专利名称：用于无级变速器皮带轮的轴与法兰构件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于无级变速器皮带轮的轴与法兰构件，所述构件包括大致圆柱 形的皮带轮轴，所述皮带轮轴设有与其整体地形成的法兰。在所述皮带轮中，所述法兰呈现 为将与可动皮带轮法兰组合的所谓的固定法兰，所述可动皮带轮法兰被装配在所述轴上以 使其可旋转地与轴联接并且可以沿着轴沿轴向滑动。所述皮带轮法兰也被称作皮带轮盘和 /或圆盘。
背景技术：
每个皮带轮法兰限定出大致截头圆锥形的外表面，法兰表面彼此面对以使得在其 间限定出V形空间以用于容纳变速器的传动带。变速器将两个这种皮带轮与传动带结合， 传动带围绕皮带轮卷绕并且保持在相应的皮带轮的锥形法兰之间。在变速器运行期间，可 动皮带轮法兰借助于相应皮带轮的运动装置朝向固定皮带轮法兰被推动。所述皮带轮和变 速器以及它们的运行在实践中都是公知的，并且例如在EP-A-1498639中被描述。皮带轮的设计是通过在变速器运行期间出现的力和应力载荷确定的a/o。受到特 别高的应力的区域位于轴和固定法兰会合的区域，即固定法兰的锥形表面与轴的圆柱表面 相会合的区域。传统地，如在切向横截面中可见的那样，这种区域被设计为凹入的、圆弧形 的过渡部，以使得使其切口效应增大的拉伸应力最小化，以便于避免或至少抑制疲劳裂缝 的产生和/或扩大。所述已知的设计在JP-A-2003/194191中被详细示出。因此，这种弯曲 过渡表面实际上应用的曲率半径将始终是在减小局部拉伸应力水平——通过应用较大的 半径——和增大法兰表面沿径向向内方向的尺寸或者增大皮带轮轴的局部有效直径—— 通过应用较小的半径——之间的折衷。
发明内容
因此本发明的一个目的是进一步减小所述拉伸应力的水平，而却不减小轴径和/ 或增大法兰表面的内径。所述目的通过为皮带轮的法兰和轴表面之间的所述弯曲过渡区域 提供在其法兰侧具有小于在其轴侧的曲率半径的复合曲率而实现。因此，根据本发明，所述 过渡区域的表面在其与法兰表面连接侧比在其与轴表面连接的相对侧更强烈地弯曲。在这 种情况下，在轴和固定法兰会合的区域，本发明实现了局部拉伸应力水平超过20%的显著 的和意料之外的减小。实际上，当所述过渡区域被划分为每个区段以不同的曲率半径弯曲 的两个离散的凹入圆弧形区段时，可以实现15%左右的相当大的拉伸应力的减小。并且， 仅仅通过为所述过渡区域提供三个或更多个、甚至可以是无穷多个这种有区别地弯曲的区 段，即揭示了本发明的充分的潜在的可能。根据本发明，过渡区域最大和最小的曲率半径之 间的比率优选地等于超过3倍直到10倍。在过渡区域被划分为有限个有区别地弯曲的区段的情况下，其优选地包括两个或 更多个沿至少15度的角度延伸的区段。更优选地，当起始于过渡区域的法兰侧时，其延伸 过大于15度角的每个依次相连的区段的曲率半径等于由此限定的前一个区段的半径的150% 到 250%。在本发明的一个优选实施方式中，过渡区域包括三个这种区段，其中最接近于法 兰侧的第一区段弯曲跨过大约30度、优选在25和35度之间，第二中间区段弯曲跨过大约 20度、优选在15和25度之间，并且轴侧的第三区段沿锥形法兰表面和圆柱形轴表面之间的 总角度的其余部分延伸。在这种优选实施方式的实际应用中，这种第一、第二和第三区段的 曲率半径分别等于2. 0士 1. 0毫米、4. 0士 1. 5毫米和8. 0士2. 0毫米。
现在将参考附图中示出的实施方式的非限制性实例更详细地说明本发明，在所述 附图中类似的部件由相同的附图标记表示，其中图1示出了无级变速器的关键构件的示意性总图；图2是被用于这种变速器中的皮带轮的轴与法兰构件的等距视图，其处于机械负 载状态下、即表示在其中例如典型地在运行期间出现的相对拉伸应力水平；图3示出了在锥形法兰表面和圆柱形轴表面之间的过渡区域的已知横截面轮廓； 以及图4示出了根据本发明的这种轮廓的一个优选实施方式。
具体实施例方式图1是以透视方式示出的设有两个皮带轮1、2和环状传动装置3的已知无级变速 器的示意性视图，所述环状传动装置3卷绕并且摩擦接触所述皮带轮1、2，其例如为传动带 或传动链。环状传动装置3可以为多种已知类型中的一种，例如为纵向柔性的传动链或传 动带或者非柔性的环，并且可以由包括金属、塑料和复合材料的各种材料制成。皮带轮1、2每一个都在相应的皮带轮轴6、7上设有两个锥形的圆盘或法兰4、5， 在所述法兰4、5之间限定出容纳环状传动装置3的纵向弯曲部分的具有可变宽度的锥形凹 槽，在其间存在有效接触半径Rl、R2。每个皮带轮1、2的一个法兰4相对于相应的皮带轮 轴6、7可以沿轴向运动，以使得借助于例如为与每个相应的可动法兰4关联的活塞/气缸 组件的运动装置(未示出)，其可以朝向相应的另一个轴向地且可旋转地固定的法兰5运动 或被推动。这样，每个皮带轮1、2将相应的沿轴向定向的夹持力Fl、F2施加到环状传动装 置3上。因为皮带轮法兰4、5的锥形的形状，所述夹持力Fl、F2在环状传动装置3的侧面 上产生法向力、即垂直于环状传动装置3和相应的皮带轮1、2之间的摩擦接触的法向力。 相应的法向力的水平确定可借助于摩擦在环状传动装置3和相应的皮带轮1、2之间传递的 驱动力，而在所述法向力之间的比率确定且被用于控制变速器3与相应的皮带轮1和2之 间的所述有效接触半径R1、R2。所谓的几何传动比被设定其量为所述接触半径R1和R2的 商。这类变速器及其运行和控制在本领域中全部公知。因此根据以上所述和图1，看起来每个皮带轮1、2包括设置在相应的皮带轮轴6、7 上的固定法兰5。典型地，所述皮带轮轴整体地形成为成形的、例如锻造的金属的连续一体 件，其表示为相应的皮带轮1、2的轴与法兰构件10。在图2中以等距视图单独示出了所述 轴与法兰构件10。
在图2中各种灰色色调或阴影表示在轴与法兰构件10应用于其中的变速器运行 期间可能出现的轴与法兰构件10的相应表面区域中的相对拉伸应力水平。所述阴影越暗， 该特定区域中的拉伸应力水平越高。图2中示出的基本没有阴影(即白色)并且大体呈弧 形的区域A实际上表示在其中环状传动装置3与轴与法兰构件10接触的区域、即在其中法 兰20承受压缩应力而不是拉伸应力的区域。根据图2，看起来最高的拉伸应力水平出现在 固定法兰20与轴30会合处、即固定法兰20的锥形表面21与轴30的圆柱形表面31相会 合处的的区域B中。相对高的拉伸应力水平的区域B大致跨越与以上提及的接触区域A相 同的弧度。传统地，在法兰表面21和沿轴向定向的轴表面31之间限定出平滑凹入地弯曲的 过渡表面41，以便使提高其切口效应的拉伸应力最小化。过渡表面41的这种已知设计以图 2的沿其中示出的线CS截取的轴与法兰构件10的切向横截面在图3中详细地示出。根据图3，看起来在轴与法兰构件10的切向横截面中，在大约对应于公称轴径DN 的径向位置P1处，已知的过渡表面41在其第一端E1与法兰表面21连接，以使得轴30的局 部直径DL减小了过渡表面41的凹入曲率半径R41。在所述特定的设计中，轴表面31还设 有与过渡表面41的沿轴向定向的第二端E2连接的部分地弯曲和倾斜的连接表面部分32， 轴径沿着所述连接表面部分32逐渐增大到公称轴径DN。当然，例如在允许其在其公称直径SN处与轴表面31直接连接的径向位置P2处， 所述过渡部还可以备选地被定位在径向更向外处，所述实施方式通过图3中的虚线42示 出。在所述后一种设计中，轴径保持不变，然而还清楚的是，现在可用于接触环状传动装置 3的法兰20的表面21已经被过渡表面41的所述后一种设计不利地减小了。因此，在变速器皮带轮4、5的轴与法兰构件10的传统设计中，过渡表面41的曲率 被选择为在减小局部拉伸应力水平——通过应用较大过渡曲率R41——与增大皮带轮轴的 局部有效直径或者可用于有效接触环状传动装置3的法兰表面21之间——通过应用较小 的过渡曲率R41——之间权衡。然而，根据本发明，通过应用轴与法兰构件10的法兰20和轴30之间的过渡区域 的不同设计，可以将拉伸应力水平减小意料不到的大的量。在这种新设计中，法兰表面21 和沿轴向定向的轴表面31之间的过渡表面41设有复合曲率，在其第一端E1处或在其第一 端E1附近、即在其与法兰表面21连接处，所述复合曲率具有曲率半径R41a，所述曲率半径 R41a小于在其第二轴向对齐端E2、即在其与轴表面31连接处的曲率半径R41c。因此，根据 本发明，如通过过渡表面41的曲率半径R41a、R41b和R41c在图4的轴与法兰构件10的切 向横截面中所示出的那样，过渡表面41的曲率沿着从法兰20朝向轴30的方向减小(即局 部的曲率半径R41增大)。特别地，在图4中过渡表面包括三个依次相连的区段41a、41b和41c，其中第一区 段41a与法兰表面21连接并且被弯曲跨过大约30度，第二中间区段41b被弯曲跨过大约 20度，第三区段41c跨越剩余角度到轴向并且与轴表面31的所述连接表面部分32连接。 因此，第二区段41b的曲率半径R41b是第一区段41a的半径R41a的两倍，第三区段41c的 曲率半径R41c是第二区段41b的半径R41b的两倍。在这种情况下，在轴30和固定法兰20 会合的位置的拉伸应力水平减小了超过20%，因此所述构件10的疲劳强度总体上得到显 著改善。
权利要求
用于无级变速器皮带轮(1、2)的轴与法兰构件(10)，所述轴与法兰构件(10)包括大致圆柱形的皮带轮轴(30)和法兰(20)，在锥形法兰表面(21)和沿轴向定向的轴表面(31)之间设有平滑凹入地弯曲的过渡表面(41)，其特征在于，所述过渡表面(41)设有复合曲率，所述复合曲率在所述过渡表面(41)的与所述法兰表面(21)连接的第一端部(E1)处或在所述第一端部(E1)附近具有曲率半径(R41a)，所述曲率半径(R41a)小于在所述过渡表面(41)的与所述轴表面(31)连接的第二轴向对齐端部(E2)处或在所述第二轴向对齐端部(E2)附近的曲率半径(R41c)。
2.根据权利要求1所述的轴与法兰构件(10)，其特征在于，所述过渡表面(41)的所述 曲率沿着所述轴与法兰构件(10)的从所述法兰(20)朝向所述轴(30)的方向连续地减小。
3.根据权利要求1或2所述的轴与法兰构件(10)，其特征在于，所述过渡区域(41)的 最大曲率半径(R41c)和最小曲率半径(R41a)之间的比率处于3和10之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的轴与法兰构件(10)，其特征在于，所述过渡区域(41) 被划分为有限个有区别地弯曲的区段(41a_c)，其中三个或更多个区段(41a_c)跨越至少 15度的角度。
5.根据权利要求4所述的轴与法兰构件(10)，其特征在于，跨越至少15度的角度的每 个依次相连的区段(41a-c)设有相应的曲率半径(R41a-c)，所述相应的曲率半径(R41a_c) 等于由此限定的前一个区段(41a-c)的曲率半径(R41a-c)的150%到250%。
6.根据权利要求4或5所述的轴与法兰构件(10)，其特征在于，所述过渡表面(41)包 括跨越至少15度的角度的三个这种区段(41a、41b、41c)，其中最接近于所述法兰(20)的第 一区段(41a)跨越25和35度之间的角度，第二中间区段(41b)跨越15和25度之间的角 度，并且最接近于所述轴(30)的第三区段(41c)跨越大约20和40度之间的角度并且沿轴 向定向结束。
7.根据权利要求6所述的轴与法兰构件(10)，其特征在于，所述第二区段(41b)的所 述曲率半径(R41b)大致为所述第一区段(R41a)的曲率半径(R41a)的两倍，并且所述第三 区段(41c)的所述曲率半径(R41c)大致为所述第二区段(R41b)的曲率半径(R41b)的两倍。
8.根据权利要求6或7所述的轴与法兰构件(10)，其特征在于，所述过渡表面(41) 的所述第一、第二和第三区段(41a、41b、41c)的所述曲率半径分别等于2. 0士 1. 0毫米、 4. 0士 1. 5毫米和8. 0士2. 0毫米。
9.皮带轮(1、2)，所述皮带轮(1、2)包括被装配在根据前述权利要求中任一项所述的 轴与法兰构件(10)的所述轴(30)上的可动皮带轮法兰(4)并且结合有固定皮带轮法兰 (5)。
全文摘要
一种用于无级变速器皮带轮(1、2)的轴与法兰构件(10)，所述轴与法兰构件(10)包括大致圆柱形的皮带轮轴(30)和法兰(20)，在锥形法兰表面(21)和沿轴向定向的轴表面(31)之间限定有平滑凹入地弯曲的过渡表面(41)。所述过渡表面(41)设有复合曲率，所述复合曲率在所述过渡表面(41)的与所述法兰表面(21)连接的第一端部(E1)处或在所述第一端部(E1)附近具有曲率半径(R41a)，所述曲率半径(R41a)小于在所述过渡表面(41)的与所述轴表面(31)连接的第二轴向对齐端部(E2)处或在所述第二轴向对齐端部(E2)附近的曲率半径(R41c)。
文档编号F16H55/36GK101868635SQ200780101641
公开日2010年10月20日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者I·G·于普克斯 申请人:罗伯特·博世有限公司