NL1012328C2 - CVT / IVT part. - Google Patents

Description

ί CVT/IVT-onderdeelCVT / IVT part

De uitvinding heeft betrekking op een transmi ssieonderdeel omvattende een hoog gelegeerd staal van het poedennetallurgiesoort.The invention relates to a transmission component comprising a high alloy steel of the powder netallurgy type.

5 Een dergelijke inrichting is bekend uit EP-0462637A. Daarin wordt een snaarschijf beschreven van een continu variabele transmissie waarvan het aangrijpoppervlak met de overbrengingsband voorzien is van een bekleding bestaande uit een met behulp van poedermetallurgietechnieken opgebrachte laag.Such a device is known from EP-0462637A. It describes a belt pulley of a continuously variable transmission, the engagement surface of the transfer belt of which is provided with a coating consisting of a layer applied by means of powder metallurgy techniques.

Een voorbeeld van een IVT wordt in de figuurbeschrijving beschreven. De eisen 10 gesteld aan een IVT-onderdeel wijken af van de eisen gesteld aan een CVT-onderdeel.An example of an IVT is described in the figure description. The requirements for an IVT component deviate from the requirements for a CVT component.

Onder een IVT wordt in het onderstaande een IVT van het toroïdale type met schijf en rollen verstaan. Deze werken in een milieu waar smering plaats vindt. Dit in tegenstelling tot een CVT waarbij in een droge omgeving met een duw- of trekband tussen twee poelies een transmissie verwezenlijkt wordt. Het meest belangrijke verschil / 15 tussen een CVT en Γ/T is gebaseerd op de hoge contactdruk bij een IVT tussen het omtreksoppervlak van de aandrijfrol en de loopbaan van de schijf. Hoge eisen worden gesteld aan de contactvermoeiingsstërkte alsmede aan de statische belastingcapaciteit zonder dat een smeerfïlm aanwezig is.In the following, an IVT is understood to mean an IVT of the toroidal type with disk and rollers. These operate in an environment where lubrication takes place. This is in contrast to a CVT in which a transmission is realized in a dry environment with a push or pull belt between two pulleys. The most important difference / 15 between a CVT and Γ / T is based on the high contact pressure at an IVT between the circumferential surface of the drive roller and the disc raceway. High demands are placed on the contact fatigue strength as well as on the static load capacity without the presence of a lubricating film.

Gebleken is dat een gebruikelijk kogellagerstaal niet aan deze eisen voldoet.It has been found that a conventional ball bearing steel does not meet these requirements.

20 Het is het doel van de uitvinding in een onderdeel voor een IVT te voorzien dat een voldoend lange levensduur vertoont.It is the object of the invention to provide a part for an IVT that has a sufficiently long service life.

!' . Dit doel wordt volgens de uitvinding verwezenlijkt doordat het onderdeel een schijf of roller van een toroïdale IVT omvat dat volledig via de poedermetallurgietechniek vervaardigd is. Meer in het bijzonder omvat de 25 samenstelling van dit staalsoort: 10 1 2 328 2 0,75-1,85 gew.% C 0,10-0,45 gew.% Si 0,15-0,50 gew.% Mn 20 3,50-4,50 gew.% Cr 4,00-11,00 gew.% Mo 0,90-5,25 gew.% V 0,10-13,00 gew.% W.! " . This object is accomplished according to the invention in that the part comprises a disc or roller of a toroidal IVT that is entirely manufactured through the powder metallurgy technique. More in particular, the composition of this steel type comprises: 10 1 2 328 2 0.75-1.85 wt% C 0.10-0.45 wt% Si 0.15-0.50 wt% Mn 20 3.50-4.50 wt% Cr 4.00-11.00 wt% Mo 0.90-5.25 wt% V 0.10-13.00 wt% W.

Volgens een voorkeursuitvoering wordt een PM M62 staalsoort gebruikt omvat- 25 tende: 1,25-1,35 gew.% C 0,15-0,4 gew.% Si 0,15-0,40 gew.% Mn '' 3,50-4,25 gew.% Cr 30 10,00-11,00 gew.% Mo 1,80-2,25 gew.% V 5,75-6,75 gew.% W.According to a preferred embodiment, a PM M62 steel grade is used comprising: 1.25-1.35 wt% C 0.15-0.4 wt% Si 0.15-0.40 wt% Mn '' 3 50-4.25 wt% Cr 30 10.00-11.00 wt% Mo 1.80-2.25 wt% V 5.75-6.75 wt% W.

Hoewel de kosten voor deze staalsoort wezenlijk hoger zijn dan de kosten voor 1 0 1 2 3 29 3 gebruikelijk kogellagerstaal zoals ASTM 52100, maken de eigenschappen daarvan geschikter voor de IVT-schijf en -overbrengrolonderdelen dan gebruikelijke ko-gellagerstaalsoorten. Via een passende behandeling kan een zeer hoge hardheid van het oppervlak van een voorwerp uit PM M62 staal verwezenlijkt worden. In tegenstelling 5 tot gewone staalsoorten vervaardigd met zeer hoge hardheid, neemt de taaiheid van het kernmateriaal in PM M62 echter niet af. Dit betekent dat de verhouding taai-heid/hardheid wezenlijk hoger is dan in gebruikelijk martensitisch gehard ASTM A295 52100 kogellagerstaal.While the cost for this steel grade is significantly higher than the cost for 1 0 1 2 3 29 3 conventional ball bearing steel such as ASTM 52100, its properties make it more suitable for the IVT disc and transfer roller parts than conventional ball bearing steels. By means of an appropriate treatment, a very high hardness of the surface of an object made of PM M62 steel can be achieved. However, unlike ordinary steels manufactured with very high hardness, the toughness of the core material in PM M62 does not decrease. This means that the toughness / hardness ratio is substantially higher than in conventional martensitically hardened ASTM A295 52100 ball bearing steel.

Het poedermetallurgiestaal kan met elke in de stand der techniek bekende werk-10 wijze vervaardigd worden.The powder metallurgy steel can be manufactured by any method known in the art.

Als voorbeeld worden de volgende stappen gegeven: ^ vacuüminductiesmelten en raffineren van de poedermetallurgiestaalsamenstel- ling, verneveling van het poeder met stikstofgas, het bepalen van de kwaliteit van het poeder en het opsluiten daarvan, 15 warm isostatisch persen en warm smeden.As an example, the following steps are given: vacuum induction melting and refining of the powder metallurgy steel composition, atomizing the powder with nitrogen gas, determining the quality of the powder and confining it, hot isostatic pressing and hot forging.

Andere technieken voor het doelmatig plastisch vormgeven worden eveneens omvat.Other techniques for effective plastic molding are also included.

Bij voorkeur worden de hoog gelegeerde poedermetallurgiestaalsoorten aan een 20 secundaire hardeningsbehandeling onderworpen. Dit wordt bij voorkeur uitgevoerd door austeniseren bij 1205 ± 5°C gedurende 5-10 minuten gevolgd door het afschrikken in gas, olie of zout en het warmte behandelen bij ongeveer 550'C gedurende ongeveer { ( twee uur en verscheidene malen. In de hierboven beschreven voorkeursuitvoering waarbij een M62 staal gebruikt wordt, kan de hardheid wel 67 HRC zijn met hoge tem-25 peratuurhardheideigenschappen.Preferably, the highly alloyed powder metallurgy steels are subjected to a secondary hardening treatment. This is preferably done by austenizing at 1205 ± 5 ° C for 5-10 minutes followed by quenching in gas, oil or salt and heat treating at about 550 ° C for about {(two hours and several times. In the above described preferred embodiment using an M62 steel, the hardness can be as high as 67 HRC with high temperature hardness properties.

De uitvinding zal verder verduidelijkt worden verwijzend naar de bijgaande figu-. ren. Daarbij toont:The invention will be further elucidated with reference to the accompanying figures. run. Thereby shows:

Fig. 1 een voorbeeld van een IVT;Fig. 1 an example of an IVT;

Fig. 2 een vergelijkende grafiek voor de contactspanning; en 30 Fig. 3 een vergelijkende grafiek voor botte kerftaaiheid.Fig. 2 a comparative graph for the contact voltage; and FIG. 3 a comparative graph for blunt impact toughness.

In fig. 1 is een voorbeeld van een IVT gegeven. In de meest algemene uitvoering omvat de IVT inlaatschijven 1 verbonden met de uitgaande as van een motor en tegenoverliggende uitgangsschijf 2 verbonden met de aandrijfketting of ver- 1012328 4 dere versnellingsbakonderdelen van een voertuig of enig ander onderdeel dat met een variabele verhouding aangedreven moet worden. Daartussen bevindt zich een aantal overbrengrollen 3. Overbrengrollen 3 kunnen op enige as gelagerd zijn en de hartlijn daarvan is met 4 aangegeven. Deze as kan een draaibeweging in de richting van pijl 5 5 maken. Door draaiing van andere rollen in de richting van pijl 5, zal de overbrengings-verhouding tussen ingangs- en uitgangsschijf wijzigen. Zoals in fig. 1 getoond is, grijpt overbrengrol 3 de ingangsschijf nabij de hartlijn daarvan aan terwijl de uitgangsschijf weg van deze hartlijn aangegrepen wordt. Er bestaat een drukkracht, die het omtreks-oppervlak van de overbrengrollen op het loopvlak 8 van de ingangsschijf en het loop-10 vlak 9 van de uitgangsschijf klemt. Deze klemkracht is schematisch met pijlen 10 aangegeven. De in fig. 1 getoonde IVT is bekend als "Torotrak IVT". Eveneens wor-• den in de stand der techniek andere middelen gebruikt maar voor alle uitvoeringen is het wezenlijk dat ten minste drie overbrengrollen aanwezig zijn die enige kantelbewe-ging maken volgens pijl 5 teneinde de overbrengverhouding tussen de ingangs- en uit-15 gangsschijf te wijzigen. Gebleken is dat een dergelijke constructie 15% verbeterd rendement kan geven in vergelijking met gebruikelijke automatische transmissies. In tegenstelling tot wentellagers is geen smeerfxlm aanwezig tussen de aangrenzende onderdelen van de constructie.Figure 1 shows an example of an IVT. In the most general embodiment, the IVT comprises intake discs 1 connected to the output shaft of an engine and opposite output disc 2 connected to the drive chain or further gearbox parts of a vehicle or any other part to be driven at a variable ratio. A number of transfer rollers 3 are located therebetween. Transfer rollers 3 can be mounted on any axis and the center line thereof is indicated by 4. This shaft can rotate in the direction of arrow 5 5. Rotation of other rollers in the direction of arrow 5 will change the input to output drive gear ratio. As shown in Fig. 1, transfer roller 3 engages the input disk near its centerline while the output disk is engaged away from this centerline. There is a compressive force which clamps the peripheral surface of the transfer rollers on the tread 8 of the input disc and the tread 9 of the output disc. This clamping force is indicated schematically with arrows 10. The IVT shown in Fig. 1 is known as "Torotrak IVT". Also, other means are used in the prior art, but for all embodiments it is essential that at least three transfer rollers are present making some tilting movement according to arrow 5 in order to change the transfer ratio between the input and output disc. . It has been found that such a construction can provide 15% improved efficiency compared to conventional automatic transmissions. In contrast to rolling bearings, no lubricant film is present between the adjacent parts of the construction.

Het omtreksoppervlak van elke overbrengrol alsmede van de loopbanen 8 en 9 is 20 aan aanzienlijke belasting onderworpen. Mogelijkerwijs is dit een van de redenen dat tot nu toe deze techniek niet algemeen aanvaard werd. De maximum contactspanning tussen het omtreksoppervlak van de overbrengrollen en de betreffende loopbaan kan wel 4 GPa hoog zijn. Dit is veel hoger dan de contactdruk aangetroffen bij gebruikelijke wentellagers. Bovendien geeft de kantelbeweging volgens de pijl 5 slip van de 25 rollen ten opzichte van de schijven. Een dergelijke slip is niet aanwezig in wentellagers. Vermoeiingsscheuren en breuk door herhaalde buigspanning is waargenomen. Het gebied van de schijf binnen cirkel 11 is bijzonder gevoelig. Dit betekent dat de gecombineerde wentelcontactvermoeiingssterkte van de tractieoppervlakken (loopbanen) en de vermoeiingsbreuksterkte verbeterd moeten worden. Hieronder is een zeer schematisch 30 overzicht van de belasting van verschillende onderdelen van de IVT-ovèfbrenging gegeven.The circumferential surface of each transfer roller as well as of the tracks 8 and 9 is subject to considerable stress. This may be one of the reasons that this technique has not been widely accepted until now. The maximum contact tension between the circumferential surface of the transfer rollers and the respective raceway can be as high as 4 GPa. This is much higher than the contact pressure found with conventional rolling bearings. In addition, the tilting movement according to the arrow 5 causes the 25 rollers to slip relative to the discs. Such a slip is not present in rolling bearings. Fatigue cracks and fracture from repeated bending stress have been observed. The area of the disc within circle 11 is particularly sensitive. This means that the combined rolling contact fatigue strength of the traction surfaces (raceways) and the fatigue fracture strength must be improved. Below is a very schematic overview of the load on various parts of the IVT delivery.

1 0 1 2 3 28 5 IVT-onderdelen ~EigenschaDpen Wiize van falen ingaugsschijf-spieverbinding torsiebelasting bij spiestralen strcuiurele vermoeiings- scheuren ingangsschijf tegen over- tot ~3,5 GPa contactdruk ·- rollend contactver- brengrol via tractiefluïdum moeiingsschilferen om slip te stoppen · ontspanning oppervlak • structurele belasting versnelde contactver-moeiing overbrengrollen tot ~3,5 GPa contactdruk · rollend contactver- moeiingsschilferen I · oppervlakteontspanning wezenlijke klemkrachten constructieve buigspanning constructieve vermoeiings- over schijf en aandrijfrollen scheuren via hydraulische zuiger aandrijfschijf via kettingtand- buigkracht bij uitgangsaan- vermoeiingsscheuren door wiel drijving buigen schijf en overbrengrollen hoge temperaturen (tot groei en toename axiale ~120*C) en constructieve speling spanningen schijf en overbrengrollen trilbelastingen versneld constructief scheuren door vermoeiing 1 Fig. 2 toont de wentelende contactvermoeiingslevensduur bij verschillende con- tactspanningen. Het gebruikelijke wentellagerstaal ASTM A295 52100 (stippellijn) 5 wordt vergeleken met een staalsoort volgens de uitvinding PM M62 (doorgaande lijn). Het aantal cycli (L50) is in miljoenen spanningscycli.1 0 1 2 3 28 5 IVT parts ~ Features Wiize of failure of ingoing disc-spigot connection torsion load at spline jets stress fatigue cracks input disc against over- ~ 3.5 GPa contact pressure · - rolling contact transfer roller via traction fluid anti-flaking to stop slip · relaxation surface • structural load accelerated contact fatigue transfer roll up to ~ 3.5 GPa contact pressure · rolling contact fatigue flaking I · surface relaxation substantial clamping forces constructive bending stress constructive fatigue disc and drive rollers tearing via hydraulic piston drive disc via chain tooth bending force at output fatigue cracks by wheel drive bending disc and transfer rollers high temperatures (up to growth and increase axial ~ 120 * C) and structural play tensions disc and transfer rollers vibration loads accelerated structural cracks due to fatigue 1 Fig. 2 shows the revolving contact fatigue life at different contact voltages. The usual rolling bearing steel ASTM A295 52100 (dotted line) 5 is compared with a steel type according to the invention PM M62 (continuous line). The number of cycles (L50) is in millions of voltage cycles.

In fig. 3 is de hardheid tegen botte kerftaaiheid afgebeeld. is een 52100 staal terwijl - - een PM M62 staal toont. Uit deze figuur blijkt duidelijk dat ondanks de zeer hoge hardheid van het PM M62 staal (67 HRC) de taaiheid niet minder is dan een 10 standaard martensitisch 52100 wentellagerstaal.Figure 3 shows the hardness against blunt impact toughness. is a 52100 sample while - - shows a PM M62 sample. It is clear from this figure that despite the very high hardness of the PM M62 steel (67 HRC), the toughness is no less than a standard martensitic 52100 rolling bearing steel.

Door het gebruik van een poedermetallurgiestaal en meer in het bijzonder M62 samenstelling is het mogelijk de afmeting van zowel de schijf als de overbrengrol van een IVT bij hetzelfde uitgaande moment te verkleinen.By using a powder metallurgy steel and more particularly M62 composition, it is possible to reduce the size of both the disk and transfer roller of an IVT at the same output time.

1012328 » 61012328 »6

Hoewel de uitvinding hierboven beschreven is verwijzend naar M62 staal als voorkeursuitvoering moet begrepen worden dat andere hoog gelegeerde poedermetal-lurgiestaalsoorten in IVT gebruikt kunnen worden en binnen het bereik van de uitvinding liggen.Although the invention has been described above referring to M62 steel as a preferred embodiment, it is to be understood that other high alloy powder metal lurgy steels may be used in IVT and are within the scope of the invention.

/ f \ 1012328/ f \ 1012328

Claims (5)

44 1. Transmissieonderdeel omvattende een hoog gelegeerd staal van het poedermetallurgiesoort, met het kenmerk, dat het onderdeel een schijf of roller van een 5 toroïdale IVT omvat, die volledig via de poedermetallnrgietechniek vervaardigd is.1. Transmission part comprising a high alloy steel of the powder metallurgy type, characterized in that the part comprises a disc or roller of a toroidal IVT, which is completely manufactured via the powder metal casting technique. 2. Onderdeel volgens conclusie 1 omvattende 0,75-1,85 gew.%C 0,10-0,45 gew.% Si 0,15-0,50 gew.% Mn 10 3,50-4,50 gew.% Cr 4,00-11,00 gew.% Mo ( 0,90-5,25 gew.% V 0,10-13,00 gew.% W.2. Component according to claim 1 comprising 0.75-1.85 wt% C 0.10-0.45 wt% Si 0.15-0.50 wt% Mn 10 3.50-4.50 wt. % Cr 4.00-11.00 wt% Mo (0.90-5.25 wt% V 0.10-13.00 wt% W. 3. Onderdeel volgens conclusie 2, omvattende een M62 staal.The part of claim 2, comprising an M62 steel. 4. Onderdeel volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende een schijf.Part according to any of the preceding claims, comprising a disc. 5. Onderdeel volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende een over-20 brengrol. ******** { ( 10123285. Part as claimed in any of the foregoing claims, comprising a transfer roller. ******** {(1012328