DE60110146T2

DE60110146T2 - Endloser Metallriemen für stufenlos verstellbares Getriebe mit Metallriemen.

Info

Publication number: DE60110146T2
Application number: DE60110146T
Authority: DE
Inventors: Shigeru Wako-shi Kanehara
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: US6517458B2; EP1136722B1; EP1136722A2; EP1136722A3; US20010039225A1; JP2001271888A; DE60110146D1; JP3722273B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen verschleißfesten endlosen Metallriemen für ein stufenlos einstellbares Metallriemengetriebe (auch stetig einstellbares Getriebe genannt).
Beschreibung der verwandten Technik
Wenn ein stufenlos einstellbares Metallriemengetriebe mit einer Antriebsriemenscheibe, einer Abtriebsriemenscheibe und einem endlosen Metallriemen, der durch Ineingriffbringen von Blöcken mit einem schichtweise aufgebauten, durch radiale Überlagerung dünner Metallringe gebildeten und zwischen der Antriebsriemenscheibe und der Abtriebsriemenscheibe verlaufenden Riemen gebildet ist, in Betrieb ist, sind die Metallblöcke um eine Achse senkrecht zu einer Ebene, in der der endlose Metallriemen verläuft, aufgrund der lateralen Verlagerung des endlosen Metallriemens geneigt, und die inneren Seitenkanten der dünnen Metallringe werden stark gegen die Seitenkanten von Halsabschnitten der Metallblöcke gedrückt, so dass die inneren Seitenkanten der dünnen Metallringe beschädigt werden.
Eine in JP-U-Nr. Sho 63-82842 (JP-U-Nr. Hei 5-8358) vorgeschlagene Technik zur Verhinderung eines solchen Problems rundet sowohl die Außenflächen eines Halsabschnitts des Metallblocks zu einer gekrümmten Fläche mit einem vorbestimmten Krümmungsradius um die Vorderkante und die Hinter kante von gegenüberliegenden Seitenflächen des Metallblocks ab und rundet die Schnittfläche der gekrümmten Flächen mit einem vorbestimmten Krümmungsradius ab.
In der JP-A-Nr. Hei 2-146334 (EP-A-366169) gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sind die Seitenkanten eines Halsabschnitts eines Metallblocks zu einer gekrümmten Kante mit 0,2 m Krümmungsradius abgerundet. Jedoch bestimmt keines der Dokumente des Stands der Technik die Form der Seitenkanten des Halsabschnitts des Metallblocks rationell auf der Grundlage der Beziehung zwischen einer Spannung, die durch einen auf die innere Seitenfläche des dünnen Metallrings ausgeübten lokalen Druck induziert wird, und einer anderen Spannung, die in dem dünnen Metallring induziert wird.
Im genannten Stand der Technik weist die gekrümmte Seitenkante des Halsabschnitts des Metallblocks einen großen Krümmungsradius auf, die Seitenkante des Halsabschnitts des Metallblocks, die schwierig herzustellen ist, muss stark ausgeschnitten werden, aufwendige Arbeit ist für die Inspektion der Seitenkante des Halsabschnitts des Metallblocks erforderlich, um zu sehen, ob die Seitenkante in einem vorbestimmten Krümmungsradiums abgerundet ist, die Verarbeitung und Inspektion des Metallblocks nimmt viel Zeit in Anspruch und der Metallblock wird mit geringer Produktivität hergestellt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verbesserungen in einen solchen endlosen Metallriemen für ein stufenlos variables Metallriemengetriebe einzubringen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein endloser Metallriemen für ein stufenlos einstellbares Metallriemengetriebe (auch als stetig einstellbares Getriebe bezeichnet) gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
Bei dem stufenlosen Metallriemen gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Beschädigung des ebenen Mittelteils der inneren Seitenfläche des dünnen Metallriemens durch geeignete Bestimmung des Werts des Krümmungsradius R₀ der abgerundeten vorderen und hinteren Kanten von gegenüberliegenden Seitenflächen des Halsteils jedes Metallblocks in Beziehung zur Dicke t des Metallrings vermieden werden.
Vorzugsweise ist bei dem Metallriemen für ein stufenlos einstellbares Metallriemengetriebe R_R im Bereich von 0,04 t/0,18 bis 0,07t/0,18 und R₀ ≥ t/3, wobei R_R der Krümmungsradius der abgerundeten Seitenkanten des inneren und des äußeren Umfangs jedes der dünnen Metallringe ist. Der Krümmungsradius R₀ der vorderen und der hinteren abgerundeten Kante von gegenüberliegenden Seitenflächen des Halsteils jedes Metallblocks ist groß, wenn der Krümmungsradius R_R der abgerundeten Seitenkanten des inneren und äußeren Umfangs jedes der dünnen Metallringe groß ist, und der Krümmungsradius R₀ der vorderen und der hinteren abgerundeten Kanten von gegenüberliegenden Seitenflächen des Halsteils jedes Metallblocks ist klein, wenn der Krümmungsradius R_R der abgerundeten Seitenkanten des inneren und des äußeren Umfangs jedes der dünnen Metallringe klein ist.
Vorzugsweise sind bei dem endlosen Metallriemen für ein stufenlos einstellbares Metallriemengetriebe die Seitenränder des inneren und des äußeren Umfangs jedes der dünnen Metallringe in abgerundete Kanten mit einem Krümmungsradius R_R abgerundet, Mittelteile von gegenüberliegenden Seitenflächen jedes dünnen Metallrings sind eben und der Krümmungsradius R_R der abgerundeten Seitenkanten des inneren und des äußeren Umfangs jedes dünnen Metallrings und der Krümmungsradius R₀ der vorderen und der hinteren abgerundeten Kante von gegenüberliegenden Seitenflächen des Halsteils jedes Metallblocks erfüllen die folgende Ungleichung. RR ≤ 35R0 3 – 12,7R0 2 + 1,59 R0 + 0,01
Daher wird der geringst mögliche Krümmungsradius R₀ der abgerundeten Kanten der Seitenfläche des Metallblocks in Beziehung zum Krümmungsradius R_R der abgerundeten Kanten auf den gegenüberliegenden Seitenflächen des dünnen Metallrings ausgewählt, um den Bearbeitungsaufwand beim Herstellen des Metallblocks zu verringern, so dass der Metallblock mit einer stark verbesserten Produktivität bei geringen Kosten hergestellt werden kann.
Der Krümmungsradius R_R der abgerundeten Seitenkanten des inneren und des äußeren Umfangs jedes dünnen Metallrings und der Krümmungsradius R₀ der vorderen und der hinteren abgerundeten Kanten von gegenüberliegenden Seitenflächen des Halsteils jedes Metallblocks werden so bestimmt, dass eine Spannung, die Ermüdungsfestigkeit betrifft und in dem Innenumfang des innerstes Metallrings induziert wird, gleich oder kleiner als eine Spannung ist, die die Ermüdungsfestigkeit betrifft und die in der inneren Seitenfläche des dünnen Metallrings durch die vordere und die hintere abgerundete Kante der Seitenfläche des Halsteils des Metallblocks, der in Kontakt mit dem dünnen Metallring gelangt, induziert wird.
Bei dem endlosen Metallriemen wird eine Beschädigung des ebenen Mittelteil des inneren Seitenfläche des dünnen Metallrings, die die abgerundeten Kanten der Seitenfläche des Halsteils des Metallblocks berührt, vermieden, der geringst mögliche Krümmungsradius R₀ der abgerundeten Kanten der Seitenfläche des Metallblocks wird in Beziehung zu dem Krümmungsradius R_R der abgerundeten Kanten der gegenüberliegenden Seitenflächen des dünnen Metallrings ausgewählt, um den Bearbeitungsaufwand beim endgültigen Fertigstellen des Metallblocks zu verringern, so dass der Metallblock mit einer stark verbesserten Produktivität bei geringen Kosten hergestellt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine Diagrammansicht eines stufenlos einstellbaren Metallriemengetriebes ist, das mit einem endlosen Metallriemen in einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist,
2 eine schematische Seitenansicht eines Umwicklungsverbinder-Antriebsmechanismus ist, der in 1 gezeigt ist,
3 eine fragmentarische Perspektivansicht des endlosen Metallriemens ist,
4 eine Frontaufrissansicht eines Metallblocks ist,
5 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie V-V in 4 ist,
6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in 4 ist,
7 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie VII-VII in 4 ist,
8 eine vergrößerte fragmentarische Perspektivansicht von inneren Seitenteilen von dünnen Metallringen und Halsteilen von Metallblöcken ist,
9 eine vergrößerte perspektivische Ansicht von inneren Seitenteilen von dünnen Metallringen und dem Halsteil eines Metall blocks in Kontakt mit den inneren Seitenkanten der dünnen Metallringe ist,
10 eine Querschnittsansicht eines Metallblocks und einer geschichteten Ringstruktur ist, die mit einem in dem Metallblock ausgebildeten Schlitz in Eingriff steht, und die einen Zustand zeigt, in dem die untere hintere Kante des Schlitzes in den Innenumfang des innersten dünnen Metallrings eingreift,
11 eine Diagrammansicht des Widerstands beim Erläutern einer Zugkraft, die auf den innersten Metallring wirkt, ist,
12 ein unterstützendes Schaubild zur Erläuterung der Beziehung zwischen Zugkräften und Reibungskoeffizienten ist,
13 ein Schaubild ist, das die Verteilung von interner Spannung in einem Mittelteil bezüglich der Dicke des innersten Metallrings ist,
14 ein Schaubild ist, das die Verteilung von innerer Spannung im Außenumfang des innersten Metallrings zeigt,
15 ein Schaubild ist, das die Verteilung von innerer Spannung in der Innenumfangsfläche des innersten Metallrings zeigt,
16 ein Schaubild ist, das die Verteilung von Kontaktspannungen in einem Zustand, in dem die innere Seitenfläche eines dünnen Metallrings sich in Kontakt mit dem Halsabschnitt eines Metallblocks befindet,
17 einen Schaubild ist, das die Beziehung zwischen dem korrigierten inneren Spannungsunterschied σ* des innersten dünnen Metallrings und dem korrigierten Kontaktspannungsunterschied σ*_HP eines Teils des innersten Metallrings in Kontakt mit dem Halsteil des Metallblocks zeigt, wenn der Krümmungsradius R₀ von abgerundeten Kanten des Halsteils des Metallblocks 0,05 mm beträgt,
18 ist ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen dem korrigierten inneren Spannungsunterschied σ* des innersten Metallrings und dem korrigierten Kontaktspannungsunterschied σ*_HP eines Teils des innersten dünnen Metallrings in Kontakt mit dem Halsteil des Metallblocks zeigt, wenn der Krümmungsradius R₀ von abgerundeten Kanten des Halsteils des Metallblocks 0,07 mm beträgt,
19 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen dem korrigierten inneren Spannungsunterschied σ* des innersten dünnen Metallrings und dem korrigierten Kontaktspannungsunterschied σ*_HP eines Teils des innersten dünnen Metallrings in Kontakt mit dem Halsteil des Metallblocks zeigt, wenn der Krümmungsradius R₀ von abgerundeten Kanten des Halsteils des Metallblocks 0,10 mm beträgt.
20 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen dem korrigierten inneren Spannungsunterschied σ* des innersten dünnen Metallrings und dem korrigierten Kontaktspannungsunterschied σ*_HP eines Teils des innersten dünnen Metallrings in Kontakt mit dem Halsteil des Metallblocks zeigt, wenn der Krümmungsradius R₀ von abgerundeten Kanten des Halsteils des Metallblocks 0,15 mm beträgt.
21 ein Schaubild ist, das die Beziehung zwischen dem Krümmungsradius R₀ der abgerundeten Kanten des Halsteils des Metallblocks und dem Krümmungsradius R_R der abgerundeten Kanten des dünnen Metallrings zeigt,
22 ein Schaubild ist, das eine Kurve zeigt, die eine Grenze zwischen einem Bereich A, in dem R_R > 35R₀ ³ – 12,7R₀ ³ + 1,5925R₀ + 0,0107 ist, und einem Bereich B, in dem R_R < 35R₀ ³ – 12,7R₀ ² + 1,5925R₀ + 0,0107 ist, wiedergibt,
23 eine Tabelle ist, die Werte eines korrigierten inneren Spannungsunterschieds σ_a* und eines korrigierten Kontaktspannungsunterschieds σ_a*HP für unterschiedliche Krümmungsradien R_R von abgerundeten Kanten der Seitenflächen des innersten dünnen Metallrings auflistet, wenn der Krümmungsradius R₀ in abgerundeten Kanten des Halsteils des Metallblocks 0,05 mm beträgt,
24 eine Tabelle ist, die Werte eines korrigierten inneren Spannungsunterschieds σ_a* und eines korrigierten Kontaktspannungsunterschieds σ_a*HP für unterschiedliche Krümmungsradien R_R von abgerundeten Kanten der Seitenflächen des innersten dünnen Metallrings auflistet, wenn der Krümmungsradius R₀ in abgerundeten Kanten des Halsteils des Metallblocks 0,07 mm beträgt,
25 eine Tabelle ist, die Werte eines korrigierten inneren Spannungsunterschieds σ_a* und eines korrigierten Kontaktspannungsunterschieds σ_a*HP für unterschiedliche Krümmungsradien R_R von abgerundeten Kanten der Seitenflächen des innersten dünnen Metallrings auflistet, wenn der Krümmungsradius R₀ in abgerundeten Kanten des Halsteils des Metallblocks 0,15 mm beträgt, und
26 eine Tabelle ist, die Werte eines korrigierten inneren Spannungsunterschieds σ_a* und eines korrigierten Kontaktspannungsunterschieds σ_a*HP für unterschiedliche Krümmungsradien R_R von abgerundeten Kanten der Seitenflächen des innersten dünnen Metallrings auflistet, wenn der Krümmungsradius R₀ in abgerundeten Kanten des Halsteils des Metallblocks 0,15 mm beträgt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein endloser Metallriemen in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 10 beschrieben. Bezug nehmend auf 1 ist eine Eingangswelle 3 über einen Dämpfer 2 mit einer Kurbelwelle 1 eines Verbrennungsmotors E verbunden. Die Eingangswelle 3 ist durch eine Startkupplung 4 mit einer Antriebswelle 5 verbunden, die in einem stufenlos einstellbaren Metallriemengetriebe T enthalten ist. Eine an der Antriebswelle 5 angebrachte Antriebsriemenscheibe 6 besitzt einen stationären Teil 7, der integral mit der Antriebswelle 5 ausgebildet ist, sowie einen beweglichen Teil 8, der an der Antriebswelle 5 derart angebracht ist, dass er zu dem stationären Teil 7 hin und von diesem weg beweglich ist. Der bewegliche Teil 8 ist zu dem festen Teil 7 hin durch einen Fluiddruck vorgespannt, der auf eine Ölkammer 9 ausgeübt wird. Eine Abtriebswelle 10 ist parallel zur Antriebswelle 5 gelagert und eine Abtriebsinnenscheibe 11 ist an der Abtriebswelle 10 angebracht. Die Abtriebsriemenscheibe 11 hat einen stationären Teil 12, der integral mit der Abtriebswelle 10 ausgebildet ist, sowie einen beweglichen Teil 13, der an der Abtriebswelle 10 derart angebracht ist, dass er zu dem stationären Teil 12 hin und von diesem weg beweglich ist. Der bewegliche Teil 13 ist zu dem stationären Teil 12 hin durch einen Fluiddruck vorgespannt, der auf eine Ölkammer 14 ausgeübt wird.
Bezug nehmend auf 2 und 3 ist ein endloser Metallriemen 15 durch Einführen eines Paares von geschichteten Ringstrukturen 31 in Schlitze 32a gebildet, die auf gegenüberliegenden Seitenteilen der Metallblöcke 32 ausgebildet sind. Der endlose Metallriemen 15 verläuft zwischen der Antriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 11. Jede geschichtete Ringstruktur 31 ist gebildet durch enges Überlagern von zwölf dünnen Metallringen 30 von ungefähr 660 mm Umfang, ungefähr 9,2 mm Breite und ungefähr 0,18 mm Dicke. Wie in 8 und 9 gezeigt ist, sind radial innere Seitenkanten an den Überschneidungen der inneren und der äußeren Seitenfläche 30c und dem inneren Umfang 30a jedes dünnen Metallrings 30 zu radial inneren abgerundeten Kanten 30d abgeschliffen mit einer Form, die im Wesentlichen einem Viertel eines kreisförmigen Zylinders mit einem Krümmungsradius R_R wiedergibt, und die radial äußeren Seitenkanten der Überschneidungen der inneren und äußeren Seitenfläche 30c und des Außenumfangs 30b jedes dünnen Metallrings 30 sind in radial äußere abgerundete Kanten 30e abgeschliffen mit einer Form, die im Wesentlichen ein Viertel eines Zylinders mit einem Krümmungsradius R_R wiedergibt.
Die beiden geschichteten Ringstrukturen 31 sind in den Schlitzen 32 befestigt, die an den gegenüberliegenden Seitenteilen der Metallblöcke 32 ausgebildet sind. Eine Kippkante 32d ist in der vorderen Fläche 32c jedes Metallblocks 32 ausgebildet. Die Seitenkanten eines Halsteils 32e jedes Metallblocks 32 sind zu runden Seitenkanten 32f abgerundet mit einer Form, die im Wesentlichen ein Viertel eines kreisförmigen Zylinders mit einem Krümmungsradius R₀ wiedergibt.
Ein Vorwärtsantriebsrad 16 und ein Rückwärtsantriebsrad 17 sind an der Abtriebswelle 10 derart angeordnet, dass sie relativ zueinander drehbar sind. Das Vorwärtsantriebsrad 16 und das Rückwärtsantriebsrad 17 stehen mit der Abtriebswelle 10 durch einen Selektor 18 selektiv in und außer Eingriff. Eine Ausgangswelle 19 verläuft parallel zur Abtriebswelle 10. Eine Vorwärtsabtriebswelle 20 und ein Rückwärtsabtriebsrad 22 sind integral mit der Ausgangswelle 19 gebildet. Die Ausgangswelle 19 wird zur Vorwärtsdrehung über das Vorwärtsabtriebsrad 20 durch das Vorwärtsantriebsrad 16 angetrieben. Die Ausgangswelle 19 wird zur Rückwärtsdrehung durch ein Rückwärtsleerlaufrad 21 und das Rückwärtsabtriebsrad 22 durch das Rückwärtsantriebsrad 17 angetrieben. Ein letztes Antriebsrad 23 ist integral mit der Ausgangswelle 19 gebildet, und ein letztes Abtriebsrad 24, das mit dem letzten Antriebsrad 23 in Eingriff steht, ist mit einem Differenzialgetriebe 25 kombiniert. Das Differenzialgetriebe 25 ist mit einem rechten und einem linken Rad W durch eine rechte und eine linke Achse 26 verbunden. Die Antriebskraft der Ausgangswelle 19 wird differenziell durch das letzte Antriebsrad 23, das letzte Abtriebsrad 24, das Differenzialrad 25 und die Achse 26 zu dem rechten und dem linken Rad W übertragen.
Die jeweiligen Ölkammern 9 und 14 der beweglichen Teile 8 und 13 sind mit einer hydraulischen Steuer-/Regeleinheit U₂ verbunden, die durch eine elektronische Steuereinheit U₁ gesteuert/geregelt wird. Wenn das stufenlos einstellbare Metallriemengetriebe T auf LOW gestellt ist, gibt die elektronische Steuer-/Regeleinheit U₁ ein Steuer-/Regelsignal an die hydraulische Steuereinheit U₂ aus, um den Fluiddruck in der Ölkammer 14 des Abtriebriemenscheibe 11 zu erhöhen und den Fluiddruck in der Ölkammer 9 des Antriebszahnrads 6 zu verringern. Demzufolge steigt der effektive Durchmesser D_DN der Abtriebsriemenscheibe 11 kontinuierlich an und der effektive Durchmesser D_DR der Antriebsriemenscheibe 6 verringert sich kontinuierlich, so dass das Übersetzungsverhältnis des stufenlos einstellbaren Metallriemengetriebes T sich kontinuierlich zu LOW verändert. Wenn das stufenlos einstellbare Metallriemengetriebe T auf OD gestellt ist, gibt die elektronische Steuereinheit U₁ ein Steuer-/Regelsignal an die hydraulische Steuereinheit U₂ aus, um den Fluiddruck in der Ölkammer 14 der Abtriebsriemenscheibe 11 zu verringern und den Fluiddruck in der Ölkammer 9 der Antriebsriemenscheibe 6 zu erhöhen. Demzufolge verringert sich der effektive Durchmesser D_DN der Abtriebsriemenscheibe 11 kontinuierlich und der effektive Durchmesser D_DR der Antriebsriemenscheibe 6 steigt kontinuierlich an, so dass das Übersetzungsverhältnis des stufenlos einstellbaren Metallriemengetriebes T sich kontinuierlich zu OD verändert.
Spannungen, die in den dünnen Metallringen 30 induziert werden, werden erläutert. Wenn die geschichteten Ringstrukturen 31 zwischen der Antriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 11 verlaufen und die Antriebsriemenscheibe 6 im Uhrzeigersinn angetrieben wird, wie in 2 gezeigt ist, wird eine Zugspannung T₁ in einer geraden Seite jeder geschichteten Ringstruktur 31, die zwischen der Antriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 11 verläuft, induziert und eine Zugspannung T₂ wird in der anderen geradlinigen Seite der geschichteten Ringstruktur 31 induziert. Die Zugspannungen T₁ und T₂ werden durch ein in der JP-A-Nr. Hei 10-89429 erwähntes Verfahren gemessen.
Wenn der durch Einführen des Paares von geschichteten Ringstrukturen 31, von denen jede durch Überlagern von n dünnen Metallringen 30 (zwölf dünne Metallringe 30) in den Schlitzen 32a der Metallblöcke 32 gebildet ist, gebildete endlose Metallriemen 15 zwischen der Antriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 11 verläuft, wirkt ein Zugkraftunterschied ΔT₁ auf den innersten Metallring 30₁ . ΔT1 = {n(ξ – 1) + 1}ΔTall/nξwobei ΔT_all = (T₁ – T₂)/2 ist, ξ ein Reibungskoeffizientenverhältnis (μ_SSM/μ_SS) ist, μ_SSM der Reibungskoeffizient zwischen dem Metallblock 32 und dem dünnen Metallring 30 ist, μ_ss der Reibungskoeffizient zwischen den dünnen Metallringen 30 ist und n die Anzahl der geschichteten dünnen Metallringe 30 ist.
Bezug nehmend auf 11, die ein einfaches Modell eines endlosen Metallriemens mit drei dünnen Metallringen zeigt, sind die Zugkraftdifferenzen ΔT, die zur Spannungsveränderung beitragen: ΔT3 = F3 = μSSN ΔT2= F2 – F3 = μSSN ΔT1 = F1 – F2 = 3μSSM N – 2μSSN
Daher ist ΔT₁ von ΔT₂ und ΔT₃ verschieden. ΔT1/ΔT2 = (3μSSMN – 2μSSN)/μSSN = 3μSSM – 2μSS)/μss
Wenn daher die Anzahl von dünnen Metallringen n ist, gilt ΔT1/ΔT2 = {nμSSMN – (n – 1)μssN}/μSSN = {nμSSM – (n – 1)μSS}/μSS = nξ – (n – 1) = n(ξ – 1) + 1 (1)
Die Zugkraftdifferenz ΔT_all in der gesamten geschichteten Ringstruktur 31 ist: ΔTall = ΔT1 + ΔT2 + ... + ΔTn (n – 1)ΔT2 + ΔT1 = (n – 1)ΔT2 + {N(ξ – 1)1}ΔT2 = NξΔT2 daher gilt: ΔT2 = 1/nξΔTall (2)
Durch Einsetzen von Ausdruck (2) in Ausdruck (1) erhält man ΔT1 = {n(ξ – 1) + 1}/nξΔTall (3)
12 zeigt die Beziehung zwischen ΔT₁/ΔT_all und μ_SSM/μ_ss, wenn n = 12, berechnet unter Verwendung von Ausdruck (3).
Der Reibungskoeffizient μ_SSM zwischen den Metallblöcken 32 und dem dünnen Metallring 30 und der Reibungskoeffizienten μ_SS zwischen den dünnen Metallringen 30, die durch Experimente bestimmt werden, war jeweils ungefähr 0,1 und ungefähr 0,05. Daher gilt μ_SSM/μ_SS = ξ = 2,0.
Der Wert von ΔT₁ wurde unter Verwendung dieser Werte und Ausdruck (3) berechnet. ΔT1/ΔTall = (12 + 1)/12 × 2 = 13/24 ≈ 0,54
Aus 12 erhält man ΔT1/ΔTall ≈ 0,5
Daher wirkt ungefähr 50% der Zugkraftdifferenz ΔT_all in der einen geschichteten Ringstruktur 31 auf den innersten dünnen Metallring 30₁ . Die mittlere Zugkraft T₁ + T₂ im innersten dünnen Metallring 30₁ wird bestimmt. Aus der mittleren Zugkraftdifferenz T₁ – T₂ und der mittleren Zugkraft T₁ + T₂, gilt dass die maximale Zugspannung im innersten dünnen Metallring 30₁ , der sich von der Antriebsriemenscheibe 6 zur Abtriebsriemenscheibe 11 hin bewegt, σ_TH = T₁/2 × 12 × A × t ist und dass die minimale Zugspannung im innersten Metallring 30₁ , der sich von der Abtriebsriemenscheibe 11 zu der Antriebsriemenscheibe 6 hin bewegt, σ_TL = T₂/2 × 12 × A × t ist, wobei A die Breite und t die Dicke des dünnen Metallrings 30 ist.
13 ist ein Schaubild, das die Verteilung der Zugspannung σ_T in einem mittleren Teil bezüglich der Dicke des innersten Metallrings 30₁ zeigt, bei der die Länge des innersten Metallrings 30₁ auf der horizontalen Achse gemes sen wird und die Spannung in dem mittleren Teil des innersten dünnen Metallrings 30₁ auf der vertikalen Achse gemessen wird (Zugspannung und Druckspannung werden jeweils nach oben und nach unten von der horizontalen Achse aus gemessen). Bei dem in 13 gezeigten Schaubild ist der Unterschied zwischen der maximalen und der minimalen Spannung 2σ_a, wobei σ_a eine Spannungsunterschied ist, und der Mittelwert der maximalen und der minimalen Spannung ist die mittlere Spannung σ_m.
Die dünnen Metallringe 30 befinden sich in einem Kreis mit einem Radius R', wenn dieselben nicht zwischen der Antriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 11 verlaufen und sich in einem unbelasteten Zustand befinden. Wenn die dünnen Metallringe 30 zwischen der Antriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 11 verlaufen, sind Teile des innersten Metallrings 30₁ , die um die Antriebsriemenscheibe 6 und die Abtriebsriemenscheibe 11 herum verlaufen, jeweils in Kreisbögen mit Radien von R_RD und R_DN gekrümmt, und Teile des innersten dünnen Metallrings 30₁ , die zwischen der Antriebsriemenscheibe 6 und der Abtriebsriemenscheibe 11 verlaufen, sind gerade gedehnt. Demzufolge werden Biegespannungen σ_VDR = Et{(1/R_DR) – (1/R')} und σ_VDN = Et{(1/R_DN) – (1/R')} (ein Pluszeichen zeigt eine Zugspannung und ein Minuszeichen zeigt eine Druckspannung an) jeweils in einem Teil induziert, der an den Außenumfang des innersten dünnen Metallrings 30₁ , der um die Antriebsriemenscheibe 6 herumführt, angrenzt, und in einem Teil, der an den Innenumfang des innersten dünnen Metallrings 30₁ , der um die Abtriebsriemenscheibe 11 herum führt, angrenzt. Eine Biegespannung σ_V1 = Et(1/R') wird in einem Teil induziert, der an den Außenumfang des innersten dünnen Metallrings 30₁ angrenzt, der zwischen der Antriebsriemenscheibe und der Abtriebsriemenscheibe 11 verlangt.
14 zeigt die Veränderung der Spannung, die in dem an den Außenumfang des innersten dünnen Metallrings 30₁ angrenzenden Teil entlang der Länge des innersten dünnen Metallrings 30₁ induziert wird. Bei dem in 14 gezeigten Schaubild zeigen gepunktete Linien jeweils die Summe der Addition von σ_T und σ_VDR in dem um die Antriebsriemenscheibe 6 herumführenden Teil, die Summe der Addition von σ_T und σ_VDN in dem um die Abtriebsriemenscheibe 11 herumführenden Teil, den Rest der Subtraktion von σ_V1 von σ_TH in dem geradlinigen Teil und den Rest der Subtraktion von σ_V1 von σ_TL in dem geradlinigen Teil an.
15 zeigt die Veränderung des in dem an den Innenumfang des innersten dünnen Metallrings 30₁ angrenzenden Teil induzierten Spannung entlang der Länge des innersten dünnen Metallrings 30₁ . Bei dem in 11 gezeigten Schaubild, zeigen gepunktete Linien jeweils den Rest der Subtraktion von σ_VDR (Druckspannung) von σ_T in dem um die Antriebsriemenscheibe 6 herumführenden Teil, den Rest der Subtraktion von σ_VDN (Druckspannung) von σ_T in dem um die Abtriebsriemenscheibe 11 herumführenden Teil, die Summe der Addition von σ_V1 und σ_TH in dem geradlinigen Teil und die Summe der Addition von σ_V1 und σ_TL in dem geradlinigen Teil an.
Wie in 15 gezeigt ist, fällt die Spannung σ_VDN in einem Teil X (2) des innersten dünnen Metallrings 30₁ , der die Abtriebsriemenscheibe 11 verlässt, scharf ab, weil die Hinterkante 32b' der inneren Seitenfläche 32b des Schlitzes 32 eines Metallblocks 32 auf den Innenumfang 30_1a des innersten dünnen Metallrings 30₁ stößt, wie in 10 gezeigt ist, und eine große lokale Kontaktspannung induziert wird.
Es wird eine Beschreibung einer Kontaktspannung gegeben, die an der inneren Seitenfläche 30c des dünnen Metallrings 30 induziert wird, wenn der Metallblock um eine Achse senkrecht zum Innenumfang 30a und zum Außenumfang 30b des dünnen Metallrings 30 dreht und die abgerundete Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 gegen die innere Seitenfläche 30c des dünnen Metallrings 30 gedrückt wird, um eine Kraft Q auf die innere Seitenfläche 30c des dünnen Metallrings 30 auszuüben.
Unter Bezugnahme auf 9 ist dann, wenn die abgerundete Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 in Kontakt mit der inneren Seitenfläche 30c des dünnen Metallrings 30 gelangt, die Kontaktlänge eines Kontaktteils 30f der inneren Seitenfläche 30c des dünnen Metallrings 30t – 2R_R, wobei t die Dicke des dünnen Metallrings ist, und die Umfangsbreite des Kontaktteils 30f der inneren Seitenfläche 30c des dünnen Metallrings 30c ist. Eine in dem Kontaktteil 30f induzierte Kontaktspannung wird durch den folgenden Ausdruck, der Hertz-Formel genannt wird, ausgedrückt: σhN = Q/π·12·(t – 2RR)C + EC/4(1 – V2)R0 (4)wobei E der Elastizitätsmodul des dünnen Metallrings 30 und des Metallblocks 32 ist und V der Poissonsche Beiwert des dünnen Metallrings 30 und des Metallblocks 32 ist.
15 zeigt die Veränderung der auf den Innenumfang 30₁a des innersten dünnen Metallrings 30₁ wirkenden Spannung. 16 ist ein Schaubild, das erhalten wird durch Addieren der Kontaktspannung σ_hN, die induziert wird durch die abgerundete Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 in Kontakt mit dem innersten dünnen Metallring 30₁ , zu einer Spannung, die induziert wird in einem Teil des innersten dünnen Metallrings 30₁ in einem Abstand h von dem Innenumfang 30₁a zum Außenumfang 30₁b hin.
Allgemein steht die Ermüdungsfestigkeit eines Metalls mit dem Spannungsunterschied σ_a zwischen einer Maximalspannung und einer Minimalspannung und der mittleren Spannung σ_m in Beziehung. Die Ermüdungsfestigkeit eines Stahls ist abhängig von einem korrigierten inneren Spannungsunterschied, der ausgedrückt wird durch: σa* = σa + σm/3 (5)
Eine korrigierter Kontaktteilspannungsunterschied σ_a*HN im Kontaktteil der inneren Seitenfläche 30a des innersten dünnen Metallrings in Kontakt mit der abgerundeten Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 wird ausgedrückt durch: σa*HN = σaHN + σmHN/3 (6)
Die in 23 gezeigte Tabelle 1 listet berechnete Werte des korrigierten inneren Spannungsunterschieds σ_a* und des korrigierten Kontaktteilspannungsunterschieds σ_a*HN auf, wenn der Krümmungsradius R₀ mit der abgerundeten Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 0,05 mm ist. In Tabelle 1 sind Werte für den Krümmungsradius R_R der abgerundeten Kante des dünnen Metallrings 30 jeweils 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08 und 0,09, und die Höhe h des Innenumfangs 30a des dünnen Metallrings 30 wird verändert. Hertz'sche Druckspannungen der Riemenscheibe σ_hN(DR) und σ_nN(DN) bei der Höhe h werden unter Verwendung von Ausdruck (4) berechnet.
Innere Spannungen (der Spannungsunterschied σ_a, die mittlere Spannung σ_m und der korrigierte Spannungsunterschied σ_a*) in einem Teil bei der Höhe h im dünnen Metallring 30 werden durch ähnliche Methoden wie die oben genannten bestimmt.
Die inneren Spannungen im dünnen Metallring 30 und die Hertz'schen Druckspannungen an der Riemenscheibe werden kombiniert, um Halskontaktspannungen (Kontaktteilspannungsunterschied σ_aHN mittlere Halskontaktspannungen σ_mHN und die korrigierter Spannungsunterschied am Kontaktteil σ_a*HN) am Kontaktteil des dünnen Metallrings 30 in Kontakt mit der abgerundeten Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 zu bestimmen, wie in 16 gezeigt ist.
17 zeigt die Veränderung des korrigierten Spannungsunterschieds σ_a*HN am Kontaktteil mit der Höhe h, wobei der korrigierte innere Spannungsunterschied σ_a* und der korrigierte Spannungsunterschied σ_a*HN am Kontaktteil auf der vertikalen Achse gemessen werden und die Höhe h auf der horizontalen Achse gemessen wird. Wie aus 17 offensichtlich ist, ist der korrigierte Spannungsunterschied am Kontaktteil σ_a*HN größer als der innere korrigierte Spannungsunterschied σ_a* in dem Teil, das an den Innenumfang 30a angrenzt, in dem der korrigierte innere Spannungsunterschied σ_a* am größten ist, wenn der Krümmungsradius R_R der innersten abgerundeten Kante 30d und die Außenseitenkante 30e des dünnen Metallrings 30 in Kontakt mit der abgerundeten Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 größer ist als einer von 0,063 mm (h = 0,063mm) und 0,072 mm (h = 0,1008 mm). Der korrigierte Spannungsunterschied σ_a*HN am Kontaktteil ist kleiner als der korrigierte innere Spannungsunterschied σ_a*, wenn der Radius R_R kleiner als 0,063 mm auf der Innenseite der Mitte des dünnen Metallrings 30 oder kleiner als 0,072 mm auf der Außenseite der Mitte der Dicke des dünnen Metallrings 30 ist. Der Beginn eines Ermüdungsfehlers der inneren abgerundeten Kante 30c, die in Kontakt mit der abgerundeten Seitenkante 32f des Halsteils 32 jedes Metallblocks 32 gelangt, vor dem Einsetzen eines Ermüdungsfehlers an dem Innenumfang 30a des dünnen Metallrings kann durch Ausbilden der inneren abgerundeten Kanten 30e und 30g des dünnen Metallrings 30 mit dem Krümmungsradius R_R nicht größer als 0,06 mm verhindert werden, wenn der Krümmungsradius R₀ der abgerundeten Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 0,05 mm beträgt.
Die zuvor genannten Werte sind unter der Annahme berechnet worden, dass der Krümmungsradius R₀ der abgerundeten Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 0,05 mm beträgt. Werte der Kontaktspannung am Hals in dem Teil des dünnen Metallrings 30 in Kontakt mit der abgerundeten Seitenkante 32f des Metallblocks 32, wenn der Krümmungsradius jeweils 0,07, 0,10 und 0,15 mm beträgt, sind in den Tabellen, 2, 3 und 4 aufgelistet, die jeweils in 24, 25 und 26 gezeigt sind. Werte des Kontaktteilspannungsunterschieds σ_a*HN und des korrigierten inneren Spannungsunterschieds σ_a* sind in den in 18, 19 und 20 gezeigten Schaubildern gezeigt.
21 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen dem Krümmungsradius R₀ der abgerundeten Seitenkante 32f des Halsteils 32 des Metallrings 32 und dem Krümmungsradius R_R der inneren Seitenkanten 30d und 30e des dünnen Metallrings 30 zeigt, die den korrigierten innere Spannungsunterschied σ_a* an dem Innenumfang 30a des dünnen Metallrings 30 gleich dem korrigierten Spannungsunterschied σ_*NH am Kontaktteil machen, wobei der Radius R_R auf der vertikalen Achse gemessen wird und der Radius R₀ auf der horizontalen Achse gemessen wird. Die Beziehung zwischen R_R und R₀ wird durch Gleichung (7) ausgedrückt. RR = 35R0 3 – 12,7R0 2 + 1,5925R0 + 0,0107 (7)
Wie in 22 gezeigt ist, ist ein Bereich A, bei dem die Radien R_R und R₀ eine durch eine Ungleichung: RR > 35R0 3 – 12,7R0 3 + 1,5925R0 + 0,0107 (8)ausgedrückte Bedingung erfüllen, ein bevorzugter Bereich, in dem die Lebensdauer der inneren Seitenfläche 30c des dünnen Metallrings 30 kürzer ist als diejenige des Innenumfangs 30₁a des innersten dünnen Metallrings 30₁ . In einem Bereich B, in dem die Radien R_R und R₀ eine durch eine Ungleichung: RR < 35R0 3 – 12,7R0 2 + 1,5925R0 + 0,0107 (9) ausgedrückte Bedingung erfüllen, ist die Lebensdauer des Innenumfangs 30₁ des innersten dünnen Metallrings 30₁ kürzer als diejenige der inneren Seitenfläche 30c des dünnen Metallrings 30.
Der Grund, warum ein Bereich, in dem R₀ > 0,63 mm und 0,04 mm > R_R > 0,07 gilt, bevorzugt ist, wird hier in dem Folgenden beschrieben.
Angesichts einer Erleichterung beim Bilden des Metallblocks 32 ist es erwünscht, dass der Krümmungsradius R₀ der abgerundeten Seitenkante 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 0,063 mm oder darüber beträgt und braucht nicht unnötigerweise groß zu sein, so dass die Metallblöcke 32 mit einer hohen Produktivität hergestellt werden können.
In einem Bereich D in 21, in dem der Krümmungsradius R_R der inneren Seitenkanten 30d und 30e des dünnen Metallrings 30 in dem Bereich von 0,04 bis 0,07 liegt, muss der Krümmungsradius R_R der inneren Seitenkanten 30d und 30e des dünnen Metallrings 30 nach Maßgabe der Verringerung des Krümmungsradius R₀ der abgerundeten Seitenkanten 32f des Halsteils 32e des Metallblocks 32 scharf verringert werden, wenn der Krümmungsradius R₀ 0,63 mm oder darunter beträgt (Bereich E), d.h., die Beziehung zwischen den Radien R_R und R₀ tendiert dazu, in dem nicht bevorzugten Bereich A zu liegen, wenn der Krümmungsradius R₀ der abgerundeten Kanten 32f des Halsteils 32e des Metallrings 32 sich aufgrund eines Fehlers verringert. In einem Bereich F in 21, in dem der Krümmungsradius R_R der inneren Seitenkanten 30d und 30e des dünnen Metallrings 30 0,04 mm oder darunter beträgt, wird die Hertz'sche Spannung durch den Kontakt des dünnen Metallrings 30 mit den Seitenflächen der Riemenscheibennuten der Antriebsriemenscheibe und der Abtriebsriemenscheibe erhöht.
Obwohl die Erfindung hinsichtlich ihrer bevorzugten Ausführungsformen mit einem bestimmten Grad an Besonderheit beschrieben worden ist, sind offensichtlich viele Veränderungen und Variationen hierhin möglich. Es versteht sich daher, dass die vorliegende Erfindung auf andere Weise als hierin spezifisch beschrieben, ausgeübt werden kann, ohne von ihrem Rahmen und ihrer Idee abzuweichen.
Ein endloser Metallriemen (15) ist durch schichtweises Anordnen von dünnen Metallringen (30) in ihren Dicken gebildet, um tauartig geschichtete Ringstrukturen (31) zu bilden, und Befestigen der beiden geschichteten Ringstrukturen in Schlitzen (32a), die in gegenüberliegenden Seitenteilen jedes von Metallblöcken (32) ausgebildet sind, die auf den gegenüberliegenden Seiten eines Halsteils (32e) des Metallblocks verlaufen. Der endlose Metallriemen verläuft zwischen Antriebs- und Abtriebsriemenscheiben (6, 11), die jeweils verschiedene effektive Durchmesser aufweisen, um das Übersetzungsverhältnis zu ändern. Seitenkanten es inneren und des äußeren Umfangs (30a, 30b) des dünnen Metallrings sind zu abgerundeten Seitenkanten mit einem Krümmungsradius R_R abgerundet, Mittelteile von gegenüberliegenden Seitenflächen (30c) jedes dünnen Metallrings sind eben, vordere und hintere Kanten von gegenüberliegenden Seitenflächen des Halsteils jedes Metallblocks sind zu abgerundeten Kanten (32f) mit einem Krümmungsradius R₀ abgerundet, und der Krümmungsradius R_R und der Krümmungsradius R₀ werden derart bestimmt, dass eine auf Ermüdungsfestigkeit beruhende und im Innenumfang des innersten dünnen Metallrings (30₁ ) induzierte Ermüdungsfestigkeit gleich oder geringer als eine Spannung ist, die die Ermüdungsfestigkeit betrifft und die in der inneren Seitenfläche (30c) des dünnen Metallrings durch die vorderen und die hinteren Kanten der Seitenflächen des Halsteils des Metallblocks, die in Kontakt mit dem dünnen Metallring gelangen, induziert werden.

Claims

Endloser Metallriemen für ein stufenlos einstellbares Getriebe, der zwischen einer Antriebsriemenscheibe (6) und einer Abtriebsriemenscheibe (11) des stufenlos einstellbaren Getriebes (T) verlaufen soll, in welchem zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses jeweilige effektive Durchmesser der Antriebsriemenscheibe (6) und der Abtriebsriemenscheibe (11) variabel sind, wobei der endlose Metallriemen (15) zwei paralelle Ringstrukturen (31) aufweist, von denen jede aus endlosen, geschichteten, dünnen Metallringen (30) gebildet ist, und wobei eine Mehrzahl von Metallblöcken (32) entlang der beiden Ringstrukturen (31) angeordnet ist und an denselben gelagert ist, wobei die Metallblöcke (32) jeweilige Halsteile (32e) aufweisen, an deren gegenüberliegenden Seiten die Ringstrukturen (31) angeordnet sind, und wobei gegenüberliegende Seitenflächen der Halsteile (32e) an einer vorderen und einer hinteren abgerundeten Kante (32f) abgerundet sind mit einem Krümmungsradius R₀, dadurch gekennzeichnet, dass: der Krümmungsradius R₀ der vorderen und der hinteren abgerundeten Kante (32f) der Halsteile (32e) nicht kleiner ist als t/3, wobei t eine Dicke jedes der Metallringe (30) ist.
Endloser Metallriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten eines äußeren und eines inneren Umfangs (30a, 30b) jedes der Metallringe (30) an abgerundeten Seitenkanten (30d, 30e) abgerundet sind mit einem Krümmungsradius R_R, mittlere Teile (30c) von gegenüberliegenden Seitenflächen jedes Metallrings (30) flach sind und der Krümmungsradius (R_R) der abgerundeten Seitenkanten (30d, 30e) des äußeren und des inneren Umfangs (30a, 30b) jedes Metallrings (30) und der Krümmungsradius R₀ der vorderen und der hinteren aberundeten Kante (32f) von gegenüberliegenden Seiten flächen des Halsteils (32e) jedes Metallblocks (32) die folgende Ungleichung erfüllen: RR ≤ 35R03 – 12,7 R0 2 + 1,590R + 0,01.
Endloser Metallriemen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungradius R_R der abgerundeten Seitenkanten (30d, 30e) des äußeren und des inneren Umfangs (30a, 30b) jedes Metallrings (30) sich in dem Bereich von 0,04t/0,18 bis 0,07t/0,18 befindet und der Krümmungsradius R₀ der vorderen und der hinteren abgerundeten Kante (32f) von gegenüberliegenden Seitenflächen des Halsteils (32e) gleich oder größer ist als t/3, wobei t eine Dicke der Metallringe (30) ist.