專利名稱：優化搭板鏈的搭接板的方法及用于搭板鏈的搭接板的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于錐盤-纏繞接觸裝置變速器的無級變速器中的一種搭板鏈的搭接板的優化方法。本發明還涉及用于這種搭板鏈的搭接板。
具有連續可變的變速比的錐盤-纏繞接觸裝置變速器不僅由于其可獲得的舒適性而且由于可以節省能耗正與日俱增地用于現代機動車中。
對于這種錐盤-纏繞接觸裝置變速器的無級變速器的耐久性及轉矩傳遞能力起決定性作用的部件是纏繞接觸裝置本身，該纏繞接觸裝置例如被作成搭板鏈，如在圖5中以一個小區段概要表示的。這種搭板鏈由多個搭接板10組成，它們通過搖塊12彼此相連接。這些搭接板10被一個接一個地設置在多個相對搭板鏈運行方向并排布置的排中，其中在圖5中，搭接板101屬于觀察方向的前排，搭接板102屬于與前排相鄰的排及搭接板103屬于另一排。為了連接搭接板設有搖塊12，它們各橫切于運行方向地穿在搭接板的孔口14中。在此，每個搭接板孔口被兩個搖塊對161及162穿過，其中搭接板121及122屬于搖塊對161及搖塊123及124屬于搖塊對162。如所看到的，搖塊對161及162中彼此背離的搖塊121及124的外側支承在搭接板孔口14的相對搭板鏈的運行方向來說的前內側及后內側上。彼此對著的搖塊122及123則分別支承在設置在相鄰排中的搭接板的搭接板孔口的內側上。每個搖塊對的搖塊的彼此對著的面構成滾壓面，當搭板鏈的相應區域被彎曲的半徑R變化時，在這些滾壓面上搖塊彼此滾壓。
這種搭板鏈及所屬的具有被搭板鏈纏繞的兩個錐盤對的無級變速器其本身是公知的及由此不再加以描述。
圖6以放大的比例示出一個搭接板10及一個搖塊12。
搭接板12具有兩個縱向邊18及兩個高度邊20，它們共同地包圍搭接板孔口14。搖塊12-其滾壓面用20表示-根據圖6在右側接觸在搭接板孔口14的內側上，其中接觸面彼此這樣地配合，以致僅在縱向邊18向高度邊20的過渡的區域中才產生接觸，而在高度邊20的中心區域中不產生接觸。當根據圖6的搭接板10從右向左運動時，根據由搭板鏈傳遞的力使一些力傳遞到這些接觸面上，這些力在圖中分別用箭頭F表示，它們表示出力的作用點(Kraftschwerpunkte)及力的方向。由于力作用點相對縱向邊的中心偏移，在縱向邊18中既引起拉應力也引起彎曲應力。同樣在高度邊中也引起彎曲應力及拉應力。
必然地，在相應的無級變速器的材料及幾何關系例如節距、搭板鏈的最小及最大環繞半徑等及待傳遞的轉矩預定時，搭接板所需的尺寸與作用在搭接板中的應力相關。
本發明的任務在于，這樣地構造搭接板，以使得在預給定的邊界條件下使搭接板優化，由此達到材料消費最小及重量最小的目的。
解決該任務的第一方案通過用于優化使用在錐盤-纏繞接觸裝置變速器的無級變速器中的搭板鏈的搭接板的方法來實現，該搭板鏈在橫向于搭板鏈運行方向的多個并排安置的排中具有一個接一個安置的搭接板，這些搭接板橫向于運行方向地重疊搭接及它們通過橫向于運行方向地穿過它們的搖塊相連接，其中每個搭接板的一個孔口被兩個搖塊對穿過，這些搖塊對中彼此背離的搖塊靠置在搭接板孔口的前內側或后內側上，及它們中彼此對著的搖塊靠置在相鄰的搭接板的搭接板孔口的前內側或后內側上，其中每個搖塊對的搖塊的彼此對著的面當搭板鏈彎曲時彼此滾壓，在該方法中，力這樣地從搖塊導入到搭接板中，即由該力導入所產生的、搭接板的延伸于運行方向上的縱向邊和/或垂直于運行方向延伸的高度邊的彎曲應力在預給定的邊界條件下被最小化。
根據本發明的方法的一個有利實施形式在于，縱向邊的彎曲力矩MB將根據下列公式在預給定的搭板鏈邊界條件下被最小化MB=F*Hek+1·(1-HeL2),]]>及k=I2*L1I1*L2,]]>其中F＝導入的力He＝所述導入力F的力臂I1＝縱向邊的面轉動慣量(＝縱向邊高度3*厚度/12)I2＝高度邊的面轉動慣量(＝高度邊寬度3*厚度/12)L1＝縱向邊的總長度L2＝高度邊的總長度。
高度邊的彎曲力矩MA將根據下列公式在預給定的搭板鏈邊界條件下被最小化MA=F*He*(1-1k+1·(1-HeL2)-),]]>及k=I2*L1I1*L2,]]>其中F＝導入的力He＝所述導入力F的力臂I1＝縱向邊的面轉動慣量(＝縱向邊高度3*厚度/12)I2＝高度邊的面轉動慣量(＝高度邊寬度3*厚度/12)L1＝縱向邊的總長度L2＝高度邊的總長度。
解決該任務的另一方案通過用于使用在錐盤-纏繞接觸裝置變速器的無級變速器中的搭板鏈的搭接板來實現，該搭板鏈在橫向于搭板鏈運行方向的多個并排安置的排中具有一個接一個安置的搭接板，這些搭接板橫向于運行方向地重疊搭接及它們通過橫向于運行方向穿過它們的搖塊相連接，其中每個搭接板的一個孔口被兩個搖塊對穿過，這些搖塊對中彼此背離的搖塊靠置在搭接板孔口的前內側或后內側上，及它們中彼此對著的搖塊靠置在相鄰的搭接板的搭接板孔口的前內側或后內側上，其中每個搖塊對的搖塊的彼此對著的面當搭板鏈彎曲時彼此滾壓，該搭接板被這樣地定尺寸，即在其延伸于搭板鏈運行方向上的縱向邊上和/或在其垂直于搭板鏈運行方向延伸的高度邊上由搖塊導入的力所施加的彎曲力矩在預給定的邊界條件下是最小的。
在根據本發明的搭接板的一個有利實施形式中，縱向邊的彎曲力矩MB根據下列公式在預給定的搭板鏈邊界條件下是最小的MB=F*Hek+1·(1-HeL2),]]>及K=I2*L1I1*L2,]]>其中F＝導入的力He＝所述導入力F的力臂I1＝縱向邊的面轉動慣量(＝縱向邊高度3*厚度/12)I2＝高度邊的面轉動慣量(＝高度邊寬度3*厚度/12)L1＝縱向邊的總長度L2＝高度邊的總長度。
在另一有利實施形式中，高度邊的彎曲力矩MA根據下列公式在給定的搭板鏈邊界條件下是最小的MA=F*He*(1-1k+1·(1-HeL2)-),]]>及k=I2*L1I1*L2,]]>其中F＝導入的力He＝所述導入力F的力臂I1＝縱向邊的面轉動慣量(＝縱向邊高度3*厚度/12)I2＝高度邊的面轉動慣量(＝高度邊寬度3*厚度/12)L1＝縱向邊的總長度L2＝高度邊的總長度。
該k的值將有利地在1與3.5之間。
以下將借助概示的附圖以例子的方式更詳細地描述本發明。
附圖為
圖1一個搭接板的簡單模型的側視圖，圖2圖1中模型的一部分，用于說明切力(Schnittkraft)及切力矩(Schnittmoment)，圖3圖1中的一部分，用于說明彎曲力矩的變化，圖4一個常規的及一個優化的搭接板的半部分的側視圖，圖5一個以半徑R環繞的搭板鏈的部分，及圖6一個其本身公知的搭接板與設在其中的一個搖塊的側視圖。
圖1是圖6的搭接板20的一個簡化概示圖，該搭接板被表示為具有縱向邊18及高度邊20的、由粗線畫出的矩形。L1表示一個縱向邊或搭接板的總長度。L2表示一個高度邊20的總長度或搭接板的高度。箭頭F表示如圖6中所作用的力。He表示與一個縱向邊相鄰的作用力的作用線與縱向邊的距離或力F相對縱向邊的力臂的長度。J2表示縱向邊的面轉動慣量，即SH3*D/12，其中SH是縱向邊的高度(圖4)。高度邊的面轉動慣量I2為SB3*D/12，其中SB是高度邊的寬度(圖4)及D為搭接板的厚度。
圖2表示被考察的切力及力矩，其中FA是作用在高度邊中、延伸在高度邊方向上的力，MA是由被搭接板傳遞的、作用在搭板鏈縱向上的力F引起的高度邊的彎曲力矩及MB是由力F引起的縱向邊的彎曲力矩。可以理解，總是用F表示由一個環(Buegel)傳遞的總力，每個縱向邊接收該總力的一半。
圖3表示由該力在一個高度邊20及在這些縱向邊18中起作用的彎曲力矩MA及MB。
通過分析及計算得到了圖3中的圖形，在該分析及計算中首先逐段地求得彎曲力矩變化曲線及然后總地求得彎曲力矩。高度邊20中的彎曲力矩由該邊的中心出發向外首先恒定地及向內(-)定向，然后下降到零，以便向(+)外定向及沿整個縱向邊18恒定地及向外定向。在這些縱向邊中彎曲力矩MB的量由下式給出MB=F*Hek+1·(1-HeL2),]]>其中k=I2*L1I1*L2]]>在這些高度邊中彎曲力矩MA的量由下式給出MA＝F*He-MBMB=F*Hek+1·(1-HeL2)]]>及k=I2*L1I1*L2]]>MA=F*He*[1-1k+1·(1-HeL2)-]]]>總體地可以確定出以下的關系及影響這些縱向邊中的彎曲力矩MB在整個長度L1上為常數。力臂He對彎曲力矩MB的影響幾乎是線性的。如果縱向邊的長度L1與高度邊L2的長度的比例加大，則彎曲力矩MB下降。如果I2/I1的比例加大，則彎曲力矩MB也下降。與縱向邊相比高度邊剛性愈大，導入縱向邊中的彎曲力矩就愈小。縱向邊的高度SH的減小將引起縱向邊中上限應力(Oberspannung)(在其外部區域中的應力)相對小的增加。由此使所述上限應力中的彎曲應力分量進一步地減小。在縱向邊的高度的40％至70％的范圍中所述上限應力幾乎保持恒定。該分析考察還得到與搭接板的高度L2相比搭接板的長度L1愈大，縱向邊中的彎曲應力愈低。
類似的關系適用于彎曲力矩MA。
上述的公式允許在考慮相應的邊界條件如可提供的結構形狀、搭板鏈的鏈環節距、待傳遞的力等情況下，使縱向邊18的彎曲應力或彎曲力矩MB或高度邊20的彎曲力矩MA最小化，由此可在預給定的待傳遞力F的情況下使所需的材料減少及由此使重量減小。為了使MB或MA最小化，根據上述公式可使用不同的數學方法，其中至少分別使這些變量的一個改變及檢查其對MB或MA的影響，直至在預給定的邊界條件下總體地使MB或MA最小化。
可以理解，僅MA或僅MB可被減至最小，其中有利的是，使兩者彼此協調地最小化。
圖4表示一個優化的結果，其中節距T(相鄰的搖塊對的擺動面之間的距離)、長度L1、搖塊的厚度及待傳遞的力保持恒定。DW表示一個由搖塊對構成的支承的有效直徑。最內部的輪廓線及最外部的輪廓線示出一個搭接板的原始輪廓。陰影線區域表示一個優化的搭接板的輪廓。如可看到的，縱向邊的高度明顯地減小了，而不會使搭接板的力傳遞能力受到不利影響。
由圖4可看到的材料節省具有外加的優點，即搭板鏈可適合更高的轉速，因為離心力被減小。
以下的表給出了有利的值范圍的例子
系數k有利地在1及3.5之間。
通過根據本發明的縱向邊及高度邊的彎曲應力的優化可以作到在很小的結構空間中安置具有更大的力或轉矩傳遞能力的搭板鏈，由此可減小無級變速器的總結構空間需求。這首先由尺寸L1與L2之間及轉動慣量I1與I2之間的優化比例來實現。
與本申請一起提交的權利要求書是一種撰寫建議而沒有預見到獲得盡可能大的專利保護范圍。本申請人仍保留將至今僅公開在說明書和/或附圖中的特征組合繼續提出保護。
在從屬權利要求中使用的回引指示通過相應從屬權利要求的特征對獨立權利要求的主題進一步地構型；它們不應被理解為對回引的從屬權利要求的特征組合放棄實現一個獨立的具體保護。
因為相對優先權日的現有技術這些從屬權利要求的主題是特有的且可構成獨立的發明，本申請人仍保留將它們作為獨立權利要求的技術方案或分案說明。它們還可以包含其它的獨立發明，這些獨立發明具有與上述從屬權利要求的主題無關的構型。
這些實施例不應被看作對本發明的限制。而在本發明公開的范圍內可具有多種變更及修改，尤其是一些變型、單元及組合和/或材料，它們例如是通過個別特征結合在一般說明及實施形式和權利要求中所描述的及附圖中包含的特征或單元或方法步驟的組合或變換對于專業人員鑒于解決其任務來說是可推知的，或通過可組合的特征導致一個新的主題或新的方法步驟或方法步驟順序，并且是就它們涉及制造、檢驗及工作方法而言。
權利要求
1.用于優化使用在錐盤-纏繞接觸裝置變速器的無級變速器中的搭板鏈的搭接板的方法，該搭板鏈在橫向于搭板鏈運行方向的多個并排安置的排中具有一個接一個布置搭接板，這些搭接板橫向于運行方向地重疊搭接及它們通過橫向于運行方向地穿過它們的搖塊相連接，其中每個搭接板的一個孔口被兩個搖塊對穿過，這些搖塊對中彼此背離的搖塊靠置在搭接板孔口的前內側或后內側上，及它們中彼此對著的搖塊靠置在相鄰的搭接板的搭接板孔口的前內側或后內側上，其中每個搖塊對的搖塊的彼此對著的面當搭板鏈彎曲時彼此滾壓，在該方法中，力這樣地從搖塊導入到搭接板中，即由該力導入所產生的、搭接板的延伸于運行方向上的縱向邊和/或垂直于運行方向延伸的高度邊的彎曲應力在預給定的邊界條件下被最小化。
2.根據權利要求1的方法，其中縱向邊的彎曲力矩(MB)根據下列公式在預給定的搭板鏈邊界條件下被最小化MB=F*Hek+1·(1-HeL2),]]>及k=I2*L1I1*L2,]]>其中F＝導入的力He＝所述導入力F的力臂I1＝縱向邊的面轉動慣量(＝縱向邊高度3*厚度/12)I2＝高度邊的面轉動慣量(＝高度邊寬度3*厚度/12)L1＝縱向邊的總長度L2＝高度邊的總長度。
3.根據權利要求1或2的方法，其中高度邊的彎曲力矩(MA)根據下列公式在預給定的搭板鏈邊界條件下被最小化MA=F*He*(1-1k+1*(1-HeL2)-),]]>及k=I2*L1I1*L2,]]>其中F＝導入的力He＝所述導入力F的力臂I1＝縱向邊的面轉動慣量(＝縱向邊高度3*厚度/12)I2＝高度邊的面轉動慣量(＝高度邊寬度3*厚度/12)L1＝縱向邊的總長度L2＝高度邊的總長度。
4.用于使用在錐盤-纏繞接觸裝置變速器的無級變速器中的搭板鏈的搭接板，該搭板鏈在橫向于搭板鏈運行方向的多個并排安置的排中具有一個接一個安置的搭接板，這些搭接板橫向于運行方向地重疊搭接及它們通過橫向于運行方向穿過它們的搖塊相連接，其中每個搭接板的一個孔口被兩個搖塊對穿過，這些搖塊對中彼此背離的搖塊靠置在搭接板孔口的前內側或后內側上，及它們中彼此對著的搖塊靠置在相鄰的搭接板的搭接板孔口的前內側或后內側上，其中每個搖塊對的搖塊的彼此對著的面當搭板鏈彎曲時彼此滾壓，該搭接板被這樣地定尺寸，即在其延伸于搭板鏈運行方向上的縱向邊上和/或在其垂直于搭接鏈運行方向延伸的高度邊上由搖塊導入的力所施加的彎曲力矩在預給定的邊界條件下是最小的。
5.根據權利要求4的搭接板，其中縱向邊的彎曲力矩(MB)根據下列公式在預給定的搭板鏈邊界條件下是最小的MB=F*Hek+1·(1-HeL2),]]>及k=I2*L1I1*L2,]]>其中F＝導入的力He＝所述導入力F的力臂I1＝縱向邊的面轉動慣量(＝縱向邊高度3*厚度/12)I2＝高度邊的面轉動慣量(＝高度邊寬度3*厚度/12)L1＝縱向邊的總長度L2＝高度邊的總長度。
6.根據權利要求4或5的搭接板，其中高度邊的彎曲力矩(MA)根據下列公式在給定的搭板鏈邊界條件下是最小的MA=F*He*(1-1k+1*(1-HeL2)-),]]>及k=I2*L1I1*L2,]]>其中F＝導入的力He＝所述導入力F的力臂I1＝縱向邊的面轉動慣量(＝縱向邊高度3*厚度/12)I2＝高度邊的面轉動慣量(＝高度邊寬度3*厚度/12)L1＝縱向邊的總長度L2＝高度邊的總長度。
7.根據權利要求5或6的搭接板，其中1＜k＜3.5。
全文摘要
在諸如待傳遞的力、節距等給定的邊界條件下，用于無級變速器的搭板鏈的搭接板的材料需要量被這樣地最小化，即搭接板被這樣成型，以致在其平行于搭板鏈運行方向定向的縱向邊(18)和/或垂直于搭板鏈運行方向定向的高度邊(20)上作用的彎曲力矩最小化。
文檔編號F16H37/08GK1659391SQ03813539
公開日2005年8月24日 申請日期2003年4月10日 優先權日2002年4月10日
發明者沃爾夫岡·奧伯勒, 安德烈·托伊貝特 申請人:盧克摩擦片和離合器兩合公司