CN1786512A - 金属带用金属环 - Google Patents

Abstract

通过适当设定金属带用金属环的自由状态半径从而最大限地增加其寿命的金属带用金属环。对与金属零件鞍形面接触而受到接触负载的最内层金属环进行氮化处理而施予的压缩残余应力、与以最小缠绕半径量纲为1的金属环的自由状态半径的关系，设定在斜线区域。斜线区域的边界S1、S2，根据作用于金属环内周面的压缩残余应力、由于弯曲产生的压缩应力及接触应力的相加值不超过金属环的弹性变形界限这样的条件决定。边界S5、S6，根据金属环的最大压缩应力不过大这样的条件决定。边界S4，根据确保金属环表面的耐磨损性而决定。

Description

金属带用金属环

技术领域

本发明涉及一种为了增加带式无级变速器的金属带的金属环的疲劳寿命而设定切断金属环时的自由状态半径的金属带用金属环。

背景技术

带式无级变速器用的金属带，是沿层叠多个金属环的金属环集合体支撑多个金属零件而构成的。各个金属环上除了基于张力产生的拉伸应力外还作用有基于弯曲产生的拉伸应力及压缩应力。即在将金属环缠绕在带轮上的缠绕部，金属环外周面被拉伸而作用拉伸应力、同时内周面被压缩而作用压缩应力，在金属环离开带轮的弦部，金属环外周面被压缩而作用压缩应力、同时内周面被拉伸而作用拉伸应力。这样，随着金属环旋转、内周面及外周面的应力发生周期性变化，这是降低金属环疲劳寿命降低的原因。

为此，下述专利文献1所述的方案，是在金属环受到最过于苛刻负载的TOP比例(ratio)状态，设定金属环的自由状态半径Ro，以使由金属环外周面的应力振幅σ_ao及应力中心σ_mo算出的外周面的矫正应力振幅σ_ao′(应力中心σ_mo＝0时的应力振幅σ_ao)和由金属环内周面的应力振幅σ_ai及应力中心σ_mi算出的内周面的矫正应力振幅σ_ai′(应力中心σ_mi＝0时的应力振幅σ_ai)一致，因而谋求延长金属环的疲劳寿命。

专利文献1：特开2003-126933号公报

不过，层叠的金属环中最内层的金属环内周面，与作为金属带横剖元件的金属零件的鞍形面抵接，因而作用于那部分的压缩应力(接触应力)的分量使金属环内周面的最大压缩应力增加。从而，如果在带式无级变速器的运转中，由于氮化处理产生的金属环的压缩残余应力、由于弯曲产生的应力及由于与金属零件的鞍形面接触产生的接触应力的相加值过大，超过弹性变形界限，则金属环有塑性变形而破损的可能性。不过，上述专利文献1所述的方案，没有考虑作用于最内层金属环内周面的由于与鞍形面接触产生的接触应力，而且没有考虑金属环的最大应力和弹性变形界限的关系，因此，担心不会如愿地延长金属环的寿命。

发明内容

为此，本发明即是鉴于上述事情而产生的，其目的在于一种适当设定金属带用金属环的自由状态半径从而最大限地增加其寿命。

为了实现上述目的，根据第1发明，提出一种金属带用金属环，为了增加带式无级变速器的金属带的金属环的疲劳寿命而设定切断金属环时的自由状态半径，这种金属带用金属环其特征在于：以带式无级变速器工作中的、由金属环外周面及内周面的应力变动决定的、金属环外周面及内周面的应力振幅及应力中心不超过金属环的弹性变形界限为条件，设定金属环的上述自由状态半径。

另外，根据第2发明，提出一种金属带用金属环，为了增加带式无级变速器的金属带的金属环疲劳寿命而设定切断金属环时的自由状态半径，这种金属带用金属环其特征在于：以带式无级变速器工作中的、由考虑了金属环与横剖元件接触时产生的接触应力的金属环外周面及内周面的应力变动决定的、金属环外周面及内周面的应力振幅及应力中心不超过母材弹性变形界限加上由热处理产生的压缩残余应力的金属环的弹性变形界限为条件，设定金属环的上述自由状态半径。

另外，根据第3发明，提出一种金属带用金属环，除第1或第2发明的构成外，其特征在于：以由于上述热处理产生的金属环的压缩残余应力为x[MPa]、轴间距离为d、自由状态半径为Ro时，

-1300≤x＜-1000

Ro＜4.93d-557.4

Ro＜0.33d-4.7

同时成立。

另外，根据第4发明，提出一种金属带用金属环，除第1或第2发明的构成外，其特征在于：以金属环的自由状态半径/最小缠绕半径为y，以由于热处理产生的金属环的压缩残余应力为x[MPa]时，

x＜-1300

y＜0.000026x²+0.084x+70.5

y＞0.000003x²+0.007x+5.0

同时成立。

另外，根据第5发明，提出一种金属带用金属环，除第1或第2发明的构成外，其特征在于：以金属环的自由状态半径/最小缠绕半径为y，以由于上述热处理产生的金属环的压缩残余应力为x[MPa]时，

x＜-1300

y＜0.000026x²+0.084x+70.5

y＞0.000003x²+0.007x+5.0

同时成立，或者

y＜5.0

y＞1.5

-1300≤x＜-1000

同时成立。

另外，根据第6发明，提出一种金属带用金属环，除第1或第2发明的构成外，其特征在于：利用金属环周长的修正进行金属环的自由状态半径的设定，在正圆状态下进行修正了周长后的时效硬化处理，在椭圆状态下进行时效硬化处理后的氮化处理。

另外，根据第7发明，提出一种金属带用金属环，除第6发明的构成外，其特征在于：将在使用状态下相互不接触的多数金属环配置成同心状而进行上述时效硬化处理。

还有，实施例的金属零件32与本发明的横剖元件对应，实施例的压缩侧弹性界限线L4与本发明的弹性变形界限对应。

发明的效果

根据第1发明的构成，算出金属环外周面及内周面的应力振幅及应力中心，以金属环的压缩应力不超过弹性变形界限为条件，设定金属环的上述自由状态半径，因此，能够防止压缩应力过大并超过弹性变形界限，确实地增加金属环的寿命。

根据第2发明的构成，考虑金属环与横剖元件接触时产生的接触应力，算出金属环外周面及内周面的应力振幅及应力中心，以金属环的压缩应力不超过母材的弹性变形界限加上由于热处理而产生的残余应力的弹性变形界限为条件，设定金属环的上述自由状态半径，因此，能够防止压缩应力过大并超过弹性变形界限，确实地增加金属环的寿命。

根据第3发明的构成，以由于热处理产生的金属环的压缩残余应力为x[MPa]、轴间距离为d、自由状态半径为Ro时，

-1300≤x＜-1000

Ro＜4.93d-557.4

Ro＜0.33d-4.7

同时成立，因此，在整个轴间距离上金属环的总的压缩应力不超过变形界限，同时能够确保由压缩残余应力产生的金属环的必要最小限的耐磨损性。

根据第4发明的构成，以金属环的自由状态半径/最小缠绕半径为y，以由于上述热处理产生的金属环的压缩残余应力为x[MPa]时，

x＜-1300

y＜0.000026x²+0.084x+70.5

y＞0.000003x²+0.007x+5.0

同时成立，因此，金属环的总的压缩应力不超过变形界限，同时能够确保由压缩残余应力产生的金属环的必要最小限的耐磨损性。

根据第5发明的构成，以金属环的自由状态半径/最小缠绕半径为y，以由于上述热处理产生的金属环的压缩残余应力为x[MPa]时，

y＜5.0

y＞1.5

-1300≤x＜-1000

同时成立，因此，除了第2发明的作用效果，还能够确保由压缩残余应力产生的金属环的必要最小限的耐磨损性，且避免随着运转而产生的金属环的压缩应力过大。

根据第6发明的构成，在正圆状态下进行利用修正金属环周长而设定自由状态半径后的时效硬化处理，因此，能够利用周长的修正不破坏被均匀赋予的自由状态半径而进行时效硬化处理，另外，在椭圆状态下进行不对金属环的自由状态半径造成影响的氮化处理，因此，能够削减用以进行氮化处理的间隙。

根据第7发明的构成，使金属环呈正圆状态进行时效硬化处理时，将在使用状态下相互不接触的多数金属环配置成同心状，因此，能够防止多个金属环相互干涉、且削减用以进行时效硬化处理的间隙。

附图说明

图1是搭载了带式无级变速器的车辆动力传递系统的框架图。

图2是金属带的部分斜视图。

图3是作用于金属环的拉伸应力的说明图。

图4是表示作用于金属环内周面的应力变化的图。

图5是表示作用于金属环外周面的应力变化的图。

图6是金属环的非使用状态(环形状态)及使用状态的形状的说明图。

图7是表示鞍形面的边缘的曲率半径和应力集中系数的关系的图。

图8是表示金属环的等寿命线的图。

图9是说明金属环的自由状态半径的定义的图。

图10是表示轴间距离及自由状态的适当区域的图。

图11是表示压缩残余应力及量纲为1的自由状态半径的适当区域的图。

图12是将图4及图5的最大压缩应力相对于各自由状态作成图表、表示金属环的自由状态半径和最大压缩应力的关系的图(轴间距离为170mm的情况)。

图13是将图4及图5的最大压缩应力相对于各自由状态作成图表、表示金属环的自由状态半径和最大压缩应力的关系的图(轴间距离为143mm的情况)。

图14是金属环的时效硬化处理及氮化处理的方法的说明图。

图15是表示金属环氮化时所使用的保持夹具的图。

图中，9-金属带；32-金属零件(横剖元件)；33-金属环；L4-压缩侧弹性界限线(弹性变形界限)；Ro-自由状态半径；T-带式无级变速器；σai-应力振幅；σao-应力振幅；σmi-应力中心；σmo-应力中心；σC_DR-接触应力；σC_DN-接触应力。

具体实施方式

以下，根据附图所示的本发明的实施例对本发明的实施方式进行说明。

图1～图15表示本发明的一实施例，图1是搭载了带式无级变速器的车辆动力传递系统的框架图，图2是金属带的部分斜视图，图3是作用于金属环的拉伸应力的说明图，图4是表示作用于金属环内周面的应力变化的图，图5是表示作用于金属环外周面的应力变化的图，图6是金属环的非使用状态(环形状态)及使用状态的形状的说明图，图7是表示鞍形面的边缘的曲率半径和应力集中系数的关系的图，图8是表示金属环的等寿命线的图，图9是说明金属环的自由状态半径的定义的图，图10是表示轴间距离及自由状态的适当区域的图，图11是表示压缩残余应力及量纲为1的自由状态半径的适当区域的图，图12是将图4及图5的最大压缩应力相对于各自由状态作成了图表、表示金属环的自由状态半径和最大压缩应力的关系的图(轴间距离为170mm的情况)，图13是将图4及图5的最大压缩应力相对于各自由状态作成了图表、表示金属环的自由状态半径和最大压缩应力的关系的图(轴间距离为143mm的情况)，图14是金属环的时效硬化处理及氮化处理的方法的说明图，图15是表示金属环氮化时所使用的保持夹具。

还有，本实施例中采用的金属零件或金属环的前后方向、宽度方向、径向的定义如图2所示。径向被定义为其金属零件所抵接的带轮的径向，接近带轮的轴的一侧为径向内侧，远离带轮的轴的一侧为径向外侧。另外，宽度方向被定义为沿金属零件所抵接的带轮的轴的方向，前后方向被定义为沿金属零件的车辆前进行驶时的行进方向。

如图1所示，车辆用的带式无级变速器T具备平行配置的驱动轴1及从动轴2，发动机E的曲轴3左端介由减震器4与驱动轴1右端连接。

由驱动轴1支撑的驱动带轮5具备相对于该驱动轴1相对旋转自由的固定侧带轮半体5a、和相对于该固定侧带轮半体5a轴方向滑动自由的可动侧带轮半体5b。可动侧带轮半体5b，基于作用在工作油室6的油压而使其与固定侧带轮半体5a间的槽宽可变。由从动轴2支撑的从动带轮7，具备一体形成在该从动轴2上的固定侧带轮半体7a、和相对于该固定侧带轮半体7a轴方向滑动自由的可动侧带轮半体7b。可动侧带轮半体7b，基于作用在工作油室8的油压而使其与固定侧带轮半体7a间的槽宽可变。并且在驱动带轮5和从动带轮7之间，缠绕着2根将多个金属零件安装在金属环集合体上的金属带9。

在驱动轴1的左端具备在确立前进变速级时卡合而将驱动轴1的旋转同方向传递给驱动带轮5的前进离合器10和在确立后退变速级时卡合而将驱动轴1的旋转反方向传递给驱动带轮5的倒车制动器11，设有由单小齿轮式的行星齿轮机构构成的前进后退切换机构12。前进后退切换机构12的中心齿轮27固定在驱动轴1上，行星齿轮28经由倒车制动器11而能够由壳体限制，齿环29经由前进离合器10而能够与驱动带轮5连接。

设置在从动轴2右端的起步用离合器13，使相对旋转自由地支撑在从动轴2的第1中间齿轮14与该从动轴2连接。在与从动轴2平行配置的中间轴15上设置与上述第1中间齿轮14啮合的第2中间齿轮16。设置在差速齿轮17的齿轮箱18中的输入齿轮19上，啮合着设置在上述中间轴15上的第3中间齿轮20。介由小齿轮轴21、21支撑在齿轮箱18上的一对小齿轮22、22上，啮合着设置在相对旋转自由地支撑在齿轮箱18上的左车轴23及右车轴24前端的半轴齿轮25、26。在左车轴23及右车轴24前端分别连接驱动轮W、W。

不过，若用档把选择前进档，则根据利用电子控制单元U1动作的油压控制单元U2发出的指令，首先是前进离合器10卡合，其结果驱动轴1与驱动带轮5连接成一体。接下来，起步离合器13卡合，发动机E的转矩经驱动轴1、驱动带轮5、金属带9、从动带轮7、从动轴2及差速齿轮17传递给驱动轮W、W，车辆前进起步。若档把选择后退档，则根据油压控制单元U2发出的指令，倒车离合器11卡合而使驱动带轮5向与驱动轴1旋转方向相反方向被驱动，从而，利用起步离合器13的卡合，车辆倒档起步。

这样若车辆起步，则在油压控制单元U2发出的指令下，向驱动带轮5的工作油室6供给的油压增加，驱动带轮5的可动侧带轮半体5b接近固定侧带轮半体5a，有效半径增加，同时，向从动带轮7的工作油室8供给的油压减少，驱动带轮7的可动侧带轮半体7b远离固定侧带轮半体7a，有效半径减小，从而，带式无级变速器T的比例从LOW比例(最大比例)状态向OD比例(最小比例)状态连续变化。

如图2所示，金属带9是在左右一对金属环集合体31、31上支撑多个金属零件32...，各个金属环集合体31层叠多个(实施例中为12个)金属环33...而构成的。由金属板材冲裁成形的金属零件32，具备零件主体34、位于卡合金属环集合体31、31的左右一对环形槽35、35间的颈部36、介由颈部36与上述零件主体34径向外侧连接的大致三角形耳部37。在零件主体34的左右方向两端部形成能够与驱动带轮5及从动带轮7的V面抵接的一对带轮抵接面39、39。另外，在金属零件32的行进方向前侧及后侧，分别形成相互抵接的主面40，另外，在行进方向前侧的主面40下部介由向左右方向延伸的锁止边缘41形成倾斜面42。再有，为了连接前后相邻的金属零件32、32，而在耳部37前后面形成能够相互配合的凹凸部43。并且，在左右一对环形槽35、35下缘形成支撑金属环集合体31、31内周面的鞍形面44、44。

图3表示车辆处于最高速度行驶状态(TOP比例的状态)、驱动带轮5的有效半径大于从动带轮7的有效半径的状态，该图中金属带9的厚度模式性表示由该金属带9的张力引起的各金属环33...的拉伸应力的大小。也如图4及图5中虚线所示，在金属带9从从动带轮7回到驱动带轮5的返回侧的弦部(A区域)，上述应力为一定值σT_LOW，在金属带9从驱动带轮5送向从动带轮7的出去侧的弦部(C区域)，上述应力为一定值σT_HIGH。A区域的应力σT_LOW小于C区域的应力σT_HIGH，在金属带9缠绕在驱动带轮5上的部分(B区域)，从其入口侧到出口侧应力从σT_LOW增加到σT_HIGH，在金属带9缠绕在从动带轮7上的部分(D区域)，从其入口侧到出口侧应力从σT_HIGH减少到σT_LOW。

基于上述金属带9的张力产生的金属环33的拉伸应力，在其厚度方向为一定。即，如图4及图5中虚线所示，最内层的金属环33内面的拉伸应力及外周面的拉伸应力相同。

金属环33上除了基于上述张力产生的拉伸应力外，还作用有基于金属环33的弯曲产生的拉伸应力。如图(A)～(C)所示，切断时的金属环的半径为一定的Ro(自由状态半径)，不过，使用状态的金属环会变形为具有上述A区域～D区域的形状。在返回侧弦部(A区域)及出去侧弦部(C区域)自由状态Ro的曲率半径增加为∞，在缠绕在大径侧的驱动带轮5的B区域)自由状态Ro的曲率半径变化为R_DR，在缠绕在小径侧的从动带轮7的D区域)自由状态Ro的曲率半径变化为R_DN。金属环33的自由状态径Ro通过环周长修正工序赋予。

这样，在金属环33的曲率半径增加的A区域及C区域，在该金属环33的内周面作用拉伸弯曲应力σT_ST，在外周面作用压缩弯曲应力σT_ST。另方面，在金属环33的曲率半径减小的B区域及D区域，在该金属环33的内周面作用弯曲应力σV_DR、σV_DN，在外周面作用弯曲应力σV_DR、σV_DN。

在图4及图5的图中，还表示车辆处于图3中说明的最高速度行驶状态时，作用于金属环33内周面及外周面的弯曲应力的变化。如图4所示，在金属环33内周面，在其两个弦部(A区域及C区域)作用一定的拉伸弯曲应力σV_ST，缠绕在曲率半径大的驱动带轮5上的B区域，作用弯曲应力σV_DR，缠绕在曲率半径小的从动带轮7上的D区域，作用弯曲应力σV_DN。另方面，如图5所示，在金属环33外周面，在其两个弦部(A区域及C区域)作用一定的压缩弯曲应力σV_ST，缠绕在曲率半径大的驱动带轮5上的B区域，作用弯曲应力σV_DR，缠绕在曲率半径小的从动带轮7上的D区域，作用弯曲应力σV_DN。

再有，在最内层的金属环33内周面伴随着与金属零件32的鞍形面44接触而作用压缩应力(接触应力)。图4中，驱动带轮5侧的接触应力以σC_DR表示，从动带轮7侧的接触应力以σC_DN表示。该接触应力σC_DR、σC_DN，通过金属环33的张力乘以与金属零件32的鞍形面44的边缘的曲率半径相对应的应力集中系数(一般为30～60左右)而算出。鞍形面44的边缘的曲率半径与应力集中系数的关系如图7所示。

还有，图4表示最内层金属环33的内周面的应力，不过，最内层以外的金属环33的内周面的应力不包括接触应力σC_DR、σC_DN。究其原因，是因为最内层以外的金属环33的内周面不与金属零件32的鞍形面44接触。另外，图5表示最内层金属环33的外周面的应力，不过，最内层以外的金属环33的外周面的应力也与之相同。

还有，在金属环33表面，由于为了提高其耐磨损性而进行的氮化处理而赋予压缩残余应力。由于氮化处理而赋予的残余应力，在其内周面及外周面为相同符号(只是压缩应力)。

图4的实线表示将基于金属环33的张力而作用的应力σT_LOW、σT_HIGH、基于金属环33弯曲而作用于该金属环33内周面的应力σV_DR、σV_DN、由于与鞍形面44接触而作用的接触应力σC_DR、σC_DN相加所得的作用于金属环33内周面的总应力变化。另外，图5的实线表示将基于金属环33的张力而作用的应力σT_LOW、σT_HIGH、基于金属环33弯曲而作用于该金属环33内周面的应力σV_DR、σV_DN相加所得的作用于金属环33外周面的总应力变化。

图4中，金属环33的内周面的应力振幅σai，以最大拉伸应力及最大压缩应力的偏差的2分之1定义，金属环33内周面的应力中心σmi以应力振幅σai中心的应力定义。同样，图5中，金属环33的外周面的应力振幅σao，以最大拉伸应力及最大压缩应力的差的2分之1定义，金属环33外周面的应力中心σmo以应力振幅σao中心的应力定义。

图8横轴取作最内层环表面的应力中心σm，纵轴取作最内层环表面的应力振幅σa，向右下降的等寿命线L1、L2表示金属环33疲劳寿命相等的应力中心σm及应力振幅σa的组合。应力中心σm及应力振幅σa越小、即等寿命线L1、L2越接近原点，金属环33的疲劳寿命越长。

图4所示的最内层金属环33内周面的应力中心σmi及应力振幅σai在A点相互促进的等寿命线L1，在对金属环33施予1.5×10⁷的重复弯曲时显示出破坏。另方面，图5所示的最内层金属环33外周面的应力中心σmo及应力振幅σao在B点相互促进的等寿命线L2，在对金属环33施予5×10⁷的重复弯曲时显示出破坏。即，金属环33内周面的耐久性为外周面的耐久性的3分之1以下，最内层的金属环33由于疲劳而从内周面破坏。

线L3是由金属环33的材料决定的弹性界限线，在该线的外侧(右上侧)的区域，由于大的应力振幅σai、σao而使金属环33塑性变形。线L4是金属环33的压缩侧弹性界限线，在该线外侧(左上侧)的区域，压缩应力超过弹性界限，金属环33发生塑性变形。上述线L4，由母材的弹性界限L4′加上热处理产生的压缩残余应力Aσ而决定。

不过，如图9(A)所示，如果环形状态且半径为R的金属环33上没有由于周长的差而产生的残余应力，则切除了其金属环33局部、即释放了残余应力的状态的自由状态半径Ro与环形状态半径R相等。另方面，如图9(B)所示，若环形状态的金属环33的残余应力在外周面为压缩应力、在内周面为拉伸应力，则由于切除其局部而使金属环33外周面伸展、内周面压缩，从而金属环33闭起这样变形，自由状态半径Ro小于环形状态半径R。相反，如图9(C)所示，若环形状态的金属环33的残余应力在外周面为拉伸应力、在内周面为压缩应力，则由于切除其局部而使金属环33外周面压缩、内周面伸展，从而金属环33打开这样变形，自由状态半径Ro大于环形状态半径R。

这样，通过拉伸金属环33的外周面或内周面进行周长修正从而能够赋予任意的自由状态半径Ro。

图4及图5实线所示的金属环33的总的应力变化特性，由于周长修正产生的弯曲应力而向上下方向平行移动。从而，由于周长修正使金属环33的应力振幅σai、σao不变化而应力中心σmi、σmo变化。

不过，通过调整金属环33的自由状态半径Ro、变化弯曲应力而能够使应力中心σmi、σmo变化，因此，能够使图8中等寿命线L1上A点的最内层的金属环33的应力中心σmi及应力振幅σai中的应力中心σmi向箭头所示方向移动。即、若增大金属环33的自由状态半径Ro，则应力中心σmi及应力振幅σai的组合从等寿命线L1上的A点移动到等寿命线L2上的A′点，能够增加金属环33内周面的疲劳强度。

不过，不能使应力中心σmi向箭头所示方向无限制地移动，以压缩侧弹性界限线L4(例如压缩应力＝-700MPa)作为界限。究其原因是：若从右向左超过压缩侧弹性界限线L4，则最内层金属环33内周面的压缩应力过大而发生塑性变形，从而金属环33破损。压缩侧弹性界限线L4的位置根据金属环33的氮化处理特性、即根据在氮化处理中赋予金属环33的压缩残余应力决定。

图10是以斜线表示能够提高最内层金属环33耐久性的区域的图，横轴为轴间距离d[mm]、纵轴为自由状态半径Ro[mm]。线L5，通过由热处理产生的压缩残余应力为-1300MPa、最大压缩应力为700MPa的内周的自由状态半径a170：280mm(参照图12)和b143：147mm(参照图13)。线L6，通过最大压缩应力为700MPa的外周的自由状态半径a170：52mm(参照图12)和a143：43mm(参照图13)。

图10的斜线部、即

Ro＜4.93d-557.4

Ro＞0.33d-4.7

同时成立，若使热处理产生的压缩残余应力x[MPa]为-1300≤x＜1000，则总的压缩应力不超过2000MPa，在弹性变形界限内，且确保金属环33的必要最小限的耐磨损性，因此能够有效地确保金属环33的寿命。

图11是以斜线表示能够提高最内层金属环33耐久性的区域的图，其横轴为由氮化处理产生的压缩残余应力，其纵轴为以最小缠绕半径(缠绕在驱动带轮5或从动带轮7上时的最小半径)量纲为1的金属环33的自由状态半径Ro。区划上述区域局部的边界S1及S2，与最内层金属环33的应力中心σai及应力振幅σma不超过压缩侧弹性界限线L4(参照图8)这样的条件相对应，另外，边界S3与用以确保金属环33的耐磨损性所必需的氮化处理强度相对应，在金属环33的压缩残余应力中相当于-1300MPa。

将图11的纵轴y取作金属环33的自由状态半径/最小缠绕半径、横轴x取作由热处理产生的金属环33的压缩残余应力[MPa]时，边界S1以y＝0.000026x²+0.084x+70.5表示，边界S2以y＝0.000003x²+0.007x+5.0表示，边界S3以x＝-1300表示，边界S4以x＝-1000表示，边界S5以y＝1.5表示，边界S6以y＝5.0表示。

从而，将最内层金属环33由于氮化处理产生的压缩残余应力及量纲为1的自由状态半径Ro，设定在图11的由边界S1～S3围绕的最适当区域，能够避免金属环33的应力超过压缩侧弹性界限线L4，充分确保金属环33的耐磨损性，且考虑与金属零件32的鞍形面44的接触应力并最大限地提高相对于重复弯曲的耐久性。

在此，由边界S3(压缩残余应力x＝-1300MPa)规定的条件，能够用对金属零件32的鞍形面44进行编码处理、或降低鞍形面44的硬度、或提高鞍形面44的保油性等方法克服，因此，能够将边界S3扩展到边界S4(压缩残余应力x＝-1000MPa)。而在边界S3、S4所夹持的区域，量纲为1的自由状态半径Ro被限制在y从1.5(边界S5)到5.0(边界S6)的范围。以下，对由边界S5、S6限制的金属环33的自由状态半径Ro的意思进行说明。

图12及图13是表示TOP比例状态下的金属环33的自由状态半径Ro和最大压缩应力关系的图，分别与轴间距离(驱动轴1及从动轴2间的距离)为170mm的情况和143mm的情况相对应。若自由状态半径Ro增加，则金属环33内周侧的最大压缩应力的绝对值变大，若自由状态半径Ro减小，则金属环33外周侧的最大压缩应力的绝对值变大。

由氮化处理产生的压缩残余应力为-1300MPa时，图12及图13的最大压缩应力必须大于-700MPa(以总计大于2000MPa)。即，自由状态半径Ro在图12中必须在a170(52mm)～b170(280mm)间，在图13中必须在a143(43mm)～b143(147mm)间。若以轴间距离为170mm时的最小缠绕半径为r170，以轴间距离为143mm时的最小缠绕半径为r143，则a170/r170＝1.3、b170/r170＝9.2、a143/r143＝1.5、b143/r143＝5.0。

从而，若将y设定在轴间距离为143mm的范围1.5(边界S5)～5.0(边界S6)，则在实用范围(轴间距离143mm～170mm)内，能够获得耐磨损性、相对于重复弯曲的耐久性高的金属环33。另外，压缩残余应力的绝对值大于1300MPa的适当范围，同样为边界S1及边界S2所夹的范围。图11的边界S1′、S2′、S5′、S6′与轴间距离为170mm时的边界S1、S2、S5、S6相对应。再有，压缩残余应力的绝对值小于1300MPa时，根据图12及图13外周的曲线S2S5。另外，边界S1的延长线随着压缩残余应力的绝对值的减小而增加，从而，担心看错图11中y相对x的值。因此，在该范围，y设定在边界S6。

而根据由于氮化处理而对金属环33施予的压缩残余应力，设定金属环33的适当的自由状态半径Ro以使其收纳在图11的斜线区域内，也就是说，考虑最内层金属环33从金属零件32的鞍形面44受到的接触应力和金属环33的弹性变形界限而设定自由状态半径Ro，能够有效地延长金属环33的疲劳寿命，同时能够将运转中作用于金属环33的压缩应力和压缩残余应力抑制在材料的弹性变形界限应力(例如2000MPa)以下，确实地防止金属环33的破损。

在此，用以设定金属环33的自由状态半径Ro的周长修正工序包括作为其前工序的固溶处理和作为其后工序的时效硬化处理。进行该时效硬化处理时，若金属环33的形状歪斜则对自由状态半径Ro造成影响，因此，如图14(A)所示，必须使金属环33保持正圆状态进行时效硬化处理。

不过，要使多个金属环33保持正圆状态，而必需较多的间隙，因此，对构成金属环集合体31的12金属环33从内周侧向外周侧编成#1～#12时，如图14(B)所示，将每隔3个的#1、#4、#7、#10进行定位，从最小径的#1到最大径的#10配置成同心状，因而能够避免相互干涉且以狭小间隙进行时效硬化处理。同样，分别定位#2、#5、#8、#11这4个和#3、#6、#9、#12这4个，进行时效硬化处理。还有，也可以取代定位每隔3个的金属环33而定位每隔2个或每隔4个的金属环。

另方面，由于在周长修正工序结束后进行的氮化处理工序中，金属环33的保持形状不会对自由状态半径Ro造成影响，因此，如图14(C)所示，将金属环33压垮成椭圆形状进行氮化处理。这样，通过使金属环33成为椭圆形状，从而，与使其成为正圆形状的情况相比较能够削减必要的间隙。再有，如图15(A)～(C)所示，若减少氮化时的保持夹具45与金属环33端部的接触面积，则能够更完全地排除保持夹具45的影响。

以上，说明了本发明的实施例，不过，本发明并不限定于上述实施例，不脱离权利要求范围所述的本发明，能够进行各种设计变更。

Claims (7)

1.一种金属带用金属环，为了增加带式无级变速器(T)的金属带(9)的金属环(33)的疲劳寿命而设定切断金属环(33)后的自由状态半径(Ro)，其特征在于：以带式无级变速器(T)工作中的、由金属环(33)的外周面及内周面的应力变动决定的、金属环(33)的外周面及内周面的应力振幅(σai、σao)及应力中心(σmi、σmo)不超过金属环(33)的弹性变形界限(L4)为条件，来设定金属环(33)的上述自由状态半径(Ro)。

2.一种金属带用金属环，为了增加带式无级变速器(T)的金属带(9)的金属环(33)的疲劳寿命而设定切断金属环(33)后的自由状态半径(Ro)，其特征在于：以带式无级变速器(T)工作中的、由考虑了金属环(33)与横剖元件(32)接触时产生的接触应力的金属环(33)的外周面及内周面的应力变动决定的、金属环(33)的外周面及内周面的应力振幅(σai、σao)及应力中心(σmi、σmo)不超过金属环(33)的弹性变形界限(L4)为条件，来设定金属环(33)的上述自由状态半径(Ro)，其中金属环(33)的弹性变形界限(L4)是该母材的弹性变形界限与由热处理产生的压缩残余应力的加和。

3.根据权利要求1或2所述的金属带用金属环，其特征在于：在以由于上述热处理产生的金属环(33)的压缩残余应力为x[MPa]、轴间距离为d、自由状态半径为Ro时，

-1300≤x＜-1000

Ro＜4.93d-557.4

Ro＜0.33d-4.7

同时成立。

4.根据权利要求1或2所述的金属带用金属环，其特征在于：在以金属环(33)的自由状态半径/最小缠绕半径为y，以由于热处理产生的金属环(33)的压缩残余应力为x[MPa]时，

x＜-1300

y＜0.000026x²+0.084x+70.5

y＞0.000003x²+0.007x+5.0

同时成立。

5.根据权利要求1或2所述的金属带用金属环，其特征在于：在以金属环(33)的自由状态半径/最小缠绕半径为y，以由于上述热处理产生的金属环(33)的压缩残余应力为x[MPa]时，

x＜-1300

y＜0.000026x²+0.084x+70.5

y＞0.000003x²+0.007x+5.0

同时成立，或者

y＜5.0

y＞1.5

-1300≤x＜-1000

同时成立。

6.根据权利要求1或2所述的金属带用金属环，其特征在于：利用金属环(33)周长的修正来进行金属环(33)的自由状态半径(Ro)的设定，在正圆状态下进行修正了周长后的时效硬化处理，在椭圆状态下进行时效硬化处理后的氮化处理。

7.根据权利要求6所述的金属带用金属环，其特征在于：将在使用状态下相互不接触的多数金属环(33)配置成同心状而进行上述时效硬化处理。

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