CN1189682C - 用于无级变速器的传动带 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无级变速器的传动带，其包括一个金属环组件以及多个用碳钢制成、且支撑在金属环组件上的金属元件。金属元件上发生应力集中的凹陷处被进行了表面去除，其中的凹陷也就是指一凹颈的根部上的根切部分、一个接合突起的根部、以及一元件体上的几个凹陷。表面去除部分的碳浓度要低于其它部分处的碳浓度，从而提高了韧性、疲劳强度以及冲击强度，同时还保持了其它不发生应力集中部分的表面高硬度，由此使得传动带具有很好的耐磨性。

Description

用于无级变速器的传动带

技术领域

本发明涉及一种用在无级变速器中的传动带，其包括一个金属环组件以及多个用碳素钢制成、且支撑在金属环组件上的金属元件。更具体来讲，本发明涉及这样一种传动带：其金属元件上凹陷处的碳浓度要低于该元件上其它部分处的碳浓度。

背景技术

通过对SKS95号钢等碳钢进行淬火和回火处理制出的金属元件通常被用作制造无级变速器中传动带的金属元件。普通金属元件的表面硬度是通过在淬火处理中将碳钢在等于或高于奥氏体化温度的环境中保持至少15分钟而达到的，其中的奥氏体化温度约为750℃。

普通金属元件包括一个元件体、一个凹颈以及一个耳状体，其中的元件体抵接着传动带轮的一个V型面，凹颈从元件体的横向中间部分径向向外延伸，而耳状体则引延向凹颈的径向外侧。金属环组件被装配到由凹颈以及耳状体围成的环槽中。由于在环槽底部—尤其是在元件体与耳状体之间的第一连接处、以及耳状体与凹颈之间的第二连接处存在应力集中，所以在环槽的应力集中部位制有一个根切部分，用于释放此处的应力集中。

对于上述的两个连接部位，应力集中一般发生在径向内侧，具体来讲，是发生在元件体与凹颈之间的第一连接处。在强度方面，第一连接处的载荷状况最为恶劣。日本实用新型平5-14028中公开了一种传动带，该传动带通过将制在第一连接处的根切部分的边缘进行倒圆而提高了强度。

通过对碳钢进行淬火和回火处理而制成的金属元件表面具有很高的硬度，高硬度使得该表面的耐磨性提高。但不幸的是，硬度的提高降低了金属元件的韧性，韧性的降低则使得元件易于受应力集中的影响而发生断裂或类似破坏。因而，考虑到通过降低碳钢表面的渗碳度可提高碳钢的韧性，所以可以相信：通过提高通常易发生应力集中的金属部分的韧性可增大金属元件的疲劳强度和冲击强度。

发明内容

本发明的目的至少是克服无级变速器中普通金属传动带的金属元件所存在的上述问题。

同时，本发明的目的还在于在保证金属元件耐磨性的前提下提高金属元件上已知应力集中部分的韧性，由此提高金属元件的耐久性。

根据本发明的一个优选实施例，本文提供了一种用于无级变速器的传动带，其中，该传动带包括一个金属环组件以及多个用碳素钢制成、且支撑在金属环组件上的金属元件。金属元件上凹陷处的碳浓度要低于该元件上其它部分处的碳浓度。

如上所述，金属元件上凹陷处的碳浓度低于金属元件上其它部分的碳浓度。因而，就可以提高发生应力集中的凹陷处的韧性，从而增大金属元件和疲劳强度和冲击强度，同时还能保持不发生应力集中部位处的表面硬度，以保证耐磨性的要求。另外，尽管凹陷部位的韧性提高是通过降低碳浓度来实现的、从而使得表面硬度降低，但由于凹陷部位很少与其它的部件接触，所以就避免了由于表面硬度减小而导致磨损增大的问题。

根据本发明的第二方面，除了上述的优选实施例之外，本文还提供了一种用于无级变速器的传动带，在该传动带中，在对金属元件进行热处理之后，通过对一凹陷处的表面进行剔削，而降低金属元件凹陷处的碳浓度，使该处的碳浓度低于金属元件上其它部分的碳浓度。

在该实施例中，先对金属元件进行热处理，然后，将凹陷处的表面剔削掉，从而使凹陷处的碳浓度低于金属元件上其它部分的碳浓度。

根据本发明的第三个实施例，除了上述第二实施例之外，本文还提供了一种用于无级变速器的传动带，其中金属元件凹陷处的表面用喷射水流进行了剔削。

在该实施例中，采用了一种高效而快速的方法—喷射水流来对产生应力集中的凹陷处的表面进行了剔削或去除。

根据本发明的第四个实施例，除了上述的优选实施之外，本文还设计了一种用于无级变速器的传动带，其中，在对金属元件进行热处理的过程中，金属元件要经过一个防渗碳处理。

在该实施例中，在对金属元件进行热处理的过程中，对应力集中的凹陷处执行一个反渗碳处理。结果就是，凹陷处的碳浓度就低于金属元件上其它部分的碳浓度，由此提高了凹陷处的韧性。

根据本发明的第五个实施例，除了上述的优选实施例之外，本文提供了一种用于无级变速器的传动带，其中，金属元件上的凹陷是一个接合突起的根部，该接合突起装配到相邻金属元件的一接合孔中。

在该实施例中，元件体与凹颈之间的连接表面被剔削掉，这样就提高了应力集中的连接部位处的韧性。

根据本发明的第六个实施例，除了上述的优选实施例之外，本文提供了一种用于无级变速器的传动带，其中，金属元件上的凹陷是一个接合突起的根部，该接合突起装配到相邻金属元件的一接合孔中。

采用上述的设置，被装配到相邻金属元件一接合孔中的接合突起的根部表面被去除掉了，这样就提高了产生应力集中的根部的韧性。

附图说明

从下文结合附图对优选实施例进行的描述，可对本发明的上述目的以及其它目的、特征、优点有更清楚的认识，在附图中：

图1是一个车辆传动系统的示意图，该传动系统中具有一个无级变速器；

图2是一个轴侧图，表示了一金属传动带的一个部分，该金属传动带用在图1所示传动系统的无级变速器中；

图3中的前视图表示了图2所示金属传动带中的一个金属元件；

图4是沿图3中的4-4线所作的剖视图；

图5中的图线表示了金属元件的表面硬度与凹颈的根部强度之间的关系；

图6中的图线表示了距离金属元件表面的尺寸与硬度之间的关系；

图7是一个流程图，表示了制造金属元件的过程；

图8中的流程图表示了根据一第二实施例的制造金属元件的方法；以及

图9中的前视图表示了根据一第三实施例的金属元件。

具体实施方式

下面将参照图1到图4对本发明的第一实施例进行描述。

图1中的示意图表示了一种金属带式无级变速器T，该无级变速器安装在汽车上。一输入轴3通过一阻尼器2连接到发动机E的曲轴1上，该输入轴3再通过一行车离合器4与金属带式无级变速器T的驱动轴5相连接。一安装在驱动轴5上的驱动带轮6包括一固定到驱动轴5上的固定半带轮7、以及一可远离和移近固定半带轮7的活动半带轮8。活动半带轮8受液压作用而被压向固定半带轮7，其中的液压作用施加在一个油腔9中。

在平行于驱动轴5的一从动轴10上安装了一个从动带轮11，其包括一个固定到从动轴10上的固定半带轮12和一个可远离和移近固定半带轮12的活动半带轮13。活动半带轮13被作用在油腔14中的液压作用顶向固定半带轮12。在驱动带轮6和从动带轮11之间缠绕了一条金属传动带15，该金属传动带具有多个金属元件32和左右一对金属环组件31，金属元件32支撑在两个金属环组件31上。如图2所示，每个金属环组件31都具有多个(例如为十二个，但这仅是举例，不作限定)相互层叠在一起的金属环33。

一个用于使车辆前向行驶的前进驱动齿轮16和一个用于使车辆倒车的后退驱动齿轮17可相对转动地空套在从动轴10上，并可被一个选择器18选择而与从动轴10联结。在与从动轴10平行的输出轴19上固接安装了一个前进从动齿轮20和一个倒车从动齿轮22，前进从动齿轮20与前进驱动齿轮16啮合，而倒车从动齿轮22则通过一个倒车过轮21与倒车驱动齿轮17相啮合。

输出轴19的转动通过末级驱动齿轮23和末级从动齿轮24输入到一个差速器25中。然后，经两左右半轴26将转动运动传递到两受驱车轮W上。

发动机E的驱动力是通过曲轴1、阻尼器2、输入轴3、行车离合器4、驱动轴5、驱动带轮6、金属传动带15、以及从动带轮11传递到从动轴10的。当选择了一个前进行驶档位时，从动轴10的驱动力经前进驱动齿轮16和前进从动齿轮20传递到输出轴19，以驱使车辆前进。当选择了一个倒车档位时，从动轴10的驱动力经过倒车驱动齿轮17、倒车过轮21以及倒车从动齿轮22传递到输出轴19，从而使车辆后退倒车。

在这些过程中，施加于驱动带轮6的油腔9、以及从动带轮11的油腔14中的液压压力是由一个液压控制单元U2进行控制的，而该控制单元的工作指令是从一个电子控制单元U1获得的。相应地，该变速器T的变速比是可进行无级调节的。更具体来讲，如果施加到从动带轮11的油腔14中的液压压力被相对于驱动带轮6的油腔9中的液压压力提高了，则从动带轮11的槽宽就会减小，这样就增大了该带轮的有效半径。相应地，驱动带轮6的槽宽则被加大了，从而就减小了其有效半径。因而，该金属带式无级变速器T的变速速比就被连续无级地向“低”档位变化。在另一方面，如果施加到驱动带轮6的油腔9中的液压压力被相对于从动带轮11的油腔14中的液压压力提高了，则驱动带轮6的槽宽就会减小，这样就增大了该带轮的有效半径。相应地，从动带轮11的槽宽则被加大了，从而就减小了其有效半径。因而，该金属带式无级变速器T的变速速比就被连续无级地向“OD”档位(超速档位)变化。

如图2到图4所示，每个金属元件32都是用金属板冲压制成的，其包括一个基本为梯形的元件体34；位于左右一对环槽35之间的一个凹颈36，两环槽用于接纳两金属环组件31；以及一个基本为三角形的耳状体37，其通过凹颈36与元件体34的上部相连接。元件体34的两横向外端上制有一对带轮抵接面39，这对抵接面抵接在驱动带轮6和从动带轮11中的V型面38上。如图3所示，金属元件32具有前后一对主表面40f和40r，在金属元件32的运动方向上，它们分别以这样的方式制在金属元件32的前后两侧面上：前后主表面40f和40r垂直于金属元件的运动方向，并相互平行。在前侧上制出了一个相对于运动方向倾斜的表面42，其位于前主表面42f的下方，且在它们之间间置了一个横向延伸的锁止边缘41。另外，在耳状体37的前面(即前主表面40f)和后面(即后主表面40r)上分别制有一个接合突起43f和一个接合孔43r，它们的截面均为圆形，且相互之间为间隙配合，以此来将各个金属元件32在纵向上相互联接在一起。环槽35的径向内边缘和径向外边缘分别被称为鞍面44和耳状体底面45。金属环组件31的内周面与鞍面44相抵接。在金属环组件31的两外周面与各个耳状体底面45之间形成了一个小的间隙。

在金属元件32的元件体34与凹颈36之间的第一连接处形成了一个两个弧形的第一根切部分46。也就是说，第一连接部分制在环槽35的底部。在元件体34和耳状体37之间的第二连接处形成了一个第二根切部分47。也就是说，第二连接部分制在环槽35的顶部。设置第一和第二根切部分46和47的目的分别在于缓解元件体34与凹颈36之间的第一连接处、以及元件体34与耳状体37之间的第二连接处的应力集中，以提高金属元件34的疲劳强度。尤其是，可缓解两环槽35的顶部拐角和底部拐角处的应力集中。在金属元件32元件体34径向内表面的横向相对两侧上制出了一对凹陷48。

图5中的图线表示了金属元件32在经过热处理后表面硬度的上限值与金属元件32凹颈36的根部强度之间的关系。从图5中的图线可以看出，金属元件32的表面硬度越高，则冲击强度越低。图中用空圈代表的数据对应于这样的情况：在炉中进行热处理的金属元件32数目等于或小于一万。图中用黑圈代表的数据对应于这样的情况：在炉中进行热处理的金属元件32数目等于或大于五万。随着金属元件在炉中热处理的数目的增加，由于热处理的均匀性不恒定，所以冲击强度会降低。

图6表示了在经过热处理之后，距离金属元件32表面的尺寸与硬度之间的关系，数据点是在圆形截面的接合突起43f的中心位置处、向上(径向向外)距离中心位置0.2毫米处、以及在一个普通位置处的采集的。图6清楚地表示出：在0.1毫米到0.2毫米的范围内，金属元件32前侧和后侧上的硬度随距离表面的尺寸增加而成比例地减小。

因而，如果将金属元件32表面上由于进行热处理而提高了表面硬度的部分去除掉，则就能降低对应部分的硬度，这样就可以提高对应部分的韧性。金属元件上需要提高韧性的是这样一些部分：在这些部分上容易产生应力集中，且在疲劳强度和冲击强度方面，这些部分处于恶劣的载荷状况下。更具体来讲，应力集中的部分是图3和图4中所示的网影部分。尤其是：应力集中部分是在金属元件32凹颈36的根部上的两第一根切部分46、接合突起43f的根部49、以及在元件体34上的凹陷48，这些部分用喷射水流去除掉一定深度—例如去除掉约50微米。

下面将参照图7对金属元件32的制造过程进行描述。

用于制造金属元件32的原材料是带形板材，其厚度约为1.5毫米，该板材是通过对含有Mn或Cr的碳钢(例如为SKS95号钢)的钢锭进行热轧、然后再进行球化退火处理而制成的。更具体来讲，热轧过程产生了这样的结构：在钢锭中珠光体基体的晶界上网状地沉淀了一些碳化铁相。随后的球化退火处理则形成了碳化铁相分布在铁素体相中的结构。

首先，在步骤S1中，用精密冲裁工艺从厚度约为1.5毫米的带状板材上冲裁出一个金属元件32。在步骤S2中，对金属元件32执行热处理，该热处理包括淬火和回火。在淬火过程中，加热温度高于奥氏体转化点就足够了(例如为800摄氏度)。该加热温度被保持设定的一段时间，之后，对金属元件进行浸油淬火。希望随后的回火处理是在一个低温环境(例如在180℃)中执行的。通过在一种氛围气体中进程热处理而对钢铁的表面渗碳，其中的氛围气体是利用空气对丙烷和丁烷进行变质处理而制出的。由于产生了渗碳，金属元件32就具有了这样的结构：该结构中，在马氏体基体中分布着球形碳化铁相，由于马氏体基体会增大碳浓度，所以其是一个提高钢材硬度的因素，但这却使韧性变差。

此外，一旦钢材被渗碳处理，则其中所含的Mn和Cr就被氛围气体中所含有的较少量水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)氧化，而在钢材的表面上形成了Mn_XO_Y或Cr_XO_Y形式的晶界氧化物。该晶界氧化物也是一个使钢材的韧性和疲劳强度变差的因素。

随后，在步骤S3中，用粗滚磨方法对金属元件32进行抛光。在步骤S4中，用喷射水流处理将金属元件32凹颈36根部上的两第一根切部分46、接合突起43f的根部49以及元件体34上的两凹陷48去除一定深度—例如约为50微米。其中的去除部分如图3和图4中所示的网影部分。在该水流喷射处理中，含有玻璃丸的水流在高压下从一个喷嘴中喷射向金属元件32的表面，该表面被玻璃丸和玻璃丸的碎屑进行剔削。最后，在步骤S5中通过精滚磨工艺对金属元件32进行抛光。

如上所述，通过去除发生应力集中的、金属元件32凹颈36根部上的两第一根切部分46、接合突起43f的根部49以及元件体34上两凹陷48处的表面，就去除掉了被鉴定为具有高碳浓度的部分，从而提高了金属元件32的韧性、疲劳强度和冲击强度。在上述的过程中，作为使金属元件的韧性和疲劳强度变差因素之一的表面上Mn_XO_Y或Cr_XO_Y晶界氧化物也被去除掉了，这样就进一步提高了金属元件32的耐用寿命。

金属元件32上未受到水流喷射处理的区域仍保持其很高的表面硬度、以及与相邻金属元件32接触时的高耐磨性。金属元件32接合突起43f的根部49由于被执行了去除处理而提高了韧性，所以硬度较低。因而，如果接合突起43f上硬度较低的根部49与接合孔43r的高硬度外周相接触，则根部49就易于被磨损掉。但是，在该实施例中，如图4中的放大表示，接合孔43r外周的曲率半径Rr要大于接合突起43f根部49处的曲率半径Rf。因而，接合突起43f的根部49就不会与接合孔43r的外周接触到，这样就防止了根部49的磨损或磨耗。

如上所述，通过降低金属元件32表面上发生应力集中部分的碳浓度、从而使这些部分的碳浓度低于其它部分的碳浓度，就可以在保证金属元件32上滑动部分的耐磨性的同时，保证了金属元件32上应力集中部分的疲劳强度和冲击强度。另外，金属元件32上表面硬度减小的部分均为凹陷，而凹陷的部分是不容易与其它部分接触到的，这样就避免了由于硬度降低而造成磨损加大的问题。

下面将参照图8对本发明的第二实施例进行描述。

在上述优选实施例中，部分表面被去除掉，以此来降低在对金属元件32进行热处理后、这些表面处的碳浓度。但是，在第二实施例中，是用其它的工艺方法来降低金属元件32的碳浓度的。

首先，在步骤S11中，用精密冲裁的方法从一带状板材上冲裁出一个金属元件32。在步骤S12中，对金属元件执行一个粗滚磨抛光。

在步骤S13中，用一种由铜粉和水玻璃组成的混合物对金属元件32凹颈36根部上的两第一根切部分46、接合突起43f的根部49以及元件体34上的两凹陷48进行镀铜或覆铜。在步骤S14中对金属元件32进行一个热处理，该热处理包括淬火和回火。镀铜后的部分由于在热处理过程中不会接触到氛围气体，而不易被渗碳。因而，这些部分所获得的碳浓度要低于其它部分的碳浓度，导致韧性的提高。随后，在步骤S15中对金属元件32施用一个水流喷射处理，之后再在步骤16中进行精滚磨抛光。第二实施例中的水流喷射处理是用来从金属元件32上除去毛刺的，而不是专门用来去除金属元件32上的某些部分的。

下面将参照图9对本发明的第三实施例进行描述。

一条闭环传动带15包括一个金属环组件31和多个支撑在该单个金属环组件31上的金属元件32。该第三实施例中的金属元件32与上述优选实施中金属元件32的对应部分将用相同的数字标号和符号指代。

金属元件32包括从一元件体34的两横向相对端部径向向外延伸出的一对耳状体37、以及一对位于元件体和耳状体之间的凹颈36。金属环组件31被容纳到一个由元件体34和两凹颈36围成的环槽35中。一定位环50具有两相对侧边缘，它们接合到两锁止槽51中，锁止槽51制在两耳状体37横向相对的两内表面上，由此限制了金属环组件31越出到外周面外。通过采用上述优选实施例或第二实施例中的工艺降低金属元件表面上、在图9中用网影部分表示的应力集中部分的碳浓度，使这些部分的碳浓度低于其它部分处的碳浓度，从而就可以在保证金属元件32的耐磨性的同时提高金属元件32的疲劳强度和冲击强度，其中的应力集中部分也就是环槽35横向相对两端上根切部分的表面、两接合突起43f根部49的表面。

尽管上文对本发明的几个实施例进行了详细的描述，但对于本领域普通技术人员来说，可以理解：本发明并不仅限于上述的几个实施例。无须超出在后序权利要求书中记载的本发明设计思想和保护范围，就可对上述的结构设置作出多种形式的改动。例如，为进行水流喷射而在水中设置的颗粒物也并不仅限于玻璃丸。也可以采用氧化铝、钢珠、铸铁粉末、以及氧化锆等陶瓷材料。还可以通过选择上述列出的任何颗粒物以及控制水流的喷射压力来防止在金属元件已进行去除的表面上产生残余压应力。另外，在优选实施例中，金属元件32的第二根切部分47表面处的碳浓度被降低到低于其它部分碳浓度的程度，对于图9所示的第三实施例，金属元件32上一对锁止槽51及一对凹陷48表面处的碳浓度被降低到低于其它部分碳浓度的程度。

Claims (4)

1.一种用于无级变速器的传动带，其包括：

一个金属环组件；以及

多个用碳钢制成、且支撑在金属环组件上的金属元件，

其中，各个金属元件上发生应力集中的凹陷处的碳浓度被降低，使该碳浓度低于各个金属元件上其它部分处的碳浓度，从而增加凹陷处的韧性；通过在对金属元件进行了热处理之后，去除掉凹陷处的表面，或在对金属元件进行了热处理的过程中，对凹陷处施用一个防渗碳处理，而使得各金属元件上凹陷处的碳浓度降低；

其中，凹陷是下述部位的至少一个：每个金属元件一个元件体与一个凹颈之间的连接部位，或一个接合突起的根部，该接合突起装配到相邻金属元件的一个接合孔中。

2.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：凹陷处的表面是用水流喷射的方法进行去除的。

3.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：所说凹陷是制在各个金属元件上一元件体的径向内表面的两横向相对侧上的。

4.根据权利要求1所述的传动带，其特征在于：表面上约去除了50微米(μm)的厚度。

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