用于连续变速传动装置的传动带

摘要

一种连续变速传动装置的传动带,包括金属环组件及多个金属件,各组件均有多个彼此层叠设置的循环金属环,各金属件均有装配金属环组件的环形槽,传动带环绕在皮带轮之间传递动力。当传动带离开从动皮带轮时,金属件相对于金属件组件沿前进方向向前倾斜。沿前进方向使鞍形面后端的曲率半径大于其前端的曲率半径以减小集中应力。当由精密冲裁工艺形成金属件时,冲剪高度差自动增大沿前进方向的鞍形面后端的曲率半径。

说明书

本发明涉及一种连续变速传动装置的传动带，它由金属环组件及多个金属件构成，每一组件均具有多个彼此层叠设置的循环金属环件，每一金属件均具有装配金属环组件的环形槽，传动带环绕驱动皮带轮和从动皮带轮以在其间传递驱动力。

如图8所示，当由安装在金属环组件31上的环形槽35支承的金属件32沿前进方向向前倾斜时，使鞍形面44的后端a(沿前进方向)抵靠在金属环组件31内表面。这样会产生一个问题，即在后端a上会产生较大应力σH(赫芝点接触应力)，该应力在金属环组件31上产生有害效果。金属件32向前的倾斜(沿前进方向)是由金属件32在其皮带轮接触表面所受到的切向摩擦力F及在金属件32之间产生的推力E产生的。这一趋势在从动皮带轮的出口区特别显著。其原因将在下面说明。

如图7所示，切向摩擦力F沿箭头M产生的力矩使金属件32相对于摆动中心C沿前进方向下降。另一方面，在金属件32之间产生的推力E产生的径向摩擦力μE会沿箭头M’在金属件32上产生一力矩。该力矩会相对于摆动中心C沿前进方向向后降低金属件32。

如图10A所示，已经知道，金属件32从驱动皮带轮6或从动皮带轮11所受到的切向摩擦力F在皮带轮6或11的出口区增大，而且，例如由于皮带轮变形的原因，该切向摩擦力F会达到假定切向摩擦力F平均分布在皮带轮6的整个卷绕区时所提供值的四倍，因此轴向负荷集中。此外，如图10B所示，金属件32之间的推力E假定在驱动皮带轮6输出区为较大值，而在从动皮带轮11输出区假定为0。因此，在使沿前进方向金属件32向前倾斜的切向摩擦力达到最大值且使金属件32向前倾斜(沿前进方向)的推力E假定为0之处，即在从动皮带轮11的出口区，金属件32易沿前进方向倾斜至最大程度。

当由于上述原因，金属件32在从动皮带轮11的出口区、沿前进方向以很大程度向前倾斜时，会遇到以下问题：使金属件32中环形槽33的鞍形面44的后端a(沿前进方向)强力地抵靠在金属环组件31的内周面上(如图8所示)，因此，通过在后端a处产生的应力σH会缩短金属环组件31的疲劳寿命。

目前存在的传统已知的金属件参见日本实用新型申请公开公报Nos．59-79653及63-17353，日本专利申请公开公报No．6-10993及日本实用新型申请公开公报No．60-107444中披露的内容，这些金属件的特点在于具有金属环组件内周面抵靠在鞍形面形状上。

在日本实用新型申请公开公报Nos．59-79653中所披露的金属件中，应沿前进方向光滑地圆整金属件鞍形面的相对端。在日本实用新型申请公开公报No．63-17353中所披露的金属件中，在金属件的鞍形面中部(沿前进方向)形成有一阶梯式凸起，且在凸起顶面形成有一弧形面，该弧形面半径与金属环组件的最小卷绕半径相等。虽然在该中请中未说明这种结构的目的，但相信该发明人试图在连续变速传动装置中传动带环绕一皮带轮的区域内，减轻鞍形面的相对端(沿前进方向)强力地抵靠在金属环组件内周面的程度。但是，在这些金属件中，由于鞍形面的形状是沿前进方向、相对于其中心对称的，因此很难有效减小在从动皮带轮输出区，鞍形面后端(沿前进方向)抵靠在金属环组件内周面所产生的赫芝接触应力。

在日本专利申请公开公报No．6-10993及日本实用新型申请公开公报No．60-107444中所披露的金属件中，金属件的鞍形面为非对称形状，以致鞍形面的后部(沿前进方向)在高度上低于鞍形面的前部。这种结构的目的在于防止由俯仰力矩造成的金属件向前和向后倾斜。但这些金属件所造成的问题是鞍形面的形状比较复杂，从而导致加工成本增高。

因此，本发明的目的在于不增大金属件加工成本的情况下，防止由金属件倾斜造成的金属环组件寿命的降低。

为了实现上述目的，本发明的第一个方面和特点在于，提供一种用于具有驱动皮带轮和从动皮带轮的连续变速传动装置的传动带，它包括金属环组件及多个金属件，各组件均具有多个彼此层叠设置的循环无端的金属环，每一金属件均具有装配金属环组件的环形槽，传动带环绕驱动皮带轮和从动皮带轮以传递驱动皮带轮和从动皮带轮之间的驱动力，其中，形成金属环组件内周面抵靠的所述环形槽的鞍形面，以便沿金属件的前进方向，使后部角的半径大于前部角的半径。

通过以上的结构，当金属件离开从动驱动皮带轮时，金属件会沿前进方向向前倾斜，使沿前进方向位于后侧且具有较大半径的环形槽鞍形面的角抵靠在金属环组件的内周面上。因此，能够使在金属环组件内周面上产生的赫芝接触应力保持最小以增大金属环组件的寿命。

本发明的第二方面和特点在于，每一金属件均由冲压金属材料板形成，且在前进方向的后部角通过冲压所得的冲剪高度差形成。

通过以上结构，将沿前进方向位于后侧且具有较大半径的金属件中鞍形面的角制成通过冲压金属材料板形成的冲剪高度差，从而形成金属件。因此，能够在无需进行特殊工艺的情况下，形成具有较大半径的角。

本发明的第三个方面和特点在于，传动带被用于车辆的连续变速传动装置中，且金属件的前进方向为车辆向前行驶期间的前进方向。

通过以上的结构，由于车辆向前行驶的频率远大于车辆向后行驶的频率，因此，在车辆向前行驶期间，应使具有较大半径的角抵靠在金属环组件的内周面上，以便通过确保金属件前进方向与车辆向前行驶期间的前进方向相一致，从而能够增大金属环组件的寿命。

结合附图，通过下面对最佳实施例的描述将更清除地理解本发明的上述及其它目的，特点和优点。

图1—11描述了本发明的第一实施例，其中：

图1为说明设有连续变速传动装置的车辆动力传输系统的原理图；

图2为金属带的局部透视图；

图3为精密冲裁设备的整体结构示意图；

图4为描述作用在金属环上的拉伸应力的分布示意图；

图5A和5B为描述金属环分别处于自由状态和卷绕状态的示意图；

图6为描述作用在一最内层金属环上的总应力分布的示意图；

图7为金属件在正确状态下的侧视图；

图8为金属件在倾斜状态下的侧视图；

图9A和9B为曲线图，每一曲线图均说明了沿前进方向作用于每一鞍形面前端和后端上的峰值载荷；

图10A和10B为曲线图，它们分别说明了通过金属件从皮带轮所受的切向摩擦力F的分布和在金属件之间推力E的分布；

图11为说明在从动皮带轮输出端附近金属件倾斜的视图；

图12和13说明了本发明的第二实施例，其中，

图12为精密冲裁设备的整体结构视图；

图13为金属件在倾斜状态下的侧视图；

图14为说明在本发明第三实施例中，设有连续变速传动装置的车辆动力传输系统的原理图。

结合附图，通过实施例对本发明进行描述。

图1—11说明本发明的第一实施例。描述实施例中金属件的前向和后向，侧向及径向的限定如图2所示。径向被定义为所述金属件所抵靠的皮带轮的径向。更靠近皮带轮旋转或转动轴线的位置为径向内侧位置，远离皮带轮旋转轴线的位置为径向外侧置。侧向被定义为沿所述金属件抵靠的皮带轮旋转轴线的方向。前向和后向被定义为在车辆向前运动期间、沿金属件前进方向的方向。

图1示意性地描述了安装在车辆内的金属带型连续变速传动装置T的结构。将经缓冲器2连接至发动机E中曲轴1的输入轴3经起动离合器4连接至金属带型连续变速传动装置T的驱动轴5。设置在驱动轴5上的驱动皮带轮6包括固定在驱动轴5上的固定式皮带轮半体7，及能够移向及远离固定式皮带轮半体7的移动式皮带轮半体8。移动式皮带轮半体8通过施加于储油腔9的液体压力被压向固定式皮带轮半体7。

从动皮带轮11装配在平行于驱动轴5设置的从动轴10上，从动皮带轮包括固定在从动轴10上的固定式皮带轮半体12，及能够移向和远离固定式皮带轮半体12的移动式皮带轮半体13。移动式皮带轮半体13通过施加于储油腔14的液体压力被压向固定式皮带轮半体12。金属带15环绕驱动皮带轮6和从动皮带轮11(参见附图2)。金属带15包括多个支承在一对左右金属环组件31，31上的金属件32。每一金属环组件31，31均包括彼此层叠的十二个金属环33。

正向驱动齿轮16及反向驱动齿轮17相对可转动地支承在从动轴10上。正向和反向驱动齿轮16，17通过一选择器18可选择地与从动轴10连接。与正向驱动齿轮16啮合的正向从动齿轮20及经反向惰轮21与反向驱动齿轮17啮合的反向从动齿轮22被固定在输出轴19上，所述输出轴平行于从动轴10。

输出轴19的旋转或转动经终端驱动齿轮23和终端从动齿轮24输入差速器25，且从该处经从动轮W，W的左右轴被输送。

发动机E的驱动力经曲轴1，缓冲器2，输入轴3，起动离合器4，驱动轴5，驱动皮带轮6，金属带15及从动皮带轮11被输送至从动轴10。当选定向前行驶范围时，从动轴10的驱动力经正向驱动轮16及正向从动齿轮20输至输出轴19，从而允许车辆向前行驶。当选定向后行驶范围时，从动轴10的驱动力经反向驱动轮17，反向惰轮21及反向从动齿轮22被输送至输出轴19，从而允许车辆向后行驶。

此时，施加于驱动皮带轮6中储油腔9及金属带型连续变速传动装置T的从动皮带轮11中储油腔14的液体压力由液压控制单元U2控制，所述液压控制单元U2通过由电控单元U1发出的指令控制，使之可以连续或无级变速方式调节变速齿轮速比。即，如果施加于从动皮带轮11中储油腔14的液体压力相对于施加于驱动皮带轮6中储油腔9的液体压力有所增加，则减小从动皮带轮11的槽宽，从而形成增大的有效半径，且与之对应地，则增大驱动皮带轮6的槽宽，从而形成减小的有效半径。因此，以连续或无级方式使金属带型连续变速传动装置T的变速齿轮速比向“LOW”改变。另一方面，如果，施加于驱动皮带轮6中储油腔9的液体压力相对于施加于从动皮带轮11中储油腔14的液体压力有所增加，从动皮带轮11的槽宽减小，增大了有效半径，且与此对应，从动皮带轮11的槽宽增大，减小了有效半径。因此，以连续或无级方式使金属带型连续变速传动装置T的变速齿轮速比向“OD”改变。

如图2所示，通过冲压或模压由金属板形成的每一金属件32均包括一大致梯形件34，位于一对左右环形槽35，35之间的颈部36，其中，所述金属环组件31，31装配在环形槽内，及通过颈部36与梯形件34上部相连的大致三角形耳状件37。梯形件34在其侧面相对端部形成一对皮带轮接触面39，39，这些接触面能够抵靠在驱动皮带轮6和从动皮带轮11的V形面上，同时，金属件32在其前后部分沿前进方向形成有一对前后主表面40，40，这些主表面垂直于前进方向而且彼此平行。在前主表面40下方沿前进方向形成斜面42，在其间设有横向延伸的摆动边41。另外，耳状件37在其前后表面形成有凸起43及相应的槽，所述凸起和槽能彼此装配以使相邻的金属件32，32沿前后方向彼此相连。

下面，参照附图3描述一种用于通过冲压或模压制造金属件32的精密冲裁设备。

精密冲裁设备51应通过冲压或模压由金属材料板52制造出金属件32。精密冲裁设备51包括支承金属材料板52下表面的下部固定模53，上部模55，通过气缸54，54可被抬升和下降以支承金属材料板52的上表面，冲压机垫块57，可上下移动地容纳在下部模53内的槽中且通过气缸56被向上偏压，及冲孔器59，它容纳在上部模55的槽内且通过气缸58被抬升和降低。

在下面描述的工艺中，通过具有上述结构的精密冲裁设备51以冲压方式完成金属件32的制造。首先，在已将金属材料板52置于下部模53的状态下，气缸54，54扩张以使上部模55下降，从而使金属板52夹持在下部模53和上部模55之间。随后，当气缸58扩张以使冲孔器59下降时，使夹持在冲孔器59和冲压机垫块57之间的一部分金属材料板52下降，同时接收由气缸56产生的反作用力，从而使冲压金属材料板52以通过在下部模53和上部模55之间产生的剪切力制造金属件32。图3说明了在通过冲压制造金属件32的中途状态下的精密冲裁设备。金属件32的向下后(沿前进方向所示)表面与下部模53和冲压机垫块57相对设置。

在冲压金属件32期间，在面向下部模53和冲压机垫块57之间边界的金属件32的每一周缘部分(由图3中圆圈包围的部分)均会产生冲剪高度差，且冲剪高度差的横截面为不带锐角的弧形。如图7所示，通常，在金属件32的冲压制造后通过滚磨去除毛刺时，一方面，伴随毛刺的去除，沿环形槽35的鞍形面44的前进方向，金属件32相对端的前一个b处(在该处未产生冲剪高度差)的曲率半径r因倒角而假定为大约0．02mm，另一方面，相对端的后一个a(在该处未产生冲剪高度差)的曲率半径r应假定为大约0．04mm。

图4描述了车辆在最高速行驶状态下(在“TOP”状态下)的驱动皮带轮6和从动皮带轮11，其中，驱动皮带轮6的有效半径大于从动皮带轮11的有效半径。图4中金属带15的厚度图解地示出由于金属带15张力所造成的最内层金属环33的拉伸应力值。在金属带15由从动皮带轮11返回至驱动皮带轮6的返回侧的弦向横截面(A区)，所述应力为给定值σT_LOW，在金属带15由驱动皮带轮6发出至从动皮带轮11的前进侧的弦向横截面(C区)，所述应力为给定值σT_HIGH。A区的应力σ_TLOW小于C区的应力σT_HIGH。所述应力在金属带15环绕驱动皮带轮6处的截面(B区)的入口和出口之间从σT_LOW增至σT_HIGH，而应力在金属带15环绕从动皮带轮11(参见图6中点划线)处的截面(D区)的入口和出口之间从σT_HIGH降至σT_LOW。

除了由拉伸产生的拉伸应力以外，由挠曲产生的拉伸应力和压缩应力也作用于金属环33上。如图5A和5B所示，在自由状态下，金属环为圆形，但在工作状态下，金属环会变形成为具有A-D区域的形状。在返回侧弦横截面(A区)和前进侧弦横截面(C区)，在自由状态下为R_O的曲率半径会无限制地增大；在金属带15环绕大直径驱动皮带轮处的B区，在自由状态下为R_O的曲率半径被减小至R_DR，且在金属带15环绕小直径从动皮带轮处的D区，在自由状态下为RO的曲率半径被减小至R_DN。

这样，在金属环33曲率半径增加处的A和C区，拉伸弯曲应力作用于金属环33的内周面上，且压缩弯曲应力会作用在金属环33的外周面上。另一方面，在金属环33曲率半径减小处的B和D区，压缩弯曲应力作用于金属环33的内周面上，而拉伸弯曲应力作用在金属环33的外周面上。因此，一给定拉伸弯曲应力σV_ST在两个弦向横截面(A和C区)作用于金属环33的内周面上。一相对较小的压缩弯曲应力σV_DR在金属环33绕驱动皮带轮6处的B区作用于金属环的内周面，其中所述驱动皮带轮具有较大的曲率半径，一相对较大的压缩弯曲应力σV_DN在金属环33绕从动皮带轮11处的D区作用于金属环的内周面，其中所述从动皮带轮具有较小的曲率半径。

图6描述了根据最内层金属环33的内周面应力所作用的应力和根据弯曲所作用在最内层金属环33的内周面应力相加所合成的总应力的变化。能够从图6中看出，较大的集中应力σH作用于区域D的终端处(在金属件32离开从动皮带轮11的位置处)。产生这一集中应力σH的原因在于如图7和8所说明的那样，是由金属件32在离开从动皮带轮11处、沿前进方向向前倾斜，以致鞍形面44后端a强力地抵靠在最内层金属环33内周面所造成的。集中应力σH是由鞍形面44的后端a(沿前进方向)抵靠在最内层金属环33内周面所产生的赫芝接触应力，其中，所述鞍形面可被认为是列的一部分。所述内周面被认为是一平面。

图9A和9B描述了由金属件32中鞍形面44的后端a和前端b由最内层金属环33接收的载荷的变化，所述变化是由设置在鞍形面44后端a和前端b的载荷传感器探测出的。在图9A所示的金属件32中鞍形面44的后端a，在驱动皮带轮6的输入端附近观察到载荷峰值P_DR，在从动皮带轮11的输出端附近观察到载荷峰值P_DN。另一方面，在图9B所示的鞍形面44的前端b，仅在驱动皮带轮6的输入端附近观察到载荷峰值P_DR。

在驱动皮带轮6输入端附近的载荷峰值P_DR沿前进方向产生在鞍形面44的后端a和前端b。其原因被认为是在转动状态下，金属件32咬入驱动皮带轮6所造成的。另一方面，沿前进方向，在从动皮带轮6出口附近的载荷峰值P_DN仅产生在鞍形面44的后端a。其原因被认为是金属件32在从动皮带轮11出口附近、沿前进方向向前倾斜所造成的。

下面，将研究在金属件32离开从动皮带轮11处，通过最内层金属环33由金属件32中鞍形面44的后端a(沿前进方向)所受的集中应力σH。

由于多种因素，例如由于从动皮带轮11和金属件32上的摩擦作用中心是不确定的，很难在几何学上确定集中应力σH值。但是，根据利用k作为试验恒量(在鞍形面应力集中测试中的恒量)的以下等式能够计算出集中应力σH：

σH=p*(k*e／q)

其中，e，p及q的定义如下所述：

e：各金属件的传送力(kgf／元件)

p：鞍形面上的平均压缩应力(kg／mm²)

q：各金属件的轴向推力(kgf／元件)

在以上等式中，集中应力σH依鞍形面上平均压缩应力p，各金属件的传送力e及试验恒量k的增大而增大，而且依各金属件的轴向推力q的减小而减小。试验恒量k为这样的系数，由于沿前进方向的鞍形面44后端a中曲率半径r的影响，该系数与赫氏面压力(hertz face pressure)的增加成正比。因此，试验恒量k由以下利用c作为比例恒量的等式表示：

k=c*(1／r)^1／2

在本实施例中，与沿前进方向的后端a曲率半径r为0．02m相比，通过冲剪高度差使沿前进方向的后端a曲率半径r增至0．04mm，且被试验恒量k减小大约70％。因此，如果增大沿前进方向的后端a曲率半径r，例如使其增大两倍，则可减小试验恒量k的值以使通过最内层金属环33由金属件32中鞍形面44的后端a(沿前进方向)接收的集中应力σH降低至大约70％。

通过以上述方式，将沿前进方向的鞍形面44后端a的曲率半径r设定为大于沿前进方向的前端b的曲率半径r，能够降低由最内层金属环33鞍形面44后端a(沿前进方向)接收的应力以延长整个金属件组件31的寿命。即，在图6中，当集中应力σH减小时，应力振幅φa减小，同时应力中心区σm增大。由于应力振幅φa的减量与应力中心区σm的增量彼此相等，因此从金属材料的共有特性上来看，考虑到疲劳寿命，这种变化是有益的。因此，能够延长最内层金属环33的疲劳寿命。此外，具有较大曲率半径的鞍形面44后端a(沿前进方向)与金属件32的精密冲裁同步形成，因而无需特殊加工，其能够有助于制造成本的降低。

参照附图12和13，对本发明的第二实施例进行说明。

在图12所示的第二实施例中，从图3与图12的比较可看出，金属件32在由里外翻的状态下须经精密冲裁。更特别的是，第二实施例不同于第一实施例，其不同之处在于：如图8所示，在第一实施例中，沿前进方向向前导引金属件32的摆动边41，而在第二实施例中，沿前进方向向后导引金属件32的摆动边41。但是，在第二实施例中，也通过冲裁高度差增大沿前进方向后端a的曲率半径。因此，第一实施例与第二实施例能够表现出相同的功能和效果。

在图1所示的金属带型连续变速传动装置T中，在车辆前进期间和车辆后退期间，金属带15均以相同的方向循环转动，但在图14所示的第三实施例的金属带型连续变速传动装置T中，金属带15在车辆前进期间的循环方向与其在车辆后退期间的循环方向相反。

更特别的是，绕由发动机E驱动的输入轴3外周支承的驱动皮带轮6能够通过正向离合器61被连接至输入轴3，且能够经行星齿轮机构62和反向制动器63被结合至输入轴3。行星齿轮机构62为双齿轮型，它由与输入轴3一体构成的太阳齿轮64，于驱动皮带轮6一体构成的行星齿轮架65，一可相对转动地装配在输入轴3上的齿圈66，及装配在行星齿轮架65上且与太阳齿轮64和齿圈66啮合的行星齿轮67构成。反向制动器63能够使齿圈66连接至一壳体上。设有从动皮带轮11的从动轴10经起动离合器68及减速器69被连接至差速器25。

在车辆向前运动期间，使正向离合器61进入接合状态以使驱动皮带轮6连接至输入轴3，从而使驱动皮带轮6以与输入轴3相同的方向旋转或转动。另一方面，在车辆向后行驶期间，使反向制动器63进入接合状态以使行星齿轮机构62的内啮合齿轮66连接至壳体上，从而在驱动皮带轮6同与输入轴一体构成的太阳齿轮64转动的同时，使行星齿轮架65沿与输入轴3转动方向相反的方向旋转或转动。

在第三个实施例中的金属带型连续变速传动装置T中，在车辆向前运动期间，金属带15的循环方向以上述方式与其车辆向后运动期间的循环方向相反。因此，即使沿前进方向设定了后端a的曲率半径，以使其大于在车辆前进期间、沿前进方向的金属件32前端b的曲率半径，由于在车辆向后行驶期间改变了金属带15的循环方向，因此，不能显示出本发明的效果。但是，车辆向后运行的频率远远小于车辆前进的频率，因此，如果根据车辆前进期间金属件32的运动方向，沿前进方向设定后端a的曲率半径大于金属件32前端b的曲率半径，则在车辆运行的大多数时间中能够显示出本发明的效果。

例如，在本实施例中，具有较大曲率半径的鞍形面44的后端a(沿前进方向)与金属件32的精密冲裁同步形成，但是也可通过机加工分别形成。

在不脱离本发明思想或实质特征的情况下，本发明可具有其它的特定形式。因此，无论从哪一点上看，均应认为目前所披露的实施例是说明性而不是限定性的，本发明的保护范围由相应的权利要求而不是前面的描述限定，在与权利要求等效的内容和范围中的所有变化均应被包括在其内。