CN113260804A - 用于制造无级变速器的传动带的环组的金属环的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于无级变速器的传动带的环组的金属环(41)的方法，其中，在轧制工艺步骤中，金属环(41)在其圆周方向上单独延伸，同时其厚度减小。轧制后的金属环(41)被进一步加工，多个这样加工的金属环(41)相互嵌套以形成环组。根据本发明，在所述多个金属环(41)被轧制之后，但在将它们嵌套以形成环组之前，在新的附加工艺步骤(NPS)中将金属环(41)内外翻转。

Description

用于制造无级变速器的传动带的环组的金属环的方法

技术领域

本公开涉及一种用于制造无级变速器的传动带的环组的金属环的方法，以及一种包括这种环的传动带。例如从英国专利GB1286777(A)和最近的国际公开专利WO2015/177372(A1)中可获知这种传动带。这种已知的传动带包括多个相互嵌套的环形柔性金属带或环(即，它们彼此同心地堆叠成一组环或环组)，以及以基本上连续的排的方式沿这种环组的圆周布置的多个金属横向段。每个横向段限定了一个中心开口，该中心开口由横向段的基部和两个柱状部分限定并在它们之间，两个柱状部分分别从基部的相应的轴向侧沿径向向外延伸，环组的相应的圆周段容纳在中心开口中，同时允许横向段移动，即沿环组的圆周滑动。为了将环组包含在中心开口中，中心开口在径向向外方向上由至少一个柱状部分或者可能两个柱状部分的相应轴向延伸部部分地封闭。尤其是，相应柱状部分的这种轴向延伸部在环组上方部分朝向横向段的另一个、即轴向相对的柱状部分延伸，并且在下文中被表示为柱状部分的钩状部。

背景技术

在上文和下文的描述中，轴向、径向和圆周方向是相对于以圆形姿势放置时的传动带限定的。横向段的厚度方向和厚度尺寸限定在传动带的圆周方向上，其高度方向和高度尺寸限定在传动带的径向上，其宽度方向和宽度尺寸限定在传动带的轴向上。环组及其各个单独的环的厚度方向和厚度尺寸限定在传动带的径向上，环组及其各个单独的环的宽度方向和宽度尺寸限定在传动带的轴向上，环组及其各个单独的环的长度方向和长度尺寸限定在传动带的圆周方向上。上下方向和上下位置是相对于径向或高度方向限定的。

在无级变速器中，传动带缠绕在两个带轮上并与两个带轮摩擦接触，每个带轮都限定了一个可变宽度的V形槽，传动带的相应部分以可变半径保持在带轮V形槽内。通过改变传动带轮处的这种带半径，可以改变变速器的速比。这种类型的变速器是众所周知的，并且通常应用于乘用车和其它机动车辆的传动系中。

上述传动带被与另一种已知设计区分开，该已知设计中每个横向段都限定出两个侧向开口，两个侧向开口分别在横向段的中心部分或颈部的相应的一个侧面处，所述颈部位于横向段的底部或本体部分与头部的顶部之间并将它们连接。这种类型的传动带包括两组嵌套的环，每组分别容纳在横向段的一个相应侧向开口中。在例如从WO2015/097293中获知的后一种已知设计中，两个环组分别比上述传动带的单个环组窄得多。

这种传动带的总体制造工艺的基本设置也是众所周知的。尤其是关于环组，在例如WO2018/122397中描述了这种基本设置。已知的制造工艺需要大量的中间步骤，而且这些步骤在非常小的公差内进行，以获得具有优异疲劳强度的高质量的最终产品。这样的中间工艺步骤中的一个是环的轧制，其中，通过在一对辊之间压缩环的同时沿其圆周方向旋转环来减小它们的厚度并增加它们的直径，即圆周长度。例如，轧制前的半成品环产品的厚度为0.4毫米，然后在轧制中将厚度减至200至150微米。在WO2004/050270中详细描述了这种环轧制工艺步骤。

发明内容

关于这种已知的传动带和已知的制造工艺，有意外的发现。即，根据本公开，环的疲劳强度-并且由此传动带整体的使用寿命-可以通过引入简单直接且易于实施的新工艺步骤而出乎意料地提高。尤其是，这种改进是通过在轧制后将环内外翻转来实现的，从而其径向向内定向、即内环表面，变为其径向向外定向、即外环表面，反之亦然。尤其是，内外翻转是指经由环的径向内侧将环的一个轴向侧面推到环的相反轴向侧，同时经由环的径向外侧将环的另一个轴向侧面拉到环的相应相反侧。

虽然不打算也没有预见到通过将环内外翻转来提高环的疲劳强度，但事后看来，对这种改进的可能解释如下。无论是在环轧期间还是在变速器中使用传动带期间，最高的拉应力都会出现在环的外表面处。这意味着在环轧制期间，表面缺陷或瑕疵、例如(微观)裂纹、凹痕、外来颗粒等，大多起源于环的外表面上和/或比在环内表面上更严重。同样，在使用期间，环的外表面上的任何这种表面缺陷比环的内表面上的缺陷更不利于环的极限疲劳强度。在这种情况下，通过在环的所述轧制之后将环内外翻转，使得大多数和/或最严重的表面缺陷在使用前被有利地重新定位到环的内表面。

附图说明

现在将参考附图进一步解释根据本公开的传动带制造方法，其中：

图1是包括两个可变带轮和传动带的已知变速器的示意图；

图2以示意性横截面示出了两种已知的传动带类型，每一种都设置有一组嵌套的柔性金属环和沿环组的圆周可滑动地安装在这种环组上的多个金属横向段；

图3提供了传动带的已知的总体制造工艺的当前相关部分的示意图；

图4是作为传动带的总体制造工艺的一部分的用于轧制金属环的轧制装置的示意图；

图5表示轧制后的金属环；

图6示出了将环内外翻转的新工艺步骤；以及

图7示出了如何可在传动带的其它已知制造工艺中实施环翻转的新工艺步骤。

具体实施方式

图1示出了已知的无级变速器或CVT的核心部件，所述无级变速器或CVT通常应用于机动车辆的发动机与驱动轮之间的传动系统中。变速器包括两个带轮1、2，每个带轮均设置有安装在带轮轴6或7上的一对锥形带轮盘4、5，在带轮盘4、5之间限定出大致V形的圆周带轮槽。每对带轮盘4、5中、即每个带轮1、2中的至少一个带轮盘4可沿着相应的带轮1、2的带轮轴6、7轴向移动。传动带3缠绕在带轮1、2上，并位于带轮槽中，以用于在带轮轴6、7之间传递旋转运动和伴随的扭矩。

变速器通常还包括激活装置(未示出)，所述激活装置至少在操作期间在每个带轮1、2的所述轴向可移动的带轮盘4上施加轴向定向的夹持力，该夹持力指向带轮1、2的另一个相应带轮盘5，使得传动带3被夹持在每对这样的带轮盘4、5之间。这些夹持力不仅决定了可以最大程度地施加在传动带3与相应的带轮1、2之间以传递所述扭矩的摩擦力，还决定了传动带3在带轮槽中的径向位置R。这些径向位置R确定变速器的速比。这种类型的变速器及其操作本身是众所周知的。

在图2中，传动带3的两个已知示例被以其面向其圆周方向的横截面示意性地示出。在两个示例中，传动带3包括横向段32，横向段32沿着呈一组或两组31金属环41形式的环形载体的圆周布置成一排。在传动带3的任一示例中，环组31是层压的，即由多个相互嵌套的、扁平的、薄的和柔性的单独环41组成。横向段32的厚度相对于环组31的圆周长度较小，尤其使得数百个横向段32包括在其所述排中。

尽管在附图中，环组31被示为由5个嵌套的环41组成，但实际上，大多数情况下6、9、10或12个环41被应用在这样的环组31中，每个环的标称厚度为185微米。

在图2的左侧，示出了传动带3的一个实施例，其包括两个这样的环组31，每个环组容纳在横向段32的相应的侧面定向凹槽中，该侧面定向凹槽朝向相应的、即左侧和右侧的轴向侧开口。这种侧向开口在相对较窄的颈部34的任一侧被限定在横向段32的本体部分33与头部35之间，所述颈部34设置在本体部分33与头部35之间并且将它们互连。

在图2的右侧，示出了仅包含单个环组31的传动带3的一个实施例。在这种情况下，环组31容纳在横向段32的中心定位的凹槽中，所述凹槽朝向传动带3的径向外侧。这种中心开口限定在横向段32的基部39与两个柱状部分36之间，所述两个柱状部分分别从基部39的一轴向侧沿径向向外的方向延伸。在这种径向向外的方向上，中心开口被柱状部分36的相应地轴向延伸的钩状部37部分封闭。

在两种传动带3的横向段32的任一侧上都设置有用于与带轮盘4、5摩擦接触的接触面38。每个横向段32的接触面38以一定角度

相互定向，该角度基本上匹配V形带轮凹槽的角度。横向段32通常也由金属制成。

众所周知，在变速器操作期间，传动带3的各个环41由所述夹持力的径向定向反作用力张拉。然而，所产生的环张力不是恒定的，并且不仅要根据由变速器要传递的扭矩变化，而且根据传动带3在变速器中的旋转而变化。因此，除了环41的屈服强度和耐磨性之外，疲劳强度也是其重要的特性和设计参数。因此，使用马氏体时效钢作为环41的基材，该钢可以通过析出物(老化)来硬化以提高其总体强度，另外通过渗氮(气体软渗氮)进行表面硬化以提高耐磨性、尤其是疲劳强度。

图3示出了环组31的已知制造方法的相关部分，其通常在本领域中用于生产汽车应用场合的金属传动带3。已知制造方法的单独工艺步骤用罗马数字表示。

在第一工艺步骤I中，将厚度约为0.4毫米的马氏体时效钢基材的薄片或板20弯曲成圆筒形状，在第二工艺步骤II中，将相遇的板端部21焊接在一起以形成空心圆筒或管22。在所述工艺的第三步骤III中，管22在炉室50中退火。此后，在第四工艺步骤IV中，管22被切割成多个环41，随后在第五工艺步骤V中被轧制为更大直径的环，同时将其厚度减小到通常约0.2毫米。被如此轧制的环41经受进一步的，即环退火工艺步骤VI，以通过使环材料在炉室50中在显著高于600℃、例如大约800℃温度下恢复和再结晶来去除先前轧制工艺步骤V的加工硬化效应。在如此高的温度下，环材料的微观结构完全由奥氏体型晶体组成。然而，当环41的温度再次下降到室温时，这种微观结构会如期望地转变回马氏体。

在退火VI之后，环41在第七工艺步骤VII中通过被围绕两个旋转校准辊安装并通过迫使所述辊分开而被拉伸至预定圆周长度来进行校准。在环校准的第七工艺步骤VII中，环41通常还具有轻微的横向曲率，即凸度(crowning)，并且有内部残余应力施加在环41上。此后，环41在组合的老化(即整块析出硬化)和渗氮(即表面硬化)的第八工艺步骤VIII中进行热处理。尤其是，这种组合的热处理包括将环41保持在包含由氨、氮和氢组成的工艺气氛的炉室50中。在炉室中，氨分子在环41的表面分解为氢气和氮原子，这些氮原子可以进入环41的微观结构中。这些氮原子部分作为间隙原子保留在微观结构中，部分与马氏体时效钢的某些合金元素、例如尤其是与钼结合，以形成金属间析出物(例如Mo2N)。已知这些填隙物和析出物显著增加环41的抗磨损性和抗疲劳断裂性。尤其要注意，可替代地，这种组合的热处理可以在老化处理之后或之前进行(没有同时氮化)，即在不含氨的工艺气体中。当氮化处理的持续时间太短而不能同时完成析出硬化工艺时，则应用这种单独的老化处理。

多个如此加工的环41在第九工艺步骤IX中组装以通过径向嵌套(即选定的环41的同心堆叠)形成环组31，以实现每对相邻环41之间的最小径向游隙或间隙。需注意的是，在本领域中还已知的是，在环校准的第七工艺步骤VII之后，即在环老化和环氮化的第八工艺步骤VIII之前立即组装环组31。

在图4中更详细地示出了轧制环41的工艺步骤V，图4描绘了包括两个可旋转支承辊8、9、可旋转轧辊10、一对可旋转支撑辊11以及可旋转压辊12的已知环轧制装置。压辊12作用在支撑辊11上，支撑辊11又作用于两个支承辊8、9中的第一支承辊8上。第一支承辊8放置在轧制装置的中心，而另一个第二支承辊9可移动地容纳在轧制装置中，使得其可以远离(和返回朝向)第一支承辊8移动，以向围绕并安装在两个支承辊8、9上的环41上施加拉力FI。同样，压辊12可移动地容纳在轧制装置中，使得其可以朝向(和远离)支撑辊11移动，以经由支撑辊11和第一支承辊8在环41的内侧上施加推力Fs。所述推力Fs由轧辊10施加在环41的与第一支承辊8相反的外表面上的反作用力Fr平衡。环轧制装置的其它实施例也是已知的。在环41的实际轧制期间，环41围绕两个支承辊8、9并由两个支承辊沿图4中RD箭头所示的轧制方向旋转，同时在第一支承辊8与轧辊10之间由推力Fs压缩，并被拉力FI拉伸。

环轧制工艺(步骤V)主要旨在获得环41的期望厚度和圆周长度。另外，在环轧制中环41的内表面和外表面中的至少一个可以设置有表面凹凸结构或增加的粗糙度，第一支承辊8和轧辊10中的任一个或两个都设置有相应的(但相反的)凹凸结构或粗糙度。通常，通过第一支承辊8将表面凹凸结构仅提供给环41的内表面42，使得其外表面43相比是平坦且光滑的，如由图5中的阴影线示意性示出的(未按比例绘制)。

根据本公开，新的工艺步骤NPS被添加到环41的总体制造方法中，在新的工艺步骤NPS中将环41内外翻转，如图6中关于环41的示意性图示，其最初，即在环轧制(工艺步骤V)中设置为在其内表面42上具有表面凹凸结构。如图6中的虚线箭头所示，这种环翻转(工艺步骤NPS)可以通过经由环41的径向内侧向右推动环41的左侧面、同时围绕环41向左拉动环41的右侧面来实现。在环翻转(工艺步骤NPS)之后，表面凹凸结构位于翻转后的环41a的外表面43上。根据本公开，发现这种翻转后的环41a被内外翻转(工艺步骤NPS)之后与环轧制后没有内外翻转的环41相比，在传动带3的应用中表现出有利的更高的疲劳强度。

图7示出了在环组31的制造工艺中将环41内外翻转的上述新工艺步骤NPS的优选实施方式。优选地，在环退火(工艺步骤VI)之后进行环翻转(工艺步骤NPS)而不是在环轧制(工艺步骤V)后立即进行环翻转。在环退火(工艺步骤VI)中，环41在环轧制(工艺步骤V)中由其塑性变形引起的加工硬化被去除，使得在将环41内外翻转(工艺步骤NPS)时涉及较小的工作量和较低的应力水平。优选地，在环校准(工艺步骤VII)之前进行环翻转(工艺步骤NPS)。毕竟，在环校准(工艺步骤VII)中，环41、41a具有凸度和内部残余应力，它们具体限定于传动带3(的环组31)中环的内表面和外表面42、43。

优选地，传动带3的一个环组/多个环组31的所有环41均被内外翻转，以实现传动带3整体疲劳强度的最大提高。然而，为了将环翻转工艺步骤NPS对总体制造工艺的影响最小化，还可以选择仅将一个环组/多个环组31的径向最内的环41内外翻转。毕竟，这种径向最内的环41在传动带3的操作期间通常经受最高的应力水平和/或应力幅值，从而其疲劳强度对于传动带3整体的疲劳强度是最关键的。在这种情况下，所述径向最内的环41优选不设置所述表面凹凸结构(如图5所示)或者所述表面凹凸结构在环轧制(工艺步骤V)中设置到环41的外表面43。从而，避免了在环组31中，所述径向最内的环41的表面凹凸结构与相邻环41的内表面的/内表面上的表面凹凸结构接触。

除了以上描述的全部内容和附图的所有细节之外，本公开还涉及并包括所附权利要求的所有特征。权利要求中的括号引用不限制其范围，而仅作为相应特征的非约束性示例提供。所要求保护的特征可以在给定的产品或给定的工艺或方法中单独应用，视情况而定，但也可以在其中应用两个或多个这样的特征的任意组合。

本公开所代表的发明不限于本文中明确提及的实施例和/或示例，还包括其修改、变型和实际应用、尤其是本领域技术人员所达范围内的修改、变型和实际应用。

Claims (7)

1.一种用于制造诸如用于传动带(3)的金属环(41)的方法，所述传动带包括一组(31)多个相互嵌套的这种金属环(41)，其中，所述环(41)在其径向或厚度方向上被轧制(V)，其特征在于，在环轧制(V)之后，所述环(41)被内外翻转(NPS)。

2.根据权利要求1所述的用于制造金属环(41)的方法，其特征在于，在环轧制(V)之后，对所述环(41)进行退火(VI)和校准(VII)，并且在对环进行退火(VI)之后且在对环进行校准(VII)之前，将所述环(41)内外翻转(NPS)。

3.一种用于制造环组(31)的方法，所述环组(31)用于传动带(3)且由多个相互嵌套的金属环(41)组装而成，其特征在于，所述环组(31)的至少一个最内环(41)是通过根据权利要求1或2所述的用于制造金属环(41)的方法获得的。

4.根据权利要求3所述的用于制造环组(31)的方法，其特征在于，所述环组(31)的其余环(41)在其径向内侧(42)上、至少相对于所述最内环(41)的径向外侧(43)地设置有表面压型结构或附加粗糙度。

5.根据权利要求3或4所述的用于制造环组(31)的方法，其特征在于，所述环组(31)的其余环(41)也是通过根据权利要求1或2所述的用于制造金属环(41)的方法获得的。

6.根据权利要求5所述的用于制造环组(31)的方法，其特征在于，在环轧制(V)期间，所述环组(31)的最内环(41)和其余环(41)相对于其另一径向侧(43；42)在一个径向侧(42；43)上均设置有表面压型结构或附加粗糙度。

7.根据权利要求5所述的用于制造环组(31)的方法，其特征在于，所述环(41)在其径向内侧(42)上设置有表面压型结构或附加粗糙度。

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