥形凸头（40）的圆锥角φ和圆锥形孔（41）的圆锥角φ均大于适用于所述凸头（40）和所述孔（41）（的圆锥表面）之间的摩擦接触的静摩擦系数μ_s的正切值的两倍。

6.如前面权利要求中任一所述的横向元件（32），其特征在于，凸头（40）的圆锥表面和孔（41）的圆锥表面沿着相对于相应的主面（38；39）的法向以至少10度的所述角度

定向的大致直的线延伸。

7.一种传动带（3），其具有环形承载件（31）和以可滑动的方式安装在环形承载件（31）上的多个如前面权利要求中任一所述的横向元件（32）。

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