無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件，其在金屬帶驅(qū)動(dòng)時(shí)能夠恰到好處地減少在元件的頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力而提升重復(fù)疲勞強(qiáng)度，由此能夠提升無(wú)級(jí)變速器的扭矩傳遞容量，并且能夠提升超速比區(qū)域附近的無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力傳遞效率。使用含碳量在0.61％以上且0.71％以下的鋼材作為元件的鋼材來(lái)制作元件。此時(shí)，通過(guò)彼此平滑地連接并且滿足R1＜R2＜R3且D/R2≤0.3的關(guān)系的3個(gè)曲面而構(gòu)成連接鞍型面和頸側(cè)面的頸根部的形狀，所述3個(gè)曲面分別為朝下呈凸?fàn)畹那?PA-PB(R1))、朝下呈凸?fàn)畹那?PB-PD(R2))以及朝上呈凸?fàn)畹那?PD-PE(R3))。另外，在各連接部處平滑地連接以共有同一切平面(切線)的方式相鄰的曲面。
【專利說(shuō)明】
無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件，更具體而言涉及這樣的無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件:在金屬帶驅(qū)動(dòng)時(shí)能夠恰到好處地減少在元件的頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力而提升重復(fù)疲勞強(qiáng)度，由此能夠提升無(wú)級(jí)變速器的扭矩傳遞容量，并且能夠提升超速比區(qū)域附近的無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力傳遞效率。
【背景技術(shù)】
[0002]作為無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件，如圖8所示，具有:大致梯形狀的元件的元件主體;在中間具有供金屬環(huán)集合體嵌合的左右一對(duì)環(huán)縫的頸部；以及隔著頸部而形成于主體上部的大致三角形狀的耳部。元件主體的左右方向兩端部形成有能夠與驅(qū)動(dòng)帶輪(未圖示)和從動(dòng)帶輪(未圖示)的V面抵接的一對(duì)抵接面。另外，在元件的行進(jìn)方向前側(cè)和后側(cè)分別形成有與相鄰的元件抵接的主面，此外，在行進(jìn)方向前側(cè)的主面的下部隔著在左右方向上延伸的鎖定邊沿而形成有傾斜面。進(jìn)一步地，為了結(jié)合前后相鄰的元件，在耳部的前后面上分別形成有能夠彼此嵌合的凸頭部和孔部(圖9的(b))。而且，在左右的環(huán)縫的下緣形成有支承金屬環(huán)集合體的內(nèi)周面(最內(nèi)周的金屬環(huán)的內(nèi)周面)的鞍型面。
[0003]而且，由上述金屬環(huán)集合體和上述元件構(gòu)成的金屬帶被卷繞于一對(duì)帶輪(驅(qū)動(dòng)帶輪、從動(dòng)帶輪)之間，元件的兩個(gè)抵接面被按壓在帶輪的V面上，通過(guò)該抵接面與帶輪的V面之間的摩擦力而將來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力從驅(qū)動(dòng)帶輪傳遞至從動(dòng)帶輪。這樣，元件在金屬帶的旋轉(zhuǎn)時(shí)其鞍型面被金屬環(huán)集合體向下方按壓，且兩個(gè)抵接面被帶輪的V面按壓。進(jìn)而，在元件對(duì)驅(qū)動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)達(dá)傳遞扭矩時(shí)，根據(jù)扭矩的傳遞方向而使得在前后方向上的彎曲力矩作用于元件主體上。因此，應(yīng)力集中于元件的頸部、尤其是集中于作為與鞍型面的交叉部的頸根部(圖中的虛線圓部)。
[0004]在上述頸根部形成有從頸側(cè)面起到鞍型面平滑地凹陷的圓弧凹部。已知如下的元件，其特征在于，該圓弧凹部的截面形狀由與頸側(cè)面連續(xù)的曲率半徑Rl的第I圓弧、以及與第I圓弧連續(xù)并形成底部的曲率半徑R2的第2圓弧構(gòu)成，曲率半徑Rl大于曲率半徑R2(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0005]此外，還已知如下的元件，其特征在于，圓弧凹部由曲率半徑為R1、R2、R3、R4的4個(gè)圓弧構(gòu)成，這些曲率半徑之中形成底部的第2圓弧的曲率半徑R2是最大值(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
[0006]此外，還已知如下的元件，其特征在于，從鞍型面起的圓弧深度D與曲率半徑R之比D/R處于0.3至0.75的范圍內(nèi)(例如，參照專利文獻(xiàn)3)。
[0007]另一方面，已知元件材料的含碳量(含有C%)對(duì)頸根部的應(yīng)力集中具有較大的影響。已知在通過(guò)含碳量(含有C% )為0.50?0.70%的鋼材制作元件的情況下，能夠提升元件的耐磨損性和耐疲勞性(例如，參照專利文獻(xiàn)4)。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本專利第4766064號(hào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本專利第3975791號(hào)
[0012]專利文獻(xiàn)3:日本專利第4321119號(hào)
[0013]專利文獻(xiàn)4:日本專利第5594521號(hào)
[0014]上述專利文獻(xiàn)I和2是用于通過(guò)用平滑的圓弧(曲面)連接鞍型面和頸側(cè)面而減少在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力的手法。亦即，是用于在不變更元件整體的形狀的情況下，通過(guò)增大圓弧的曲率半徑R而減少在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力的手法。
[0015]然而，根據(jù)強(qiáng)度解析可知，對(duì)于在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力，相比曲率半徑R而言，從鞍型面到圓弧最下部為止的距離(深度)D的影響更大。上述專利文獻(xiàn)I和2中并未考慮從鞍型面到圓弧最下部為止的距離(D)。
[0016]圖10表示通過(guò)強(qiáng)度解析求出如圖9的(a)所示在元件被限制住的狀態(tài)下對(duì)元件的鞍型面上施加了朝下的荷重時(shí)在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)的解析結(jié)果。此外，圖11表示通過(guò)強(qiáng)度解析而求出如圖9的(b)所示在元件被限制住的狀態(tài)下對(duì)處于鞍型面和鎖定邊沿之間的中間位置的背面從孔部側(cè)起向凸頭部側(cè)施加了荷重時(shí)在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)的解析結(jié)果。根據(jù)圖 10 的(a)、(b)和圖 11的(a)、(b)可知，即使處于 R1<R2(R1/R2<1)且 R3<R2(R3/R2<I)的關(guān)系時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力仍為高值且大幅離散。因此，上述專利文獻(xiàn)I和2關(guān)于減少頸根部的應(yīng)力而言未必具有較大的效果。
[0017]另外，在上述專利文獻(xiàn)3中，考慮了從鞍型面到圓弧最下部為止的距離(D)。
[0018]然而，根據(jù)圖10的(C)和圖11的(C)可知，在0.3 <D/R< 0.75時(shí)會(huì)在頸根部產(chǎn)生很高的應(yīng)力。因此，上述專利文獻(xiàn)3關(guān)于減少頸根部的應(yīng)力而言也未必具有很大的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]于是，本發(fā)明就是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件，其在金屬帶驅(qū)動(dòng)時(shí)能夠恰到好處地減少在元件的頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力而提升重復(fù)疲勞強(qiáng)度，由此能夠提升無(wú)級(jí)變速器的扭矩傳遞容量，并且能夠提升超速比區(qū)域附近的無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力傳遞效率。
[0020]關(guān)于用于達(dá)成上述目的的本發(fā)明的無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件，多個(gè)該元件通過(guò)層疊多個(gè)帶狀的金屬環(huán)而成的金屬環(huán)集合體而對(duì)齊相位并沿著該金屬環(huán)集合體呈環(huán)狀地層疊，并且該元件具有支承該金屬環(huán)集合體的鞍型面和從該鞍型面向上方延伸設(shè)置的頸部，該元件的特征在于，
[0021]在所述鞍型面與所述頸部交叉的頸根部處形成有向該鞍型面?zhèn)劝枷莸陌疾?，該凹部由以下部分?gòu)成:平滑地連接于所述頸部的側(cè)面且形成在未到達(dá)所述凹部的底面部分的范圍的朝下呈凸?fàn)畹牡贗曲面(Rl);平滑地連接于該第I曲面(Rl)且形成所述底面部分的朝下呈凸?fàn)畹牡?曲面(R2);以及平滑地連接于該第2曲面和所述鞍型面雙方的朝上呈凸?fàn)畹牡?曲面(R3)，所述第I曲面(Rl)、所述第2曲面(R2)和所述第3曲面(R3)各自的曲率半徑按照所述第I曲面(Rl)、所述第2曲面(R2)和所述第3曲面(R3)的順序而變大，并且所述第2曲面的深度(D)與所述第2曲面的曲率半徑(R2)之比是小于等于0.3的值。
[0022]在上述結(jié)構(gòu)中，鞍型面與頸部交叉的頸根部(角部)構(gòu)成為，其曲率半徑從頸部到鞍型面依次變大且形成底面部分的曲率半徑依賴于從鞍型面起的深度的3個(gè)上述各曲面(圓弧)平滑地連接。即，在設(shè)與頸側(cè)面連接的第I曲面的曲率半徑為R1，形成底面部分的第2曲面的曲率半徑為R2，與鞍型面連接的第3曲面的曲率半徑為R3，以鞍型面為基準(zhǔn)的第2曲面的深度為D時(shí)，通過(guò)滿足R1<R2<R3且D/R2 < 0.3的3個(gè)上述各曲面(圓弧)而構(gòu)成鞍型面與頸部交叉的頸根部(角部)。特別地，通過(guò)使曲率半徑依次增大，同時(shí)使形成底面部分的曲率半徑R2依賴于從鞍型面起的深度D，從而能夠恰到好處地減少在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0023]本發(fā)明的無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件的第2特征在于，構(gòu)成所述元件的鋼材至少含有碳(C)、硅(Si)、錳(Mn)和鉻(Cr)來(lái)作為添加物，所述碳的含有量(％)是0.61%以上且0.71%以下。
[0024]在上述結(jié)構(gòu)中，通過(guò)使用上述含碳率的鋼材，從而與上述圓弧凹部的形狀的特征相互作用，既能夠適當(dāng)降低在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力，又能夠提升元件的重復(fù)疲勞強(qiáng)度。
[0025]發(fā)明的效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明的元件，頸根部的上述形狀方面的特征與構(gòu)成元件的鋼材的上述材料方面的特征相互作用，而能夠恰到好處地減少在元件的頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力，并且能夠提升元件的重復(fù)疲勞強(qiáng)度。此外，在本發(fā)明的元件中，從鞍型面起到底面部分的距離(D)較小、在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力小，因此能夠使鎖定邊沿向鞍型面?zhèn)纫苿?dòng)。由此，在超速比區(qū)域附近，能夠減少在環(huán)與鞍型面之間產(chǎn)生的打滑而造成的扭矩?fù)p失，能夠有助于無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力傳遞效率的提升。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1中(a)、(b)是表示本發(fā)明的元件的頸根部的要部剖視說(shuō)明圖。
[0028]圖2中(a)、(b)是表示通過(guò)強(qiáng)度解析求出對(duì)本發(fā)明的元件的鞍型面上施加了朝下的荷重(B卩，荷重來(lái)自上方)時(shí)在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)的解析結(jié)果的圖表。
[0029]圖3中(a)、(b)是表示通過(guò)強(qiáng)度解析求出對(duì)本發(fā)明的元件的處于鞍型面和鎖定邊沿的中間位置的背面從孔部側(cè)起向凸頭部側(cè)施加了荷重(即，荷重來(lái)自后方)時(shí)在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)的解析結(jié)果的圖表。
[0030]圖4是表示鋼材、頸根部形狀和重復(fù)疲勞強(qiáng)度的相關(guān)的圖表。
[0031]圖5是表示含碳量、頸根部形狀和重復(fù)疲勞強(qiáng)度的相關(guān)的圖表。
[0032]圖6是表示本發(fā)明的元件的鎖定邊沿的說(shuō)明圖，左側(cè)表示現(xiàn)有的元件形狀，右側(cè)表示本發(fā)明的元件形狀。
[0033]圖7是表示使用本發(fā)明的元件的無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力傳遞效率的說(shuō)明圖。
[0034I圖8是表示現(xiàn)有元件的立體圖。
[0035]圖9中(a)、(b)是表示對(duì)元件施加的荷重的朝向的說(shuō)明圖。
[0036]圖10中(a)、(b)、(C)是表示通過(guò)強(qiáng)度解析求出對(duì)現(xiàn)有元件的鞍型面上施加了朝下的荷重(B卩，荷重來(lái)自上方)時(shí)在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)的解析結(jié)果的圖表。
[0037]圖11中(a)、(b)、(c)是表示通過(guò)強(qiáng)度解析求出對(duì)現(xiàn)有元件的處于鞍型面和鎖定邊沿的中間位置的背面從孔部側(cè)起向凸頭部側(cè)施加了荷重(即，荷重來(lái)自后方)時(shí)在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)的解析結(jié)果的圖表。
[0038]圖12是說(shuō)明圖4和圖5的“重復(fù)數(shù)1.0E+5次的疲勞強(qiáng)度的相當(dāng)荷重”的S-N線圖。
[0039]標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0040]100:元件，(:1、02工3、04:圓弧中心兒1、1^2、1^3、1^4、1^5:切線，111、112、113、114、115:法線，PA、PB、PD、PE:連接點(diǎn)，PC:最深點(diǎn)，PF:鞍型面上端，PA-PB、PB-PD、PD-PE:曲面(圓弧)，Rl、R2、R3:曲率半徑，D:從鞍型面上端到最深點(diǎn)的距離(深度)，W:從頸側(cè)面到鞍型面的R開(kāi)始點(diǎn)的距離。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ]以下，通過(guò)附圖所示的實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0042]圖1是表示本發(fā)明的無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件(以下，稱作“元件”)100的頸根部的要部剖視說(shuō)明圖。另外，圖1的(b)是表示各曲率半徑R與深度D的相關(guān)的圖表。此外，標(biāo)號(hào)D是從鞍型面上端到最深部(點(diǎn))PC的深度(距離)，標(biāo)號(hào)W是從頸側(cè)面到鞍型面的R開(kāi)始點(diǎn)PE的距離。
[0043]在該元件100中，平滑地連接鞍型面和頸側(cè)面的頸根部處的連接面由曲率半徑從頸側(cè)面到鞍型面依次變大且形成底面部分的曲率半徑R2依賴于從鞍型面起的深度D的3個(gè)曲面(圓弧)平滑地連接而構(gòu)成，該3個(gè)曲面分別為朝下呈凸?fàn)畹那?圓弧)PA-PB、朝下呈凸?fàn)畹那?圓弧)PB-PD以及朝上呈凸?fàn)畹那?圓弧)PD-PE。此外，具體情況將在后面敘述，而作為構(gòu)成本元件100的鋼材使用含碳量(質(zhì)量％)為0.61?0.71%的鋼材。另外，這里為了便于說(shuō)明，使用曲面和圓弧表示相同意義。
[0044]此外，這里所謂的“平滑地”指的是相鄰的曲面(圓弧)以同一切平面(切線)連接的情況。因此，各圓弧的中心被作為兩連接點(diǎn)處的各法線的交點(diǎn)而求出，其曲率半徑被作為從該圓弧中心到連接點(diǎn)為止的距離而求出。反之，在各曲面的圓弧中心和曲率半徑已知的情況下，連結(jié)2個(gè)圓弧中心的直線成為法線，通過(guò)該法線和曲率半徑而自動(dòng)求出連接點(diǎn)的位置，根據(jù)連接點(diǎn)的位置而自動(dòng)確定圓弧的長(zhǎng)度。例如，關(guān)于圓弧PB-PD的連接點(diǎn)PB、PD的位置，可通過(guò)連結(jié)圓弧中心Cl與C2的法線n2、連結(jié)圓弧中心C2與C3的法線n3、以及曲率半徑R2而自動(dòng)求出，并根據(jù)連接點(diǎn)PB、PD的位置而自動(dòng)確定圓弧PB-PD的長(zhǎng)度。
[0045]圓弧PA-PB在連接點(diǎn)PA處與頸側(cè)面平滑地連接，并且在未到達(dá)最深部PC的連接點(diǎn)PB處與圓弧PB-PD平滑地連接。圓弧PA-PB是曲率半徑為Rl且圓弧中心Cl位于面外的朝下呈凸?fàn)畹膱A弧。此外，圓弧PA-PB同頸側(cè)面和圓弧PB-Η)切線連接，因而具有公共的切線L1、L2，因此圓弧中心Cl被作為與連接點(diǎn)PA、PB處的公共切線L1、L2對(duì)應(yīng)的各法線nl、n2的交點(diǎn)而被求出。此外，作為圓弧PA-PB的開(kāi)始點(diǎn)的連接點(diǎn)PA的高度位置，在本實(shí)施例中與鞍型面上端PF—致，然而優(yōu)選位于從鞍型面上端PF起在上下距離環(huán)(圖8)的板厚的一半以內(nèi)、即±1/2△以內(nèi)的位置。
[0046]圓弧I3B-PD在連接點(diǎn)I3B處與圓弧PA-13B平滑地連接且形成于從連接點(diǎn)I3B到達(dá)連接點(diǎn)ro的包括最深點(diǎn)PC的范圍內(nèi)，而且是圓弧中心C2位于面上而曲率半徑為R2的朝下呈凸?fàn)畹膱A弧。此外，圓弧PB-PD切線連接于圓弧PA-13B和圓弧PD-PE雙方，因而具有公共切線L2、L3，因此圓弧中心C2被作為與連接點(diǎn)I3B、H)處的公共切線L2、L3對(duì)應(yīng)的各法線n2、n3的交點(diǎn)而求出。此外，如后所述，從鞍型面上端PF到達(dá)最深點(diǎn)PC的深度D和半徑R2相互依賴，具有D/R2 <0.3的關(guān)系。
[0047]圓弧ro-PE在連接點(diǎn)ro處與圓弧ro-ro平滑地連接，并且在連接點(diǎn)PE處與鞍型面平滑地連接，而且是圓弧中心C3位于面內(nèi)且曲率半徑為R3的朝上呈凸?fàn)畹膱A弧。圓弧ro-PE切線連接于圓弧I3B-13D和鞍型面，因而具有公共的切線L3、L4，因此圓弧中心C3被作為與連接點(diǎn)ro、PE處的公共切線L3、L4對(duì)應(yīng)的各法線n3、n4的交點(diǎn)而求出。
[0048]此外，關(guān)于從頸側(cè)面起到鞍型面的R開(kāi)始點(diǎn)為止的距離W，如果其變大，則環(huán)與鞍型面的接觸面會(huì)變小，對(duì)環(huán)動(dòng)作會(huì)帶來(lái)不良影響，因而優(yōu)選為1.6?1.7_。
[0049]關(guān)于各曲率半徑町、1?2、1?3，如圖1的(13)所示，具有1?1<1?2<1?的關(guān)系，同時(shí)僅曲率半徑R2依賴于上述深度D，且具有D/R2 < 0.3的關(guān)系。因此，在固定了連接點(diǎn)PA和連接點(diǎn)PE的情況下，如果確定了深度D，則可根據(jù)D/R2 <0.3的關(guān)系確定曲率半徑R2。同時(shí)，還自動(dòng)確定了圓弧中心C2(因?yàn)閳A弧中心C2位于在與最深點(diǎn)PC處的切線L5對(duì)應(yīng)的法線n5上與最深點(diǎn)PC相距距離R2的位置上)。接著，根據(jù)R1<R2的關(guān)系和切線連接(圓弧中心位于通過(guò)連接點(diǎn)的法線上)這一限制條件，圓弧中心Cl、曲率半徑Rl和連接點(diǎn)PB分別被自動(dòng)確定。同樣地，根據(jù)R2<R3的關(guān)系和切線連接這一限制條件，圓弧中心C3、半徑R3和連接點(diǎn)PD也分別被自動(dòng)確定。這樣，在本發(fā)明的元件100中，如果確定了深度D和曲率半徑R2，則會(huì)自動(dòng)確定(平滑地連接圓弧PA-PB、圓弧PB-13D和圓弧ro-PE而成的)頸根部形狀。
[0050]圖2表示通過(guò)強(qiáng)度解析而求出與圖9的(a)同樣地在元件被限制的狀態(tài)下對(duì)元件的鞍型面上施加了朝下的荷重時(shí)在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)的解析結(jié)果。另外，圖2的(a)示出不具有D/R2 ^ 0.3這一限制條件的僅Rl <R2<R3的情況，圖2的(b)示出具有D/R2 < 0.3這一限制條件的R1<R2<R3的情況。
[0051 ]根據(jù)附圖可知，在存在D/R2 < 0.3這一限制條件的情況下，相比不存在D/R2 <0.3這一限制條件的情況而言，在頸根部產(chǎn)生的最大應(yīng)力Smax會(huì)進(jìn)一步減少，而且應(yīng)力的波動(dòng)也變小。另外，這里省略了具體情況，但基于D/R2S0.3且R1<R2<R3的關(guān)系以及在連接點(diǎn)處的切線連接這一條件，半徑R2的值必然被限定于約1.0mm以上的范圍內(nèi)。
[0052]圖3表示通過(guò)強(qiáng)度解析求出與圖9的(b)同樣地在元件被限制的狀態(tài)下對(duì)頸部從孔部側(cè)向凸頭部側(cè)施加了荷重時(shí)在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力時(shí)的解析結(jié)果。另外，圖3的(a)示出不具有D/R2 ^ 0.3這一限制條件的僅Rl <R2<R3的情況，圖3的(b)示出具有D/R2 < 0.3這一限制條件的R1<R2<R3的情況。
[0053]根據(jù)附圖可知，在存在D/R2<0.3這一限制條件的情況下，相比不存在限制條件的情況而言，在頸根部產(chǎn)生的最大應(yīng)力Smax減少，而且應(yīng)力的波動(dòng)也變小。
[0054]這樣，如圖2和圖3所示，可知D/R2<0.3這一限制條件針對(duì)減少在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力而言具有很大的效果。
[0055]另外，在頸根部的上述形狀方面的特征(R1<R2<R3且D/R2S0.3)的基礎(chǔ)上增加材料方面的特征(含碳量:0.61 %?0.71 %的范圍，優(yōu)選為0.61 %?0.67 %的范圍)的情況下，即，使用含碳量處于上述范圍內(nèi)的鋼材制作具備上述形狀方面的特征(R1 <R2<R3且D/R2 <0.3)的頸根部的情況下，該元件不僅具備頸根部的應(yīng)力減少效果，而且針對(duì)重復(fù)疲勞強(qiáng)度的提升也具有很大的效果。以下，說(shuō)明本元件100的重復(fù)疲勞強(qiáng)度的提升。
[0056]圖4表不:對(duì)含碳量[%]為0.84的鋼材A和0.61的鋼材B分別進(jìn)行同樣的淬火.回火處理，使用經(jīng)過(guò)了這些熱處理后的鋼材A和鋼材B加工成頸根部形狀不同的(D/R2 =0.298、1.0)合計(jì)4種元件，并以與圖9的(a)或圖9的(b)同樣的荷重條件分別進(jìn)行單體疲勞實(shí)驗(yàn)，求出S-N線圖并針對(duì)上述4種元件分別求出相當(dāng)于重復(fù)數(shù)1.0E+5次時(shí)的疲勞強(qiáng)度的荷重而得到的結(jié)果。另外，作為這里所謂的“相當(dāng)于重復(fù)數(shù)1.0E+5次時(shí)的疲勞強(qiáng)度的荷重”，如圖12所示，指的是對(duì)重復(fù)數(shù)在1.0E+5次以下即破損的實(shí)驗(yàn)體的荷重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理而得到的S-N線圖中的N= 1.0E+5(cycIe)時(shí)的值S。此外，“疲勞強(qiáng)度提升”指的是上述S-N線圖整體向上方移動(dòng)。
[0057]鋼材B的C含量少于鋼材A，相應(yīng)地，鋼材B富有韌性，材料實(shí)驗(yàn)片等的1.0E+5次疲勞強(qiáng)度比鋼材A大約高出20%以上。然而，在D/R2 = 1.0的頸根部形狀時(shí)，比較鋼材A和鋼材B可知，強(qiáng)度的提升量為5%左右，而幾乎未得到材料本身的強(qiáng)度差。這是由于頸根部處的應(yīng)力集中較高、幾乎失去了材料強(qiáng)度差所致。
[0058]另一方面，比較鋼材A的結(jié)果和鋼材B的D/R2= 0.298的結(jié)果可知，疲勞強(qiáng)度提升了50%以上。這表示:在使用由鋼材B構(gòu)成的D/R2 = 0.298的頸根形狀的情況下，除了上述形狀方面的特征(Rl <R2 <R3且D/R2 < 0.3)帶來(lái)的緩和應(yīng)力集中的效果之外，還發(fā)揮了材料本身的效果，通過(guò)形狀效果與材料效果的相輔相成效果而使得強(qiáng)度進(jìn)一步變高。
[0059]如圖4所示，可知材料效果帶來(lái)的疲勞強(qiáng)度的提升會(huì)根據(jù)頸根部形狀、S卩D/R2的值不同而不同。以下，說(shuō)明頸根部形狀與含碳量[% ]的相關(guān)。
[0060]圖5表示:對(duì)各種含碳量[%]的鋼材進(jìn)行與上述圖4同樣的淬火.回火處理，將經(jīng)過(guò)了這些熱處理后的鋼材加工為頸根部形狀不同(0/1?2 = 0.298，0.4，1.0)的各種元件，并分別進(jìn)行同樣的單體疲勞實(shí)驗(yàn)，求出S-N線圖，并針對(duì)各元件分別求出相當(dāng)于重復(fù)數(shù)1.0E+5次時(shí)的疲勞強(qiáng)度的荷重的結(jié)果。
[0061 ]在D/R2 = 0.298時(shí)，被緩和了應(yīng)力的頸根部形狀的元件的含碳量[% ]在0.6附近(0.61?0.71)成為最大強(qiáng)度，而含碳量在此以上或以下都會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度變低。其原因被認(rèn)為是在含碳量較低的區(qū)域會(huì)引起硬度不足導(dǎo)致的強(qiáng)度降低，反之在含碳量較高的區(qū)域內(nèi)會(huì)產(chǎn)生韌性降低導(dǎo)致的強(qiáng)度降低。即，符合上述形狀方面的特征的含碳量[%]為0.61?0.71，優(yōu)選具有0.61?0.67的最優(yōu)值。
[0062]在D/R2= 0.4時(shí)，隨著含碳量[% ]減少疲勞強(qiáng)度會(huì)緩慢上升，而在0.65附近達(dá)到峰值狀態(tài)。其材料效果也小于D/R2 = 0.298的材料效果。
[0063]在D/R2= 1.0時(shí)，隨著含碳量[% ]減少，疲勞強(qiáng)度非常緩慢地上升，而在0.6附近達(dá)到峰值狀態(tài)。材料效果如圖4所述，疲勞強(qiáng)度的上升為5%左右。
[0064]圖6是表示本發(fā)明的元件的形狀與現(xiàn)有元件的形狀的比較的說(shuō)明圖。
[0065]本發(fā)明的元件的頸根部的深度D小于現(xiàn)有的元件。該差值(變化量)可以用作使鎖定邊沿?zé)o風(fēng)險(xiǎn)地向鞍型面?zhèn)纫苿?dòng)的裕量(移動(dòng)量)。
[0066]在鎖定邊沿接近鞍型面時(shí)，如圖7所示，在超速(0D,overdrive)比區(qū)域附近，能夠減少在環(huán)與鞍型面之間產(chǎn)生的打滑造成的扭矩?fù)p失，由此使得無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力傳遞效率優(yōu)化提升。
[0067]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的元件100，頸根部的上述形狀方面的特征(R1<R2<R3且D/R2 < 0.3)與構(gòu)成元件的鋼材的上述材料方面的特征(含碳量:0.61%?0.71%，優(yōu)選為
0.61 %?0.67 % )相互作用而能夠恰到好處地減少在元件的頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力，并且能夠提升元件的重復(fù)疲勞強(qiáng)度。其原因在于，如圖4和圖5所示，疲勞極限和S-N線圖整體被提升。由此，能夠在不增大元件尺寸的情況下，實(shí)現(xiàn)扭矩傳遞容量的提升。此外，本發(fā)明的元件的從鞍型面到底面部分的距離(D)較小，在頸根部產(chǎn)生的應(yīng)力變小，因此能夠使鎖定邊沿向鞍型面?zhèn)纫苿?dòng)。由此，在超速比區(qū)域附近，能夠減少在環(huán)與鞍型面之間產(chǎn)生的打滑造成的扭矩?fù)p失，能夠有助于無(wú)級(jí)變速器的動(dòng)力傳遞效率的提升。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件，多個(gè)該元件通過(guò)層疊多個(gè)帶狀的金屬環(huán)而成的金屬環(huán)集合體而對(duì)齊相位并沿著該金屬環(huán)集合體呈環(huán)狀地層疊，并且該元件具有支承該金屬環(huán)集合體的鞍型面和從該鞍型面起向上方延伸設(shè)置的頸部，該元件的特征在于， 在所述鞍型面與所述頸部交叉的頸根部處形成有向該鞍型面?zhèn)劝枷莸陌疾?，該凹部由以下部分?gòu)成:平滑地連接于所述頸部的側(cè)面且形成在未到達(dá)所述凹部的底面部分的范圍的朝下呈凸?fàn)畹牡贗曲面;平滑地連接于該第I曲面且形成所述底面部分的朝下呈凸?fàn)畹牡?曲面；以及平滑地連接于該第2曲面和所述鞍型面雙方的朝上呈凸?fàn)畹牡?曲面， 所述第I曲面、所述第2曲面和所述第3曲面各自的曲率半徑按照所述第I曲面、所述第2曲面和所述第3曲面的順序而變大，并且所述第2曲面的深度與所述第2曲面的曲率半徑之比是小于等于0.3的值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)級(jí)變速器的金屬帶用元件，其特征在于， 構(gòu)成所述元件的鋼材中至少含有碳、硅、錳和鉻作為添加物，所述碳的含有量是0.61%以上且0.71%以下。
【文檔編號(hào)】F16G5/16GK105889414SQ201610037348
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年1月20日
【發(fā)明人】原田雅道, 高田健太郎
【申請(qǐng)人】本田技研工業(yè)株式會(huì)社