DE10155574B4

DE10155574B4 - Stufenlos verstellbares Toroidgetriebe

Info

Publication number: DE10155574B4
Application number: DE10155574A
Authority: DE
Inventors: Tomonobu Fujisawa Yoshikawa; Yasuo Fujisawa Murakami
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2021-11-14
Also published as: US6746365B2; US20020082133A1; DE10155574A1; JP2002147557A

Abstract

Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe, welches aufweist:
eine Eingangswelle (3), die rotierbar gestützt ist;
eine Eingangsseitenscheibe (1), die zusammen mit der Eingangswelle (3) rotierbar ist, und die eine innere Oberfläche umfasst, die als eine konkave Oberfläche mit einem bogenförmigen Bereich ausgebildet ist;
eine Ausgangsseitenscheibe (2), die eine innere Oberfläche umfasst, die als eine konkave Oberfläche mit einem bogenförmigen Bereich ausgebildet ist, wobei die Ausgangsseitenscheibe (2) koaxial zu der Eingangsseitenscheibe (1) in einer solchen Weise angeordnet ist, dass deren innere Oberfläche gegenüber der inneren Oberfläche der Eingangsseitenscheibe (1) ist;
eine Vielzahl von Drehzapfen (10, 11), die jeweils um ihre verbundenen Gelenkzapfen schwenkbar sind, die an Torsionspositionen zu der Eingangswelle (3) angeordnet sind; eine Vielzahl von Verschiebungswellen (0), die jeweils auf den Drehzapfen (10, 11) gestützt sind;
eine Vielzahl von Antriebsrollen (48), wobei jede eine Randoberfläche (48a) umfasst, die als eine kugelförmige konvexe Oberfläche ausgebildet ist, wobei die...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe für eine Verwendung als ein Automatikgetriebe für ein Fahrzeug und, im speziellen, auf ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe, in welchem die Stabilität seiner Teilkomponenten, das heißt, der Scheiben und Antriebsrollen, erhöht ist.
Herkömmlich ist als ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe ein Getriebe bekannt, welches solch eine Struktur, wie in 1 gezeigt, hat.
In einem Gehäuse (nicht gezeigt) sind eine Eingangsseitenscheibe 1 und eine Ausgangsseitenscheibe 2 auf einer Eingangswelle 3 angeordnet, welche in dem Inneren des Gehäuses so rotierbar gestützt ist, dass sie koaxial zueinander und einander gegenüber sind. Die Eingangswelle 3 ist durch den axialen Kernbereich eines Toroidgetriebeteils durchgeführt, der die Eingangsseiten- und die Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 umfasst. Ein Belastungsnocken 4 ist an einem Ende der Eingangswelle 3 angeordnet. Der Belastungsnocken 4 ist so aufgebaut, dass er die Leistung (Rotationskraft) der Eingangswelle 3 auf die Eingangsseitenscheibe 1 durch eine Nockenrolle 5 übertragen kann. Die Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 sind koaxial zueinander, wobei ihre jeweiligen inneren Oberflächen einander gegenüber sind. Die Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 haben im Wesentlichen die gleiche Form, wobei die einander gegenüberliegenden Oberflächen als ringförmige Oberflächen ausgebildet sind, welche zusammenwirken, indem sie im Wesentlichen einen Halbkreisbogen ausbilden.
In einem ringförmigen Hohlraum, der durch die ringförmigen Oberflächen der Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 definiert ist, ist ein Paar von Antriebsrollenlagern 6 und 7 so angeordnet, dass sie mit den Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 in Kontakt gebracht sind. Dabei ist das Antriebsrollenlager 6 aus einer Antriebsrolle 6a, (welche einem inneren Ring entspricht, der das Antriebsrollenlager 6 bildet), welcher in der Lage ist, auf den ringförmigen Oberflächen der Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 zu rollen; einem äußeren Ring 6b und einer Vielzahl von Rollkörpern (Stahlkugeln) 6c zusammengesetzt. Andererseits ist das Antriebsrollenlager 7 aus einer Antriebsrolle 7a (welche einem inneren Ring entspricht, der das Antriebsrollenlager 7 bildet), welche in der Lage ist, auf den ringförmigen Oberflächen der Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 zu rollen; einem äußeren Ring 7b und einer Vielzahl von Rollkörpern (Stahlkugeln) 7c zusammengesetzt.
Somit dient die Antriebsrolle 6a auch als ein innerer Ring, welcher eine Komponente des Antriebsrollenlagers 6 ist, während die Antriebsrolle 7a auch als ein innerer Ring dient, welcher eine Komponente des Antriebsrollenlagers 7 ist. In diesem Aufbau ist die Antriebsrolle 6a schwenkbar und rotierbar auf einem Drehzapfen 10 durch einen Gelenkbolzen 8 montiert, wobei der äußere Ring 6b und die Vielzahl von Rollkörpern 6c auf dem Drehzapfen 10 um eine Stützwelle 20 schwingen, die an einer Position angeordnet ist, welche senkrecht zu einer axialen Linie der Eingangswelle 3 ist und welche deren axiale Linie nicht schneidet (im folgenden wird diese physikalische Beziehung als ”eine Torsionsposition” bezeichnet). Die Antriebsrolle 6a umfasst eine Randoberfläche, welche als eine kugelförmige konvexe Oberfläche ausgebildet ist. Die Antriebsrolle 6a ist so gestützt, dass sie in der Lage ist, geneigt über Verschiebungswellen zu rollen, die jeweils auf dem Drehzapfen gestützt sind und die als die Zentren der ringförmigen Oberflächen der Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 dienen. Andererseits ist die Antriebsrolle 7a schwenkbar und rotierbar auf einem Drehzapfen 11 durch einen Gelenkbolzen 9, den äußeren Ring 7b und die Vielzahl von Rollkörpern 7c montiert, wobei der Drehzapfen 11 um den Gelenkbolzen 9 geschwenkt werden kann, der in einer Torsionsposition im Hinblick auf die Eingangswelle 3 angeordnet ist. Die Antriebsrolle 7a umfasst eine Randoberfläche, welche als eine kugelförmige konvexe Oberfläche ausgebildet ist. Die Antriebsrolle 7a ist so gestützt, dass sie in der Lage ist, geneigt über Verschiebungswellen 0 zu rollen, die jeweils auf den Drehzapfen gestützt sind und als die Zentren der ringförmigen Oberflächen der Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 dienen. Und auf die Kontaktoberflächen der Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 ist im Hinblick auf die Antriebsrollen 6a und 7a ein Schmieröl auf gebracht, welches einen hohen viskosen Reibungswiderstand besitzt. Der Leistungseingang auf die Eingangsseitenscheibe 1 kann auf die Ausgangsseitenscheibe 2 durch die Schmierölschicht, die Antriebsrolle 6a und die Antriebsrolle 7a übertragen werden.
Dabei sind die Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 unabhängig von der Eingangswelle 3 durch eine Nadelwalze 12 festgesetzt (das heißt, sie werden nicht direkt durch die Leistung der Radialwelle oder Eingangswelle 3 beeinflusst). Auf der Ausgangsseitenscheibe 2 ist eine Ausgangswelle 14 vorgesehen, welche nicht nur parallel zu der Eingangswelle 3 angeordnet ist, sondern auch rotierbar durch das Gehäuse (nicht gezeigt) durch Winkellager 13 gestützt ist. In diesem stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe 20 wird die Leistung der Eingangswelle 3 auf den Belastungsnocken 4 übertragen. In dem Fall, in dem der Belastungsnocken 4 durch eine solche Leistungsübertragung rotiert wird, wird die Leistung des Belastungsnockens, die durch seine Rotation erzeugt wird, durch die Nockenrolle 5 zu der Eingangsseitenscheibe 1 übertragen, wodurch bewirkt wird, dass die Eingangsseitenscheibe 1 rotiert. Weiter wird die Leistung der Eingangsseitenscheibe 1, die durch ihre Rotation erzeugt wird, dann durch die Antriebsrollen 6a und 7a zu der Ausgangsseitenscheibe 2 übertragen. Im Ergebnis wird die Ausgangsseitenscheibe 2 einstückig mit der Ausgangswelle 14 rotiert.
Im Fall der Übertragung werden die Drehzapfen 10 und 11 jeweils leicht in den Richtungen der Verschiebungswellen 0 bewegt. Das heißt, durch die Bewegungen der Drehzapfen 10 und 11 in ihrer axialen Richtung werden die Schnittpunkte zwischen den Rotationsachsen der Antriebsrollen 6a, 7a und der Achsen der Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 leicht voneinander verschoben. Im Ergebnis davon geht das Gleichgewicht zwischen den Rotationsrandgeschwindigkeiten der Antriebsrollen 6a, 7a und der Rotationsumfangsgeschwindigkeit der Eingangsseitenscheibe 1 verloren. Zusätzlich, durch die Komponente der Rotationsantriebskraft der Eingangsseitenscheibe 1, werden die Antriebsrollen 6a, 7a jeweils um die Verschiebungswellen 0 geneigt rotiert. Damit werden die Antriebsrollen 6a, 7a auf den gebogenen Oberflächen der Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 1 und 2 geneigt rotiert mit dem Ergebnis, dass das Geschwindigkeitsverhältnis ge ändert wird, wodurch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beschleunigt oder verzögert wird.
Als ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe mit der obigen Struktur ist beispielsweise ein herkömmliches Getriebe bekannt, welches in der japanischen geprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. Hei.2-49411 U offenbart ist. Auch sind als Beispiele der oben genannten Eingangsseitenscheibe, Ausgangsseitenscheibe und Antriebsrollenlager herkömmlich Scheiben und Lager bekannt, welche, wie in der NASA Technical Note NASA ATN D-8362 ausgeführt ist, AISI52100 (JIS SUJ2, was einem Lager mit einem hohen Kohlenstoff-Chrom-Gehalt entspricht) verwenden. Weiter gibt es Scheiben und Lager, welche, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. Hei.9-79336 offenbart ist, durch ein Carbonitrieren SCM420 hergestellt werden, das heißt, einem Stahl für Maschinenaufbauzwecke, der Chrom enthält.
In dem oben erwähnten stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe werden, wenn es angetrieben ist, hohe Kontaktdrücke jeweils zwischen der Eingangsseitenscheibe und den Antriebsrollenlagern, zwischen der Ausgangsseitenscheibe und den Antriebsrollenlagern, und zwischen den inneren und äußeren Ringen der Antriebsrollen und den Rollkörpern erzeugt. Diese hohen Kontaktdrücke verstärken die verkürzten Rollen-Dauerhaltbarkeiten der Laufringoberflächen. Auch verstärkt eine Erhöhung der Temperaturen der Kontaktoberflächen durch die Hitzeentstehung in dem Schmieröl (Traktionsöl), das zwischen den Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben und Antriebsrollenlagern als auch zwischen den Laufringoberflächen der Antriebsrollen und Rollkörpern durchfließt, die verringerte Oberflächenhärte der Scheiben und Lager, wodurch die Rollen-Dauerhaltbarkeiten der Scheiben und Lager verkürzt werden. Im Hinblick auf die obigen Verhältnisse, zum Zwecke des Erhöhens der Rolldauerhaltbarkeiten der Scheiben und Antriebsrollenlager, die durch die oben genannten hohen Kontaktdrücke und hohen Temperaturen verkürzt sind, werden herkömmlich die Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben und die inneren Ringe oder äußeren Ringe der Antriebsrollenlager carburiert oder carbonitriert, um hierdurch eine Reduzierung der Hochtemperaturhärte von deren Oberflächen zu verhindern. Um eine ausreichende Oberflächenhärte zu erreichen, ist es notwendig, die Kohlenstoffkonzentration und Stickstoffkonzentration der benachbarten Bereiche der Oberflächen ausreichend zu erhöhen. Weiter besteht in dem oben genannten herkömmlichen stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe die Befürchtung, dass hier eine hohe Scherbeanspruchung in den inneren Bereichen der Rollkörper erzeugt werden kann, und damit Risse an und von den benachbarten Bereichen der Positionen mit maximaler Scherbeanspruchung auftreten können, wodurch bewirkt wird, dass die Laufringoberflächen abblättern. Im Hinblick darauf ist in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. Hei.7-71555 eine effektiv gehärtete Schicht vorgesehen, die eine Tiefe in dem Bereich von 2,0 mm bis 4,0 mm hat, wodurch der Effekt einer Lebensdauererhöhung erreicht wird.
Auch wird in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr.Hei.9-79336 die Materialhärte an der Position der maximalen Scherbeanspruchung bei Hv700 oder größer festgelegt, wodurch der Effekt einer Lebensdauererhöhung abgesichert wird. Um die obigen Effekte der Lebensdauererhöhung zu erreichen, ist es notwendig, eine Carburierungsbehandlung oder eine Carbonitrierungsbehandlung auf den Scheiben und Lagern für eine sehr lange Zeit durchzuführen, aber dies wirft das Problem auf, dass die Kosten, die für die thermischen Behandlungen notwendig sind, groß sind. Weiter ist es notwendig, um eine ausreichende Vergütungshärte abzusichern, ein Vergütungsöl zu verwenden, welches eine gute Vergütungscharakteristik hat: Das heißt, dies wirft das Problem auf, dass das Material stark deformiert wird, wenn es vergütet wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die obigen Nachteile, die in herkömmlichen stufenlos verstellbaren Toroidgetrieben gefunden wurden, zu eliminieren. Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe zur Verfügung zu stellen, in welchem ein Axialrollenlager aus einem Lagerstahl mit einem hohen Kohlenstoff-Chrom-Gehalt hergestellt ist und dessen Oberfläche carbonitriert ist, um hierdurch eine ausreichende Härte im Vergleich mit herkömmlichen stufenlos verstellbaren Toroidgetrieben zur Verfügung zu stellen.
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist entsprechend der Erfindung ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe vorgesehen, welches aufweist: eine Eingangswelle, die rotierbar gestützt ist; eine Eingangsseitenscheibe, die zusammen mit der Eingangswelle rotierbar ist, und die eine innere Oberfläche umfasst, die als eine konkave Oberfläche mit einem bogenförmigen Bereich ausgebildet ist; eine Ausgangsseitenscheibe, die eine innere Oberfläche umfasst, die als eine konkave Oberfläche mit einem bogenförmigen Bereich ausgebildet ist, wobei die Ausgangsseitenscheibe koaxial mit der Eingangsseitenscheibe angeordnet ist, wobei deren innere Oberfläche der inneren Oberfläche der Eingangsseitenscheibe gegenüber ist; eine Vielzahl von Drehzapfen, die jeweils schwingbar um ihre in Verbindung stehenden Gelenkbolzen sind, die an Torsionspositionen zu der Eingangswelle angeordnet sind; eine Vielzahl von Verschiebungswellen, die jeweils auf den Drehzapfen gestützt sind; eine Vielzahl von Antriebsrollen, wobei jede eine Randoberfläche umfasst, die als eine kugelförmige konvexe Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Antriebsrollen rotierbar auf den Randbereichen der Verschiebungswellen gestützt sind, während sie auf den inneren Oberflächen der Drehzapfen angeordnet sind und auch dazwischen angeordnet sind und durch die Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben gehalten werden; und eine Vielzahl von Axialrollenlagern, die jeweils zwischen den äußeren Randoberflächen der Antriebsrollen und den inneren Oberflächen der Drehzapfen angeordnet sind, um die Axiallasten, die auf die Antriebsrollen wirken, zu stützen, wobei jedes der Axialrollenlager aus einem Stahl mit hohem Kohlenstoff-Chromgehalt hergestellt ist und carbonitriert ist.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jedes der Axialrollenlager umfassen:
einen Innenringlaufring, der in der äußeren Randoberfläche der Antriebsrolle ausgebildet ist; und
einen äußeren Ring, der in dem Drehzapfen angeordnet ist und einen Außenringlaufring hat,
wobei der äußere Ring aus einem Stahl mit einem hohen Kohlenstoff-Chromgehalt hergestellt ist und carbonitriert ist.
Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann jedes Axialrollenlager vorzugsweise so aufgebaut sein, dass seine Oberflächenkohlenstoffkonzentration in dem Bereich von 0,95 bis 1,4% festgelegt ist und seine Oberflächenstickstoffkonzentration in dem Bereich von 0,05 bis 0,4% festgesetzt ist.
Auch kann entsprechend einer dritten Ausführungsform der Erfindung jedes Axialrollenlager vorzugsweise so aufgebaut sein, dass seine Oberflächenhärte bei Hv650 oder mehr festgelegt ist.
Weiter kann entsprechend einer vierten Ausführungsform der Erfindung jedes Axialrollenlager so aufgebaut sein, dass das verbleibende Austenit in dem Bereich von 20% bis 45% ist.
Weiterhin kann entsprechend einer fünften Ausführungsform der Erfindung jedes Axialrollenlager vorzugsweise so aufgebaut sein, dass seine Oberflächendruckeigenspannung in dem Bereich –200 bis –1800 MPa festgelegt ist.
Weiterhin kann entsprechend einer sechsten Ausführungsform der Erfindung jede Antriebsrolle vorzugsweise aus einem Stahl für Maschinenaufbauzwecke hergestellt sein, der eine Kohlenstoffkonzentration in den Bereichen 0,15–0,5% hat, und wobei der vorliegende Stahl carburiert oder carbonitriert sein kann.
Mit der Verwendung der oben genannten Axialrollenlager kann nicht nur ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe mit einer ausreichenden Stabilität erzielt werden, sondern auch ein Lager einer stabilen Qualität kann bei geringeren Kosten als bei einem herkömmlichen Lager erzielt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine erläuternde Ansicht eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes;
2 ist eine erläuternde Ansicht der Hauptbereiche eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes entsprechend der Erfindung;
3 ist ein Hitzebehandlungsdiagramm, wenn SUJ2, das heißt ein Lagerstahl mit einem hohen Kohlenstoff-Chromgehalt, verwendet wird; und
4 ist ein Hitzebehandlungsdiagramm, wenn ein Stahl für Maschinenaufbauzwecke, das heißt SCM420 oder SCM435 (JIS G 4105), verwendet wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nun erfolgt unten detailliert eine Beschreibung eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes entsprechend der Erfindung.
2 zeigt die Hauptbereiche eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes entsprechend der Erfindung; das heißt, eine Antriebsrolle 48 und ein Axialrollenlager 32, welches ein Axialrollenlager zum Stützen einer Axiallast ist, die auf die Antriebsrolle 48 wirkt. In dem Axialrollenlager 32 ist, zwischen einem Innenringlaufring 42, der in der äußeren Oberfläche (in 1, obere Oberfläche) der Antriebsrolle 48 ausgebildet ist, und einem Außenringlaufring 43, der in der inneren Oberfläche (in 1, untere Oberfläche) eines äußeren Ringes 33 ausgebildet ist, der entlang der inneren Oberfläche eines Drehzapfens (nicht gezeigt) vorgesehen ist, rollbar eine Vielzahl von Kugeln 41, 41 angeordnet, welche jeweils durch eine Halterung 44 in Form eines kreisförmigen Ringes gehalten werden. Und die Randoberflächen 48a der Antriebsrollen 48 sind in Kontakt mit den inneren Oberflächen 2a, 4a der Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben 2 und 4, um hierdurch eine Leistungsübertragung zwischen den zwei Scheiben 2 und 4 zu ermöglichen.
Der äußere Ring 33 ist aus einem Lagerstahl mit einem hohen Kohlenstoff-Chromgehalt hergestellt und ist carbonitriert. Hier kann in der Carbonitrierungsbehandlung vorzugsweise die Oberflächenkohlenstoffkonzentration in dem Bereich von 0,95 bis 1,4% festgelegt werden und die Oberflächenstickstoffkonzentration kann in dem Bereich von 0,05 bis 0,4% festgelegt werden. Auch die Oberflächenhärte kann nach dem Vergüten und Tempern vorzugsweise bei Hv650 oder mehr festgelegt werden. Weiter kann das verbleibende Austenit in dem Bereich von 20% bis 45% festgelegt werden. Weiterhin kann die Oberflächendruckeigenspannung vorzugsweise in dem Bereich von –200 bis –1800 MPa festgelegt werden.
Der Grund, warum in der Antriebsrolle 48, wie oben beschrieben, der Stahl für Maschinenaufbauzwecke carburiert oder carbonitriert ist, um hierdurch eine gehärtete Oberflächenschicht auszubilden, ist der folgende.
In der Antriebsrolle 48 wirkt auf die Transportoberfläche 48a eine normale Kraft Fc von den Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben. Gleichzeitig wirkt in der Antriebsrolle 48 auf den Innenringlaufring 43 eine normale Kraft Fa von den Kugeln 41. In 1 ist die Komponente in vertikaler Richtung der normalen Kraft Fc im Gleichgewicht mit der normalen Kraft Fa, wobei die Komponente in horizontaler Richtung der normalen Kraft Fc als eine Kraft wirkt, welche auf die Antriebsrolle 48 drückt. Wenn die Antriebsrolle 48 zusammen mit den Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben auf den inneren Durchmesserseiten 45, 47 der Antriebsrolle 48 rotiert wird, wird eine Druckspannung und eine Zugspannung wiederholt angelegt.
Die sich wiederholenden Spannungen können bewirken, dass die Antriebsrolle 48 zu Bruch geht. Um ein solches Zerbrechen zu verhindern, wird die Antriebsrolle 48 carburiert oder carbonitriert, um ihre Oberflächenhärte zu erhöhen, wodurch man nicht nur in der Lage ist, deren Dauerfestigkeit zu erhöhen sondern auch eine Erhöhung der Härte ihres Kernbereiches zu steuern, so dass die fortschreitende Geschwindigkeit der darin erzeugten Risse verringert werden kann, um hierdurch ein Zerbrechen der Antriebsrolle 48 zu verhindern. Auch sind in einigen Fällen die inneren Durchmesserseiten 45, 47 der Antriebsrolle 48 gestrahlt, um eine Druckeigenspannung zu erreichen, wodurch man in der Lage ist, deren Bruchfestigkeit zu erhöhen.
Auch im Fall des äußeren Ringes 33, ähnlich zu der Antriebsrolle 48, wird der Stahl für Maschinenaufzwecke carburiert oder carbonitriert. Der Grund dafür ist der, dass vorausgesetzt wird, dass die Antriebsrolle 48 und der äußere Ring 33 ein einstückiges Lager ausbilden und entsprechend hergestellt werden. Jedoch entsprechend der Analyse der Ergebnisse von vielen Haltbarkeitstests, die durchgeführt wurden, ist die Beschädigung der Antriebsrolle beschränkt auf das Zerbrechen der Antriebsrolle 48, welches an und von ihrer inneren Durchmesserseite beginnt, das Abblättern der Transportoberfläche 48a und das Abblättern der Laufringoberfläche 42; und andererseits ist die Beschädigung des äußeren Ringes 33 auf das Abblättern der Ringoberfläche 43 beschränkt. Daher kann in dem Fall des äußeren Ringes 33, im Unterschied zu der Antriebsrolle 48, eine Behandlung durchgeführt werden, welche die Abblätterungslebensdauer der Laufringoberfläche 43 erhöht. Hier kann als Grund für das Abblättern die Entstehung von Rissen, die an und von Einschlüssen ausgehen, die in dem Inneren des Lagers vorhanden sind, das Ändern der Stahlstruktur durch die Rollermüdung, und Eindrückungen, die durch das Eindrücken von fremden Substanzen wie z. B. Eisenpulver, das in dem Schmieröl enthalten ist, bewirkt werden, aufgezeigt werden.
Um das Abblättern zu steuern, welches an und vom Inneren des Lagers ausgeht, können die Einschlüsse in dem Stahl reduziert werden und die Härte des Stahlinneren kann erhöht werden. Bezüglich der Reduzierung in den Einschlüssen kann, wie allgemein bekannt ist, in dem Fall, wo die Kohlenstoffkonzentration in dem Stahl erhöht ist, die Reinheit des Stahls als auch die Härte in dem Stahlinneren erhöht werden. Daher wird entsprechend der Erfindung ein Lagerstahl mit einem hohen Kohlenstoff-Chromgehalt verwendet. Auch um das Abblättern zu verhindern, dass durch die Eindrückungen durch das Eindrücken von fremden Substanzen bewirkt wird, ist es notwendig, die Menge des Oberflächenrestaustenits zu erhöhen. Daher wird die Oberfläche des Lagerstahls mit hohem Kohlenstoff-Chromgehalt carbonitriert, um hierdurch die Menge des Oberflächenrestaustenits zu erhöhen. Hier kann, im Fall, wo die Oberflächenkohlenstoffkonzentration in dem Bereich von 0,95 bis 1,4% festgelegt ist und die Oberflächenstickstoffkonzentration in dem Bereich von 0,05 bis 0,4% festgesetzt ist, eine längere Lebensdauer erreicht werden. Auch im Fall, wo der Restaustenit ansteigt, wird die Härte verringert. Auch durch ein Festlegen der Härte bei Hv650 oder mehr treten weniger Eindrückungen auf, so dass es möglich ist, die Wirkung einer Lebensdauererhöhung zu erzielen. Weiter kann, durch Festsetzen des verbleibenden Austenits in dem Bereich von 20% bis 45% in der Stahloberfläche, hier ein Spannungsentlastungseffekt um die Eindrückungen erzielt werden, was auch eine Lebensdauererhöhungswirkung hervorrufen kann. Weiterhin kann, durch Festlegen der Oberflächen druckeigenspannung in dem Bereich von –200 bis –1800 MPa, ein Lebensdauererhöhungseffekt erreicht werden.
[Ausführungsformen]
Nun erfolgt unten eine Beschreibung von Ausführungsformen entsprechend der Erfindung. Dabei ist der Grundaufbau eines stufenlos verstellbaren Toroidgetriebes entsprechend der Erfindung ähnlich dem Aufbau, der in 1 gezeigt ist. Jedoch ist das Material und die Hitzebehandlung des äußeren Ringes der Antriebsrolle, die in dem vorliegenden stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe verwendet werden, von denen in dem herkömmlichen stufenlos verstellbaren Toroidgetriebe verschieden.
Es wurde ein Lagerstahl mit einem hohen Kohlenstoff-Chromgehalt, SUJ2 (JIS G 4805) verwendet, und es wurde eine solche Hitzebehandlung, wie in 3 gezeigt, an dem SUJ2 durchgeführt, wodurch der äußere Ring der Antriebsrolle hergestellt wurde. Als Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben und Antriebsrollen wurden herkömmliche Produkte (Massenproduktionsprodukte) verwendet. Auch als äußere Ringe der Antriebsrollen der Vergleichsbeispiele wurden auch herkömmliche Produkte verwendet, aber in diesen äußeren Ringen wurde ein Stahl für Maschinenaufbauzwecke, SCM420 oder SCM435 (JIS G 4105) verwendet, und es wurde eine solche Hitzebehandlung, wie in 4 gezeigt, an dem vorliegenden Stahl durchgeführt.

In der folgenden Tabelle 1 sind die Materialien und die hitzebehandelte Qualität der vorliegenden Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele gezeigt. Tabelle 1

	Materialien	Hitzebehandlung	Oberflächenkohlenstoffkonzentration	Oberflächenstickstoffkonzentration	Oberflächenhärte	verbleibender Austenit	Eigenspannung
Ausfüh	1	SUJ2	Fig. 3	0.98	0.18	722	33	–920
rungs	2	SUJ2	Fig. 3	1.38	0.09	743	38	–400
formen	3	SUJ2	Fig. 3	1.05	0.05	732	36	–1050
	4	SUJ2	Fig. 3	0.99	0.38	726	41	–1030
	5	SUJ2	Fig. 3	1.03	0.11	654	29	–830
	6	SUJ2	Fig. 3	1.12	0.06	763	22	–1400
	7	SUJ2	Fig. 3	0.97	0.33	697	44	–990
	8	SUJ2	Fig. 3	1.21	0.23	734	38	–240
	9	SUJ2	Fig. 3	1.24	0,29	755	32	–1760
	10	SUJ2	Fig. 3	1.22	0.21	760	32	–1100
Ver	1	SUJ2	Fig. 3	1.50	0.08	780	33	–740
gleichs	2	SUJ2	Fig. 3	1.28	0,03	748	26	–600
beispiele	3	SUJ2	Fig. 3	1.15	0.46	755	42	–770
	4	SUJ2	Fig. 3	0.96	0.06	639	26	–1260
	5	SUJ2	Fig. 3	1.08	0.08	763	14	–750
	6	SUJ2	Fig. 3	0.98	0.38	698	52	–640
	7	SUJ2	Fig. 3	1.01	0.23	726	28	–50
	8	SCM420	Fig. 4	0.98	0.12	743	38	–1200
	9	SCM435	Fig. 4	1.03	0.19	754	36	–830

In der folgenden Tabelle 2 sind die 90% verbleibenden Lebensdauern (L₁₀) der Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele gezeigt, die durch Tests 1, 2 und einen Einheitsstabilitätstest herausgefunden wurden. Tabelle 2

		Test 1 (Stunden)	Test 2 (Stunden)	Einheitsstabilitätstest
Ausführungsformen	1	148	83	nicht beschädigt in 100 Stunden
	2	155	90	nicht beschädigt in 100 Stunden
	3	160	87	nicht beschädigt in 100 Stunden
	4	153	95	nicht beschädigt in 100 Stunden
	5	138	78	nicht beschädigt in 100 Stunden
	6	167	76	nicht beschädigt in 100 Stunden
	7	140	93	nicht beschädigt in 100 Stunden
	8	153	89	nicht beschädigt in 100 Stunden
	9	164	82	nicht beschädigt in 100 Stunden
	10	171	88	nicht beschädigt in 100 Stunden
Vergleichbeispiele	1
	2	83	77	Abblättern aufgetreten in der Oberfläche des Außenringlaufrings der Antriebsrolle in 93 Stunden
	3
	4	65	75	Abblättern aufgetreten in der Oberfläche des Außenringlaufrings der Leistungsrolle in 84 Stunden
	5	154	32	nicht beschädigt in 100 Stunden
	6	76	93	Abblättern aufgetreten in der Oberfläche des Außenringlaufrings der Antriebsrolle in 76 Stunden
	7	98	88	Abblättern aufgetreten in der Oberfläche des Außenringlaufringes der Antriebsrolle in 74 Stunden
	8	137	94	nicht beschädigt in 100 Stunden
	9	145	90	nicht beschädigt in 100 Stunden

Weiter sind in der folgenden Tabelle 3 die erwarteten Werte der Größen der Einschlüsse in den verschiedenen Stahlarten gezeigt, welche in den Ausführungsformen und Vergleichsbeispielen verwendet werden, während die erwarteten Werte gemäß einer Relativ-Extrems-Statistikmethode berechnet wurden, welche in der USP 6,165,100 ( DE 198 51 876 A1 ) offenbart ist. Tabelle 3

√Gebiet_max(μ) gemäß einer Relativ-Extrema-Statistikmethode, wenn S = 30000 mm²

SUJ2 18

SCM420 32

SCM435 29
Als nächstes wurden die äußeren Ringe der Antriebsrollen der Ausführungsformen 1 bis 10 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 9 mit in Massenproduktion hergestellten inneren Ringen von Antriebsrollen kombiniert, um hierdurch Antriebsrollenlager herzustellen. Hier haben die Vergleichsbeispiele 8 und 9 die gleichen Spezifikationen wie der herkömmliche Stahl.
Mit einer Last in axialer Richtung, die dem so hergestellten Antriebsrollenlager als ein Einzelelement auferlegt wurde, wurden Stabilitätstests unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Test 1

Eingangswellengeschwindigkeit: 2000 Umdrehungen pro Minute
Axiale Last: 58800 N
verwendetes Öl: Traktionsöl
Ölverwendungstemperatur: 120°C

Test 2

Eingangswellengeschwindigkeit: 2000 Umdrehungen pro Minute
Axiale Last: 39200 N
verwendetes Öl: Traktionsöl
Ölverwendungstemperatur: 100°C
Eisenpuder: Größe: 70–147 μm Härte: HV500–600 Quantität: 400 ppm

Der Test 1 ist ein Stabilitätstest, welcher unter einen reinen Schmierbedingung durchgeführt wird, wobei keine Fremdsubstanz wie z. B. Eisenpuder in dem Schmieröl enthalten ist; und der Test 2 ist ein Stabilitätstest, welcher unter einer Bedingung einer mit einer Fremdsubstanz vermischten Schmierung durchgeführt wird, wobei Eisenpuder in dem Schmieröl enthalten ist.
In dem Test 1 bedeutet Abblättern, dass das Abblättern in und von dem Inneren des Stahls durch dessen Kontaktspannung beginnt; und in dem Test 2 bedeutet Abblättern, dass das Abblättern an und von Eindrücken ausgeht, die durch das Einfressen von Fremdsubstanzen in die Kontaktoberfläche hervorgerufen sind. Auch wurden, sowohl im Test 1 als auch im Test 2, die Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele jeweils 10 Mal getestet und die dabei beobachteten Zustände wurden in eine Ordnung gemäß der Weibull-Verteilung gebracht. Die Testergebnisse wurden ausgedrückt durch die Werte der 90% verbleibenden Lebensdauern (L₁₀).
Dabei wurde, in dem Fall des Vergleichsbeispiels 1, wenn die Mikrostrukturen des Lagers nach Fertigstellung des Lagers beobachtet wurden, ein pro-eutektischer Zustand auf dessen Laufringoberfläche beobachtet, und daher wurde kein Test an dem Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt. Der Grund für die Existenz des pro-eutektischen Zustandes scheint der zu sein, dass das Vergleichsbeispiel 1 eine hohe Oberflächenkohlenstoffkonzentration von 1,5% hatte.
In dem Fall des Vergleichsbeispiels 3 war dessen Schleifbarkeit bedeutend niedriger als die anderer Beispiele und dessen Oberflächenform und Rauhigkeit war unterhalb des Standards. Aus diesen Gründen wurde kein Test an dem Vergleichsbeispiel 3 durchgeführt. Der Grund für das obige scheint der zu sein, dass das Vergleichsbeispiel 3 eine hohe Oberflächenstickstoffkonzentration von 0,46% hatte. Entsprechend unserer Erfahrungen wird, in dem Fall, wo die Stickstoffkonzentration von Stahl 0,4% übersteigt, die Schleifbarkeit des Stahls verringert. Die obige Beobachtung bestätigt dies.
In dem Test 1 wurden die Ausführungsformen 1 bis 10 und die Vergleichsbeispiele 8, 9 jeweils so beobachtet, dass deren 90% verbleibende Lebensdauern (L₁₀) in dem Bereich von 137 bis 171 Stunden waren, das heißt, sie hatten lange Lebensdauern. Wenn hier die Vergleichsbeispiele 8, 9 und die Ausführungsformen 1 bis 10 miteinander verglichen werden, kann eine Tendenz herausgefunden werden, dass die Ausführungsformen etwas längere Lebensdauern als die Vergleichsbeispiele haben. Der Grund dafür scheint der zu sein, dass die Ausführungsformen aus einem Stahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt hergestellt sind und daher eine etwas bessere Reinheit als die Vergleichsbeispiele haben.
Im Fall des Vergleichsbeispiels 2 wurde eine kurze Lebensdauer beobachtet. Der Grund hierfür scheint der zu sein, dass das Vergleichsbeispiel 2 eine geringe Oberflächenstickstoffkonzentration von 0,03% hat, wobei seine Härte unter der Bedingung einer hohen Temperatur der Testumgebung verringert wird. Auch scheint ein Grund für die kurze Lebensdauer des Vergleichsbeispiels 4 zu sein, dass es eine geringe Härte von Hv639 hat.
In dem Fall des Vergleichsbeispiels 6 wurde eine kurze Lebensdauer beobachtet. Der Grund hierfür scheint der zu sein, dass es einen hohen Prozentsatz, das heißt 52%, von Restaustenit in dem Test hat, wobei die Auflösung des Restaustenits fortschreitet, wodurch die verringerte Härte des Vergleichsbeispiels 6 bewirkt wird. Auch scheint ein Grund für die kurze Lebensdauer des Vergleichsbeispiels 7 zu sein, dass es eine geringe Eigenspannung von –50 MPa hat.
Unter der Bedingung, dass eine Fremdsubstanz mit dem Schmieröl in dem Test 2 gemischt ist, wurde an den Ausführungsformen 1 bis 10 beobachtet, dass ihre Stabilität zu der der Vergleichsbeispiele 8, 9 gleich war. Auch die Vergleichsbeispiele 2, 4, 6 und 7 konnten eine ähnliche Stabilität erreichen. Jedoch in dem Fall des Vergleichsbeispiels 5, das 14% Restaustenit hat, wurde eine reduzierte Lebensdauer beobachtet.
Als nächstes wurde, während eine stufenlos verstellbare Toroidgetriebeeinheit unter Verwendung der Ausführungsformen und Vergleichsbeispiele aufgebaut wurde, ein Stabilitätstest unter den folgenden Bedingungen des Tests 3 durchgeführt. Der vorliegende Stabilitätstest wurde durchgeführt, bis eine Schädigung in irgend einem Bereich der Einheit bewirkt wurde oder bis 100 Stunden vorüber waren, und der Test wurde an derjenigen Zeit beendet.
Test 3

Eingangswellengeschwindigkeit: 4000 Umdrehungen pro Minute
Eingangsdrehmoment: 350 Nm
verwendetes Öl: Traktionsöl
Ölverwendungstemperatur: 100°C

In dem Test 3 wurde beobachtet, dass die Ausführungsformen 1 bis 10 und die Vergleichsbeispiele 8, 9 jeweils in 100 Stunden nicht beschädigt wurden. Andererseits traten in all den Vergleichsbeispielen 2, 4, 6 und 7 Abblätterungen in den Oberflächen der Außenringlaufringe von deren Antriebsrollen auf, bevor 100 Stunden vorüber waren.
Wie im Detail zuvor beschrieben wurde, kann entsprechend der Erfindung, wenn das Axialrollenlager aus einem Lagerstahl mit einem hohen Kohlenstoff-Chromgehalt hergestellt ist und auch carbonitriert ist, eine Stabilität abgesichert werden, die gleich oder höher als die herkömmlicher Axialrollenlager ist. Aufgrund dessen kann ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe zur Verfügung gestellt werden, was die Zeit für seine Hitzebehandlung auf ein Drittel der Zeit verkürzt, die für die herkömmliche Hitzebehandlung notwendig ist, wodurch man in der Lage ist, die Kosten der Hitzebehandlung zu reduzieren.

Claims

Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe, welches aufweist: eine Eingangswelle (3), die rotierbar gestützt ist; eine Eingangsseitenscheibe (1), die zusammen mit der Eingangswelle (3) rotierbar ist, und die eine innere Oberfläche umfasst, die als eine konkave Oberfläche mit einem bogenförmigen Bereich ausgebildet ist; eine Ausgangsseitenscheibe (2), die eine innere Oberfläche umfasst, die als eine konkave Oberfläche mit einem bogenförmigen Bereich ausgebildet ist, wobei die Ausgangsseitenscheibe (2) koaxial zu der Eingangsseitenscheibe (1) in einer solchen Weise angeordnet ist, dass deren innere Oberfläche gegenüber der inneren Oberfläche der Eingangsseitenscheibe (1) ist; eine Vielzahl von Drehzapfen (10, 11), die jeweils um ihre verbundenen Gelenkzapfen schwenkbar sind, die an Torsionspositionen zu der Eingangswelle (3) angeordnet sind; eine Vielzahl von Verschiebungswellen (0), die jeweils auf den Drehzapfen (10, 11) gestützt sind; eine Vielzahl von Antriebsrollen (48), wobei jede eine Randoberfläche (48a) umfasst, die als eine kugelförmige konvexe Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Antriebsrollen (48) rotierbar auf den Randbereichen der Verschiebungswellen (0) gestützt sind, während sie auf den inneren Oberflächen der Drehzapfen (10, 11) angeordnet sind und auch dazwischen angeordnet sind und durch die Eingangsseiten- und Ausgangsseitenscheiben (1, 2) gehalten werden; und eine Vielzahl von Axialrollenlagern (32), die jeweils zwischen den äußeren Randoberflächen (48a) der Antriebsrollen (48) und den inneren Oberflächen der Drehzapfen (10, 11) zum Stützen der Axiallasten angeordnet sind, die auf die Antriebsrollen (48) wirken, wobei jedes der Axialrollenlager (32) umfasst: einen Innenringlaufring (42), der in der äußeren Randoberfläche (48a) der Antriebsrolle (48) ausgebildet ist; und einen äußeren Ring (33), der in dem Drehzapfen angeordnet ist, mit einem Außenringlaufring (43), wobei der äußere Ring (33) aus einem Lagerstahl gemäß JIS G 4805 mit einem hohen Kohlenstoff-Chromgehalt hergestellt ist und carbonitriert ist.
Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 1, wobei der äußere Ring (33) des Axialrollenlagers (32) so aufgebaut ist, dass seine Oberflächenkohlenstoffkonzentration in dem Bereich von 0,95 bis 1,4% festgelegt ist und seine Oberflächenstickstoffkonzentration in dem Bereich von 0,05 bis 0,4% festgelegt ist.
Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 2, wobei der äußere Ring (33) des Axialrollenlagers (32) so aufgebaut ist, dass seine Oberflächenhärte bei Hv650 oder mehr festgelegt ist.
Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 3, wobei der äußere Ring (33) des Axialrollenlagers (32) so aufgebaut ist, dass das Restaustenit in dem Bereich von 20% bis 45% ist.
Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 4, wobei der äußere Ring (33) des Axialrollenlagers (32) so aufgebaut ist, dass die Oberflächendruckeigenspannung in dem Bereich von –200 bis –1800 MPa festgelegt ist.
Ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe nach Anspruch 3, wobei die Antriebsrolle (48) aus einem Stahl für Maschinenaufbauzwecke mit einer Kohlenstoffkonzentration in dem Bereich von 0,15 bis 0,5% hergestellt ist und der Stahl carburiert oder carbonitriert ist.