专利名称：无级变速器用金属带的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种卷绕在驱动带轮和从动带轮上，进行驱动力传递的无级变速器用金属带，其包括层叠多枚无端头状金属环的金属环集合体；和形成有对嵌合金属环集合体用的环缝实施了凸面加工的鞍形面的多个金属元件。
背景技术：
在下述专利文献1～专利文献3中已经公知如下技术在该种无级变速器用金属带中，通过对金属元件的鞍形面实施凸面加工，来对由鞍形面支撑的金属环集合体进行定心。
在专利文献1所述的金属带中，相对金属元件的鞍形面宽度方向的中央位置而言，使凸面加工的顶点位置向外侧(带轮V面侧)偏移，防止了金属环集合体的内端与金属元件的颈部产生干涉所导致的耐久性降低的问题。
另外，在专利文献2所述的金属带中，通过将金属环集合体的曲率半径R2与金属元件鞍形面的曲率半径R1的比R2/R1限定在规定范围内，来实现金属环的外周面的最大拉应力的减小。
另外，在专利文献3所述的金属带中，当设定金属元件鞍形面的曲率半径为R1，设定金属环集合体R2的曲率半径为R2时，通过使得(1/R1)-(1/R2)＞-5成立，来防止金属环在宽度方向端部产生局部应力。
专利文献1日本实公平2-513号公报专利文献2日本特开2000-297848号公报专利文献3日本特开2001-214956号公报但是，上述专利文献1所述的金属带由于仅通过凸面加工来对金属环集合体进行定心，因此难以充分使金属环集合体在宽度方向的动作稳定，在金属环集合体由于某种原因向宽度方向移动的情况下，可能会与金属元件的颈部产生干涉导致耐久性降低。另外，由于对偏移量未加限定，因此，有可能因为与带轮V面产生非常强的干涉而导致金属环集合体与带轮V面侧的端部产生磨损。
另外，上述专利文献2所述的金属带，虽然在限定鞍形面的曲率半径和金属环集合体的曲率半径时的着眼点为金属环外周面的最大拉应力，但是，作为根据实验来决定最佳区域之时的条件的金属环集合体张力和曲率半径，是否为合适值并不明确，不仅如此，而且金属环集合体的破损几乎都从内周面侧开始产生，这样，着眼于金属环集合体的外周面的最大拉应力也就显得并不合适。
另外，专利文献3所述的金属带，虽然通过限定鞍形面曲率和金属环集合体的曲率的关系来实现金属环在宽度方向的局部应力的减小，但是成为规定最佳范围时的根据的数据说明又并不完全。
发明内容
本发明是鉴于上述情况提出的，其目的在于防止金属环集合体的宽度方向内端与金属元件的颈部接触所导致的耐久性降低。
为了达到上述目的，本发明的第一方面，提出了一种卷绕在驱动带轮和从动带轮上来进行驱动力传递的无级变速器用金属带，其包括层叠多枚无端头状金属环的金属环集合体；和形成有对嵌合金属环集合体用的环缝实施了凸面加工的鞍形面的多个金属元件，其特征在于，使所述凸面加工的顶点位置比鞍形面宽度方向的中央位置向宽度方向外侧偏移，以使金属环集合体的宽度方向外端与带轮V面抵接。
根据上述结构，由于通过使金属元件鞍形面的凸面加工的顶点位置比鞍形面宽度方向的中央位置向宽度方向外侧偏移，来使金属环集合体的宽度方向外端与带轮V面抵接，因此可以利用带轮V面在宽度方向对金属环集合体进行定位，使其动作稳定，可以防止金属环集合体的宽度方向内端与金属元件的颈部接触。由于带轮V面与金属元件的颈部相比，比较光滑不存在阶梯差，因此可以提高金属环集合体的耐久性。另外，通过使凸面加工的顶点位置向宽度方向外侧偏移，不会增加金属环集合体的面压力和应力，不会对耐久性带来不良影响。
另外，根据本发明的第二方面，提供一种无级变速器用金属带，在上述第一方面的基础上，其特征在于，所述偏移量小于等于金属环集合体的宽度减去鞍形面的宽度后的值的一半。
根据上述结构，由于将偏移量设定为小于等于金属环集合体的宽度减去鞍形面的宽度的值以后值的一半，因此不仅可以可靠地防止金属环集合体的端部磨损，还可以降低与带轮V面的接触应力，还可以进一步确保金属环集合体的耐久性。
另外根据本发明的第三方面，提供一种无级变速器用金属带，在上述第一方面的基础上，其特征在于，对应于施加在金属环集合体上的负荷，来设定金属元件鞍形面的凸面加工的曲率半径与自由状态下的金属环集合体的凸面加工的曲率半径的比。
根据上述结构，由于对应于施加在金属环集合体上的负荷，来设定金属元件鞍形面与金属环集合体的曲率半径的比，因此可以减轻金属环集合体中的、最容易成为破损开始点的最内周金属环的内周面的负荷，可以进一步提高耐久性。
另外，根据本发明的第四方面，提供一种无级变速器用金属带，在上述第一方面的基础上，其特征在于，在利用偏移量而使得金属环集合体从运转中的鞍形面两端伸出的伸出量相同时，所述比值在0.5～1.0的范围内。
根据上述结构，由于在利用偏移量而使得金属环集合体从鞍形面两端伸出的伸出量相同时，将所述比值设定在0.5～1.0的范围内，因此可以可靠地防止最内周金属环的内周面由于磨损而产生的破损。
图1～图12表示本发明的一个实施例。
图1是表示安装了无级变速器的车辆的动力传递系统的示意图。
图2是金属带的部分立体图。
图3是金属元件的主视图。
图4是表示金属环集合体的内端和金属元件的颈部之间的距离与偏移量的关系的曲线图。
图5是表示最内周金属环的最大面压力和偏移量的关系的曲线图。
图6是表示与各种偏移量对应的最内周金属环的最大面压力的曲线图。
图7是表示与各种偏移量对应的金属环的最大应力的曲线图。
图8是表示使鞍形面的曲率半径变化时的金属环的内面宽度方向的面压力分布的曲线图。
图9是表示金属环的内面的面压力相对于金属环集合体的曲率半径与鞍形面的曲率半径的比Rr/Rs的变化的曲线图。
图10是表示最内周金属环的应力振幅相对于鞍形面的曲率半径的变化的曲线图。
图11是表示最内周金属环的应力振幅相对于金属环集合体的曲率半径与鞍形面的曲率半径的比Rr/Rs的变化的曲线图。
图12是表示金属环集合体的曲率半径与鞍形面的曲率半径的比Rr/Rs以及偏移量的最佳区域的曲线图。
具体实施例方式
下面，根据附图所示的本发明的实施例，对本发明的实施方式进行说明。
图1～图12表示本发明的一个实施例。
另外，本实施例中所使用的金属元件的前后方向、左右方向、半径方向的定义如图2所示。半径方向被定义为与该金属元件抵接的带轮的半径方向，接近带轮的旋转轴的一侧为半径方向内侧，远离带轮旋转轴的一侧为半径方向外侧。另外，左右方向定义为沿与金属元件抵接的带轮的旋转轴的方向，前后方向定义为在车辆前进行走时，沿金属元件的行进方向的方向。
图1表示安装在汽车上的金属带式无级变速器T的概略构造，通过阻尼器2连接在发动机E的曲轴1上的输入轴3，又通过发动用离合器4与金属带式无级变速器T的驱动轴5连接。设于驱动轴5上的驱动带轮6包括固定安装在驱动轴5上的固定侧带轮半体7，和可以与该固定侧带轮半体7接触离开的可动侧带轮半体8，可动侧带轮半体8由向油室9作用的油压而被推向固定侧带轮半体7。
设于与驱动轴5平行配置的从动轴10上的从动带轮11包括固定安装在从动轴10上的固定侧带轮半体12和可以与该固定侧带轮半体接触离开的可动侧带轮半体13，可动侧带轮半体13由向油室14作用的油压而被推向固定侧带轮半体12。在驱动带轮6和从动带轮11之间卷绕有金属带15，其中该金属带15构成为在左右一对金属环集合体31、31上支撑多个金属元件32…(参照图2)。各个金属环集合体31由12枚金属环33…层叠而成。
前进用驱动齿轮16和后退用驱动齿轮17可相对旋转地支撑在从动轴10上，该前进用齿轮16和后退用驱动齿轮17可由选择器18选择性地与从动轴10结合。在与从动轴10平行配置的输出轴19上，固定安装有与所述前进用驱动齿轮16啮合的前进用从动齿轮20，和通过后退用空转齿轮21与所述后退用驱动齿轮17啮合的后退用从动齿轮22。
输出轴19的旋转通过末端驱动齿轮23和末端从动齿轮24而被输入到差动齿轮25，并从该处通过左右轮轴26、26传递给驱动轮W、W。
但是，发动机E的驱动力通过曲轴1、阻尼器2、输入轴3、发动用离合器4、驱动轴5、驱动带轮6、金属带15和从动带轮11而传递给从动轴10。当选择前进行驶行程(range)时，从动轴10的驱动力通过前进用驱动齿轮16和前进用从动齿轮20传递给输出轴19，使车辆前进行驶。另外当选择后退行驶行程时，从动轴10的驱动力通过后退用驱动齿轮17、后退用空转齿轮21和后退用从动齿轮22传递给输出轴19，使车辆后退行驶。
此时，通过利用来自电子控制单元U1的指令而动作的油压控制单元U2，来控制向金属带式无级变速器T的驱动带轮6的油室和从动带轮11的油室14作用的油压，由此无级地调整其比例。即，如果相对于向驱动带轮6的油室9作用的油压而言，使向从动带轮11的油室14作用的油压相对地增加，则从动带轮11的槽宽度减小、有效半径增加，与此相伴，驱动带轮6的槽宽度增加、有效半径减小，因此金属带式无级变速器T的比例将朝向LOW(最大比例状态)发生无级变化。相反，如果相对于向从动带轮11的油室14作用的油压而言，使向驱动带轮6的油室9作用的油压相对地增加，则驱动带轮6的槽宽度减小、有效半径增加，与此相伴，从动带轮11的槽宽度增加、有效半径减小，因此金属带式无级变速器T的比例将朝向OD(最小比例状态)发生无级变化。
如图2和图3所示，由金属板冲压成型的金属元件32包括大致台形状的元件主体34；颈部36，位于供金属环集合体31、31嵌合用的一对左右环缝35、35间；以及大致三角形的耳部37，通过颈部36与所述元件主体34的上部连接。在元件主体34的左右方向两端部上，形成有可以与驱动带轮6和从动带轮11的带轮V面45、45抵接的一对带轮抵接面39、39。另外在金属元件32的行进方向前侧和后侧，分别形成有相互抵接的主面40，另外在行进方向前侧的主面40的下部，经由向左右方向延伸的锁定边缘41而形成有倾斜面42。并且，为了结合前后邻接的金属元件32、32，在耳部37的前后面上形成有可相互嵌合的凸部43和凹部(未图示)。并且在左右环缝35、35的下缘，形成有支撑金属环集合体31、31的内周面的鞍形面44、44。
从图3可知，利用凸面加工将各个鞍形面44弯曲成圆弧状，将该凸面加工的曲率半径设定为Rs。另外，利用凸面加工将金属环集合体31也弯曲成圆弧状，将其自由状态下的曲率半径设定为与鞍形面44的曲率半径Rs不同的Rr。但是，在将金属元件32…安装在金属环集合体31、31上的状态下，利用作用到金属环集合体31、31上的张力，使金属环集合体31、31的内周面与鞍形面44、44密合，其曲率半径Rr与鞍形面44的曲率半径Rs一致。在实施例中，将鞍形面44、44的曲率半径Rs设定为155mm，将金属环集合体31、31自由状态下的曲率半径Rr设定为118mm。
另外，在实施例中，将鞍形面44的左右方向宽度设定为8.3mm，并且将金属环集合体31左右方向宽度设定为9.2mm，金属环集合体31的宽度比鞍形面44的宽度宽出9.2mm-8.3mm＝0.9mm。另外，相对于鞍形面44的宽度方向中央位置s而言，鞍形面44的凸面加工的顶点位置p(最突出的位置)向宽度方向外侧(远离金属元件32的中心的一侧)偏移了0.3mm。其结果，金属环集合体31的外端从鞍形面44的外端起向外侧突出(0.9mm/2)+0.3mm＝0.75mm，金属环集合体31的内端从鞍形面44的内端起向内侧突出(0.9mm/2)-0.3mm＝0.15mm。
然而，即使金属环集合体31的外端从鞍形面44的外端只向外侧突出0.75mm，由于与驱动带轮6或从动带轮11的带轮V面接触，阻止其突出，因此实际的突出量被抑制得小于0.75mm。其结果，将金属环集合体31的外端轻轻地压向带轮V面45，可以在宽度方向对金属环集合体31进行定位，可以使其动作稳定。而且，由于带轮V面45被作成光滑的，并且由于金属环集合体31向带轮V面45的按压力较小，因此不会对金属环集合体31的耐久性产生不良影响。
另一方面，当假定金属环集合体31的内端与金属元件32的颈部36接触时，由于在重叠了多个的金属元件32…的颈部36…之间产生阶梯，因此与该阶梯接触的金属环集合体31的内端可能会产生磨损而导致耐久性降低。但是，在本实施例中，由于相对于鞍形面44的宽度方向中央位置s而言，鞍形面44的凸面加工的顶点位置p向外侧偏移，因此在金属环集合体31的内端与颈部36之间，可以确保足够的间隔来防止接触。
图4表示金属环集合体31的内端和颈部36之间的距离D(参照图3)，根据偏移量而变化的情况。偏移量0.3mm是与本实施例对应的，偏移量-0.7mm和偏移量-1.7mm为相对于鞍形面44的宽度方向中央位置s而言使鞍形面44的凸面加工的顶点位置p向内侧(颈部36侧)偏移的情况。在偏移量0.3mm的例子(实施例)中，在金属元件32的左右两侧，金属环集合体31的内端和颈部36之间的距离D确保为1.72mm～1.52mm，金属环集合体31和颈部36不会产生干涉。偏移量-0.72mmm的例子中，距离D减少到0.47mm，可能会产生干涉。另外，在偏移量为-1.7mm的例子中，距离D为负值，总是会产生干涉。另外根据图4，如果偏移量大于0mm，则金属环集合体31可以与带轮V面45稳定地接触。
图5表示在将金属带15卷绕在从动带轮11上的部分，金属环集合体31的最内周金属环33的最大面压力Pmax根据偏移量发生了如何变化。从该图可知，金属环33的最大面压力Pmax在偏移量0.3mm时小于偏移量-0.7mm时的最大面压力。并且，偏移量-1.7mm时的最大面压力Pmax小于偏移量-0.7mm时的最大面压力。
图6表示从图5的曲线图导出的、根据各偏移量产生的最大面压力Pmax。即可知，在偏移量0.3mm时，最大面压力Pmax＝40MPa，在偏移量-0.7mm时最大面压力Pmaz＝50MPa，在偏移量-1.7mm时最大面压力Pmax＝35MPa。
金属带15在卷绕在驱动带轮6和从动带轮11上进行旋转时，在该金属环33上有应力作用，该应力按金属带15的每一次旋转发生周期性变化，其中所述应力为金属带15的张力产生的拉应力和金属环33的弯曲而产生的拉应力(或者压缩应力)相加后的应力。
图7的曲线图是表示在将鞍形面44的曲率半径设定为155mm，将金属环集合体31的自由状态下的曲率半径设定为118mm的情况下，关于3种偏移量的金属环33的最大应力σmax。
如前所述，由于在偏移量为-1.7mm时，金属环集合体31和颈部36总是产生干涉，因此不适合实际应用，当比较剩下的偏移量-0.7mm和偏移量0.3mm(实施例)的情况时，可知偏移量为0.3mm时的最大应力σmax较低，耐久性更优。
接下来，对鞍形面44的曲率半径Rs和金属环集合体31在自由状态下的曲率半径Rr的关系进行考察。
图8的曲线图是表示在将金属环集合体31在自由状态下的曲率半径Rr保持为恒定值118mm的状态下，并且在使鞍形面44的曲率半径Rs变化成100mm、155mm(实施例)、210mm和300mm4种的情况下的、金属环33的内面宽度方向的面压力分布。
图9的曲线图中，使横轴为Rs(即，使Rr为恒定值118mm时的比Rr/Rs)，改写了前述图7的曲线图的N部的数据(颈部侧)和S部的数据(宽度方向中央部)。从该图可知，通过增加鞍形面44的曲率半径Rs，而使比Rr/Rs减少，与此相伴，金属环33的宽度方向中央部的面压力逐渐减少，而金属环33的颈部侧的面压力急剧增加。即可知，在比Rr/Rs小于等于0.5的区域(鞍形面44的曲率半径Rs大于等于236mm的区域)，颈部侧的面压力急剧增加，金属环集合体31的耐久性降低。
图10的曲线图是表示在将金属环集合体31在自由状态下的曲率半径Rr保持为恒定值118mm的状态下，并且在使鞍形面44的曲率半径Rs变化成100mm、155mm(实施例)、210mm和300mm4种的情况下的、最内周的金属环33的应力振幅σa的分布。
图11的曲线图中，使横轴为Rs(即，使Rr为恒定值118mm时的比Rr/Rs)，表示前述图10的曲线图的4种应力振幅σa(左右颈部侧和左右带轮测)的平均值。从该图可知，通过减小鞍形面44的曲率半径Rs，而使比Rr/Rs增大，与此相伴，应力振幅σa的平均值逐渐增大，而在比Rr/Rs大于等于1.0的区域(鞍形面44的曲率半径Rs小于等于118mm的区域)，应力振幅σa的平均值急剧增加，而金属环集合体31的耐久性降低。
图12的曲线图中，横轴采用偏移量，纵轴采用比Rr/Rs，空白区域表示偏移量和比Rr/Rs的最佳组合。
表示偏移量＝-1.7mm的线a的左侧是因为金属环集合体31的内端与金属元件32的颈部36发生干涉而属于不合适的区域。表示偏移量＝(9.2-8.3)/2＝0.45mm的线b的右侧表示因为金属环集合体31的外端与带轮V面45过于强烈接触而属于不合适的区域。
线c为对应于偏移量0.3mm的图9中不合适的区域，即关于各种偏移量而标绘出金属环集合体31的颈部侧的面压力急剧升高的比Rr/Rs的线，该线c的下侧为因为金属环集合体31的颈部侧的面压力急剧升高而属于不合适的区域。在线c上对应于偏移量0.3mm的交点为Rr/Rs＝0.5。线c由图6及图9的关系决定。
图12的B点的说明如下。根据图6，在偏移量0.3mm→-0.7mm，最大面压力增加25％(40MPa→50MPa)，为了用比Rr/Rs来消除该部分，就必须将图9中的界限值0.5改为0.56(20MPa→15MPa)。
线d为对应于偏移量0.3mm的图11中不合适的区域，即关于各种偏移量而标绘出金属环33的应力在宽度方向的平均值急剧增加的比Rr/Rs的线，该线d的上侧为因为金属环33的应力在宽度方向的平均值急剧上升而属于不合适的区域。在线d上对应于偏移量0.3mm的交点为Rr/Rs＝1.0。线d由图7及图11的关系决定。
图12的A点的说明如下。根据图7，在偏移量0.3mm→-0.7mm，最大应力增加2.5％(720MPa→738MPa)，为了用比Rr/Rs来消除该部分，就必须将图11中的界限值1.0改为0.65(595MPa→580MPa)。
线e是根据图4的、金属环集合体31的端部是否被顶靠于带轮V面45上的分界线，当完全不接触、偏移量小于等于0mm时，金属环集合体31的动作是不稳定和不准确的。
即，在由线e、b、d、c包围的区域中，可以适当地进行金属环集合体31的定心，金属环集合体31的端部不产生磨损，并且可以将最内周金属环33的内面的面压力抑制得很低，抑制磨损，而且，还可以将最内周金属环33的应力抑制得很低。其结果，可以确保金属带15的充分的耐久性。
以上，对本发明的实施例进行了说明，本发明可以在不脱离其宗旨的范围内进行各种设计变换。
例如，鞍形面44的曲率半径Rs、金属环集合体31的曲率半径Rr、偏移量等的值并不限定于实施例中的情形，也可进行适当变换。
权利要求
1.一种无级变速器用金属带，其卷绕在驱动带轮(6)和从动带轮(11)上来进行驱动力传递，其包括层叠了多枚无端头状金属环(33)的金属环集合体(31)；和形成有对嵌合金属环集合体(31)用的环缝(35)实施了凸面加工的鞍形面(44)的多个金属元件(32)，其特征在于，使所述凸面加工的顶点(p)的位置比鞍形面(44)宽度方向的中央位置(s)向宽度方向外侧偏移，以使金属环集合体(31)的宽度方向外端与带轮V面(45)抵接。
2.根据权利要求1所述的无级变速器用金属带，其特征在于，所述偏移量小于等于金属环集合体(31)的宽度减去鞍形面(44)的宽度后的值的一半。
3.根据权利要求1所述的无级变速器用金属带，其特征在于，对应于施加在金属环集合体(31)上的负荷，来设定金属元件(32)的鞍形面(44)的凸面加工的曲率半径(Rs)与自由状态下的金属环集合体(31)的凸面加工的曲率半径(Rr)的比(Rr/Rs)。
4.根据权利要求1所述的无级变速器用金属带，其特征在于，在利用偏移量而使得金属环集合体(31)从运转中的鞍形面(44)两端伸出的伸出量相同时，所述比(Rr/Rs)的值在0.5～1.0的范围内。
全文摘要
一种卷绕在驱动带轮和从动带轮上来进行驱动力传递的无级变速器用金属带，包括层叠了多枚无端头状金属环的金属环集合体(31)；和形成有对嵌合金属环集合体(31)用的环缝(35)实施了凸面加工的鞍形面(44)的多个金属元件(32)。通过使所述凸面加工的顶点(p)的位置比鞍形面(44)宽度方向的中央位置(s)向宽度方向外侧偏移，而使金属环集合体(31)的宽度方向外端与带轮V面(45)抵接。另外对应于施加在金属环集合体(31)上的负荷，来设定金属元件(32)鞍形面(44)的凸面加工的曲率半径(Rs)与自由状态下的金属环集合体(31)的凸面加工的曲率半径(Rr)的比。由此，可以防止因金属环集合体的宽度方向内端与金属元件的颈部接触所导致的耐久性降低的问题。
文档编号F16G5/16GK1720405SQ20038010463
公开日2006年1月11日 申请日期2003年11月14日 优先权日2002年11月28日
发明者金原茂, 齐藤俊博, 矢崎彻 申请人:本田技研工业株式会社