DE69921754T2

DE69921754T2 - Riemen für stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE69921754T2
Application number: DE69921754T
Authority: DE
Inventors: Hideaki 4-1 Yoshida; Takamichi 4-1 Shimada; Hirofumi 4-1 Akagi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1999-09-23
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2019-09-24
Also published as: EP0989325A3; DE69921754D1; EP0989325B1; EP0989325A2; JP3554490B2; JP2000104793A; US6273837B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Riemen für ein stufenlos veränderliches Getriebe. Die Riemen sind gebildet durch Abstützen einer großen Anzahl von Metallelementen an einer Metallringanordnung, bei welcher mehrere Lagen von Endlosmetallringen geschichtet sind.
Beschreibung des Standes der Technik
Wenn ein Metallriemen eines stufenlos veränderlichen Getriebes durch V-Flächen seiner Antriebsscheibe und seiner Abtriebsscheibe gegriffen ist, wird in dem Metallriemen eine Zugspannung erzeugt. Da die Zugspannung abhängig von der Antriebskraft und der Bremskraft, welche von den zwei Scheiben erzeugt werden, schwankt, ändert sich die auf jeden Metallring ausgeübte Zugspannung periodisch mit dem Umlauf des Metallriemens. Da darüber hinaus der umlaufende Metallriemen dort gebogen wird, wo er um die Scheiben herum läuft und in den Sehnenteilen zwischen den Scheiben gedehnt wird, schwankt auch die auf jeden Metallring ausgeübte Biegespannung periodisch. Als Folge schwankt die auf jeden Metallring ausgeübte Gesamtspannung (die Summe aus der oben genannten Zugspannung und der oben genannten Biegespannung) periodisch während einer Umdrehung des Metallriemens.
Die japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift mit der Nummer 57-57938 hat daher vorgeschlagen, dass durch Ausüben von a) einer Restdruckspannung auf die radial äußere Fläche eines jeden Metallrings der Metallringanordnung und b) einer Restdehnspannung auf die radial innere Fläche, der Mittelwert der Spannungsamplitude (Spannungsmittelwert), welche auf jeden Metallring ausgeübt wird und welche periodisch schwankt, so nah wie möglich an 0 angenähert wird, um dadurch zu versuchen, die Abriebsdauer des Metallriemens zu verlängern.
Die oben genannte herkömmliche Anordnung unterscheidet nicht zwischen dem Metallring der innersten Lage von den anderen Metallringen. Eine Restdruckspannung wird auf die radial äußeren Flächen von allen Metallringen ausgeübt und eine Restdehnspannung wird auf die radial innere Fläche ausgeübt. Daher ist die Standfestigkeit des gesamten Metallriemens durch die Standfestigkeit des Metallrings der innersten Lage begrenzt, welcher unter harten Bedingungen verwendet wird, wie etwa jenen, die von großen Zugspannungsänderungen herrühren. Darüber hinaus wird die Verarbeitung, welche benötigt wird, um die Restdruckspannung und die Restdehnspannung auf die radial äußeren und inneren Flächen eines jeden Metallrings auszuüben, zu einer Hauptursache für erhöhte Kosten.
Die JP-A-62-28548 zeigt einen Stand der Technik gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1, insbesondere zeigt sie, dass die Dicke des Metallrings der innersten Lage derart eingestellt ist, dass ein Absolutwert einer auf diesen Metallring der innersten Lage ausgeübten Biegespannung gleich dem Absolutwert einer auf die Metallringe der übrigen Lagen ausgeübten Biegespannung ist.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die oben genannten Umstände ausgeführt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Standfestigkeit der gesamten Metallringanordnung zu erhöhen, indem die Abriebsdauer des Metallrings der innersten Lage verlängert wird, welcher derjenige ist, der am einfachsten zerbrochen wird.
Der Metallring der innersten Lage einer solchen Metallringanordnung ist in direktem Kontakt mit den Sattelflächen der Metallelemente, wohingegen die radial inneren Flächen der anderen Metallringe in direktem Kontakt mit den radial äußeren Flächen der anderen Metallringe stehen. Daher sind die Reibkoeffizienten der zwei Kontaktbereiche voneinander verschieden. Genauer wurde der Reibkoeffizient der radial inneren Fläche des Metallrings der innersten Lage, welcher sich in direktem Kontakt mit den Sattelflächen der Metallelemente befindet, tatsächlich gemessen und es wurde herausgefunden, dass er größer als der Reibkoeffizient der radial inneren Flächen der anderen Metallringe ist. Als Folge wird, wie in der Ausführungsform unten ausführlich beschrieben ist, die Änderung der auf den Metallring der innersten Lage ausgeübten Zugspannung (der Unterschied zwischen der Maximalzugspannung und der Minimalzugspannung in einem Zyklus) größer als die Änderungen einer auf die anderen Metallringe ausgeübten Zugspannung.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung ein Riemen für ein stufenlos veränderliches Getriebe, welcher durch Abstützen einer großen Anzahl von Metallelementen an einer Metallringanordnung gebildet ist, wobei mehrere Lagen endloser Metallringe geschichtet sind. Die Dicke des Metallrings der innersten Lage unterscheidet sich von der Dicke der Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage. Die Dicke des Metallrings der innersten Lage ist derart eingestellt, dass die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Stressamplitude nicht größer als die Stressamplitude ist, welche auf die Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage ausgeübt wird.
Die Erfindung unterscheidet sich weiter von dem nächstkommenden Stand der Technik, der aus der JP-A-62-28548 bekannt ist, durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1.
Der Unterschied zwischen der auf den Sehnenteil auf der gedehnten Seite ausgeübten Zugspannung und der auf den Sehnenteil auf der entspannten Seite des Metallrings der innersten Lage ausgeübten Zugspannung ist verschieden von einem Unterschied zwischen der Zugspannung des Sehnenteils auf der gedehnten Seite und der Zugspannung des Sehnenteils auf der entspannten Seite der Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage. Die Summe aus der Zugspannung des Sehnenteils auf der gedehnten Seite und der Zugspannung des Sehnenteils auf der entspannten Seite der Metallringanordnung ist gleichmäßig in der radialen Richtung der Metallringanordnung verteilt.
Die Erfindung ist optional dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Metallrings der innersten Lage derart eingestellt ist, dass bei einem Betriebszustand mit maximaler Pferdestärke die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude mit der Spannungsamplitude übereinstimmt, welche auf die Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage ausgeübt werden.
Da der Reibkoeffizient der radial inneren Fläche des Metallrings der innersten Lage, welche sich in Kontakt mit den Sattelflächen der Metallelemente befindet, größer ist als der Reibkoeffizient zwischen den Metallringen, welche in Kontakt miteinander stehen, wird die Änderung der auf den Metallring der innersten Lage ausgeübten Zugspannung (d. h. ein Zugspannungsunterschied zwischen dem Sehnenteil auf der gedehnten Seite und dem Sehnenteil auf der entspannten Seite) größer als die Änderung einer auf die anderen Metallringe ausgeübten Zugspannung. Weiterhin wird die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Stressamplitude, welche mit der Zugspannungsänderung einhergeht, größer als die auf die anderen Metallringe ausgeübte Spannungsamplitude. Wenn die Dicke des Metallrings der innersten Lage auf einen Wert gleich der Dicke der anderen Metallringe eingestellt ist, und zwar unter Betrachtung der Gesamtspannung, welche die auf die Metallringe ausgeübte Zugspannung und die auf die Metallringe ausgeübte Biegespannung umfasst, wird als Folge die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Gesamtspannungsamplitude größer als die Gesamtspannungsamplitude, welche auf die anderen Metallringe ausgeübt wird. Somit ist die Standfestigkeit des Metallrings der innersten Lage begrenzt.
Durch Differenzieren der Dicke des Metallrings der innersten Lage, welcher unter den härtesten Bedingungen eingesetzt ist, von der Dicke der anderen Metallringe, um die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Biegespannung von der auf die anderen Metallringe ausgeübten Biegespannung zu differenzieren, kann somit die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Gesamtspannungsamplitude reduziert werden, sodass sie nicht größer ist als die Gesamtspannungsamplitude, welche auf die anderen Metallringe ausgeübt wird. Dies bedeutet, dass dann, wenn die Dicke des Metallrings der innersten Lage derart eingestellt ist, dass die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Gesamtspannungsamplitude nicht größer als die auf die anderen Metallringe ausgeübte Gesamtspannungsamplitude ist, die Standfestigkeit des Metallrings der innersten Lage, welcher unter den härtesten Bedingungen eingesetzt ist, größer gemacht werden kann als die Standfestigkeit der anderen Metallringe, um die Lebensdauer der gesamten Metallringanordnung zu erhöhen.
Insbesondere dann, wenn der Unterschied zwischen der auf den Sehnenteil auf der gedehnten Seite ausgeübten Zugspannung und der auf den Sehnenteil auf der entspannten Seite des Metallrings der innersten Lage ausgeübten Zugspannung als verschieden von einem Unterschied zwischen der Zugspannung des Sehnenteils auf der gedehnten Seite und der Zugspannung des Sehnenteils auf der entspannten Seite der Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage angenommen wird und die Summe der Zugspannung des Sehnenteils auf der gedehnten Seite und der Zugspannung des Sehnenteils auf der entspannten Seite der Metallringanordnung als in der radialen Richtung der Metallringanordnung gleichmäßig verteilt angenommen ist, kann die Dicke des Metallrings der innersten Lage in geeigneter Weise eingestellt werden.
Wenn darüber hinaus die Dicke des Metallrings der innersten Lage derart eingestellt ist, dass bei einem Betriebszustand maximaler Pferdestärke die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude mit der auf die Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage ausgeübten Spannungsamplitude übereinstimmt, kann die Standfestigkeit des Metallrings der innersten Lage auf das höchste Niveau unter allen Betriebszuständen angehoben werden, einschließlich der härtesten Betriebszustände bei dem Betriebszustand maximaler Pferdestärke.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist unten unter Bezugnahme auf die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist.
1 bis 17 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 ist ein Umrissdiagramm des Kraftübertragungssystems eines Fahrzeugs, an welchem ein stufenlos veränderliches Getriebe montiert ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Metallriemens.
3 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Zugspannung, welche auf einen Metallring ausgeübt wird.
4 ist eine Darstellung, welche das Gleichgewicht zwischen den auf den Metallring ausgeübten Kräften zeigt.
5 ist ein Graph, welcher die Änderung in ΔT₁/ΔT_ALL bezüglich des Verhältnisses der Reibkoeffizienten darstellt.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils des Metallriemens, welcher für ein Experiment benutzt wird, um die Charakteristika der Änderung einer auf den Metallring ausgeübten Spannung zu bestimmen.
7A–7E sind Graphen, welche die Änderung einer auf die Metallringe ausgeübten Spannung zeigen, welche durch ein Experiment bestimmt ist.
8 ist ein Graph, welcher das Verhältnis Ta_(n)/Ta_(all) des Zugspannungsunterschieds Ta_(n) zwischen den zwei Sehnenteilen des Metallrings der äußersten Lage relativ zu dem Zugspannungsunterschied Ta_(all) zwischen den zwei Sehnenteilen der Metallringanordnung zeigt.
9 ist ein Graph, welcher das Verhältnis Tm_(n)/Tm_(all) der Summe Tm_(n) der Spannungen der zwei Sehnenteile des Metallrings der äußersten Lage relativ zur Summe Tm_(all) der Spannungen der zwei Sehnenteile der Metallringanordnung zeigt.
10A–10B sind Darstellungen zur Erläuterung der Gestalten eines Metallrings im freien Zustand und im Eingriffszustand.
11 ist ein Graph, welcher die Verteilung von auf den Metallring der innersten Lage und auf die anderen Metallringe ausgeübter Zugspannung darstellt.
12 ist ein Graph, welcher die Verteilung von auf den Metallring der innersten Lage und der anderen Metallringe ausgeübter Biegespannung darstellt.
13 ist ein Graph, welcher die Verteilung einer auf den Metallring der innersten Lage und die anderen Metallringe ausgeübten Gesamtspannung darstellt.
14 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Berechnung der Spannungsamplitude σa₁, welche auf den Metallring der innersten Lage ausgeübt wird.
15 ist ein Graph, welcher die Änderung der Spannungsamplitude σa₁ relativ zur Dicke t₁ des Metallrings der innersten Lage zeigt.
16 ist ein Graph, welcher die Dicke t₁ zeigt, bei welcher die Spannungsamplitude σa₁ mit der Spannungsamplitude σa_n zusammenfällt, sowie die Dicke t₁, bei welcher die Spannungsamplitude σa₁ minimal ist.
17 ist ein Graph, welcher das Dickenverhältnis t₁/t_n zeigt, bei dem die Spannungsamplitude σa₁ mit der Spannungsamplitude σa_n zusammenfällt, sowie das Dickenverhältnis t₁/t_n, bei welchem die Spannungsamplitude σa₁ minimal ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
1 zeigt einen Umriss der Struktur eines stufenlos veränderlichen Getriebes T mit Metallriemen, welches in ein Automobil eingebaut ist, in dem eine mit einer Kurbelwelle 1 einer Brennkraftmaschine E über einen Dämpfer 2 verbundene Eingangswelle 3 mit einer Antriebswelle 5 des stufenlos veränderlichen Getriebes T mit Metallriemen über eine Startkupplung 4 verbunden ist. Eine auf die Antriebswelle 5 montierte Antriebsscheibe 6 umfasst eine stationäre Scheibe 7, welche an der Antriebswelle 5 gesichert ist, sowie eine bewegliche Scheibe 8, welche auf die stationäre Scheibe 7 zu und von dieser weg bewegbar ist. Die bewegbare Scheibe 8 wird mittels eines auf eine Ölkammer 9 ausgeübten Hydraulikdrucks zu der stationären Scheibe 7 hin gedrückt.
Eine Abtriebsscheibe 11, welche auf eine zur Antriebswelle 5 parallel angeordnete Antriebswelle 10 montiert ist, umfasst eine stationäre Scheibe 12, welche an der Abtriebswelle 10 gesichert ist, sowie eine bewegbare Scheibe 13, welche auf die stationäre Scheibe 12 zu und von dieser weg bewegbar ist. Die bewegbare Scheibe 13 wird mittels eines auf eine Ölkammer 14 ausgeübten Hydraulikdrucks zu der stationären Scheibe 12 hin gedrückt. Ein Metallriemen 15 ist gebildet durch Lagerung einer großen Anzahl von Metallelementen 32 ... an einem Paar aus einer rechten und einer linken Metallringanordnung 31, 31 (siehe 2). Der Metallriemen 15 ist sowohl um die Antriebsscheibe 6 als auch die Abtriebsscheibe 11 herum gewickelt. Jede Metallringanordnung 31 ist durch Schichtung von 12 Lagen von Metallringen 33₁ , 33_n ... gebildet.
Die Abtriebswelle 10 trägt ein Vorwärtsantriebszahnrad 16 und ein Rückwärtsantriebszahnrad 17 relativ drehbar. Das Vorwärtsantriebszahnrad 16 und das Rückwärtsantriebszahnrad 17 können selektiv mit der Abtriebswelle 10 mittels einer Wählvorrichtung 18 verbunden werden. Eine Ausgangswelle 19 ist parallel zur Abtriebswelle 10 angeordnet. Ein Vorwärtsabtriebszahnrad 20 kämmt mit dem Vorwärtsantriebszahnrad 16. Weiterhin kämmt ein Rückwärtsabtriebszahnrad 22 mit dem Rückwärtsantriebszahnrad 17 über ein Rückwärts-Zwischenzahnrad 21. Die Zahnräder 20 und 21 sind an der Ausgangswelle 19 gesichert.
Die Drehung der Ausgangswelle 19 wird über ein Endantriebszahnrad 23 und ein Endabtriebszahnrad 24 einem Differenzial 25 eingegeben und von diesem über eine rechte und eine linke Achse 26, 26 zu Antriebsrädern W, W übertragen.
Die Antriebskraft der Maschine E wird somit über die Kurbelwelle 1, den Dämpfer 2, die Eingangswelle 3, die Startkupplung 4, die Antriebswelle 5, die Antriebsscheibe 6, den Metallriemen 15 und die Abtriebsscheibe 11 zur Abtriebswelle 10 übertragen. Wenn der Vorwärtsfahrtbereich ausgewählt ist, wird die Antriebskraft der Abtriebswelle 10 über das Vorwärtsantriebszahnrad 16 und das Vorwärtsabtriebszahnrad 20 zur Ausgangswelle 19 übertragen und das Fahrzeug wird somit vorwärts angetrieben. Wenn der Rückwärtsfahrtbereich ausgewählt ist, wird die Antriebskraft der Abtriebswelle 10 über das Rückwärtsantriebszahnrad 17, das Rückwärts-Zwischenzahnrad 21 und das Rückwärtsabtriebszahnrad 22 zur Ausgangswelle 19 übertragen und somit wird das Fahrzeug rückwärts angetrieben.
Bei dieser Stufe kann das Übersetzungsverhältnis stufenlos eingestellt werden, und zwar durch Steuern/Regeln des auf die Ölkammer 9 der Antriebsscheibe 6 und auf die Ölkammer 14 der Abtriebsscheibe 11 des stufenlos veränderlichen Getriebes T mit Metallriemen ausgeübten Hydraulikdrucks mittels einer Hydraulik-Steuer/Regeleinheit U₂, welche durch Befehle von einer elektronischen Steuer/Regeleinheit U₁ betätigt wird. Dies bedeutet, dass durch Erhöhen des auf die Ölkammer 14 der Abtriebsscheibe 11 ausgeübten Hydraulikdrucks relativ zu dem auf die Ölkammer 9 der Antriebsscheibe 6 ausgeübten Hydraulikdrucks die Nutweite der Abtriebsscheibe 11 abnimmt, wodurch der wirksame Radius der Antriebsscheibe 6 erhöht wird. Dementsprechend nimmt die Nutweite der Antriebsscheibe 6 zu, wodurch der wirksame Radius der Abtriebsscheibe 11 verringert wird. Daher ändert sich das Übersetzungsverhältnis des stufenlos veränderlichen Getriebes T mit Metallriemen stufenlos in Richtung "NIEDRIG". Dagegen nimmt die Nutweite der Antriebsscheibe 6 durch Erhöhen des auf die Ölkammer 9 der Antriebsscheibe 6 ausgeübten Hydraulikdrucks relativ zu dem auf die Ölkammer 14 der Abtriebsscheibe 11 ausgeübten Hydraulikdruck ab, wodurch der wirksame Radius der Abtriebsscheibe 11 erhöht wird. Dementsprechend nimmt die Nutbreite der Abtriebsscheibe 11 zu, wodurch der wirksame Radius der Antriebsscheibe 6 abnimmt. Daher verändert sich das Übersetzungsverhältnis des stufenlos veränderlichen Getriebes T mit Metallriemen kontinuierlich in Richtung "HOCH".
3 zeigt einen Zustand, in welchem sich das Fahrzeug im Zustand maximaler Fahrgeschwindigkeit (HOCH-Zustand) befindet und der wirksame Radius der Antriebsscheibe 6 größer wird als der wirksame Radius der Abtriebsscheibe 11. Die Dicke des Metallriemens 15 deutet das Niveau einer Zugspannung an, welche aufgrund der Spannung in dem oben bezeichneten Metallriemen 15 auf jede Metallringanordnung 31 ausgeübt wird. In dem Sehnenteil auf der entspannten Seite (Bereich A), bei welcher der Metallriemen 15 von der Abtriebsscheibe 11 zur Antriebsscheibe 6 zurückkehrt, liegt die oben genannte Spannung bei einem konstanten Wert von σT_LOW. In dem Sehnenteil auf der gedehnten Seite (Bereich C), auf welcher der Metallriemen 15 von der Antriebsscheibe 6 der Abtriebsscheibe 11 zugeführt wird, liegt die oben genannte Spannung bei einem konstanten Wert von σT_HIGH. Die Spannung σT_LOW im Bereich A ist niedriger als die Spannung σT_HIGH im Bereich C. Die Spannung nimmt von σT_LOW nach σT_HIGH im Verlauf von der Eintrittsseite zu der Austrittsseite in dem Bereich (Bereich B) zu, in welchem der Metallriemen 15 um die Antriebsscheibe 6 herumgewickelt ist. Die Spannung nimmt von σT_HIGH nach σT_LOW im Verlauf von der Eintrittsseite zur Austrittsseite in dem Bereich (Bereich D) ab, in welchem der Metallriemen 15 um die Antriebsscheibe 11 herumgewickelt ist.
Die auf den Metallriemen 15 ausgeübte Zugspannung wird gleichmäßig durch ein Paar von Metallringanordnungen 31, 31 aufgenommen. Die auf jede Metallringanordnung 31 ausgeübte Zugspannung wird unter 12 Lagen von Metallringen 33₁ , 33_n ... aufgeteilt, welche die Metallringanordnung 31 bilden. Dabei sind die auf Metallringe 33_n ... (Ring Nr. 2 bis Ring Nr. 12) der zweiten Lage bis zur 12. Lage von innen aus ausgeübten Spannungen (ausschließlich des Metallrings 33₁ (Ring Nr. 1) der innersten Lage, welcher sich in Kontakt mit den Sattelflächen 32₁ der Metallelemente 32 befindet) einander gleich. Jedoch weist die auf den oben genannten Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübte Spannung einen Wert auf, welcher von jenem für die oben genannten auf die Metallringe 33 der zweiten Lage bis zur 12. Lage ausgeübten Spannungen verschieden ist. Der Grund hierfür wird unten mit Verweis auf 4 erläutert.
Als ein einfaches Modell wird ein Fall betrachtet, bei welchem die Metallringanordnung drei Lagen von Metallringen umfasst. Ein zwischen Ring Nr. 3 der äußersten Lage und Ring Nr. 2 innerhalb von Ring Nr. 3 ausgeübter orthogonaler Widerstand in den Bereichen, in welchen die zwei Ringe um eine Scheibe gewickelt sind, ist als N₃ definiert. Ein zwischen Ring Nr. 2 und Ring Nr. 1 ausgeübter orthogonaler Widerstand ist als N₂ definiert. Ein zwischen Ring Nr. 1 und der Sattelfläche des Metallrings ausgeübter orthogonaler Widerstand ist als N₁ definiert. Wenn der Reibkoeffizient zwischen Metallringen, welche in Kontakt miteinander stehen (im Folgenden als der Ring-Ring-Reibkoeffizient bezeichnet) als μr definiert ist. Der Reibkoeffizient zwischen dem Metallring und dem Metallelement (im Folgenden als der Ring-Element-Reibkoeffizient bezeichnet) ist als μs definiert. Die Belastungen auf Ring Nr. 1, Ring Nr. 2 und Ring Nr. 3 sind als F₁, F₂ bzw. F₃ definiert. Die Änderungen der auf die Metallringe einer jeden Lage ausgeübten Zugspannung ΔT₁, ΔT₂ und ΔT₃ sind durch die Gleichungen (1) bis (3) unten angegeben. ΔT3 = F3 = μrN3 (1) ΔT2 = F2 – F3 = μrN2 – μrN3 (2) ΔT1 = F1 – F2 = μsN1 – μrN2 (3)
Die Gesamtänderung ΔT_ALL der auf die Metallringe einer jeden Lage ausgeübten Zugspannungen ΔT₁, ΔT₂ und ΔT₃ ist gegeben durch ΔTALL = ΔT1 + ΔT2 + ΔT3 = (μsN1 – μrN2) + (μrN2 – μrN3) + μrN3 = μsN1 (4)und das Verhältnis von ΔT₁ zu ΔT_ALL kann aus der oben genannten Gleichung (3) und Gleichung (4) abgeleitet werden. ΔT1/ΔTALL = (μsN1 – μrN2)/(μsN1) = 1 – (μr/μs)·(N2/N1) (5)
Selbst bei Betrachtung eines Falls, bei welchem die Anzahl an Metallringlagen auf n erweitert ist, kann das Verhältnis von ΔT₁ zu ΔT_ALL in der gleichen Art und Weise unter Verwendung der oben genannten Gleichung (5) abgeleitet werden. Wenn jedoch die Anzahl an Metallringlagen n sich ändert, ändert sich das Verhältnis des orthogonalen Widerstands N₁ zum orthogonalen Widerstand N₂ und somit sind die Berechnungsergebnisse unterschiedlich.
Wenn ein Reibkoeffizientenverhältnis, welches das Verhältnis des Ring-Element-Reibkoeffizienten μs zum Ring-Ring-Reibkoeffizienten μr ist, dabei als ξ (= μs/μr) definiert ist, kann die oben genannte Gleichung (5) wie folgt umgewandelt werden. ΔT1/ΔTALL = 1 – (N2/N1)/ξ (6)
Die oben genannte Gleichung (6) zeigt, dass dann, wenn N₂/N₁, welches von der Anzahl an Metallringlagen n abhängt, die in einer Metallringanordnung enthalten sind, und das Reibkoeffizientenverhältnis ξ, welches das Verhältnis des Ring- Element-Reibkoeffizienten μs zu dem Ring-Ring-Reibkoeffizienten μr ist, bestimmt sind, kann das Verhältnis der Änderung ΔT₁ der auf den Metallring der innersten Lage ausgeübten Zugspannung in Bezug auf die Änderung ΔT_ALL der auf die gesamte Metallringanordnung ausgeübten Zugspannung bestimmt werden.
Der Graph in 5 zeigt die Ergebnisse einer Berechnung von ΔT₁/ΔT_ALL für verschiedene Reibkoeffizientenverhältnisse ξ, wenn die Metallringanordnung 12 Lagen an Metallringen umfasst (d. h. n = 12). Das Verhältnis der orthogonalen Widerstände N₁, N₂ ist derart eingestellt, dass es in einer vorbestimmten Beziehung liegt, d. h. es erfüllt die Beziehung N₂/N₁ = (n – 1)/n. Aus früherer Erfahrung und den Ergebnissen von Experimenten wird das Reibkoeffizientenverhältnis ξ (= μs/μr) größer als 1,0, falls der Metallring der innersten Lage der gleiche ist wie die anderen Metallringe, da der Ring-Element-Reibkoeffizient μs größer als der Ring-Ring-Reibkoeffizient μr ist.
Wenn man den Ring-Ring-Reibkoeffizienten μr mit dem Ring-Element-Reibkoeffizient μs in 5 zusammenfallen lässt, wird das Reibkoeffizientenverhältnis ξ gleich 1,0 und ΔT₁/ΔT_ALL wird 0,08. Somit erfährt der Metallring der innersten Lage die gleiche Zugspannungsänderung wie die verbleibenden 11 Lagen an Metallringen, d. h. etwa 8%, was ein Zwölftel der Gesamtzugspannungsänderung ΔT_ALL der gesamten Metallringanordnung ist. Jedoch weist das tatsächliche Reibkoeffizientenverhältnis ξ einen Wert von größer als 1,0 auf und die Änderung ΔT₁ der auf den Metallring der innersten Lage ausgeübten Zugspannung wird größer als die Änderung ΔT_n der auf die anderen 11 Lagen von Metallringe ausgeübten Zugspannung.
Daher wurde die Beziehung zwischen der Änderung ΔT₁ der auf die einzelne Lage eines Metallrings der innersten Lage ausgeübten Zugspannung und die Änderung ΔT_n der auf die anderen 11 Lagen von Metallringen ausgeübten Zugspannung durch die unten beschriebenen Mittel untersucht. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst eine tatsächliche Metallringanordnung 31 12 Lagen an Metallringen 33₁ , 33_n ..., welche geschichtet sind. Wie jedoch in 6 gezeigt ist, wurde ein stufenlos veränderliches Getriebe T mit Metallriemen unter Verwendung lediglich einer Lage eines Metallrings 33 anstelle der oben genannten Metallringanordnung betrieben. Dabei war ein Dehnungsmessstreifen 34 an der radial äußeren Fläche des Metallrings 33 angebracht und die auf den Metallring 33 während seines Betriebs ausgeübte Spannungswellenform wurde überwacht. Als Nächstes wurden zwei Lagen von Metallringen 33 übereinander gelegt und eingebaut und die auf den Metallring 33 der äußersten Lage ausgeübte Spannungswellenform wurde durch Anbringung des Dehnmessstreifens 34 an die radial äußere Fläche des oben genannten Metallrings 33 der äußersten Lage überwacht. Die oben genannte Prozedur wurde wiederholt, wobei die Anzahl an Lagen der Metallringe 33 mit einer identischen Dicke schrittweise um eins bis zu 5 Lagen erhöht wurde.
7A–7E zeigen die so überwachten Spannungswellenformen und Bereich A, Bereich B, Bereich C und Bereich D entsprechen Bereich A, Bereich B, Bereich C bzw. Bereich D, welche in 3 gezeigt sind. Die Spannung in Bereich A und Bereich C beruht auf der auf den Metallring 33 ausgeübten Zugspannung. Die Spannung ist niedrig im Bereich A, welcher dem Sehnenteil auf der entspannten Seite entspricht, und ist hoch im Bereich C, welcher dem Sehnenteil auf der gedehnten Seite entspricht. Damit nur Zugspannung und keine Biegespannung im Bereich A und Bereich C, welche den Sehnenteilen des Metallrings 33 entsprechen, erzeugt wird, liegt der Krümmungsradius des Metallrings 33 in einem freien Zustand bei unendlich (d. h. ein Zustand gerader Linie).
Wenn der Unterschied zwischen der Zugspannung im Bereich C und der Zugspannung im Bereich A hier untersucht wird, wird herausgefunden, dass ein bestimmter Unterschied besteht zwischen a) wenn eine Lage des Metallrings 33 verwendet wird (d. h. die auf den Metallring 33 der innersten Lage ausgeübte Spannung, welcher in direktem Kontakt mit der Sattelfläche 32₁ des Metallelements 32 steht) und b) wenn mehr als eine Lage der Metallringe 33 verwendet werden (d. h. die auf die Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage ausgeübte Spannung). Dies bedeutet, dass lediglich der Metallring 33 der innersten Lage eine Spannungscharakteristik aufweist, welche sich deutlich von der Spannungscharakteristik der Metallringe 33 von anderen Lagen als der innersten Lage unterscheidet. Wie im Folgenden beschrieben wird, wurde herausgefunden, dass der Unterschied der Zugspannung zwischen Bereich C und Bereich A für den Metallring 33 der innersten Lage das Doppelte von jener der Metallringe 33 von anderen Lagen als der innersten Lage beträgt.
Der in 8 gezeigte Graph wurde aus den oben erwähnten Messergebnissen erhalten. Die Abszisse bezeichnet die Anzahl an geschichteten Lagen von Metallringen 33 und die Ordinate bezeichnet das Verhältnis Ta_(n)/Ta_(all) des Unterschieds der Zugspannung im Metallring 33 der äußersten Lage. Der Unterschied der Zugspannung des Metallrings 33 bezeichnet den Unterschied zwischen der auf den Sehnenteil der gedehnten Seite ausgeübten Zugspannung und der auf den Sehnenteil der entspannten Seite ausgeübten Zugspannung. Ta_(n) bezeichnet den Unterschied der Zugspannung für den Metallring 33 der äußersten Lage und Ta_(all) bezeichnet den Gesamtunterschied der Zugspannung für alle geschichteten Metallringe 33. Wenn die Anzahl an geschichteten Lagen der Metallringe 33 eins beträgt, gilt Ta_(n) – Ta_(all) und somit Ta_(n)/Ta_(all) = 1,0. Da Ta_(all) die Summe der Unterschiede der auf die Metallringe 33 ausgeübten Zugspannung ist und Ta_(n) der Unterschied der auf den Metallring 33 der äußersten Lage (zweiten Lage) ausgeübten Zugspannung ist, sollte dann, wenn die Anzahl an geschichteten Lagen der Metallringe 33 zwei beträgt, Ta_(n)/Ta_(all) 0,5 sein, wenn die auf zwei Lagen der Metallringe 33 ausgeübten Zugspannungen identisch sind. Jedoch ist Ta_(n)/Ta_(all) = 0,33. In ähnlicher Weise gilt dann, wenn die Anzahl an geschichteten Lagen der Metallringe 33 3, 4 und 5 beträgt, Ta_(n)/Ta_(all) = 0,25, Ta_(n)/Ta_(all) = 0,20 bzw. Ta_(n)/Ta_(all) = 0,17.
Aus den obigen Ergebnissen wurde herausgefunden, dass der Unterschied der auf den Metallring 33 der innersten Lage ausgeübten Zugspannung des Doppelte des Unterschieds der auf die anderen Metallringe 33 ausgeübten Zugspannung ist. Wenn beispielsweise die Anzahl an geschichteten Lagen der Metallringe 33 5 Lagen beträgt, beträgt das Verhältnis des Unterschieds der Zugspannung im Metallring 33 der innersten Lage zwei Sechstel der gesamten Zugspannungsänderung und die anderen 4 Lagen der Metallringe 33 weisen jeweils ein Sechstel der Gesamtzugspannungsänderung auf.
Daher kann dann, wenn wie in der Ausführungsform 12 Lagen an Metallringen 33₁ , 33_n ... geschichtet sind, angenommen werden, dass der Metallring 33₁ der innersten Lage 12/13 der gesamten Zugspannungsänderung aufweist und die verbleibenden 11 Lagen an Metallringen 33_n ... jeweils 1/13 der gesamten Zugspannungsänderung aufweisen würden.
Der in 9 gezeigte Graph wurde aus den oben genannten Messergebnissen erhalten. Die Abszisse bezeichnet die Anzahl an geschichteten Lagen der Metallringe 33 und die Ordinate bezeichnet das Verhältnis Tm_(n)/Tm_(all) der Summe der Zugspannungen in dem Metallring 33 der äußersten Lage. Die Summe der auf einen Metallring 33 ausgeübten Zugspannungen bezeichnet hier die Summe der Zugspannung im Sehnenteil an der gedehnten Seite und der Zugspannung im Sehnenteil auf der entspannten Seite. Tm_(n) ist die Summe der auf den Metallring 33 der äußersten Lage ausgeübten Zugspannungen und Tm_(all) ist die Summe der auf alle geschichteten Metallringe 33 ausgeübten Zugspannungen. Wenn die Anzahl an geschichteten Lagen der Metallringe 33 eins beträgt, gilt Tm_(n) = Tm_(all) und Tm_(n)/Tm_(all) = 1,0. Wenn die Anzahl an geschichteten Lagen der Metallringe 33 2, 3, 4 und 5 beträgt, gilt Tm_(n)/Tm_(all) = 0,50, Tm_(n)/Tm_(all) = 0,33, Tm_(n)/Tm_(all) = 0,25 bzw. Tm_(n)/Tm_(all) = 0,20.
Es kann aus den obigen Ergebnissen herausgefunden werden, dass dann, wenn die Anzahl an Lagen der Metallringe 33 5 beträgt, jeder Metallring 33 1/5 der Summe der auf die Metallringanordnung 31 ausgeübten Zugspannungen aufweist, und es kann vermutet werden, dass dann, wenn die Anzahl an Lagen von Metallringen 33₁ , 33_n ... 12 beträgt, jeder Metallring 33₁ , 33_n ... 1/12 der Summe der auf die Metallringanordnung 31 ausgeübten Zugspannungen aufweist. Dies bedeutet, man kann annehmen, dass die Verteilung der Summe der auf die Metallringanordnung 31 ausgeübten Zugspannungen in der Radialrichtung (Dickenrichtung) gleichmäßig ist.
Der Graph in 11 zeigt die Änderung des auf den Metallring 33₁ der innersten Lage der vorliegenden Ausführungsform ausgeübten Zugspannung und die Änderung der auf die anderen 11 Lagen von Metallringen 33_n ... ausgeübten Zugspannung, wenn sich das Fahrzeug in dem Maximalfahrgeschwindigkeitszustand befindet, wie in 3 erläutert wurde. Die durchgezogenen und unterbrochenen Linien in der obigen Figur entsprechen dem Fall, dass der Metallring 33₁ der innersten Lage die gleiche Dicke wie jene der anderen Metallringe 33_n ... aufweist. Die durchgezogene Linie bezeichnet die Änderung der auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübten Zugspannung und die unterbrochene Linie bezeichnet die Änderung der auf die 11 Lagen von Metallringen 33_n der anderen als der innersten Lage ausgeübten Zugspannung. Aufgrund des oben genannten Unterschieds zwischen dem Ring-Element-Reibkoeffizienten μs und dem Ring-Ring-Reibkoeffizienten μr ist die Änderung der auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübten Zugspannung (d. h. Spannungsänderung) das Doppelte der Änderung der auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübten Zugspannung (d. h. Spannungsänderung).
Die strichpunktierte Linie und die strichpunktpunktierte Linie in 11 bezeichnen einen Fall (nach einer Verbesserung), bei welchem die Dicke t₁ des Metallrings 33₁ der innersten Lage sich von der Dicke t_n der anderen Metallringe 33_n ... unterscheidet. Die strichpunktierte Linie bezeichnet die Änderung der auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübten Zugspannung und die strichpunktpunktierte Linie bezeichnet die Änderung der auf die 11 Lagen von Metallringen 33_n ... von anderen Lagen als der innersten Lage ausgeübten Zugspannung. Diese Änderung in den Spannungseigenschaften, welche aus dem Unterschied der Dicke t₁ des Metallrings 33₁ der innersten Lage herrührt, basiert auf den in 8 und 9 beschriebenen Spannungsaufteilungseigenschaften.
Zusätzlich zu dem von der oben genannten Zugspannung resultierenden Zugspannung sind weiterhin eine Zugspannung und eine Druckspannung, welche von der Biegung der Metallringe 33₁ ... herrühren, auf die Metallringe 33₁ , 33_n ... ausgeübt. Wie in 10(a)–10(b) gezeigt ist, befinden sich die Metallringe 33₁ , 33_n ... im freien Zustand in einer kreisförmigen Gestalt, jedoch ändern sich die Metallringe 33₁ , 33_n ... in einem Eingriffszustand zu einer Gestalt mit den oben genannten Bereichen A bis D. Der Krümmungsradius, welcher D/2 im freien Zustand beträgt, steigt im Sehnenteil auf der entspannten Seite (Bereich A) und im Sehnenteil auf der gedehnten Seite (Bereich C) zu unendlich an. Im Bereich B, wo der Riemen um eine Antriebsscheibe mit einem großen Durchmesser herumgewickelt ist, verringert sich der Krümmungsradius, welcher im freien Zustand D/2 beträgt, auf R_DR. Im Bereich D, wo der Riemen um eine Antriebsscheibe mit einem kleinen Durchmesser herumgewickelt ist, verringert sich der Krümmungsradius, welcher im freien Zustand D/2 beträgt, auf R_DN.
Somit wird in einem Bereich A und in einem Bereich C, wo der Krümmungsradius der Metallringe 33₁ , 33_n ... ansteigt, eine Dehnungsbiegespannung auf die radial inneren Flächen der oben genannten Metallringe 33₁ , 33_n ... ausgeübt und auf die radial äußeren Flächen derselben wird eine Druckbiegespannung ausgeübt. Dagegen wird im Bereich B und dem Bereich D, wo der Krümmungsradius der Metallringe 33₁ , 33_n ... abnimmt, auf die radial inneren Flächen der oben genannten Metallringe 33₁ , 33_n ... eine Druckbiegespannung ausgeübt und auf die radial äußeren Flächen derselben wird eine Dehnungsbiegespannung ausgeübt. Diese Druck- und Dehnungsbiegespannungen ändern sich nach Maßgabe der Dicken t₁, t_n der Metallringe 33₁ , 33_n ... Dies bedeutet, dass dann, wenn die Dicken t₁, t_n der Metallringe 33₁ , 33_n ... groß sind, die Biegespannungen groß werden, und dass dann, wenn die Dicken t₁, t_n der Metallringe 33₁ , 33_n ... klein sind, die Biegespannungen klein werden.
Der in 12 gezeigte Graph zeigt die auf jede der radial äußeren Flächen der 12 Lagen von Metallringen 33₁ , 33_n ... ausgeübte Biegespannung, wenn sich das Fahrzeug bei einem in 3 beschriebenen Maximalfahrgeschwindigkeitszustand befindet. Die durchgezogene Linie bezeichnet den Fall, bei welchem die Dicken t₁, t_n der Metallringe 33₁ , 33_n ... identisch sind. Auf die radial äußeren Flächen eines jeden Metallrings 33₁ , 33_n ... in den zwei Sehnenteilen (Bereich A und Bereich C) wird eine konstante Druckbiegespannung ausgeübt. Eine vergleichsweise kleine Dehnungsbiegespannung wird darauf im Bereich B ausgeübt, wo sie um die Antriebsscheibe mit einem größeren Krümmungsradius herumgewickelt sind. Eine vergleichsweise große Dehnungsbiegespannung wird darauf im Bereich D ausgeübt, wo sie um die Abtriebsscheibe mit einem kleineren Krümmungsradius herumgewickelt sind. Die strichpunktierte Linie bezeichnet die auf die radial äußere Fläche des Metallrings 33₁ der innersten Lage ausgeübte Biegespannung, wenn die Dicke t₁ des oben genannten Metallrings 33₁ der innersten Lage sich von der Dicke t_n der anderen Metallringe 33_n ... unterscheidet (nach eine Verbesserung). Es wurde herausgefunden, dass die Biegespannungseigenschaften sich nach Maßgabe der Änderung der Dicke t₁ ändern.
Der in 13 gezeigte Graph zeigt die Summen von a) der Spannung, welche aus der auf die in 11 gezeigten Metallringe 33₁ , 33_n ... ausgeübten Zugspannung herrührt, und b) die Spannung, welche auf die radial äußeren Flächen der oben genannten Ringe 33₁ , 33_n ... ausgeübt wird, welche aus der n 12 gezeigten Biegung der Metallringe 33₁ , 33_n ... herrührt. Die durchgezogene Linie und die strichpunktierte Linie bezeichnen Änderungen der auf die radial äußere Fläche des Metallrings 33₁ der innersten Lage vor und nach einer Verbesserung ausgeübten Gesamtspannung. Die unterbrochene Linie und die strichpunktpunktierte Linie bezeichnen Änderungen in der Gesamtspannung, welche auf die radial äußere Fläche der anderen Metallringe 33_n ... vor und nach einer Verbesserung ausgeübt wird.
Wie aus diesem Graphen deutlich hervorgeht, ist vor der Ausführung der Verbesserung und dann, wenn die Dicke t₁, t_n ... eines jeden Metallrings 33₁ , 33_n ... identisch eingestellt sind (die durchgezogene und die unterbrochene Linie), die auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude σa₁ größer als eine auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübte Spannungsamplitude σa_n. Als Folge bricht der Metallring 33₁ der innersten Lage zuerst. Dies ist die Hauptursache für eine Verschlechterung der Lebensdauer der Metallringanordnung 31. Nach der Verbesserung jedoch, wenn die Dicke t₁ des Metallrings 33₁ der innersten Lage sich von der Dicke t_n der anderen Metallringe 33_n ... unterscheidet (die strichpunktierte Linie und die strichpunktpunktierte Linie), ist die auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude σa₁ kleiner als die auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübte Spannungsamplitude σa_n. Als Folge kann die Standfestigkeit des Metallrings 33₁ der innersten Lage verbessert werden und somit kann die Lebensdauer der Metallringanordnung 31 erhöht werden.
Ein Mittel zur Einstellung der Dicke t₁ des Metallrings 33₁ der innersten Lage auf ein geeignetes Niveau wird unten erläutert.
Tabelle 1
Zu allererst kann auf der Grundlage der Annahme (siehe 8), dass die Änderung der auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübten Zugspannung ΔT₁ das Doppelte der Änderung der auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübten Zugspannung Δt_n beträgt, die folgende Gleichung aus dem Gleichgewicht von auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübten Kräften abgeleitet werden: (T1 – T2)*(2/13) = T11 – T21 (7)und die folgende Gleichung kann aus dem Gleichgewicht von auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübten Kräften abgeleitet werden, (T1 – T2)*(1/13) = T1n – T2n (8)
Auf der Grundlage der Annahme (siehe 9), dass die Verteilung der Summe der auf die Metallringanordnung 31 ausgeübten Zugspannungen in seiner radialen Richtung (Dickenrichtung) gleichmäßig ist, kann die folgende Gleichung aus dem Gleichgewicht von auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübten Kräften abgeleitet werden: (T1 + T2)/{2w(t1 + 11t)} = (T11 + T21)/(2wt1) (9)und die folgende Gleichung kann aus dem Gleichgewicht von auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübten Kräften abgeleitet werden (T1 + T2)/{2w(t1 + 11t)} = (T1n + T2n)/(2wt) (10)
Wie durch Bezugnahme auf die Änderung der in 14 gezeigten auf die radial äußere Fläche des Metallrings 33₁ der innersten Lage ausgeübten Spannung deutlich wird, ist die Spannungsamplitude σa₁, welche auf die radial äußere Fläche des Metallrings 33₁ der innersten Lage ausgeübt wird, unten durch Gleichung (11) gegeben. In einer ähnlichen Art und Weise ist die auf die radial äußeren Flächen der anderen Metallringe 33_n ... ausgeübte Spannungsamplitude σa_n durch Gleichung (12) unten gegeben. Die Durchschnittsspannungen σm₁, σm_n ..., welche auf die Außenflächen des Metallrings 33₁ der innersten Lage und der anderen Metallringe 33_n ... ausgeübt werden, sind durch Gleichung (13) bzw. Gleichung (14) gegeben. In Gleichung (11) bis Gleichung (14) bezeichnet E den Elastizitätsmodul, D bezeichnet den Durchmesser von Metallringen 33₁ , 33_n ... im freien Zustand und d₀ bezeichnet den Durchmesser der Scheibe, um welche die Metallringe 33₁ , 33_n ... gewickelt sind.
Gleichung 1
Gleichung 2
Gleichung 3
Gleichung 4
Der in 15 gezeigte Graph zeigt die Ergebnisse einer Berechnung der Beziehung zwischen der Dicke t₁ des Metallrings 33₁ der innersten Lage (Abszisse) und der Spannungsamplitude σa₁, welche auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübt wird (Ordinate), und zwar unter Hochgeschwindigkeits-Standfestigkeitsbedingungen auf Grundlage der oben genannten Gleichungen (7) bis (12). Die Spezifikationen für die Betriebszustände des stufenlos veränderlichen Getriebes T mit Metallriemen sind in Tabelle 2 angegeben. Durch Anwenden dieser Spezifikationen auf eine in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegungsschrift mit der Nummer 10-89429 offenbarten Gleichung werden die Zugspannung T1 im Sehnenteil auf der gedehnten Seite der Metallringanordnung 31 und die Zugspannung T2 im Sehnenteil auf der entspannten Seite derselben berechnet. Durch Verwendung dieser Zugspannungen T1 und T2 in den oben genannten Gleichungen (11) und (12) können die auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude σa₁ und die auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübte Spannungsamplitude σa_n berechnet werden.
Tabelle 2
In 15 wird dann, wenn die Dicke des Metallrings 33₁ der innersten Lage der Relation 0,042 mm ≤ t₁ ≤ 0,161 mm bei einer Dicke t_n der anderen Metallringe 33_n ... von 0,185 mm genügt, die auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude σa₁ kleiner als die auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübte Spannungsamplitude σa_n (= 25,56 kgf/mm²).
Wenn die Dicke t, des Metallrings 33₁ der innersten Lage 0,082 mm beträgt, wird die auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude σa₁ ein Minimalwert von 20,72 kgf/mm² (siehe Tabelle 3). Dies bedeutet, dass dann, wenn die Dicke des Metallrings 33₁ der innersten Lage derart eingestellt ist, dass er die Relation 0,042 mm ≤ t₁ ≤ 0,161 mm erfüllt, die auf den oben genannten Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude σa₁ kleiner gemacht werden kann als die auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübte Spannungsamplitude σa_n. Somit kann verhindert werden, dass der Metallring 33₁ der innersten Lage in einer frühen Phase bricht, was die Lebensdauer der gesamten Metallringanordnung 31 verschlechterte.
Tabelle 3
Tabelle 3 gibt weiterhin die mittlere Spannung σm₁ an, welche auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübt wird, und die mittlere Spannung σm_n an, welche auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübt wird, welche auf Grundlage der oben genannten Gleichungen (13) und (14) berechnet werden. Wie aus Tabelle 3 deutlich hervorgeht, ist die maximale mittlere Spannung σm₁, welche auf den Metallring 33₁ der innersten Lage ausgeübt wird, auf 21,46 kgf/mm² verringert und die maximale mittlere Spannung σm_n, welche auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübt wird, ist ebenso auf 23,00 kgf/mm² verringert. Daher nehmen die mittleren Spannungen σm₁, σm_n, welche sowohl auf den innersten Metallring 33₁ als auch auf die anderen Metallringe 33_n ... ausgeübt werden, selbst dann nicht stark zu, wenn die Dicke t₁ des Metallrings 33₁ der innersten Lage verändert wird.
16 zeigt die Dicke t₁ (angezeigt durch Δ) des Metallrings 33₁ der innersten Lage, bei welcher die Spannungsamplitude σa₁ mit der Spannung σa_n zusammenfällt, sowie die Dicke t₁ (angezeigt durch ☐) des Metallrings 33₁ der innersten Lage, bei welcher die Spannungsamplitude σa₁ zu einem Minimalwert wird, wenn die Eingangsleistung in das stufenlos veränderliche Getriebe T mit Metallriemen verändert wird. Dies bedeutet, dass dann, wenn die Dicke t₁ des Metallrings 33₁ der innersten Lage sich in dem schraffierten Bereich befindet, die Spannungsamplitude σa₁ auf σa_n oder darunter reduziert werden kann, was somit die Lebensdauer der Metallringanordnung 31 erhöht. Genauer kann dann, wenn die Dicke t₁ des Metallrings 33₁ der innersten Lage auf ca. 0,113 mm eingestellt ist, die Lebensdauer der Metallringanordnung 31 in dem gesamten Bereich bis zu dem maximalen Eingangsleistungswert von 312 PS erhöht werden.
In 17 ist die Ordinate von 16 in ein Verhältnis von t₁/t_n der Dicke t₁ des Metallrings 33₁ der innersten Lage relativ zur Dicke t_n (= 0,185 mm) der anderen Metallringe 33_n ... umgewandelt.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung durch Unterschiedlichmachen der Dicke des Metallrings der innersten Lage von der Dicke der anderen Metallringe, sodass die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Biegespannung von der auf die anderen Metallringe ausgeübten Biegespannung unterschiedlich gemacht wird, die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Gesamtspannungsamplitude derart reduziert werden, dass sie nicht größer als die auf die anderen Metallringe ausgeübte Gesamtspannungsamplitude ist. Daher kann die Standfestigkeit des Metallrings der innersten Lage, welche unter den härtesten Bedingungen eingesetzt ist, höher gemacht werden als die Standfestigkeit der anderen Metallringe, um die Lebensdauer der gesamten Metallringanordnung zu erhöhen.
Wenn der Unterschied zwischen der auf den Sehnenteil auf der gedehnten Seite ausgeübten Zugspannung und der auf den Sehnenteil auf der entspannten Seite des Metallrings der innersten Lage ausgeübten Zugspannung sich von dem Unterschied zwischen der Zugspannung des Sehnenteils auf der gedehnten Seite und der Zugspannung des Sehnenteils auf der entspannten Seite der Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage unterscheidet und die Summe der Zugspannung des Sehnenteils auf der gedehnten Seite und der Zugspannung des Sehnenteils auf der entspannten Seite der Metallringanordnung gleichmäßig in der radialen Richtung des Metallrings verteilt ist, kann nach Maßgabe eines zweiten Gesichtspunkts der Erfindung die Dicke des Metallrings der innersten Lage in geeigneter Weise eingestellt werden.
Darüber hinaus kann dann, wenn die Dicke des Metallrings der innersten Lage derart eingestellt ist, dass bei einem Maximalleistungsbetriebszustand die auf den zuvor genannten Metallring der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude mit der auf die Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage ausgeübten Spannungsamplitude zusammenfällt, gemäß einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung die Standfestigkeit des Metallrings der innersten Lage auf das höchste Niveau unter allen Betriebszuständen einschließlich der härtesten Betriebszustände beim Maximalleistungsbetriebszustand erhöht werden.
Obwohl die geeignete Dicke t, des Metallrings 33₁ der innersten Lage oben auf Grundlage der Spannungsamplituden σa₁, σa_n bestimmt wurde, welche auf die radial äußeren Flächen der Metallringe 33₁ , 33_n ... ausgeübt werden, kann eine geeignete Dicke auf Grundlage der Spannungsamplituden bestimmt werden, welche auf die radial inneren Flächen ausgeübt werden, da die auf die Metallringe ausgeübten Kräfte in der radialen Richtung gleichmäßig verteilt sind.
Die vorliegende Erfindung wurde oben ausführlich beschrieben. Jedoch kann die vorliegende Erfindung in einer Vielzahl von Arten und Weisen modifiziert werden, ohne vom Grundgedanken und vom Rahmen der Erfindung abzuweichen.
Die Standfestigkeit der gesamten Metallringanordnung wird erhöht durch Erhöhung der Abriebsdauer der radial inneren Fläche des Metallrings der innersten Lage, welche die Lage ist, die am einfachsten bricht. Ein Riemen für ein stufenlos veränderliches Getriebe ist gebildet durch Lagern einer großen Anzahl von Metallelementen an einer Metallringanordnung, wobei mehrere Lagen von endlosen Metallringen geschichtet sind. Die Dicke des Metallrings der innersten Lage unterscheidet sich von der Dicke der Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage. Die Dicke des Metallrings der innersten Lage ist derart eingestellt, dass die auf die radial äußere Fläche des Metallrings der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude nicht größer ist als die auf die radial äußeren Flächen der Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage ausgeübten Spannungsamplitude. Durch Einstellen der Dicke des Metallrings der innersten Lage auf etwa 0,042 mm bis 0,161 mm, wenn die Dicke der Metallringe von anderen Lagen als der innersten Lage 0,185 mm beträgt, wird die auf den Metallring der innersten Lage ausgeübte Spannungsamplitude σa₁ niedriger als die auf die anderen Metallringe ausgeübte Spannungsamplitude σa_n von 25,65 kgf/mm². Somit kann die Standfestigkeit des Metallrings der innersten Lage verbessert werden, um die Lebensdauer der gesamten Metallringsanordnung zu erhöhen.

Claims

Riemen (15) für ein stufenlos veränderliches Getriebe (T), umfassend: eine Metallringanordnung (31), welche gebildet ist durch Schichten mehrerer Lagen von endlosen Metallringen (33₁ , ..., 33_n ); eine Mehrzahl von Metallelementen (32), welche an der Metallringanordnung (31) gelagert sind, wobei eine Dicke eines Metallrings (33₁ ) einer innersten Lage von einer Dicke von Metallringen (33₂ , ...,33_n ) von anderen Lagen als der innersten Lage verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (t₁) des Metallrings (33₁ ) der innersten Lage derart eingestellt ist, dass ein Unterschied (σa₁) zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert der Summe von Zug- und Biegespannungen, welche auf eine Fläche des Metallrings (33₁ ) der innersten Lage ausgeübt werden, nicht größer als ein Unterschied (σa_n) zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert der Summe von Zug- und Biegespannungen ist, welche auf eine entsprechend angeordnete Fläche der Metallringe (33₂ , ..., 33_n ) von anderen Lagen als der innersten Lage ausgeübt werden.
Riemen (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche und die entsprechend angeordnete Fläche eine radial äußere Fläche des Metallrings (33₁ ) der innersten Lage bzw. eine radial äußere Fläche der Metallringe (33₂ , ..., 33_n ) von anderen Lagen als der innersten Lage ist.
Riemen (15) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche und die entsprechend angeordnete Fläche eine radial innere Fläche des Metallrings (33₁ ) der innersten Lage bzw. eine radial innere Fläche der Metallringe (33₂ , ..., 33_n ) von anderen Lagen als der innersten Lage ist.
Riemen (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (15) in seinem Betriebszustand um eine Antriebsscheibe (6) und um eine Abtriebsscheibe (11) gewickelt ist, wobei der Riemen in seinem Betriebszustand einen gedehnten Abschnitt aufweist, in welchem eine höhere Zugspannung auf die Metallringe (33₁ , ..., 33_n ) ausgeübt wird, und ferner einen entspannten Abschnitt aufweist, in welchem eine niedrigere Zugspannung, welche niedriger als die Zugspannung in dem gedehnten Abschnitt ist, auf die Metallringe (33₁ , ..., 33_n ) ausgeübt wird, wobei jeder aus den zwei Abschnitten gekrümmte Riemenabschnitte aufweist, bei welchen der Riemen (15) um die Scheiben (6, 11) herumgeführt ist und einen geraden Sehnen-Riemenabschnitt (A, C) aufweist, welcher die jeweiligen gekrümmten Riemenabschnitte verbindet, wobei der Maximalwert der Summe aus Zug- und Biegespannungen in dem gekrümmten Riemenabschnitt des gedehnten Abschnitts mit dem kleineren Krümmungsradius bestimmt wird, und wobei der Minimalwert der Summe aus Zug- und Biegespannungen in dem geraden Sehnen-Riemenabschnitt (A) des entspannten Abschnitts bestimmt wird.
Riemen (15) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert bei einer Stelle innerhalb des gekrümmten Riemenabschnitts bestimmt wird, welche dem geraden Sehnen-Riemenabschnitt unmittelbar benachbart ist.
Riemen (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Metallringe (33₂ , ..., 33_n ) von anderen Lagen als der innersten Lage (33₁ ) die gleiche Breite (w) und die gleiche Dicke (t) aufweisen.
Riemen (15) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Metallrings der innersten Lage derart eingestellt ist, dass bei einem Betriebszustand maximaler Leistung der Unterschied (σa₁) zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert der Summe von auf den Metallring der innersten Lage ausgeübten Zug- und Biegespannungen mit dem Unterschied (σa_n) zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert der Summe von auf eine entsprechend angeordnete Fläche von Metallringen (33₂ , ..., 33_n ) von anderen Lage als der innersten Lage ausgeübten Zug- und Biegespannungen übereinstimmt.