DE60007244T2

DE60007244T2 - Rotationseinheit eines Reibungsgetriebes und Verfahren zur Herstellung von Wälzkörpern dieser Einheit

Info

Publication number: DE60007244T2
Application number: DE60007244T
Authority: DE
Inventors: Nobutaka Yokohama-shi Chiba; Toshikazu Yokosuka-shi Nanbu; Makoto Yokohama-shi Kano; Jun Yokohama-shi Watanabe; Kenshi Kamakura-shi Ushijima; Masahiro Yokosuka-shi Omata; Minoru Yokosuka-shi Oota; Hiroo Zama-shi Ueda; Manabu Kamakura-shi Wakuda
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-07
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: US6736036B2; KR100389247B1; US6629906B1; CN1209563C; US20030200846A1; EP1083368A2; JP2002039306A; EP1083368A3; KR20010082519A; DE60007244D1; JP3664058B2; CN1287234A; EP1083368B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein stufenloses Getriebe (im Folgenden CVT genannt) für Reibantriebe, die zum Übertragen von einer Eingangsseite zur Ausgangsseite verwendet werden, wobei die Drehzahl durch den Reibantrieb in einer Kraftübertragungseinheit eines Kraftfahrzeugs, industriellen Maschinen usw. ständig verändert wird, und insbesondere auf eine Rotationseinheit für Reibantriebe, die einen Wälzkörper mit einer Reibkontaktfläche, die ausgezeichnete Reibungsmerkmale als Oberflächeneigenschaft aufweist, enthält.
Verschiedene Entwicklungen haben wegen ihrer ausgezeichneten Antriebskraft-Übertragungseigenschaften und das Fehlen eines Hochgeschwindigkeits-Schaltrucks zu CVT's geführt. Spezielle Entwicklungen haben zu Einrichtungen bzw. Systemen (Reibantriebsysteme: rollende bzw. sich wälzende Systeme) geführt, die die Antriebskraft zwischen den Reibkontaktflächen mittels Reiböl übertragen, um hohe Antriebskräfte übertragen zu können.
Reibantriebssysteme, die Antriebskräfte zwischen Reibkontaktflächen mittels Reiböl übertragen, weisen einen Mechanismus auf, der auf Hochleistungsmaschinen anwendbar ist. In 1 ist z. B. die Grundstruktur der Rotationseinheit 1 für Reibantrieb des Typs CVT dargestellt. Die Rotationseinheit 1 enthält zwei Metallwälzkörper, nämlich zwei Scheiben (Eingangsscheibe 3, die umfangsmäßig an der Eingangswelle 2, und Ausgangsscheibe 5, die umfangsmäßig an der Ausgangswelle 4 befestigt sind), wobei die Antriebsscheibe 6 zwischen den Wälzkörpern angeordnet ist und damit durch ein Reiböl in Kontakt steht. Die Antriebsscheibe 6 weist eine neigbare Rollenwelle auf, sodass die Antriebsscheibe 6 relativ zur Eingangs- und Ausgangsscheibe 3 und 5 geneigt wird, wenn sich die Rollenwelle neigt. Infolge der Neigung der Antriebswelle 6 verschiebt sich der Kontakt zwischen der Antriebsscheibe 6 und der Eingangs- und Ausgangsscheibe 3 und 5. Dies verändert das Verhältnis des Drehmomentradius von Eingangsscheibe 3 zur Ausgangsscheibe 5, sodass sich das Übertragungsverhältnis kontinuierlich verändert. Ein halbtoroider CVT-Typ ist einer der CVT-Reibantriebe.
Die 42 stellt einen toroiden CVT-Typ dar, der die Eingangswelle 101 und Ausgangswelle 102, die koaxial zur Eingangswelle 101 angeordnet und relativ drehbar zu dieser ist, enthält. Ein Motordrehmoment wird über die Flüssigkeitskupplung 103 der Eingangswelle 101 zugeführt. Die Vorwärts- und Rückwärtseingangszahnräder 104 und 105 sind auf der Eingangswelle 101 angeordnet, um somit eine einheitliche Rotation zu erreichen. Zwei Eingangsscheiben 106 und 107 sind antriebsmäßig miteinander durch die Hohlwelle 112, die sich parallel zur Eingangswelle 101 erstreckt, verbunden. Zwei Ausgangsscheiben 108 und 109 sind entgegengesetzt den Eingangsscheiben 106 und 107 angeordnet und miteinander durch die Welle 111, die sich innerhalb der Hohlwelle 112 erstreckt, verbunden. Die Antriebsplatte 110 ist zwischen den Eingangsscheiben 106 und 107 angeordnet und damit antriebsmäßig durch die Nocken 114 und 115 verbunden. Das Zahnrad 113, das einstückig mit der Antriebsplatte 110 ausgebildet ist, ist mit dem Vorwärts-Eingangszahnrad 104 im Eingriff. Zwei Antriebsscheiben 117 sind entgegengesetzt zwischen der Eingangsscheibe 107 und 109 angeordnet und befinden sich in Reibungskontakt mit deren Reibkontaktflächen 107a und 109a. Die Antriebsscheiben 116 und 117 sind über deren Achsen 116a und 117a drehbar, um somit das Drehmoment von den Eingangsscheiben 106 und 107 auf die jeweiligen Ausgangsscheiben 108 und 109 zu übertragen. Die Antriebsscheiben 116 und 117 können auch eine versetzte Lage einnehmen oder in Richtungen der Achsen 116b und 117b schwingen, die sich senkrecht zu den jeweiligen Achsen 116a und 117a erstrecken. Der Vorwärts-/Rückwärts-Umkehrmechanismus 123 ist an der End-Antriebswelle 119 angeordnet, wobei diese koaxial zur Eingangswelle 101 angeordnet ist. Das Zahnrad 120, das drehbeweglich auf der End-Antriebswelle 119 angeordnet ist, ist mit dem Rückwärts-Eingangszahnrad 105 im Eingriff. Der Vorwärts-/Rückwärts-Umkehrmechanismus 123 enthält die Vorwärtskupplung 121, die die End-Antriebswelle 119 mit der Ausgangsscheibe 109 verbindet, und die Rückwärtskupplung 122, die die End-Antriebswelle 119 mit dem Zahnrad 120 verbindet. Die End-Antriebswelle 119 ist auch mit der Ausgangswelle 102 durch den Kettenübertragungsmechanismus 124 verbunden. Dieser toroide CVT-Typ ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 62-251559 offenbart. Die Veröffentlichung US-A-284786.1 offenbart eine Rotationseinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
ZUSAMMNFASSUNG DER ERFINDUNG
Für die Wälzkörper, nämlich die Eingangsscheibe 3, Ausgangsscheibe 5, Antriebsscheibe 6 der Rotationseinheit 1, dargestellt in 1, werden ausgezeichnete Reibmerkmale und hohe Roll-Grenz-Lastspiel-Eigenschaften bei hoher Temperatur und Lagerdruck gefordert. Bei Betrachtung der zukünftigen Umweltbelastung, ist es zusätzlich notwendig, das Fahrzeuggewicht zu reduzieren, um eine weitere Verbesserung der Kraftstoffeinsparung zu erreichen. Um dieses zu erfüllen, muss die Größe der Einheit reduziert werden, und falls die Einheiten die gleiche Größe aufweisen, ist es erforderlich, die Antriebskraft, die übertragen werden kann, zu erhöhen.
Folglich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotationseinheit für Reibantriebe zu schaffen, die in der Lage ist, eine große Antriebskraft zu übertragen und exzellente Reibeigenschaften aufzuweisen, die oben erwähnte Nachteile vermeidet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Rotationseinheit für Reibantriebe folgendes auf:
Eine Vielzahl von Wälzkörpern, welche eine Drehachse und Reibkontaktflächen um die Drehachse aufweisen und einander zugeordnet sind, um eine Antriebskraft zwischen den Wälzkörpern über einen Reibölfilm, der zwischen den Reibkontaktflächen ausgebildet ist, zu übertragen;
mindestens eine der Reibkontaktflächen, die einen Mikroaufbau mit Unregelmäßigkeiten, deren Größe größer als eine Dicke des Reibölfilms sind, aufweist, wobei der Mikroaufbau durch eine ungefilterte Primärprofilkurve einschl. abwechselnd angeordneter Vertiefungen und oben abgeflachter Kontaktflächen dargestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Rotationseinheit für Reibantrieb eine Vielzahl von Wälzkörpern auf, welche eine Drehachse und Reibkontaktflächen um die Drehachse aufweisen und einander zugeordnet sind, um eine Antriebskraft zwischen den Wälzkörpern über einen Reibölfilm, der zwischen den Reibkontaktflächen ausgebildet ist, zu übertragen, wobei mindestens eine der Reibkontaktflächen einen Mikroaufbau mit Unregelmäßigkeiten aufweist, deren Größen größer als eine Dicke des Reibölfilms sind, wobei die Reibkontaktfläche durch ein Verfahren gebildet wird, das folgendes umfasst:
Kugelstrahlen einer Oberfläche des Wälzkörpers, um Vertiefungen und Vorsprünge darin zu bilden; und
Nach dem Kugelstrahlen Bearbeiten der Vorsprünge entweder durch Läppen, Hochglanzpolieren, Superfinish, Schneiden oder Schleifen, um die oben abgeflachten Kontaktflächen zu bilden und um somit die Reibkontaktfläche zu erzeugen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Rotationseinheit für Reibantrieb ferner eine Vielzahl von Wälzkörpern auf, welche eine Drehachse und Reibkontaktflächen um die Drehachse aufweisen und einander zugeordnet sind, um eine Antriebskraft zwischen den Wälzkörpern über einen Reibölfilm, der zwischen den Reibkontaktflächen ausgebildet ist, zu übertragen, wobei mindestens eine der Reibkontaktflächen einen Mikroaufbau mit Unregelmäßigkeiten aufweist, deren Größen größer als eine Dicke des Reibölfilms sind, und der Mikroaufbau durch eine ungefilterte Primärprofilkurve mit abwechselnd angeordneten Vertiefungen und oben abgeflachter Kontaktflächen dargestellt wird, wobei die Reibkontaktfläche durch ein Verfahren gebildet wird, das folgendes umfasst:
Ausbilden von Vertiefungen, wobei jede eine Tiefe von 10 μm oder weniger aufweist, in gleichen Abständen in einer Oberfläche des Wälzkörpers, um eine abwechselnde Anordnung der Vertiefungen und Vorsprünge zwischen den Vertiefungen zu bilden; und
nach dem Ausbilden, Bearbeiten der Vorsprünge, sodass eine Höhendifferenz zwischen einer oberen Fläche jeder oben abgeflachten Kontaktfläche und einem Boden jeder Vertiefung in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 μm liegt, um die Reibkontaktfläche zu erzeugen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Rotationseinheit für Reibantrieb ferner eine Vielzahl von Wälzkörpern auf, welche eine Drehachse und Reibkontaktflächen um die Drehachse aufweisen und einander zugeordnet sind, um eine Antriebskraft zwischen den Wälzkörpern über einen Reibölfilm, der zwischen den Reibkontaktflächen ausgebildet ist, zu übertragen, wobei mindestens eine der Reibkontaktflächen einen Mikroaufbau mit Unregelmäßigkeiten aufweist, deren Größen größer als eine Dicke des Reibölfilms sind, und der Mikroaufbau durch eine ungefilterte Primärprofilkurve mit abwechselnd angeordneten Vertiefungen und oben abgeflachter Kontaktflächen dargestellt wird, wobei die Reibkontaktfläche durch ein Verfahren gebildet wird, das folgendes umfasst:
Herstellen einer Oberflächenrauhheit einer Oberfläche des Wälzkörpers mit einer Zehnpunkt-Durchschnittsrauhheit (R_Z) von 100 nm oder weniger; und
nach dem Herstellen, Ausbilden von Vertiefungen, wobei jede eine Tiefe von 0,5 bis 2,5 μm aufweist, in gleichen Abständen in der Oberfläche des Wälzkörpers, um eine abwechselnde Anordnung der Vertiefungen und der oben abgeflachten Kontaktflächen zwischen den Vertiefungen zu bilden und somit die Reibkontaktfläche zu erzeugen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt eine erklärende Querschnitt-Teilansicht der Basiskonstruktion einer Rotationseinheit für ein stufenloses Getriebe (CVT) mit Reibantrieb dar;
2 stellt ein schematisches Diagramm einer zweizylindrigen Rollen bzw. Walzentesteinrichtung (im folgenden Rollentester genannt) dar, der zum Testen der Reibkontaktflächen von Wälzkörpern einer Rotationseinheit, die beim CVT-Reibantrieb verwendbar ist, gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
3 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 25 verwendet wird;
4 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 26 verwendet wird;
5 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 27 verwendet wird;
6 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 28 verwendet wird;
7 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 29 verwendet wird;
8 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 30 verwendet wird;
9 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 31 verwendet wird;
10 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 32 verwendet wird;
11 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 33 verwendet wird;
12 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 34 verwendet wird;
13 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Beispiel 35 verwendet wird;
14 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Vergleichsbeispiel 8 verwendet wird;
15 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Vergleichsbeispiel 9 verwendet wird;
16 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Vergleichsbeispiel 10 verwendet wird;
17 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Vergleichsbeispiel 11 verwendet wird;
18 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche des anderen der Wälzkörper, der in den Beispielen 25 bis 35 und den Vergleichsbeispielen 8 bis 11 verwendet wird;
19 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper, der im Vergleichsbeispiel 12 verwendet wird;
20 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche des anderen der Wälzkörper, der in den Beispielen 25 bis 35 und dem Vergleichsbeispiel 12 verwendet wird;
21 stellt eine Seitenansicht einer Einrichtung dar, die Vertiefungen in einer Außenfläche des Wälzkörpers in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausbildet;
22 stellt die Seitenansicht einer Einrichtung dar, die Vorsprünge an der Außenfläche des Wälzkörpers bearbeitet;
23A stellt ein erklärendes Diagramm eines Profils der Vertiefungen und Vorsprünge dar, die mit der Einrichtung aus 21 gebildet werden;
23B stellt ein erklärendes Diagramm eines Profils der Vertiefungen und oben abgeflachter Kontaktflächen dar, die mit der Einrichtung aus 22 gebildet werden;
24 ist ein erklärendes Diagramm, das eine Seitenansicht einer Einrichtung darstellt, die elektrolytisches Polieren der Außenfläche des Wälzkörpers in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführt;
25 stellt eine Seitenansicht einer Einrichtung dar, die Vertiefungen in der Außenfläche des Wälzkörpers nach dem elektrolytischen Polieren in 24 bildet;
26A stellt eine Seitenansicht einer Einrichtung und eines Werkzeugs dar, die verwendet werden, um gleichzeitig die Vertiefungen und die oben abgeflachten Kontaktflächen an der Außenfläche des Wälzkörpers in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindungen zu bilden;
26B stellt eine vergrößerte Seitenansicht eines Abschnitts der Klingenspitze des Werkzeugs dar;
27 ist eine Seitenansicht einer Einrichtung, die Vertiefungen in der Außenfläche des Wälzkörpers in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet;
28 ist eine Seitenansicht einer Einrichtung, die Vorsprünge nach der Fertigung der Vertiefungen in 27 bearbeitet;
29A bis 29C stellen erklärende Diagramme verschiedener Ausbildungsformen des Profils der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers dar;
30A und 30B sind erklärende Diagramme wie die in 29A bis 29C, stellen aber weitere unterschiedliche Ausbildungsformen des Profils der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers dar;
31A bis 31C sind erklärende Diagramme wie die in 29A und 29C und 30A bis 30C, stellen aber noch weitere unterschiedliche Ausbildungsformen des Profils der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers dar;
32 stellt ein schematisches Diagramm eines vierzylindrigen Rollentesters dar, der zum Testen der Reibkontaktflächen der Wälzkörper verwendet wird;
33 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche eines der Wälzkörper in Beispiel 36;
34 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche eines der Wälzkörper in Beispiel 37;
35 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche eines der Wälzkörper in Beispiel 38;
36 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche eines der Wälzkörper in Beispiel 39;
37 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche des anderen der Wälzkörper in den Beispielen 36 bis 39;
38 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche eines der Wälzkörper im Vergleichsbeispiel 13;
39 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche des anderen der Wälzkörper in Vergleichsbeispiel 13;
40 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche eines der Wälzkörper in Beispiel 40;
41 ist eine graphische Darstellung einer ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche des anderen der Wälzkörper in Beispiel 40; und
42 stellt ein erklärendes Diagramm eines toroiden CVT-Typs dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Rotationseinheit für Reibantriebe der vorliegenden Erfindung umfasst Wälzkörper, die eine Drehachse und Reibkontaktflächen um die Drehachse aufweisen und einander zugeordnet sind, um eine Antriebskraft zwischen den Wälzkörpern über einen Reibölfilm, der zwischen den Reibkontaktflächen aufgebildet ist, zu übertragen, wobei mindestens eine der Reibkontaktflächen einen Mikroaufbau mit Unregelmäßigkeiten aufweist, de ren Größen größer als eine Dicke des Reibölfilms sind. Die Größen der Unregelmäßigkeiten können der Dicke eines Reibölfilms in EHL (EHL = Elasto-hydrodynamische Schmierung), der durch die Rotation der Wälzkörper auf der Antriebsseite und der angetriebenen Seite gebildet wird, direkt zugeordnet werden. So betrachtet, wird der Reibkoeffizient zwischen den Wälzkörpern auf der Antriebsseite und der angetriebenen Seite verbessert. Im Folgenden werden zwei Mechanismen zur Verbesserung des Reibkoeffizienten dargestellt:

(1) Der Ölfilm ist stellenweise an den Vorsprüngen der Reibkontaktfläche ausgedünnt, sodass die Abscherungsrate γ zunimmt. Diese Abscherungsrate γ wird durch die folgende Formel ausgedrückt: γ = (U1 – U2)/hcwobei U1 die Rotationsgeschwindigkeit (m/s) des antriebsseitigen Wälzkörpers, U2 die Rotationsgeschwindigkeit (m/s) des Wälzkörpers auf der angetriebenen Seite und hc die zentrale Ölfilmdicke (μm) im EHL darstellt. Wenn die Abscherungsrate γ umgekehrt proportional zur Ölfilmdicke ist, verursacht die Ausbildung der Vertiefungen und Vorsprünge auf der Reibkontaktfläche eine Zunahme der durchschnittlichen Abscherungsrate. Wenn die Abscherungsrate zunimmt, nimmt die Flüssigkeitsreibung des Reiböls zu, sodass der Reibkoeffizient verbessert wird.
(2) Die Gestaltung der Vertiefungen und Vorsprünge auf der Reibkontaktfläche verursacht eine Ungleichartigkeit des Druckes im EHL-Ölfilm, sodass der Druck an den Vorsprüngen höher wird. Die Viskosität η des Öls wird durch die Formel ausgedrückt: η = ηo × exp(α × P) wobei ηo die Ölviskosität bei atmosphärischem Druck, α den Exponenten der Druckviskosität und P den Druck im Kontaktbereich darstellt. Da die Viskosität η proportional zur Exponentialfunktion des Drucks P ist, verursacht die Gestaltung der Vertiefungen und Vorsprünge auf der Reibkontaktfläche eine Zunahme der durchschnittlichen Ölviskosität, sodass der Reibkoeffizient verbessert wird.

In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung ist der Mikroaufbau der Reibkontaktfläche so konfiguriert, dass ein Ölspeichervolumen Vo von 7 × 10^–6 bis 3 × 10^–4 mm³/m² und ein Ölspeicher-Tiefenverhältnis einen Bereich von 0,9 bis 2,0 aufweist. Das Ölspeichervolumen Vo und das Ölspeicher-Tiefenverhältnis K werden durch folgende Gleichungen ausgedrückt: Vo = [(100 – Mr2) × Rvk(μm)]/200.000 (mm3/mm2) K = Rvk/Rkwobei Mr2 den Materialbereich, Rvk die reduzierte Taltiefe, und Rk die Kernrauhheittiefe bezeichnet, wie sie durch DIN ISO 13565-2 definiert sind. Mit dieser Anordnung kann eine große Reibkraft erzeugt werden, wobei der Metallkontakt auf einem niedrigen Niveau gehalten und eine große Antriebskraft übertragen werden kann.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung treten die Unregelmäßigkeiten der Mikrostruktur der Reibkontaktfläche in Form von abwechselnd angeordneten Dellen und oben abgeflachter Kontaktflächen auf, wobei die Vertiefungen Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und eine Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm aufweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zum Durchmesser erstrecken, und 5 bis 40% eines Referenzbereichs der Reibkontaktfläche belegen. Mit dieser An ordnung kann eine große Reibkraft erzeugt werden, sodass eine hohe Antriebskraft übertragen werden kann. Wenn das Oberflächenverhältnis der Dellen, deren Durchmesser 5 bis 30 μm und Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm aufweisen, kleiner als 5% ist, werden die Reibeigenschaften nicht wesentlich verbessert. Wenn jedoch das Verhältnis des Oberflächenbereichs 40% überschreitet, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der einen unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann der Mikroaufbau der Reibkontaktfläche stabile, ausgezeichnete Reibeigenschaften aufweisen, indem ungefähr 10 bis 30 Dellen pro 100 μm² gebildet werden, die einen Durchmesser von 5 bis 30 μm und eine Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm aufweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zum Durchmesser erstrecken. Wenn die Anzahl der Dellen kleiner als 10 pro 100 μm² ist, verbessern sich die Reibeigenschaften nicht wesentlich. Wenn jedoch die Anzahl der Dellen größer als 30 pro 100 μm² ist, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung können ausgezeichnete Reibeigenschaften über eine lange Zeitdauer infolge der stabileren, ausgezeichneten Reibeigenschaften und des zufrieden stellenden Verschleißwiderstandes erreicht werden, indem die Oberflächenrauhheit der Reibkontaktfläche so hergestellt wird, dass die arithmetische Durchschnittsrauhheit (Ra) 0,07 bis 0,15 μm oder die maximale Höhe (Ry) von 0,4 bis 1,0 μm beträgt. Wenn die arithmetische Durchschnittsrauhheit kleiner als 0,07 μm oder die maximale Höhe kleiner als 0,4 μm ist, können die Reibeigenschaften nicht wesentlich verbessert werden. Wenn die arithmetische Durchschnittsrauhheit größer als 0,15 μm oder die maximale Höhe größer als 1,0 μm ist, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung können ausgezeichnete Reibeigenschaften über eine lange Zeitdauer infolge des zufrieden stellenden Verschleißwiderstandes erreicht werden, indem der Oberflächenhärte der Reibkontaktfläche eine Vickershärte von Hv 850 oder mehr verliehen wird.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann der Wälzkörper, der einen zufriedenstellenden Verschleißwiderstand und exzellente Reibeigenschaften aufweist, leicht durch Gestalten der Reibkontaktfläche hergestellt werden, wobei der Mikroaufbau abwechselnd angeordnete Dellen und oben abgeflachte Kontaktflächen aufweist, der durch Kugelstrahlen einer Oberfläche des Wälzkörpers hergestellt wird, um Vertiefungen und Vorsprünge darin zu bilden und danach Bearbeiten der Vorsprünge entweder durch Läppen, Hochglanzpolieren, Superfinish, Schneiden oder Schleifen, um oben abgeflachte Kontaktflächen zu bilden und somit die Reibkontaktfläche zu erzeugen.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weisen die Unregelmäßigkeiten des Mikroaufbaues der Reibkontaktfläche die Form von abwechselnd angeordneten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten und oben abgeflachten Kontaktflächen auf, in der die Nuten eine Breite von 2 bis 10 μm, die sich entlang der Drehachse des Wälzkörpers erstrecken, einen Abstand von 10 bis 30 μm zwischen zwei benachbarten Nuten und eine Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm, die sich vom Boden derselben in eine Richtung im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Wälzkörpers erstrecken, aufweisen. Folglich können eine hohe Antriebskraft übertragen und ausgezeichnete Reibeigenschaften ausgewiesen werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächenrauhheit der Reibkontaktfläche so ausgeführt, dass eine arithmetische Durchschnittsrauhheit (Ra) 0,03 bis 0,13 μm oder eine maximale Höhe (Ry) 0,2 bis 0,9 μm beträgt. Dieses ergibt stabilere und exzellente Reibeigenschaften und einen zufrieden stellenden Verschleißwiderstand der Reibkontaktfläche, wobei bemerkenswerte Reibeigenschaften über eine lange Zeitdauer erreicht werden können. Wenn die arithmetische Durchschnittsrauhheit kleiner als 0,03 μm oder die maximale Höhe kleiner als 0,2 μm ist, ist die Verbesserung der Reibeigenschaften nicht beträchtlich. Wenn die arithmetische Durchschnittsrauhheit 0,13 μm oder die maximale Höhe 0,9 μm überschreitet, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
Die Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann bessere Reibeigenschaften aufweisen, indem ein Verhältnis (Sm/a) eines mittleren Abstandes (Sm) zwischen den Unregelmäßigkeiten des Mikroaufbaues der Reibkontaktfläche zu einer Hälfte (a) eines Hauptachsendurchmessers einer Hertzschen Kontaktellipse gebildet wird, das 0,08 oder weniger ist.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung wird der Mikroaufbau der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers durch eine ungefilterte Primärprofilkurve mit abwechselnd angeordneter Vertiefungen und oben abgeflachter Kontaktflächen dargestellt. Die ungefilterte Primärprofilkurve wird unter Verwendung eines Oberflächenrauhheitprüfers (ohne einen Filter zu passieren) gemessen. Ein Bereich jeder Kontaktfläche, der höher ist als eine Mittellinie in Bezug auf die ungefilterte Primärprofilkurve, nämlich eine Linie, die auf einer mittleren Höhe gezogen wird, die durch die integrale Umwandlung der ungefilterten Primärprofilkurve in Längsrichtung festgelegt wird, wobei jeder Bereich eine Form aufweist, die aus den Formen allgemein trapezförmig, allgemein trapezförmig mit gerundeten Ecken, allgemein trapezförmig mit abgerundeten Ecken, allgemein ballig, ein Teil allgemein elliptisch gebogen, allgemein sinusförmig oder allgemein dreieckig mit abge rundetem Scheitelpunkt ausgewählt wird. Dies kann eine große Reibkraft erzeugen, während der Metallkontakt auf einem niedrigen Level gehalten und eine große Antriebskraft übertragen wird.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, indem eine höhere Differenz zwischen einem oberen Ende jeder Kontaktfläche und einem Boden jeder Vertiefung 0,5 bis 2,5 μm beträgt. Damit kann eine große Antriebskraft übertragen und ausgezeichnete Reibeigenschaften ausgewiesen werden. Wenn die Höhendifferenz kleiner als 0,5 μm ist, werden die Reibeigenschaften nicht wesentlich verbessert. Wenn die Höhendifferenz größer als 2,5 μm ist, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der einen unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem die Höhendifferenz zwischen einem oberen Ende jeder Kontaktfläche und einem Boden jeder Vertiefung 2,0 bis 2,5 μm beträgt. Damit können stabilere und bessere Reibeigenschaften dargestellt werden. Die Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann das Auftreten von Metallkontakt, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt, verringern und bessere Reibeigenschaften durch eine Anordnung schaffen, bei der die Höhendifferenz zwischen dem oberen Ende jeder Kontaktfläche und dem Boden jeder Vertiefung 0,8 bis 1,2 μm beträgt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente, durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Verhältnis einer totalen Länge der Segmente entsprechend den Vertiefungen zu einer Referenzlänge der Mittellinie innerhalb eines Bereiches von 15 bis 60% liegt. Ein Verhältnis nämlich aus einer Länge des Segmentes, entsprechend der Oberfläche zu einer Länge des Segmentes entsprechend der Vertiefung, wobei das Verhältnis innerhalb eines Bereiches von 5,7 bis 0,6 liegt. Damit kann ein hoher Reibkoeffizient mit größerer Stabilität dargestellt werden. Wenn dieses Verhältnis kleiner als 15 ist, werden die Reibeigenschaften nicht wesentlich verbessert. Wenn das Verhältnis größer ist als 60% ist, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Verhältnis einer totalen Länge der Segmente entsprechend den Vertiefungen zu einer Referenzlänge der Mittellinie innerhalb eines Bereiches von 25 bis 40% ist. Nämlich ein Verhältnis einer Länge des Segmentes entsprechend der Oberfläche zu einer Länge des Segmentes entsprechend den Vertiefungen, das innerhalb eines Bereiches von 3,0 bis 1,5 liegt. Damit können bessere Reibeigenschaften mit größerer Stabilität aufgewiesen werden.
In der Rotationseinheit mit Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem das Verhältnis einer totalen Länge der Segmente entsprechend den Vertiefungen zu einer Referenzlänge der Mittellinie in einem Bereich von 27 bis 35% liegt. Das Verhältnis nämlich einer Länge des Segmentes entsprechend der Oberfläche zu einer Länge des Segmentes entsprechend der Vertiefung, das innerhalb eines Bereiches von 2,7 bis 1,8 liegt. Damit kann das Auftreten von Metallkontakt, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt, weiter verringert und bessere Reibeigenschaften geschaffen werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem das Verhältnis einer totalen Länge der Segmente entsprechend den Vertiefungen zu einer Referenzlänge der Mittellinie innerhalb eines Bereiches von 30 bis 57% liegt. Das Verhältnis nämlich einer Länge des Segmentes entsprechend der Oberfläche zu einer Länge des Segmentes entsprechend der Vertiefung, das innerhalb eines Bereiches von 2,3 bis 0,8 liegt. Damit können bessere Reibeigenschaften mit größerer Stabilität geschaffen werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Abstand der Vertiefungen innerhalb eines Bereiches von 10 bis 150 μm liegt. Damit können bessere Reibeigenschaften mit größerer Stabilität ausgewiesen werden. Wenn der Abstand größer als 150 μm ist, werden die Reibeigenschaften nicht wesentlich verbessert. Wenn der Abstand kleiner als 10 μm ist, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem der Abstand der Vertiefungen innerhalb eines Bereiches von 40 bis 120 μm liegt. Damit können bessere Reibeigenschaften mit größerer Stabilität geschaffen werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem die Oberflächenrauhheit (gemessen mit einem zwischenatomaren Mikroskop) eines oberen Bereichs so hergestellt wird, dass eine Zehnpunkt-Durchschnittsrauhheit (Rz) 100 nm oder weniger aufweist. Damit kann ein hoher Reibkoeffizient dargestellt werden. Wenn die Oberflächenrauhheit so geschaffen ist, dass Rz größer als 100 nm ist, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem die Oberflächenrauhheit des oberen Bereichs der Kontaktfläche so beschaffen ist, dass Rz 40 nm oder weniger beträgt. Damit kann das Auftreten von Metallkontakt, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt, weiter verringert, und bessere Reibeigenschaften ausgewiesen werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem eine Länge (Breite) jedes Segments entsprechend jeder Vertiefung innerhalb eines Bereiches von 10 bis 40 μm liegt. Damit kann ein großer Reibkoeffizient dargestellt werden. Wenn die Länge der Vertiefung kleiner als 10 μm ist, ist die Verbesserung der Reibeigenschaften nicht bemerkenswert, wenn die Länge der Vertiefung größer als 40 μm ist, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem ein Verhältnis eines Abstandes der Vertiefung zu einem Hauptachsendurchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last, welche sich senkrecht zur Drehrichtung des Wälzkörpers erstreckt, innerhalb eines Bereiches von 1,2 bis 9% liegt. Damit kann ein hoher Reibkoeffizient mit entsprechender Stabilität dargestellt und das Auftreten von Metallkontakt, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt, verringert werden. Das Verhältnis des Abstandes der Vertiefungen zu einem Hauptachsendurchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last liegt vorzugsweise in nerhalb eines Bereiches von 2,4 bis 6%. Damit können bessere Reibeigenschaften mit größerer Stabilität geschaffen werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Verhältnis einer Länge jedes Segmentes entsprechend jeder Vertiefung zu einem Hauptachsendurchmesser der Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last, welche sich senkrecht zur Drehrichtung des Wälzkörpers erstreckt, innerhalb eines Bereiches von 0,6 bis 2% liegt. Damit kann ein hoher Reibkoeffizient mit entsprechender Stabilität dargestellt werden und das Auftreten von Metallkontakt, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt, verringert werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem das Verhältnis einer Länge jedes Segmentes entsprechend jeder Vertiefung zu einem Nebenachsendurchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last, welche sich parallel zur Drehrichtung des Wälzkörpers erstreckt, innerhalb eines Bereichs von 0,8 bis 3,2% liegt. Damit kann ein hoher Reibungskoeffizient mit entsprechender Stabilität dargestellt und das Auftreten von Metallkontakt, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt, verringert werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem die Vertiefungen Nuten sind, welche im wesentlichen parallel zur Drehrichtung des Wälzkörpers angeordnet sind. Damit kann ein hoher Reibkoeffizient dargestellt werden. Wenn die Richtung der Vertiefungen im wesentlichen nicht parallel zur Drehrichtung des Wälzkörpers ist, werden die Reibeigenschaften nicht wesentlich verbessert.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem die Vertiefungen Nuten sind, die sich spiralförmig entlang der Drehrichtung des Wälzkörpers erstrecken. Damit kann ein hoher Reibkoeffizient dargestellt und in kurzer Zeit durch Ausbilden der kontinuierlichen Vertiefungen effizient erreicht werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem sich die Vertiefungen weiter als zumindest ein Nebenachsendurchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse erstrecken. Damit kann ein hoher Reibkoeffizient dargestellt werden. Wenn sich die Vertiefungen kürzer erstrecken als der Nebenachsendurchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse, werden die Reibeigenschaften nicht wesentlich verbessert.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem ein Krümmungsradius eines oberen Bereichs jeder oben abgeflachten Kontaktfläche der ungefilterten Primärprofilkurve, gemessen durch den Oberflächenrauhheitsprüfer, der auf gleiche längsseitige und laterale Vergrößerungen eingestellt ist, im Bereich von 0,1 bis 170 mm liegt. Damit kann ein hoher Reibkoeffizient dargestellt werden. Wenn der Krümmungsradius des oberen Bereichs der Projektion kleiner als 0,1 mm ist, wird wahrscheinlich Metallkontakt auftreten, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem ein Krümmungsradius eines oberen Bereichs jeder oben abgeflachten Kontaktfläche der ungefilterten Primärprofilkurve, gemessen durch den Oberflächenrauhheitsprüfer, der auf gleiche längsseitige und laterale Vergrößerung eingestellt ist, im Bereich von 0,8 bis 170 mm liegt. Damit kann ferner das Auftre ten von Metallkontakt, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt, verringert und ein hoher Reibkoeffizient dargestellt werden. Wenn der Krümmungsradius des oberen Bereichs der Fläche größer als 170 mm ist, werden die Reibeigenschaften nicht wesentlich verbessert.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche den Mikroaufbau auf, bei dem ein Krümmungsradius eines oberen Bereichs der oben abgeflachten Kontaktfläche der ungefilterten Primärprofilkurve, gemessen durch den Oberflächenrauhheitsprüfer, der auf gleiche längsseitige und laterale Vergrößerungen eingestellt ist, im Bereich von 0,8 bis 10 mm liegt. Dies kann das Auftreten von Metallkontakt, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt, weiter verringern und einen höheren Reibkoeffizienten darstellen. Wenn der Krümmungsradius des oberen Bereichs der Kontaktfläche auf 10 mm oder weniger begrenzt ist, können bessere Reibeigenschaften erreicht werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung weist die Reibkontaktfläche eines der Wälzkörper auf der Antriebsseite und der angetriebenen Seite den Mikroaufbau mit Unregelmäßigkeiten auf, und die Reibkontaktfläche des anderen der Wälzkörper auf der Antriebsseite und der angetriebenen Seite weist eine arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra von 0,05 μm oder weniger auf. Dies kann ein hoher Reibkoeffizient mit größerer Stabilität darstellen und geringes Auftreten von Metallkontakt, der den unerwünschten Effekt auf die Lebensdauer bewirkt, verursachen.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung wird das Material des Wälzkörpers und eine Wärmebehandlung dafür aus Einsatzstahl und Karburieren und Quenchen und Tempern desselben, Einsatzstahl und Karbonitrieren und Quenchen und Tempern desselben, Vergüten von Lagerstahl, Karburieren und Vergüten von Lagerstahl und Karbonitrieren und Vergüten von Lagerstahl ausgewählt. Damit können zufriedenstellender Verschleißwiderstand und exzellente Reibeigenschaften geschaffen und eine große Antriebskraft über eine lange Zeitperiode übertragen werden.
Die Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann als ein Bestandteil eines halb-toroiden stufenlosen Getriebes verwendet werden, das zur Übertragung hoher Antriebskraft, Reduzierung der Einheitsgröße und -gewicht, und Zunahme der Leistungsabgabe pro Einheitsgröße und -gewicht geeignet ist. Die Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung umfasst drehbare und koaxial angeordnete Eingangs- und Ausgangsscheiben mit gegenüberliegenden Reibkontaktflächen in Form von ringförmig konkaven Oberflächen und Kraftrollen, die zwischen den Reibkontaktflächen der Eingangsund Ausgangsscheiben gegenüber gestellt sind und mit ringförmig konvexen Reibkontaktflächen ausgebildet sind, die relativ zu den Reibkontaktflächen der Eingangs- und Ausgangsscheiben drehbar sind, wobei jeder der Kraftrollen eine Drehachse aufweist, die relativ zu einer Drehachse der Scheiben neiGPar ist.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper leicht und mit hoher Genauigkeit durch Ausbilden von Vertiefungen hergestellt werden, die eine Tiefe von 10 μm oder weniger in einer Oberfläche des Wälzkörpers in gleichen Abständen aufweist, um eine abwechselnde Anordnung der Vertiefungen und Vorsprünge zu bilden und, nach dem Ausbilden, Bearbeiten der Vorsprünge, sodass eine Höhendifferenz zwischen einer oberen Fläche jeder oben abgeflachten Kontaktfläche der ungefilterten Primärprofilkurve und einem Boden jeder Vertiefung in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 μm liegt. Folglich werden eine Form der oben abgeflachten Kontaktflächen der ungefilteren Primärprofilkurve, eine Höhendifferenz zwischen den Vertiefungen und den Oberflächen der ungefilteren Primärpro filkurve, ein Verhältnis einer Gesamtlänge der Segmente der Mittellinie entsprechend den Vertiefungen der ungefilteren Profilkurve zu einer Referenzlänge der Mittellinie, ein Abstand der Vertiefungen und eine Oberflächenrauhheit der Oberflächen und dgl. zu den vorbestimmten Formen und Werten ausgebildet.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper leicht und mit hoher Genauigkeit durch Schaffen einer Oberflächenrauhheit einer Oberfläche des Wälzkörpers mit einer Zehnpunkt-Durchschnittsrauhheit Rz von 100 nm oder weniger hergestellt werden, und danach Vertiefungen ausgebildet werden, wobei jede eine Tiefe von 0,5 bis 2,5 μm in gleichen Abständen in der Oberfläche des Wälzkörpers aufweist, um eine abwechselnde Anordnung der Vertiefungen und der oben abgeflachten Kontaktflächen zwischen den Vertiefungen zu bilden. Bei der früheren Herstellung der Oberflächenrauhheit, wiesen die oberen Bereiche der oben abgeflachten Kontaktflächen die Rauhheit Rz von 100 nm oder weniger auf. Bei den neueren Ausbildungen der Vertiefungen werden eine Form der Oberflächen der ungefilterten Primärprofilkurve, eine Höhendifferenz zwischen den Vertiefungen und den Kontaktflächen der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Verhältnis der Gesamtlänge der Segmente der Mittellinie entsprechend den Vertiefungen der ungefilterten Primärprofilkurve zu einer Referenzlänge der Mittellinie, ein Abstand der Vertiefungen und dgl. anhand der vorbestimmten Formen und Werte ausgebildet.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper mit hoher Genauigkeit durch Ausbilden von Vertiefungen durch zumindest eine Bearbeitung hergestellt werden, ausgewählt aus spanabhebendem Bearbeiten (Schneiden), Schleifen, Sprengen, Laserbearbeitung und Ätzen und durch Ausbilden der oben abgeflachten Kontaktflächen durch zumindest eine Bearbei tung ausgewählt aus Superfinish, Läppen, spanabhebendem Bearbeiten, Schleifen und elektrolytischem Polieren. Eine Form der oben abgeflachten Kontaktflächen der ungefilteren Primärprofilkurve, eine Höhendifferenz zwischen den Vertiefungen und der Oberflächen der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Verhältnis aus einer Gesamtlänge der Segmente der Mittellinie entsprechend den Vertiefungen der ungefilterten Primärprofilkurve zu einer Referenzlänge der Mittellinie, ein Abstand der Vertiefungen und eine Oberflächenrauhheit der Kontaktflächen und dgl. werden anhand der vorbestimmten Formen und Werte ausgebildet. Folglich kann ein sehr genauer ausgebildeter Mikroaufbau entsprechend der Vielzahl der Unregelmäßigkeiten durch Auswahl der Bearbeitung für die jeweiligen Vertiefungen und Oberflächen geschaffen werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper mit hoher Genauigkeit und in einer kurzen Zeitdauer durch Ausbilden von Vertiefungen und Vorsprüngen durch zumindest eine Bearbeitung, ausgewählt aus Kugelstrahlen, Schleifen, Schneiden und Superfinish, und durch Ausbilden der Vorsprünge zu oben abgeflachten Kontaktflächen, die geglättete Oberflächen durch Polierrollen aufweisen, hergestellt werden. Eine Form der oben abgeflachten Kontaktflächen der ungefilterten Primärprofilkurve, eine Höhendifferenz zwischen den Vertiefungen und der Kontaktflächen der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Verhältnis von einer Gesamtlänge der Segmente der Mittellinie entsprechend der Vertiefungen der ungefilterten Primärprofilkurve zu einer Referenzlänge der Mittellinie, ein Abstand der Vertiefungen und eine Oberflächenrauhheit der Oberflächen usw. werden anhand der vorbestimmten Formen und Werte ausgebildet. Das Verfahren des Polierrollens dient der Zeitverkürzung, die zur Ausbildung der Kontaktflächen im Vergleich mit den Verfahren des Läppens und Hochglanzpolierens erforderlich ist, sodass die Herstellkosten verringert werden können. Ferner kann die Beständigkeit der Reibkontaktfläche infolge der Restspannung, die in der Oberfläche des Wälzkörpers während der Bearbeitung und Kaltverfestigung, die durch die Spannung verursacht wird, verbessert werden. Weiterhin können die oben abgeflachten Kontaktflächen mit abgerundeteren Ecken als die, die z. B. durch das Läppen gebildet werden, geschaffen werden. Dies kann das Auftreten von Schäden, die durch die Ecken der Kontaktflächen auf der Reibkontaktfläche verursacht werden, beträchtlich reduzieren und ferner die Beständigkeit verbessern.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann mindestestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper hergestellt werden, wobei die Vertiefungen einer vorbestimmten Dimension mit hoher Genauigkeit unter Verwendung eines Werkzeugs mit einem Klingenspitzenende mit zumindest einer Form, ausgewählt aus einer Einfach-R-Form (Radius-Form), einer Trapezform, einer V-Form und einer Mehrfach-R-Form und einer Breite von 4 bis 150 μm an einer Stelle um 0,5 bis 2,5 μm vom Klingenspitzenende entfernt, ausgebildet werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper hergestellt werden, wobei die Vertiefungen einer vorbestimmten Dimension mit hoher Genauigkeit durch Drehen unter Verwendung eines Werkzeuges mit einem runden Klingenspitzenende mit einem Radius von 0,2 mm oder weniger ausgebildet werden können.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper in kurzer Zeit durch gleichzeitiges Ausbilden von Vertiefungen und oben abgeflachten Kontaktflächen ausgebildet werden, wobei ein einziges Werkzeug mit Schneidklingen entsprechend den Vertiefungen bzw. den oben abgeflachten Kontaktflächen verwendet wird, und die Schneidklingen eine Abmessungsdifferenz von 0,5 bis 2,5 μm aufweisen. Folglich liegt eine Höhendifferenz zwischen den Vertiefungen und den oben abgeflachten Kontaktflächen der ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 2,5 μm.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann die mindestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper, bei dem die Zehnpunkt-Durchschnittsrauhheit Rz der oberen Bereiche der oben abgeflachten Kontaktflächen der ungefilterten Primärprofilkurve 100 nm oder kleiner oder 40 nm oder kleiner ist, durch Bearbeitung der Kontaktflächen unter Verwendung eines feststehenden Schleifwerkzeugs mit Schleifkörnern mit einem mittleren Korndurchmesser von 9 μm oder weniger ausgebildet werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann die mindestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper, in denen die Zehnpunkt-Durchnittsrauhheit Rz der oberen Bereiche der oben abgeflachten Kontaktflächen der ungefilterten Primärprofilkurve 100 nm oder kleiner oder 40 nm oder kleiner ist, durch Ausbilden der Kontaktflächen unter Verwendung eines elastischen Schleifsteins mit Schleifkörnern mit einem mittleren Korndurchmessern von 30 μm oder weniger hergestellt werden.
In der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung kann die mindestens eine der Reibkontaktflächen der Wälzkörper in der folgenden Art hergestellt werden. Der Wälzkörper wird um eine Mittelachse und zur gleichen Zeit wird der Wälzkörper und ein Werkzeug relativ in zumindest einer Richtung, ausgewählt aus einer Richtung der Mittelachse des Wälzkörpers und einer Richtung senkrecht zur Mittelachse, während der Wälzkörper das Werkzeug berührt, bewegt. Durch das Verfahren kann der Mikroaufbau der Reibkontaktfläche gestaltet werden, indem die Vertiefungen kontinuierlich und in einer kurzen Zeitperiode entlang der Drehrichtung des Wälzkörpers ausgebil det werden, und falls nach Ausbilden der Vertiefungen das Schleifen ausgeführt wird, können Schleifkörner oder Späne problemlos abgeführt werden, weil die Vertiefungen spiralförmig ausgebildet sind, sodass das Schleifen mit einer guten Schneide jederzeit ausgeführt werden kann und das Beenden der Bearbeitung effizient ausgeführt werden kann.
BEISPIELE
Die Beispiele 1 bis 10 und das Vergleichsbeispiel 1 werden anschließend erklärt.
Beispiel 1
Zwei Wälzkörper (Teststücke 22 und 24) der Rotationseinheit für Reibantrieb der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Weise hergestellt. Ein ebenes Teststück 24 der Wälzkörper wird aus JIS SCM 420 H-Stahl (Chrommolybdänstahl), der dem Karburieren und Quenchen und Tempern unterzogen wurde, hergestellt, und zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 40 mm, einer Dicke von 20 mm und einer ebenen zylindrischen äußeren Oberfläche ausgebildet wurde, die zu der Reibkontaktfläche geformt worden ist. Nach dem Schleifen und dem Superfinish erfolgt das Kugelstrahlen der Außenfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) durch eine pneumatische Kugelstrahlvorrichtung bei einem Luftdruck von 0,5 MPa und unter Verwendung von Stahlkugeln, die eine Vickershärte von Hv 750 und einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,05 mm aufweisen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Projektordüse in einer Richtung der Rotationsachse des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) hin und her bewegt, während der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) rotiert, sodass eine Kugelausstoßmenge über die gesamte Außenfläche im Wesentlichen gleichmäßig verteilt wird. Weiterhin wird die Kugelausstoßzeit auf 20 Sekunden eingestellt. Zufällig verteilte Vertiefungen und Vorsprünge werden durch das Kugelstrahlen in der Außenfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) gebildet. Nach der Kugelstrahlbehandlung werden die Vorsprünge in der Außenfläche durch das Bandläppen weggeschnitten. Die Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) wurde so gestaltet, dass sie einen Mikroaufbau aus einer Kombination aus Dellen und oben abgeflachten Kontaktflächen aufweist. Aus der folgenden Messung der Reibkontaktfläche ergibt sich, dass unter den Dellen, die einen Durchmesser von 5 bis 30 μm und eine Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm aufweisen, diese 38% eines Referenzbereichs der Reibkontaktfläche belegen und deren Anzahl 28 per 100 μm² beträgt. Zusätzlich beträgt die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche 0,121 μm und die maximale Höhe Ry 0,780 μm, wie in JIS B 0601-1994 beschrieben.
Der andere Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde aus JIS SCM 420 H-Stahl, der einem Karburieren und Vergüten unterzogen wurde, hergestellt und zu einer zylindrischen Form ausgebildet, die einen Durchmesser von 40 mm und eine Dicke von 20 mm und eine ballig geformte Außenfläche mit einem Radius R von 700 mm aufweist, die zu der Reibkontaktfläche ausgebildet wurde. Die Außenfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) wurde dem Schleifen und Superfinish unterzogen. Die Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) wurde so gestaltet, dass die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra 0,021 μm und die maximale Höhe Ry 0,155 μm betrug.
Die so hergestellten Wälzkörper 22 und 24 (Teststücke) werden in einer zweizylindrigen Rollen- bzw. Walzentesteinrichtung 21, dargestellt in 2, angeordnet und ein Roll/Rutsch-Test wird unter Verwendung der zweizylindrigen Rollentesteinrichtung 21 durchgeführt. Der Reibkoeffizient in Beispiel 1 wird bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% berechnet. Der maximale Lagerdruck bei einem Hertzschen Kontakt beträgt 0,53 GPa, wobei die Hertzsche Kontaktellipse einen Nebenachsendurchmesser, d. h., eine Länge, die sich parallel zur Drehrichtung der Wälzkörper 22 und 24 erstreckt, von 0,18 mm, und einen Haupt achsendurchmsser, d. h., eine Länge, die sich senkrecht zur Drehrichtung der Wälzkörper 22 und 24 erstreckt, von 2,8 mm aufweist.
Wie in 2 dargestellt, enthält die zweizylindrige Rollentesteinrichtung 21 eine angetriebene Welle 25, die den Wälzkörper 22 (balliges Teststück) trägt und die Hauptwelle 23, die den Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) trägt. Der Drehmomentsensor 26 ist an der Hauptwelle 23 angeordnet. Der Hauptwellen-Zahnriemen 28 ist um die Hauptwelle 23 und die Motorwelle 27a des Servomotors 27 gespannt. Die angetriebene Welle 25 ist an der Gleitbasis 34 angeordnet, die in eine Richtung senkrecht zur axialen Richtung durch das Lager 29 hindurch beweglich ist. Der Zahnriemen der angetriebenen Welle 31 ist um die angetriebene Welle 25 und die Motorwelle 30a des Servomotors 30 gespannt, der ebenfalls mit dem Motor 30 auf der Gleitbasis 34 angeordnet ist. Beide Wälzkörper 22 und 24 (Teststücke) haben Rollkontakt durch Druckanlegen mittels des Luftzylinders 32 auf die Gleitbasis 34. Der Reibkoeffizient kann durch Messen des Drehmoments, das an der Hauptwelle 23 erzeugt wird, durch den Drehmomentsensor 26, der im Antriebskraftübertragungssystem (Hauptwelle 23) auf der Seite des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) angeordnet ist, berechnet werden. In den Tests der Beispiele 1 bis 10 und des Vergleichsbeispiels 1, beträgt das Rutsch/Roll-Verhältnis 0 bis 5 %, die durchschnittliche Rotationsgeschwindigkeit 5,2 m pro Sekunde und die durchschnittliche Wellenumdrehungszahl 500 Umdrehungen pro Minute (die Summe der Umdrehungszahl von der Hauptwelle 23 und der angetriebenen Welle 25 beträgt 1.000 Umdrehungen pro Minute), wobei anzunehmen ist, dass die Rotationsgeschwindigkeit durch das gleichmäßige Aufbringen eines Differenziaas auf die Hauptwelle 23 und die angetriebene Welle 25 konstant ist. Der Rollkontakt zwischen dem einen Wälzkörper 22 (balliges Teststück) und dem anderen Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wird in einem Ölbad 33 mit einem Reiböl, eingestellt auf 100°C, ausgeführt. Die Nissan-CVT-Flüssigkeit KTF-1 (exclusive Extroid-CVT-Reibflüssigkeit) wird als Reiböl verwendet. Die vertikale Belastung, erzeugt durch den Druck, der vom Luftzylinder 32 aufgebracht wird, wird auf 147 N eingestellt.
Beispiel 2
Beide Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, mit Ausnahme der in den Tabellen 1 und 2 aufgelisteten unterschiedlichen Bedingungen. Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) im Beispiel 2 unterscheiden sich bezüglich der folgenden Angaben von denen des Beispieles 1. Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 27%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 22. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,087 μm und die maximale Höhe Ry 0,507 μm. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,012 μm und die maximale Höhe Ry 0,093 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Beispiel 3
Beide Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, mit Ausnahme der in den Tabellen 1 und 2 aufgelisteten unterschiedlichen Bedingungen. Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) im Beispiel 3 unterscheiden sich bezüglich der folgenden Angaben von denen des Beispieles 1. Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 18%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 16. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,093 μm und die maximale Höhe Ry 0,502 μm. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,015 μm und die maximale Höhe Ry 0,100 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Beispiel 4
Beide Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, mit Ausnahme der in den Tabellen 1 und 2 aufgelisteten unterschiedlichen Bedingungen. Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) im Beispiel 4 unterscheiden sich bezüglich der folgenden Angaben von denen des Beispieles 1. Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 6%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 11. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,076 μm und die maximale Höhe Ry 0,406 μm. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,016 μm und die maximale Höhe Ry 0,118 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Beispiel 5
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, hergestellt, außer dass das Bandläppen im Beispiel 2 in das Läppen verändert wurde. Die Zielwerte entsprachen denen in Beispiel 2. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, hergestellt.
Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) im Beispiel 5 unterscheiden sich bezüglich der folgenden Angaben von denen des Beispieles 2. Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 22%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 19. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,095 μm und die maximale Höhe Ry 0,552 μm. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,014 μm und die maximale Höhe Ry 0,110 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Beispiel 6
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, hergestellt, außer dass das Bandläppen im Beispiel 2 in das Hochglanzpolieren verändert wurde. Die Zielwerte entsprachen denen in Beispiel 2. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, hergestellt.
Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) im Beispiel 6 unterscheiden sich bezüglich der folgenden Angaben von denen des Beispieles 2. Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 25%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 20. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,081 μm und die maximale Höhe Ry 0,473 μm. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,013 μm und die maximale Höhe Ry 0,095 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Beispiel 7
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, hergestellt, außer dass die Wärmebehandlung des Karburierens und Vergütens in Beispiel 2 in das Karbonitrieren und Vergüten verändert wurde. Die Zielwerte entsprachen denen im Beispiel 2. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, hergestellt.
Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) im Beispiel 7 unterscheiden sich bezüglich der folgenden Angaben von denen des Beispieles 2. Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 20%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 17. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,088 μm und die maximale Höhe Ry 0,522 μm. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,018 μm und die maximale Höhe Ry 0,099 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Beispiel 8
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, hergestellt, außer dass das Karburieren und Vergüten von JIS SCM 420H-Stahl in Beispiel 2 in das Vergüten von JIS SUJ2-Stahl (kohlenstoffreicher Chrom-Lagerstahl) verändert wurde. Die Zielwerte entsprachen denen im Beispiel 2. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, hergestellt.
Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) im Beispiel 8 unterscheiden sich bezüglich der folgenden Angaben von denen des Beispieles 2. Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 23%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 22. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,073 μm und die maximale Höhe Ry 0,472 μm. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,017 μm und die maximale Höhe Ry 0,104 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Beispiel 9
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 8 beschrieben, hergestellt, außer dass die Wärmebehandlung im Beispiel 8 in das Karbonitrieren und Vergüten verändert wurde. Die Zielwerte entsprachen denen in Beispiel 8. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 2 beschrieben, hergestellt.
Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) im Beispiel 2 unterscheiden sich bezüglich der folgenden Angaben von denen des Beispieles 1. Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 27%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 27. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,095 μm und die maximale Höhe Ry 0,634 μm. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,018 μm und die maximale Höhe Ry 0,110 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Beispiel 10
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) besteht aus dem gleichen Material und wurde so hergestellt, dass das Verfahren und die Zielwerte denen, wie im Beispiel 2 beschrieben, entsprachen. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) bestand aus dem gleichen Material wie der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) und wurde durch das gleiche Verfahren wie der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Kugelstrahlen und Bandläppen nach dem Schleifen und Superfinish ausgeführt wurde. Die Mikroaufbauten der Reibkontaktflächen der Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) waren eine Kombination aus Dellen und oben abgeflachter Kontaktflächen.
Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) im Beispiel 10 unterscheiden sich bezüglich der folgenden Angaben von denen des Beispieles 2. Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 21%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 22. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,095 μm und die maximale Höhe Ry 0,487 μm. Andererseits beträgt das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und einer Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) 22%, und die Anzahl der Dellen pro 100 μm² beträgt 20. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,087 μm und die maximale Höhe Ry 0,514 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Vergleichsbeispiel 1
Die Wälzkörper 22 und 24 (Teststücke) wurden aus dem gleichen Material, wie im Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Abweichend von jedem Beispiel 1 bis 10, wurden die Wälzkörper 22 und 24 (Teststücke) lediglich dem Superfinish unterzogen, um zu ebenen Reibkontaktflächen ohne Dellen ausgebildet zu werden.
Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,018 μm und die maximale Höhe Ry 0,102 μm. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) beträgt 0,021 μm und die maximale Höhe Ry 0,120 μm. Der Roll/Rutsch-Test wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und der Reibkoeffizient berechnet.
Die Herstellbedingungen und erzielten Eigenschaften der Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) aus den Beispielen 1 bis 10 und dem Vergleichsbeispiel 1 werden in Tabelle 1 dargestellt, während die Herstellbedingungen und erzielten Eigenschaften der Wälzkörper 22 (ballige Teststücke) aus den Beispielen 1 bis 10 und dem Vergleichsbeispiel 1 in der Tabelle 2 dargestellt sind. Die Verhältnisse der Reibkoeffizienten in den jeweiligen Beispielen 1 bis 10 zum Reibkoeffizienten im Vergleichsbeispiel 1 werden in Tabelle 3 dargestellt, basierend auf den Reibkoeffizienten, die in den Beispielen 1 bis 10 und dem Vergleichsbeispiel 1 bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% erzielt wurden.
Tabelle 1 Ebenes Teststück
Legende:
Tabelle 2 Balliges Teststück
Legende:
Tabelle 3
Wie aus den Ergebnissen, dargestellt in Tabelle 3, ersichtlich wird, wurden in den Beispielen 1 bis 10 zufrieden stellende Reibkoeffizienten erreicht. Es ist ersichtlich, dass die zufrieden stellenden Reibkoeffizienten durch das Herstellen des Mikroaufbaues der Reibkontaktfläche von jedem oder einen der Wälzkörper 24 und 22 in der Form einer Kombination aus Dellen und oben abgeflachter Kontaktflächen erreicht werden können, wobei das Verhältnis des Gesamtbereichs der Dellen mit einem Durchmesser von 5 bis 30 μm und der Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm zum Referenzbereich der Reibkontaktfläche 5 bis 40% beträgt, die Dellen im Wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Reib kontaktfläche verteilt sind und die Dellen und die nach oben abgeflachten Kontaktflächen zwischen den Dellen gegenseitig unabhängig sind, und die Anzahl der Dellen mit dem Durchmesser von 5 bis 30 μm und der Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm innerhalb des Bereiches von 10 bis 30 pro 100 μm² liegt und die Oberflächenrauhheit der Reibkontaktfläche so ausgebildet ist, dass die arithmetische Durchschnittsrauheit Ra 0,07 bis 0,15 μm oder die maximale Höhe Ry 0,4 bis 1,0 μm beträgt.
Im Unterschied dazu wird der Reibkoeffizient im Vergleichsbeispiel 1, wenn beide Wälzkörper dem Superfinish unterzogen wurden, um zur ebenen Reibkontaktfläche ausgebildet zu werden, niedriger als der Reibkoeffizient in irgendeinem der Beispiele 1 bis 10 dargestellt.
Als nächstes werden die Beispiele 11 bis 17 und die Vergleichsbeispiele 2 bis 6 erklärt.
Beispiel 11
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde aus JIS SCM420H-Stahl, der dem Karburieren und Vergüten unterzogen worden ist, hergestellt und zu einer zylindrischen Form ausgebildet, die einen Durchmesser von 40 mm, eine Dicke von 20 mm und eine ebene zylindrische äußere Oberfläche aufweist, die zu der Reibkontaktfläche ausgebildet wird. Nach dem Schleifen und Superfinish wurde die Außenfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) durch eine pneumatische Kugelstrahleinrichtung bei einem Luftdruck von 0,5 MPa und unter Verwendung von Stahlkugeln, die eine Vickershärte von Hv750 und einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,05 mm aufweisen, kugelgestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Projektordüse in einer Richtung der Rotationsachse des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) hin und her bewegt, während der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) rotierte, sodass eine Kugelausstoßmenge der Stahlkugeln im Wesentlichen über die gesamte Außenfläche gleich blieb. Die Kugelausstoßzeit wurde auf 20 sek. eingestellt. Die Vertiefungen und Vorsprünge zwischen den Vertiefungen wurden durch das Kugelstrahlen in der Außenfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) zufällig ausgebildet. Nach dem Kugelstrahlen wurden die Vorsprünge in der Außenfläche durch das Bandläppen bearbeitet. Die Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) wurde so gestaltet, dass sie einen Mikroaufbau aus einer Kombination von Dellen und oben abgeflachter Kontaktflächen aufwies. Die Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) wurde unter Verwendung eines Abtast-Oberflächenrauhheitsprüfers bei einer Abtrenngröße von 0,08 und einer Messlänge von 0,4 mm gemessen. Der Oberflächenrauhheitsprüfer war ein Surfcom 1400 A-Typ, produziert von der Tokyo Seimitsu Company, Ltd. Das Verhältnis eines Gesamtbereichs von Dellen zu einem Referenzbereich der Reibkontaktfläche wurde durch eine Bildauswertung festgelegt. Es ergab sich, dass 38% des Referenzbereichs der Reibkontaktfläche von den Dellen belegt waren, die einen Durchmesser von 5 bis 30 μm und eine Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm aufwiesen. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) betrug 0,121 μm und die maximale Höhe Ry 0,780 μm.
Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde aus JIS SCM42OH-Stahl hergestellt, der dem Karburieren und Vergüten unterzogen und zu einer zylindrischen Form ausgebildet wurde, die einen Durchmesser von 40 mm, eine Dicke von 20 mm und eine ballig gestaltete Außenfläche mit einem Radius R von 700 mm aufweist, welche als Reibkontaktfläche ausgebildet worden ist. Die Außenfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) wurde dem Schleifen und dem Superfinish unterzogen, um somit zu der Reibkontaktfläche gebildet zu werden. Die so gestaltete Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) weist eine Oberflächenrauhheit auf, bei der die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra 0,021 μm und die maximale Höhe Ry 0,155 μm beträgt.
Die so hergestellten Wälzkörper 22 und 24 (Teststücke) wurden in einer zweizylindrigen Rollentesteinrichtung 21, dargestellt in 2, installiert und der Roll/Rutsch-Test wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 ausgeführt. Der Reibkoeffizient und das Ölfilmbildungsverhältnis wurden beim Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% berechnet. Der maximale Lagerdruck betrug 0,53 GPa beim Hertzschen Kontakt und die Hertzsche Kontaktellipse wies einen Nebenachsendurchmesser, d. h. eine Länge, welche sich parallel zur Drehrichtung der Wälzkörper 22 und 24 erstreckt, von 0,18 mm und einen Hauptachsendurchmesser, d. h. eine Länge, welche sich senkrecht zur Drehrichtung der Wälzkörper 22 und 24 erstreckt, von 2,8 mm.
Beispiel 12
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, hergestellt, mit Ausnahme der in Tabelle 4 aufgelisteten unterschiedlichen Bedingungen. Der so hergestellte Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) im Beispiel 12 unterscheidet sich bezüglich der folgenden Angaben von dem des Beispielen 11.
Das Verhältnis eines Gesamtbereiches an Dellen, die einen Durchmesser von 5 bis 30 μm und eine Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm aufweisen, zu einem Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) betrug 30%. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) beträgt 0,087 μm und die maximale Höhe Ry 0,507 μm. Andererseits wurde die Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, hergestellt. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung des Reibkoeffizienten und des Reibölbildungsverhältnisses wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, durchgeführt.
Beispiel 13
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 11 beschrieben, durch das Schleifen und Finish hergestellt, jedoch wurde der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) nach dem Schleifen und Finish dem Ultrapräzisionsschneiden unter Verwendung eines gesinterten kubischen Bornitrid-Werkzeugs (CBN) mit einer runden Spitze und einem Radius R von 200 μm unterzogen, wobei die Schnittgeschwindigkeit 250 m/min, die Zuführgeschwindigkeit 0,05 mm pro Umdrehung und die Schnitttiefe in radialer Richtung 0,003 mm betrug. Somit wurden die Umfangsnuten und die Vorsprünge zwischen den Umfangsnuten an der Außenfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) gebildet. Als nächstes wurden die Vorsprünge durch das Bandläppen berarbeitet, um nach oben abgeflachte Kontaktflächen zu formen, sodass die Umfangsnuten und die nach oben abgeflachten Kontaktflächen in der Reibkontaktfläche ausgebildet wurden. Die so gestaltete Reibkontaktfläche wies einen Mikroaufbau aus einer Kombination von Umfangsnuten und nach oben abgeflachten Kontaktflächen auf. Das Verhältnis eines Gesamtbereichs von Nuten zu einem Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) betrug 25%. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) betrug 0,034 μm und die maximale Höhe Ry 0,241 μm. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, hergestellt. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung des Reibkoeffizienten und des Reibölbildungsverhältnisses wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, durchgeführt.
Beispiel 14
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 13 beschrieben, hergestellt, mit Ausnahme der unterschiedlichen Bedingungen für das Bandläppen.
Der so hergestellte Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) in Beispiel 14 unterscheidet sich von dem in Beispiel 13 bezüglich der folgenden Angaben. Das Verhältnis eines Gesamtbereichs von Umfangsnuten zu einem Referenzbereich der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) betrug 10%. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) betrug 0,084 μm und die maximale Höhe Ry 0,880 μm. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, hergestellt. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung des Reibkoeffizienten und des Reibölbildungsverhältnisses wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, durchgeführt.
Beispiele 15 bis 17 und Vergleichsbeispiele 2 und 4 bis 6
Die Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, hergestellt, außer dass das Kugelstrahlen und Bandläppen nach dem Superfinish ausgelassen und eine Zeitdauer für das Superfinish verändert wurden. Die Schleifmarken, die durch das Schleifen gebildet wurden, werden durch das Superfinish entfernt. Die so hergestellten Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) in den Beispielen 15 bis 17 und Vergleichsbeispielen 2 und 4 bis 6 unterschieden sich von denen im Beispiel 11. Im Beispiel 15 betrug die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche 0,026 μm und die maximale Höhe Ry 0,180 μm. Im Beispiel 16 betrug die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche 0,020 μm und die maximale Höhe Ry 0,134 μm. Im Beispiel 17 betrug die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche 0,033 μm und die maximale Höhe Ry 0,313 μm. Im Vergleichsbeispiel 2 betrug die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche 0,017 μm und die maximale Höhe Ry 0,102 μm. Im Vergleichsbeispiel 4 betrug die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche 0,033 μm und die maximale Höhe Ry 0,275 μm. Im Vergleichsbeispiel 5 betrug die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche 0,068 μm und die maximale Höhe Ry 0,203 μm. Im Vergleichsbeispiel 6 betrug die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche 0,054 μm und die maximale Höhe Ry 0,313 μm.
Die Wälzkörper 22 (ballige Teststücke) wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, hergestellt. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung des Reibkoeffizienten und des Reibölbildungsverhältnisses wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 11 beschrieben, durchgeführt.
Vergleichsbeispiel 3
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie in Beispiel 11 beschrieben, hergestellt, außer dass das Bandläppen nach dem Kugelstrahlen ausgelassen wurde. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) betrug 0,125 μm und die maximale Höhe Ry 0,686 μm. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, hergestellt. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung des Reibkoeffizienten und des Reibölbildungsverhältnisses wurden in der gleichen Weise, wie im Beispiel 11 beschrieben, durchgeführt.
Die Herstellbedingungen und erzielten Eigenschaften der Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) in den Beispielen 11 bis 17 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 sind in Tabelle 4 dargestellt, während die Herstellbedingungen und erzielten Eigenschaften der Wälzkörper 22 (ballige Teststücke) in Tabelle 5 dargestellt sind. Die Verhältnisse der Reibkoeffizienten in den jeweiligen Beispielen 11 bis 17 und Vergleichsbeispielen 2 bis 6 zum Reibkoeffizienten im Vergleichsbeispiel 2 sind in Tabelle 4 dargestellt, basierend auf den Reibkoeffizienten, die in den Beispielen 11 bis 17 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% erhalten wurden. Die Raten der Ölfilmbildungs-Verhältnisse in den jeweiligen Beispielen 11 bis 17 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 zum Ölfilmbildungs-Verhältnis im Vergleichsbeispiel 2 sind auch in der Tabelle 4 dargestellt, basierend auf den Ölfilmbildungs-Verhältnissen, die in den Beispielen 11 bis 17 und den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% erhalten wurden.
Tabelle 4 Ebenes Teststück
Legende:
Tabelle 4 (Fortsetzung) Ebenes Teststück
Legende:
Tabelle 5 Balliges Teststück
Legende:
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich wird, liegt das Ölspeichervolumen Vo der Reibkontaktfläche (der Parameter der speziellen Lagerkurve gemäß DIN EN ISO 13565-1 und DIN EN ISO 13565-2) in den Beispielen 11 bis 17 innerhalb eines Bereichs von 7 × 10^–6 (mm³/mm²) bis 3 × 10^–4 (mm³/mm²) , und das Ölspeicher-Tiefenverhältnis K innerhalb eines Bereiches von 0,9 bis 2,0. Das Ölspeichervolumen Vo und das Ölspeicher-Tiefenverhältnis K werden durch folgende Gleichungen ausgedrückt: Vo = [(100 – Mr2) × Rvk(μm)]/200.000(mm3/mm2) K = Rvk/Rkwobei Mr2 den Materialbereich, Rvk die reduzierte Taltiefe und Rk die Kernrauhheittiefe bezeichnet, wie in der DIN EN ISO 13565-2 definiert. Ferner werden die zufrieden stellenden Reibkoeffizienten dargestellt.
Wie zusätzlich aus der Tabelle 4 ersichtlich wird, wurde in den Beispielen 11 bis 14 herausgefunden, dass der Reibkoeffizient verbessert werden kann, wenn der Metallkontakt durch Verwendung der Kombination aus Dellen und nach oben abgeflachter Kontaktflächen oder von Umfangsnuten und nach oben abgeflachter Kontaktflächen für den Mikroaufbau der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers auf einem niedrigen Niveau gehalten wird.
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich wird, wurde in den Beispielen 13 und 14 überdies herausgefunden, dass der Reibkoeffizient ferner verbessert werden kann, wenn das Verhältnis Sm/a des mittleren Abstands Sm zwischen den Unregelmäßigkeiten der Reibkontaktfläche, wie beschrieben als der Parameter gemäß JIS B0601-1994, auf einen halben Wert a eines Hauptachsendurchmessers einer Hertzschen Kontaktellipse 0,08 oder weniger eingestellt wird.
Im Gegensatz dazu war in den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 das Ölspeichervolumen Vo kleiner als 7 × 10^–6 (mm³/mm²) und das Ölspeicher-Tiefenverhältnis K kleiner als 0,9. Folglich waren die Reibkoeffizienten in den Vergleichsbeispielen 2 bis 6 kleiner als die in den Beispielen 11 bis 17.
Als nächstes werden die Beispiele 18 bis 24 und das Vergleichsbeispiel 7 erklärt.
Beispiele 18 bis 24
Die Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) wurden aus JIS SCM 420 H-Stahl hergestellt, der dem Karburieren und Vergüten unterzogen wurde und zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 40 mm, einer Dicke von 20 mm und einer ebenen zylindri schen Außenfläche ausgebildet wurde. Nach dem Schleifen und Superfinish wurde die Außenfläche jedes Wälzkörpers 24 (ebene Teststücke) einem Superpräzisionsschneiden unter Verwendung eines gesinterten kubischen Bornitrid(CBN)-Werkzeugs mit einer runden Spitze und einem Radius R von 200 μm unterzogen, wobei die Schneidgeschwindigkeit 250 m/min, Zuführgeschwindigkeit 0,01 bis 0,03 mm pro Umdrehung und Schnitttiefe in radialer Richtung 0,003 mm betrug. Nachfolgend wurden Vorsprünge, die sich am Boden der Außenfläche gebildet hatten, durch das Bandläppen bearbeitet, um die Reibkontaktfläche mit dem Mikroaufbau aus einer Kombination von Umfangsnuten parallel zur Drehrichtung des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) und den oben abgeflachten Kontaktflächen zu bilden. Die Herstellbedingungen und erzielten Eigenschaften der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) sind in der Tabelle 6 dargestellt.
Die Wälzkörper 22 (ballige Teststücke) wurden aus JIS 420 H-Stahl hergestellt, der dem Karburieren und Vergüten unterzogen wurde, und zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 40 mm, einer Dicke von 20 mm und einer ballig geformten Außenfläche mit einem Radius R von 700 mm ausgebildet. Die Außenfläche jedes Wälzkörpers 22 (balliges Teststück) wurde dem Schleifen und Superfinish unterzogen, um die Reibkontaktfläche mit einer arithmetischen Durchschnittsrauhheit Ra von 0,021 μm und einer maximalen Höhe Ry von 0,155 μm auszubilden, wie in Tabelle 7 dargestellt.
Die so hergestellten Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) in den Beispielen 18 bis 24 wurden im zweizylindrigen Rollentester 21, dargestellt in 2, installiert und der Roll/Rutsch-Test wurde unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 ausgeführt. Die Reibkoeffizienten und die Ölfilmbildungsverhältnisse in den Beispielen 18 bis 24 wurden bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% berechnet. Der maximale Lagerdruck betrug 0,53 GPa in einem Hertzschen Kontakt und die Hertzsche Kontaktellipse wies einen Nebenachsendurchmesser auf, d. h. eine Länge von 0,18 mm, die sich parallel zur Rotationsrichtung der Wälzkörper 22 und 24 erstreckte, und einen Hauptachsendurchmesser, d. h. eine Länge von 2,8 mm, die sich senkrecht zur Rotationsrichtung der Wälzkörper 22 und 24 erstreckte.
Vergleichsbeispiel 7
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 18 beschrieben, hergestellt, außer dass das Superpräzisionsschneiden und das Bandläppen nach dem Superfinish ausgelassen wurden. Die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra der Reibkontaktfläche des so hergestellten Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) und die maximale Höhe Ry sind in der Tabelle 6 dargestellt. Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 18 beschrieben, hergestellt. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung des Reibkoeffizienten und des Reibölbildungsverhältnisses wurden in der gleichen Weise, wie in den Beispielen 18 bis 24 beschrieben, ausgeführt.
Die Verhältnisse der Reibkoeffizienten in den jeweiligen Beispielen 18 bis 24 zum Reibkoeffizienten im Vergleichsbeispiel 7 sind in der Tabelle 6 dargestellt, basierend auf den Reibkoeffizienten, die in den Beispielen 18 bis 24 und dem Vergleichsbeispiel 7 bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% erzielt wurden. Die Raten der Ölfilmbildungs-Verhältnisse in den jeweiligen Beispielen 18 bis 24 zum Ölfilmbildungsverhältnis im Vergleichsbeispiel 7 sind ebenfalls in der Tabelle 6 dargestellt, basierend auf den Ölfilmbildungsverhältnissen, die in den Beispielen 18 bis 24 und dem Vergleichsbeispiel 7 bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% erzielt wurden.
Tabelle 6 Ebenes Teststück
Legende:
Tabelle 6 (Fortsetzung) Ebenes Teststück
Legende:
Tabelle 7 Balliges Teststück
Wie aus Tabelle 6 ersichtlich wird, weist der Mikroaufbau der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) in den Beispiel 18 bis 24 die Kombination aus Umfangsnuten parallel zur Rotationsrichtung des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) und nach oben abgeflachter Kontaktflächen auf. Die Umfangsnuten weisen die Breite von 2 bis 10 μm, den Abstand von 10 bis 30 μm und die Tiefe von 0,1 bis 1,0 μm auf. Das Ölspeichervolumen Vo liegt innerhalb des Bereiches von 7 × 10 bis 3 × 10^–4 (mm^3/mm²) und das Ölspeichertiefenverhältnis K inn^–6 erhalb des Bereiches von 0,9 bis 2,0. Somit werden zufrieden stellende Reibkoeffizienten dargestellt.
Zusätzlich kann der Reibkoeffizient, der sich bei der Oberflächenrauhheit der Reibkontaktfläche mit der arithmetischen Durchschnittsrauhheit Ra von 0,03 bis 0,13 μm oder der maximalen Höhe Ry von 0,2 bis 0,9 μm ergibt, weiter verbessert werden und die Wirkung über längere Zeit aufrechterhalten werden.
Im Gegensatz dazu weist im Vergleichsbeispiel 7 der Mikroaufbau der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) die Form von unterbrochenen Nuten auf, wobei das Ölspeichervolumen Vo kleiner als 7 × 10^–6 (mm^3/mm²) und das Ölspeicher-Tiefenverhältnis K kleiner als 0,9 war. Der Reibkoef fizient wurde mit einem niedrigeren Wert als in den Beispielen 18 bis 24 dargestellt.
Als nächstes werden die Beispiele 25 bis 35 und die Vergleichsbeispiele 8 bis 12 erklärt.
Beispiele 25 bis 35 und Vergleichsbeispiele 8 bis 11
Die Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) wurden aus JIS SCr 420 H-Stahl (Chromstahl), der dem Karburieren und Vergüten, JIS SCM 420 H-Stahl, der dem Karburieren und Vergüten, JIS SCM 420 H-Stahl, der dem Karbonitrieren und Vergüten, JIS SUJ 2-Stahl, der dem Vergüten und JIS SUJ 2-Stahl, der dem Karbonitrieren und Vergüten unterzogen wurde, hergestellt. Die Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) wurden zu einer ebenen zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 40 mm, einer Dicke von 20 mm und einer ebenen zylindrischen Außenfläche ausgebildet. Nach dem Schleifen wurden die Außenflächen der Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) dem Nut-Präzisionsschneiden unter Verwendung mehrkristalliner CBN-Werkzeuge mit Werkzeugschneidspitzen unterzogen, wie in Tabelle 8 dargestellt, um Umfangsnuten und Vorsprünge zwischen den Nuten zu bilden. Die Umfangsnuten weisen die Form von Spiralnuten, die sich entlang der Drehachse des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) zu gleichen Intervallen erstrecken, auf. Nachfolgend wurden die Vorsprünge, die an der Außenfläche ausgebildet wurden, durch das Bandläppen bearbeitet, um nach oben abgeflachte Kontaktflächen mit einer wünschenswerten Form zu bilden. Somit wurde die Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) geschaffen.
Die Wälzkörper 22 (ballige Teststücke) wurden aus JIS SUJ 2-Stahl hergestellt, der dem Vergüten unterzogen wurde, und zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 40 mm, einer Dicke von 20 mm und einer ballig geformten Außenfläche mit einem Radius R von 700 mm ausgebildet. Nach dem Schleifen wurde die Außenfläche durch das Bandläppen abschließend bearbei tet, um eine Reibkontaktfläche zu gestalten, die eine arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra von 0,01 μm und eine maximale Höhe Ry von 0,1 μm aufweist.
Die ungefilteren Primärprofilkurven der Reibkontaktflächen der Wälzkörper 24 und 22 (Teststücke) in den Beispielen 25 bis 35 und den Vergleichsbeispielen 8 bis 11 wurden unter Verwendung des Oberflächenrauhheitsprüfers, wie in Beispiel 11, gemessen, der auf gleiche längsseitige und laterale Vergrößerungen eingestellt worden war. Die ungefilterten Primärprofilkurven der Reibkontaktflächen der Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) aus den Beispielen 25 bis 35 sind in 3 bis 13 dargestellt, während die ungefilterten Primärprofilkurven der Reibkontaktflächen der Wälzkörper 24 (ebene Teststücke) aus den Vergleichsbeispielen 8 und 11 in 14 bis 17 dargestellt sind. Zusätzlich sind die ungefilterten Primärprofilkurven der Reibkontaktflächen der Wälzkörper 22 (ballige Teststücke) aus den Beispielen 25 bis 25 und den Vergleichsbeispielen 8 bis 11 in 18 dargestellt.
Die so hergestellten Wälzkörper 22 und 24 (Teststücke) aus den Beispielen 25 bis 35 und den Vergleichsbeispielen 8 bis 11 wurden dem Roll/Rutsch-Test unter Verwendung des zweizylindrigen Rollentesters 21, dargestellt in 2, unterzogen. Die Struktur des zweizylindrigen Rolltesters 21 ist oben beschrieben, darum wird eine detaillierte Erklärung weggelassen. Im Test betrug das Rutsch/Roll-Verhältnis 0 bis 5%, die durchschnittliche Rotatationsgeschwindigkeit 1,1 m/sek. und 5,2 m/sek. und die durchschnittliche Wellenumdrehungszahl 500 und 2500 UPM (die Summe der Umdrehungszahl der Hauptwelle 23 und der angetriebenen Welle 25 betrug entsprechend 1000 und 5000 UPM), wobei die Rotationsgeschwindigkeit durch das gleichmäßige Aufbringen eines Differentials auf die Hauptwelle 23 und die angetriebene Welle 25 konstant war. Der Rollkontakt zwischen beiden Wälzkörpern 22 und 24 (Teststücke) wurde in einem Ölbad 33 mit einem Reiböl, eingestellt auf 100°C, ausgeführt.
Als Reiböl wurde Nissan CVT-Flüssigkeit KTF-1 (exclusive CVT-Reibflüssigkeit) verwendet. Die vertikale Belastung, erzeugt durch den Druck, der vom Luftzylinder 32 aufgebracht wurde, wurde auf 150 N eingestellt. Der maximale Lagerdruck betrug 0,53 GPa bei einem Hertzschen Kontakt und die Hertzsche Kontaktellipse wies einen Nebenachsendurchmesser von 0,18 mm, d. h. eine Länge, die sich parallel zur Drehrichtung der Wälzkörper 22 und 24 erstreckt, und einen Hauptachsendurchmesser von 2,8 mm, d. h. eine Länge, die sich senkrecht zur Drehrichtung der Wälzkörper 22 und 24 erstreckt, auf. Die Reibkoeffizienten in den Beispielen 25 bis 35 und den Vergleichsbeispielen 8 bis 11 wurden bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% berechnet.
Vergleichsbeispiel 12
Der Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) wurde aus JIS SUJ 2-Stahl, der dem Vergüten unterzogen worden ist, hergestellt, und zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 40 mm, einer Dicke von 20 mm und einer ebenen zylindrischen Außenfläche ausgebildet. Nach dem Schleifen wurde die Außenfläche dem Superfinish unterzogen, um eine Reibkontaktfläche zu bilden. Die ungefilterte Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 24 (ebenes Teststück) wurde in der gleichen Weise wie in den Beispielen 25 bis 35 und den Vergleichsbeispielen 8 bis 11 erzielt. Die ungefilterte Primärprofilkurve ist in 19 dargestellt.
Der Wälzkörper 22 (balliges Teststück) wurde aus JIS SUJ 2-Stahl, der dem Vergüten unterzogen worden ist, hergestellt und zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 40 mm, einer Dicke von 20 mm und einer ballig-gestalteten Außenfläche mit einem Radius R von 700 mm ausgebildet. Nach dem Schleifen wurde die Außenfläche dem Superfinish unterzogen, um so die Reibkontaktfläche zu bilden. Die ungefilterte Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche des Wälzkörper 22 (balliges Test stück) wurde in der gleichen Weise, wie in den Beispielen 25 bis 35 und den Vergleichsbeispielen 8 bis 11 beschrieben, erzielt. Die ungefilterte Primärprofilkurve ist in 20 dargestellt. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung des Reibkoeffizienten wurden in der gleichen Weise, wie in den Beispielen 25 bis 35 und den Vergleichsbeispielen 8 bis 11 beschrieben, ausgeführt.
Die Herstellbedingungen und erzielten Eigenschaften des Wälzkörper 24 (ebenes Teststück) aus den Beispielen 25 bis 35 und Vergleichsbeispielen 8 bis 12 sind in der Tabelle 8 dargestellt. Die Herstellbedingungen und erzielten Eigenschaften des Wälzkörper 22 (balliges Teststück) aus den Beispielen 25 bis 35 und Vergleichsbeispielen 8 bis 12 sind in der Tabelle 9 dargestellt. Die Reibkoeffizienten, die in den Beispielen 25 bis 35 und Vergleichsbeispielen 8 bis 12 bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 5% erhalten wurden, sind ebenfalls in der Tabelle 9 dargestellt.
Tabelle 8 Ebenes Teststück
Legende:
Tabelle 8 (Fortsetzung) Ebenes Teststück Ungefilterte Primärprofilkurve Form/Dimensionen
Legende:
Tabelle 8 (Fortsetzung) Ebenes Teststück Ungefilterte Primärprofilkurve Form/Dimensionen
Legende:
Tabelle 9 Balliges Teststück
Legende:
Tabelle 9 (Fortsetzung) Leistungstestergebnisse des balligen Teststückes Testbedingungen
Wie aus Tabelle 8 ersichtlich wird, liegt die Höhendifferenz zwischen dem oberen Ende jeder nach oben abgeflachten Kontaktfläche und dem Boden jeder Vertiefung der ungefilterten Primärprofilkurve in den Beispielen 25 bis 35 innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 2,5 μm. Der Krümmungsradius am oberen Bereich jeder nach oben abgeflachten Kontaktfläche der ungefilterten Primärprofilkurve in den Beispielen 25 bis 35 liegt innerhalb eines Bereiches von 0,1 bis 170 mm. Der Krümmungsradius liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 0,8 bis 170 mm, noch besser im Bereich von 0,8 bis 10 mm.
Wie aus Tabelle 9 ersichtlich wird, wurden die zufriedenstellenden Reibkoeffizienten aus den Beispielen 25 bis 35 dargestellt. Im Gegensatz dazu wurden die Reibkoeffizienten, die kleiner als die in den Beispielen 25 bis 35 sind, in den Vergleichsbeispielen 8 bis 12 dargestellt.
Als nächstes werden die Beispiele 36 bis 41 und das Vergleichsbeispiel 13 erklärt.
Beispiele 36 bis 39
Die Wälzkörper 52 auf der angetriebenen Seite (ebene Teststücke) wurden aus JIS SUJ2-Stahl, der dem Vergüten, JIS SCM420H-Stahl, der dem Karburieren und Vergüten, JIS SCr420H-Stahl (Chromstahl), der dem Karburieren und Vergüten, und JIS SUJ2-Stahl, der dem Karbonitrieren und Vergüten, unterzogen wurde, hergestellt, wie in Tabelle 10 dargestellt. Die Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebene Teststücke) werden zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 60 mm, einer Dicke von 20 mm und einer ebenen zylindrischen Außenfläche ausgebildet. Nach dem Schleifen wurden die Außenfläche der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite dem Nut-Präzisionsschneiden unter Verwendung mehrkristalliner CBN-Werkzeuge mit Werkzeugschneidspitzen unterzogen, wie in Tabelle 10 dargestellt, um Umfangs nuten und Vorsprünge zwischen den Nuten zu bilden. Die Umfangsnuten wurden in Form von Spiralnuten entlang der Drehachse des Wälzkörpers 52 (ebene Teststücke) in gleichen Abständen ausgebildet, danach wurden die Vorsprünge durch das Bandläppen bearbeitet, um nach oben abgeflachte Kontaktflächen mit der wünschenswerten Form zu bilden. Somit wurde die Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 52 (ebenes Teststück) geschaffen. Die ungefilterten Primärprofilkurven der Reibkontaktflächen der Wälzkörper 52 auf der angetriebenen Seite (ebene Teststücke) in den Beispielen 35 bis 39 sind in 33 bis 36 dargestellt.
Die Wälzkörper 54a bis 54c auf der Antriebsseite (ballige Teststücke) wurden aus JIS SUJ 2-Stahl hergestellt, der dem Vergüten unterzogen worden ist, und zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 60 mm, einer Dicke von 10 mm und einer ballig-geformten Außenfläche mit einem Radius R von 30 mm ausgebildet. Nach dem Schleifen wurde die Außenfläche durch das Bandläppen abschließend bearbeitet, um eine Reibkontaktfläche zu bilden, die eine arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra von 0,01 μm aufweist. Die Reibkontaktflächen der Wälzkörper 54a bis 54c auf der Antriebsseite (ballige Teststücke) wurden auf diese Weise geschaffen.
Die ungefilterte Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche einer der Wälzkörper 54a bis 54c (ballige Teststücke) auf der Antriebsseite aus den Beispielen 36 bis 39 ist in 37 dargestellt.
Die so hergestellten Wälzkörper 52 und 54a bis 54c (Teststücke) in den Beispielen 36 bis 39 wurden dem Roll/Rutsch-Test unter Verwendung des vierzylindrigen Rollentesters, dargestellt in 32, unterzogen. Die Reibkoeffizienten in den Beispielen 36 bis 39 wurden bei einem Rutsch/Roll-Verhältnis von 1% und 3% berechnet.
Wie in 32 dargestellt, enthält der vierzylindrige Rollentester eine drehende Welle 51, die den Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite trägt, und drei parallel drehende Wellen 53a bis 53c, die jeweils die drei Wälzkörper 54a bis 54c der Antriebsseite tragen. Eine äußere Umfangsfläche des Wälzkörpers 52 der angetriebenen Seite wird mit den äußeren Umfangsflächen der Wälzkörper 54a bis 54c der Antriebsseite durch Aufbringen einer Belastung zu einer (drehende Welle 53a) der drehenden Wellen 53a bis 53c unter Verwendung eines Druckanlegemechanismus in Kontakt gebracht. Der Druckanlegemechanismus enthält drei Arme 55a bis 55c, die zur Bildung einer T-Form angeordnet und schwenkbeweglich in vertikaler Richtung gelagert sind. Zwei Arme 55a und 55b sind linear angeordnet, sodass die inneren Enden sich gegenseitig in einer Linie überdecken. An den äußeren Enden der Arme 55a und 55b sind Gewichte 56 aufgehängt. Der verbleibende Arm 55c weist ein Ende, das an der oberen Seite der sich überdeckenden inneren Enden der Arme 55a und 55b angeordnet ist und ein entgegengesetztes Ende auf, das mit dem Druckanlegebereich 57 in Kontakt steht, der auf der drehenden Welle 53a, die den Wälzkörper 54a der Antriebsseite trägt, angeordnet ist. In dem so konstruierten vierzylindrigen Rollentester wirken die rechten und linken Gewichte 56, wie in 32 dargestellt, auf den Druckanlegebereich 57 über die Arme 55a bis 55c, sodass die antriebsseitigen Wälzkörper 54a bis 54c auf die äußere Umfangsfläche des Wälzkörpers 52 der angetriebenen Seite gedrückt werden. Der Reibkoeffizient kann durch Messen des Drehmoments, das an der drehenden Welle 51, die den Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite trägt, erzeugt wird, berechnet werden. Im Test der Beispiele 35 bis 39 betrug die Rotationsgeschwindigkeit 30 m/sek., die Wellenumdrehungszahl 10.000 UPM und das Rutsch/Roll-Verhältnis 0 bis 3%, wobei ein Differenzial auf der angetriebenen Seite aufgebracht wurde. Der max. Lagerdruck betrug 2,82 GPa beim Hertzschen Kontakt und die Hertzsche Kontaktellipse wies einen Nebenachsendurchmesser von 1,3 mm auf, d. h. eine Länge, die sich parallel zur Drehachse der Wälzkörper 52 und 54a bis 54c er streckt, und einen Hauptachsendurchmesser von 2,1 mm, d. h., eine Länge, die sich senkrecht zur Drehachse der Wälzkörper 52 und 54a bis 54c erstreckt, auf. Die Öltemperatur der Nissan-CVT-Flüssigkeit KTF-1 (exclusive CVT-Reibflüssigkeit) betrug 150°C.
Beispiel 40
Der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebenes Teststück) wurde aus JIS SCM 420 H-Stahl, der dem Kaburieren und Vergüten unterzogen worden ist, in der gleichen Weise, wie im Beispiel 39 in Tabelle 10 dargestellt, hergestellt. Die Reibkontaktfläche des Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebenes Teststück) wurde somit geschaffen. Die ungefilterte Primärprofilkurve der Reibkontaktflächen des Wälzkörpers 52 der angetriebenen Seite (ebenes Teststück) ist in 40 dargestellt. Die Wälzkörper 54a bis 54c der Antriebsseite (ballige Teststücke) wurden aus dem gleichen Material wie die der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebenes Teststück) und in der gleichen Weise wie in den Beispielen 36 bis 39 hergestellt, außer dass die Außenfläche nach dem Schleifen dem Superfinish unterzogen wurde, sodass die Reibkontaktfläche eine arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra von 0,03 μm aufwies. Die Reibkontaktflächen der Wälzkörper 54a bis 54c der Antriebsseite (ballige Teststücke) wurden auf diese Weise geschaffen. Eine der ungefilterten Primärprofilkurven der Reibkontaktflächen der Wälzkörper 54a bis 54c der Antriebsseite (ballige Teststücke) ist in 41 dargestellt. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung der Reibkoeffizenten wurden in der gleichen Weise, wie in den Beispielen 36 bis 39 beschrieben, ausgeführt.
Beispiel 41
Der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebenes Teststück) wurde aus dem gleichen Material und in der gleichen Weise, wie im Beispiel 40 beschrieben, hergestellt. Die Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 52 der angetriebenen Seite (ebenes Teststück) wurde somit geschaffen. Die Wälzkörper 54a bis 54c der Antriebsseite (ballige Teststücke) wurden aus dem gleichen Material wie die Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebenes Teststück) und in der gleichen Weise, wie im Beispiel 40 beschrieben, hergestellt, außer dass die Reibkontaktfläche beim Superfinish nach dem Schleifen eine arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra von 0,05 μm aufwies. Die Reibkontaktflächen der Wälzkörper 54a bis 54c der Antriebsseite (ballige Teststücke) wurden auf diese Weise geschaffen. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung der Reibkoeffizenten wurden in der gleichen Weise, wie in den Beispielen 36 bis 39 beschrieben, ausgeführt.
Vergleichsbeispiel 13
Der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebenes Teststück) wurde aus JIS SUJ 2-Stahl, der dem Vergüten unterzogen worden ist, hergestellt und zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 60 mm, einer Dicke von 10 mm und einer ebenen zylindrischen Außenfläche ausgebildet.
Nach dem Schleifen wurde die Außenfläche dem Superfinish unterzogen, um eine Reibkontaktfläche zu bilden. Die ungefilterte Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 52 (ebenes Teststück) ist in 38 dargestellt. Die Wälzkörper 54a bis 54c der Antriebsseite (ballige Teststücke) wurden aus JIS SUJ 2-Stahl, der dem Vergüten unterzogen worden ist, hergestellt und zu einer zylindrischen Form mit einem Durchmesser von 60 mm, einer Dicke von 10 mm und einer ballig-geformten Außenfläche mit einem Radius R von 30 mm ausgebildet. Nach dem Schleifen wurde die Außenfläche dem Superfinish unterzogen, um eine Reibkontaktfläche zu bilden. Eine der ungefilterten Primärprofilkurven der Reibkontaktflächen der Wälzkörper 54a bis 54c (ballige Teststücke) ist in 39 dargestellt. Der Roll/Rutsch-Test und die Berechnung der Reibkoeffizienten wur den in der gleichen Weise, wie in den Beispielen 36 bis 39 beschrieben, ausgeführt.
Die Herstellbedingungen, erzielten Eigenschaften und Reibkoeffizienten aus den Beispielen 36 bis 41 und dem Vergleichsbeispiel 13 sind in Tabelle 10 dargestellt.
Tabelle 10 Ebenes Teststück
Legende:
Tabelle 10 (Fortsetzung) Ebenes Teststück Ungefilterte Primärprofilkurve Form/Dimensionen
Legende:
Tabelle 10 (Fortsetzung) Ebenes Teststück Ungefiltere Primärprofilkurve Form/Dimensionen
Legende:
Tabelle 10 (Fortsetzung) Balliges Teststück Verhältnis der Vertiefung (Nut) zum Durchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse
Legende:
Tabelle 10 (Fortsetzung) Balliges Teststück
Legende:
Tabelle 10 (Fortsetzung) Leistungstestergebnisse des balligen Teststückes Testbedingungen
Wie aus Tabelle 10 ersichtlich wird, wurden die guten Reibkoeffizienten in den Beispielen 36 bis 41 und die Reibkoeffizienten im Vergleichsbeispiel 13, die kleiner als die in den Beispielen 36 bis 41 sind, dargestellt. Ferner ist herausgefunden worden, dass das Verhältnis des Abstandes der Nuten zum Hauptachsendurchmesser der Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last, welche sich senkrecht zur Drehachse des Wälzkörpers erstreckt, innerhalb eines Bereiches von 1,2 bis 9% liegt. Das Verhältnis des Abstandes der Nuten zum Hauptachsendurchmesser der Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 2,4 bis 6%. Es ist auch herausgefunden worden, dass in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, das Verhältnis der Länge jedes Segmentes bezüglich der Nut zum Hauptachsendurchmesser der Hertzschen Kontaktellipse bei maximaler Last, welche sich senkrecht zur Drehrichtung des Wälzkörpers erstreckt, in einem Bereich von 0,6 bis 2% liegt. Ferner ist herausgefunden worden, dass das Verhältnis der Länge des Segments bezüglich der Nut zum Nebenachsendurchmesser der Hertzschen Kontaktellipse bei maximaler Last, welche sich parallel zur Drehrichtung des Wälzkörpers erstreckt, innerhalb des Bereichs von 0,8 bis 3,2 liegt. Weiterhin ist festzustellen, dass sich die Vertiefungen weiter als zumindest der Nebenachsendurchmesser der Hertzschen Kontaktellipse erstrecken.
Nachfolgend wird das Beispiel 42 erklärt.
Beispiel 42
Zwei Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebene Teststücke) wurden so hergestellt, dass sie eine zylindrische Form mit einer ebenen zylindrischen Außenfläche aufweisen. Eines der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite wurde dem Superfinish unterzogen, um eine Reibkontaktfläche mit einer arithmetischen Durchschnittsrauhheit Ra von 0,08 zu bilden. Der andere der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite wurde dem Superfinish unterzogen, um die Außenfläche mit einer arithmetischen Durchschnittsrauhheit Ra von 0,1 bis 0,12 zu bilden. Danach wurde die Außenfläche des anderen der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite dem Polierrollen unterzogen wurde, wobei er bezüglich der Oberflächenrauhheit in Abständen beobachtet und wiederholt dem Polierrollen unterzogen wurde, bis die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra 0,08 betrug. Der andere der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite wies eine derart gestaltete Reibkontaktfläche mit der arithmetischen Durchschnittsrauhheit Ra von 0,08 auf. Die Wälzkörper 54a bis 54c der Antriebsseite (ballige Teststücke) wurden so hergestellt, damit sie die ballig geformte Reibkontaktfläche mit einem Radius R von 5 mm und die arithmetische Durchschnittsrauhheit Ra von 0,02 aufwiesen.
Der Roll/Rutsch-Test wurde unter Verwendung des vierzylindrigen Rollentesters, dargestellt in 32, unter folgenden Bedingungen durchgeführt. Der durchschnittliche Lagerdruck betrug 0,71 GPa. Die Reiböltemperatur betrug 150°C. Die Rotationsgeschwindigkeit betrug 30 m/sek. Das Rutsch/Roll-Verhältnis betrug 3%. Die Reibkoeffizienten der Wälzkörper 52 und 54a bis 54c (Teststücke) wurden berechnet. Folglich ergab sich der Reibkoeffizient von einem der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebene Teststücke) zu 0,059, während der Reibkoeffizient des anderen der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebene Teststücke) 0,08 betrug. Es wurde herausgefunden, dass der Reibkoeffizient durch Ausbilden der Reibkontaktfläche, die durch das Rollierpolieren geglättet wurde, verbessert werden kann.
Zusätzlich wurde im Beispiel 42 ein Lebensdauertest unter Verwendung des vierzylindrigen Rollentesters, dargestellt in 32, ausgeführt. Die Testbedingungen waren folgende: Durchschnittlicher Lagerdruck 3,51 GPa, Reiböltemperatur 120°C, Rotationsgeschwindigkeit 30 m/sek. und Rutsch/Roll-Verhältnis 3%. Es wurde herausgefunden, dass die Lebensdauer des anderen der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebene Teststücke) 1,4 mal größer als die Lebensdauer des einen der Wälzkörper 52 der angetriebenen Seite (ebene Teststücke) war.
Die 21, 22, 23A, 23B stellen eine Ausführungsform des Wälzkörpers der Rotationseinheit für Reibantrieb und ein Verfahren für den Wälzkörper, gemäß der vorliegenden Erfindung, dar. In 21 bis 23B weist der Wälzkörper 11 die Form eines Zylinders mit einer äußeren Umfangsfläche auf, wobei diese zu einer Reibkontaktfläche ausgebildet wird. 23A stellt ein schematisches Profil der äußeren Umfangsfläche und 23B ein schematisches Profil der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 11 dar.
Wie in 23A dargestellt, weisen die Vertiefungen 12 eine Tiefe D auf, die in gleichen Intervallen in der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 ausgebildet werden. Die Tiefe D beträgt 10 μm oder weniger. Die abwechselnd angeordneten Vertiefungen 12 und Vorsprünge 14 wurden so ausgebildet. Wie in 21 dargestellt, wird insbesondere ein Ende des Wälzkörpers 11 durch das Spannfutter 21A der Hauptlagerstütze 21 und das andere Ende des Wälzkörpers 11 durch das Zentrierstück 22A des hinteren Backenfutters drehbar gehalten. Das Werkzeug 23 zum Schneiden oder Schleifen wird auf einer konstanten Geschwindigkeit in Richtung der Mittelachse des Wälzkörpers 11 gehalten, während sich der Wälzkörper 11 um die Mittelachse dreht. An diesem Ende werden die Vertiefungen 12 in einer spiralförmigen Nutform in der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 gebildet. Somit werden die Vertiefungen 12 und Vorsprünge 14 abwechselnd in gleichen Intervallen in der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 ausgebildet. Hierbei wird ein polykristallines CBN-Werkzeug mit einem scharfen Klingenspitzenende (z. B. Radius R = 50 μm), ein Diamantwerkzeug oder ein mit TiN oder dgl. beschichtetes Werkzeug als Werkzeug 23 verwendet. Das Klingenspitzenende von Werkzeug 23 kann mindestens eine Form, ausgewählt aus einer Einfach-R(Radius)-Form, einer Trapezform, einer V-Form und einer Mehrfach-R-Form, aufweisen. Das Werkzeug 23 kann eine Breite von 4 bis 150 μm an einer Stelle, die um 0,5 bis 2,5 μm vom Klingenspitzenende entfernt ist, aufweisen. Das Werkzeug 23 kann auch ein abgerundetes Klingenspitzenende mit einem Radius R von 0,2 mm oder weniger aufweisen. Obwohl die Vertiefungen 12 und Vorsprünge 14 in einer vergrößerten Darstellung in 21 gezeigt werden, weisen sie tatsächlich feine Unregelmäßigkeiten auf. Die unterbrochenen Linien in 23A und 23B kennzeichnen das Profil der äußeren Umfangsfläche, bevor die Vertiefungen 12 und Vorsprünge 14 ausgebildet werden.
Nachfolgend werden die Vorsprünge 14 der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 bearbeitet, um nach oben abgeflachte Kontaktflächen 13 so zu bilden, dass die Höhendifferenz H, dargestellt in 23B, zwischen den Vertiefungen 12 und den nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 0,5 bis 2,5 μm und vorzugsweise 0,8 bis 1,2 μm beträgt. Wie in 22 dargestellt, wird der Läppfilm bzw. das Läppband 26, das Aluminiumoxyd-Partikel mit einem Durchmesser von 3 μm aufweist, über ein Paar Ablaufrollen 24 und 25 gespannt. Die äußere Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 ist mit Läppfilm 26 in Kontakt und der Läppfilm wird gleichzeitig gegen den Wälzkörper 11 durch die Hinterbacke 27 gepreßt. Der Wälzkörper 11 wird um die Mittelachse gedreht, wie durch die Pfeile in 22 dargestellt, während der Läppfilm 26 über die Ablaufrollen 24 und 25 in eine Richtung, dargestellt durch die Pfeile, geführt wird. Schließlich wird die Reibkontaktfläche, die Vertiefungen 12 und nach oben abgeflachte Kontaktflächen 13 aufweist, am Wälzkörper 11 ausgebildet. Durch das Schleifen mit dem Läppfilm 26 kann das obere Ende jeder Kontaktfläche 13 ein ebenes Profil oder ein balliges Profil auf einer Seite aufweisen. Wenn notwendig, kann das Profil der nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 durch die Umkehr der Zuführrichtung des Läppfilmes 26 oder der Drehrichtung des Wälzkörpers 11 passend hergestellt werden.
In der Reibkontaktfläche des so geschaffenen Wälzkörpers 11 werden die Vertiefungen 12 und die nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 kontinuierlich entlang der Drehrichtung des Wälzkörpers 11 gebildet, nämlich an dessen Umfangsrichtung, und die Vertiefungen 12 und die nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 werden abwechselnd in gleichen Abständen ausgebildet. In der abwechselnden Anordnung beträgt die Höhendifferenz zwischen den Vertiefungen 12 und den nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 0,5 bis 2,5 μm. Die Vertiefungen 12 werden so gebildet, dass bezüglich der Mittellinie C, dargestellt in 23B, die in Segmente durch Kreuzen der ungefilterten Primärprofilkurve getrennt ist, ein Verhältnis einer totalen Länge der Segmente entsprechend den Vertiefungen 12 zu einer Referenzlänge der Mittellinie C innerhalb eines Bereiches von 15 bis 60% liegt. Die Mittellinie C ist eine Linie, die im Bereich einer durchschnittlichen Höhe eingezeichnet ist, die durch Integration der ungefilterten Primärprofilkurve in Längsrichtung festgelegt wird. Ferner werden die Vertiefungen 12 so ausgebildet, dass deren Abstand P, dargestellt in 23B, 10 bis 150 μm und deren Länge (Breite) W, dargestellt in 23B, 10 bis 40 μm betragen. Der Abstand P ist eine Länge, die sich zwischen den Böden der benachbarten Vertiefungen 12 entlang der Mittellinie C erstreckt. Die Breite W ist eine Länge des Segmentes der Mittellinie C, die der Vertiefung 12 der ungefilterten Primärprofilkurve entspricht. Die oben abgeflachten Kontaktflächen 13 werden so ausgebildet, dass die oberen Bereiche eine Zehnpunkt-Durchschnittsrauhheit Rz von 100 nm oder weniger, oder noch besser, 40 nm oder weniger, aufwei sen.
Folglich weist der Wälzkörper 11 im Vergleich zu konventionellen Wälzkörpern, die auf ihrer Oberfläche zufällig verteilte Schleifmarken, die durch das Bearbeiten, wie dem Superfinish, gebildet wurden, aufweisen, ausgezeichnete Reibeigenschaften auf, die die Übertragung großer Antriebskräfte zulassen.
Ferner werden die Vertiefungen 12 in dieser Ausführungsform in einer spiralförmigen Nutform vor dem nachfolgenden Schleifen ausgebildet. Die Ausbildung der spiralförmigen Vertiefungen 12 in Nutform können das Zerkleinern und Abstoßen der Schleifpartikel zusammen mit der Abgabe der Späne während des nachfolgenden Schleifens erleichtern, sodass das Schleifen jederzeit mit einer guten Schneidkante effizient ausgeführt werden kann. Außerdem können die trapezförmigen Kontaktflächen 13, die abgeschrägte Ecken aufweisen, und die ballig geformten Kontaktflächen 13 mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden, ohne Einwirkung der Größenordnung der Abstände zwischen den Vertiefungen 12.
Die 24 und 25 stellen eine andere Ausführungsform des Wälzkörpers und ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Die äußere Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 wird, wie in 24 dargestellt, durch das elektrolytische Polieren gebildet, um somit eine Zehnpunkt-Durchschnittsrauhheit Rz von 100 nm oder weniger, und vorzugsweise 40 nm oder weniger, aufzuweisen. Insbesondere wird der Wälzkörper 11 durch das Spannfutter 21A des Hauptlagerbockes 21 und das Zentrierstück 22A des hinteren Backenfutters 22 drehbar gehalten und auf der Anodenseite angeordnet. Der Elektrolyt 30 wird der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 durch die Elektrolyt-Zufuhreinrichtung 29 mit dem Schleifstein 28 auf der Kartodenseite zugeführt. Die äußere Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 wird somit dem Hochglanzpolieren unterzogen. In diesem Fall wird die Oberflächenrauhheit der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 mit einem interatomischen Mikroskop gemessen. Durch diese Bildung der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11, weisen die nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13, die im Folgenden, Vertie fungen bildenden Schritt ausgebildet werden, obere Bereiche mit einer Zehnpunkt-Durchschnittsrauhheit Rz von nicht mehr als 100 nm oder nicht mehr als 40 nm auf.
Wie in 25 dargestellt, werden nachfolgend die Vertiefungen 12 in der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 ausgebildet. Die Vertiefungen 12 werden in gleichem Abstand in Richtung der Mittelachse des Wälzkörpers 11 unter Verwendung von z. B. einem Schleifstein 31 mit dünner Schneide, der im Schneidbereich einen im Wesentlichen kreisförmigen Bogenquerschnitt aufweist, ausgebildet, sodass die Vertiefungen 12 eine Tiefe von 0,5 bis 2,5 μm aufweisen. Der Wälzkörper 11 und Schleifstein 31 werden relativ zueinander in Richtung der Mittelachse des Wälzkörpers 11 und in senkrechter Richtung zur Mittelachse aufeinander zubewegt, während der Wälzkörper 11 um die Drehachse mit dem Spannfutter 21A des Hauptlagerbockes 21 und dem Zentrierstück 22A des hinteren Backenfutters 22 gedreht wird. Die im Wesentlichen kreisförmigen Bogenabschnitte können Bogenabschnitte von zwei Kreisen enthalten, die unterschiedliche Mittelpunkte aufweisen und miteinander zusammengefügt sind. In 25 weist jede Vertiefung 12 eine Nutform auf, die sich kontinuierlich in Umfangsrichtung des Wälzkörpers 11 erstreckt. Die Vertiefung 12 kann auch eine spiralförmige Nut besitzen. Die Reibkontaktfläche, die abwechselnd angeordnete Vertiefungen 12 und nach oben abgeflachte Kontaktflächen 13 aufweist, wird derartig im Wälzkörper 11 ausgebildet. Der Wälzkörper 11 der Rotationseinheit für Reibantrieb kann in dieser Ausführungsform so geschaffen werden, dass sie ausgezeichnete Reibeigenschaften wie in der oben beschriebenen Ausführungsform aufweist.
Die 26A und 26B stellen eine weitere Ausführungsform des Wälzkörpers und dessen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 26A dargestellt, werden die Vertiefungen 12 und die nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 gleichzeitig in einer spiralförmigen Form in einer äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 unter Verwendung des Werkzeuges 32 mit den Schneidklingen 32A und 32B, dargestellt in 26B, die jeweils den Vertiefungen 12 und den nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 entsprechen, ausgebildet, während sich der Wälzkörper 11 um die Drehachse mit dem Spannfutter 21A des Hauptlagerblockes 21 und dem Zentrierstück 22A des hinteren Backenfutters 22 dreht. Wie in 26B dargestellt, ist zwischen den Schneidklingen 32A und 32B eine Stufe S angeordnet. Die Stufe S beträgt 0,5 bis 2,5 μm und erstreckt sich in eine Richtung senkrecht zur Mittelachse des Wälzkörpers 11. In dieser Ausführungsform weist der Wälzkörper ausgezeichnete Reibeigenschaften auf, die, wie in den obigen Ausführungsformen beschrieben, geschaffen werden können, und die Vertiefungen 12 und nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13, die ein vorbestimmtes Größenverhältnis aufweisen, können effizient in einer kurzen Zeitdauer ausgebildet werden.
Die 27 und 28 stellen eine weitere Ausführungsform des Wälzkörpers und dessen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Der Wälzkörper 11 besitzt eine äußere Umfangsfläche, die einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, der zur Mittelachse des Wälzkörpers 11 vertieft ist. Wie in 27 dargestellt, wird der Wälzkörper 11 auf beiden Seiten durch ein Paar Haltevorrichtungen 33 und 34 drehbar gehalten. Die Vertiefungen 12 werden in einer spiralförmigen Nutform in der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 unter Verwendung eines Schneid- oder Schleifwerkzeuges 35 ausgebildet. Das Schleifwerkzeug 35 und der Wälzkörper 11 werden relativ in die Richtung der Mittelachse des Wälzkörpers 11 unter ständigem Kontakt bewegt, während sich der Wälzkörper 11 um die Drehachse dreht. Abschließend werden die Vorsprünge 14 zwischen den Vertiefungen 12 auf der äußeren Umfangsfläche des Wälzkörpers 11 gebildet. Nachfolgend werden die Vorsprünge 14 unter Verwendung eines elastischen Schleifsteins 36 dem Superfinish unterzogen, dargestellt in 28, der einen phenol-basierenden Vollbinder und einen mittleren Schleifkorndurchmesser von 12 μm aufweist, während sich der Wälzkörper 11 um die Drehachse der Haltevorrichtung 33 und 34 dreht. Dadurch können die oben abgeflachten Kontaktflächen 13 ausgebildet werden und die Reibkontaktfläche weist abwechselnd angeordnete Vertiefungen 12 und oben abgeflachte Kontaktflächen 13 auf. Ähnlich den oben erklärten Ausführungsformen, kann der Wälzkörper 11, der in dieser Ausführungsform hergestellt wurde, ausgezeichnete Reibeigenschaften ausweisen.
Das Verfahren für die Vertiefungen 12 und die nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 ist nicht auf die Verfahren der oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Die Vertiefungen 12 können durch Kugelstrahlen, Schleifen, Schneiden, Sprengen, Laserbearbeitung oder Ätzen ausgebildet werden. Die nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 können durch Läppen, Hochglanzpolieren, Superfinish, Schneiden, Schleifen, elektrolytischem Polieren und Polierrollen ausgebildet werden. Insbesondere können nach oben abgeflachte Kontaktflächen 13 unter Verwendung eines feststehenden Schleifwerkzeuges, wie ein Schleifstein oder Läppfilm, das Schleifkörner mit einem mittleren Korndurchmesser von 9 μm oder weniger aufweist oder unter Verwendung eines elastischen Schleifsteins, der mit Gummi oder Harz, wie Epoxidharz oder PVA, versehen ist, mit einem mittleren Korndurchmesser von 30 μm oder weniger, ausgebildet werden.
Die 29A bis 31C stellen Beispiele von Ausbildungsformen der Vertiefungen 12 und oben abgeflachten Kontaktflächen 13 der ungefilterten Primärprofilkurve der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 11 dar. Die Formbeispiele der oben abgeflachten Kontaktflächen 13, die höher als die Mittellinie C angeordnet sind, weisen eine allgemeine Trapezform, dargestellt in 29A, allgemeine Trapezform mit abgerundeten Ecken, dargestellt in 29B, allgemein elliptisch gebogene oder sinusförmige, dargestellt in 29C, und allgemein dreieckige Form mit abgerundetem Scheitelpunkt, dargestellt in 30A, auf. Die Formbeispiele der oben abgeflachten Kontaktflächen 13 weisen ebenfalls eine allgemeine Trapezform mit abgeschrägten Ecken, dargestellt in 31A, eine allgemein ballige Form, dargestellt in 31B, und die einseitig ballige Form, die durch das Läppen gebildet wird, dargestellt in 31C, auf. Es gibt keine Begrenzungen bei der Bodenform der Vertiefungen 12, wobei die Bodenformen feine Unregelmäßigkeiten, wie in 30B dargestellt, aufweisen können.
In der Reibkontaktfläche des Wälzkörpers 11 beträgt ferner die Höhendifferenz H zwischen dem oberen Ende der oben abgeflachten Kontaktfläche 13 und dem Boden der Vertiefung 12 der ungefilterten Primärprofilkurve 0,5 bis 2,5 μm, oder vorzugsweise 0,8 bis 1,2 μm, oder auch vorzugsweise 2,0 bis 2,5 μm. In Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, liegt das Verhältnis einer totalen Länge der Segmente, entsprechend den Vertiefungen 12, zu einer Referenzlänge der Mittellinie C innerhalb eines Bereiches von 15 bis 60%, vorzugsweise 30 bis 57%, noch besser 25 bis 40% oder am besten 27 bis 30%. Der Abstand P der Vertiefungen 12 entlang der Mittellinie C liegt innerhalb eines Bereiches von 10 bis 150 μm, und vorzugsweise bei 40 bis 120 μm. Die Oberflächenrauhheit der oberen Bereiche der oben abgeflachten Kontaktflächen 13 liegt innerhalb eines Bereiches von Rz 100 nm oder weniger, und vorzugsweise bei 40 nm oder weniger. Die Länge (Breite) W der Vertiefung 12, nämlich eine Länge des Segments der Mittellinie C, die der Vertiefung 12 entspricht, beträgt 10 bis 40 μm. Mit der oben beschriebenen Anordnung der Vertiefungen 12 und der nach oben abgeflachten Kontaktflächen 13 können die Wälzkörper 11 eine große An triebskraft übertragen und ausgezeichnete Reibeigenschaften aufweisen.
Diese Ausführung basiert auf den japanischen Patentanmeldungen Nr. 11-252574, angemeldet am 07.09.1999, Nr. 2000-147364, angemeldet am 19.05.2000 und Nr. 2000-258160, angemeldet am 28.08.2000.

Claims

Rotationseinheit für Reibantrieb, umfassend: eine Vielzahl von Wälzkörpern, welche eine Drehachse und Reibkontaktflächen um die Drehachse aufweisen und einander zugeordnet sind, um eine Triebkraft zwischen den Wälzkörpern über einen Reibölfilm, der zwischen den Reibkontaktflächen ausgebildet ist, zu übertragen; wobei mindestens eine der Reibkontaktflächen einen Mikroaufbau aufweist mit Unregelmäßigkeiten, deren Größen größer sind als eine Dicke des Reibölfilms, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroaufbau dargestellt wird durch eine ungefilterte Primärprofilkurve einschließlich abwechselnd angeordneter Vertiefungen und oben abgeflachter Kontaktflächen.
Rotationseinheit nach Anspruch 1, wobei der Mikroaufbau so ausgelegt ist, dass er ein Ölspeichervolumen Vo von 7 × 10^–6 bis 3 × 10^–4 mm³/mm² und ein Ölspeicher-Tiefenverhältnis innerhalb eines Bereichs von 0,9–2,0 aufweist, wobei das Ölspeichervolumen Vo und das Ölspeicher-Tiefenverhältnis K durch folgende Gleichungen ausgedrückt werden: Vo = [(100 – Mr2) × Rvk(μm)]/200000(mm3/mm2) K = Rvk/Rkwobei Mr2 den Materialbereich bezeichnet, Rvk die reduzierte Taltiefe bezeichnet, und Rk die Kernrauheittiefe bezeichnet, wie durch DIN EN ISO 13565-2 definiert.
Rotationseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertiefungen Dellen umfassen, die einen Durchmesser von 5– 30 μm und ein Tiefe von 0,1–1,0 μm, die sich im Wesentlichen senkrecht zum Durchmesser erstreckt, aufweisen und 5– 40% eines Referenzbereichs der Reibkontaktoberflächen belegen.
Rotationseinheit nach Anspruch 3, wobei die Anzahl der Dellen mit einem Durchmesser von 5–30 μm und einer Tiefe von 0,1–1,0 μm, die sich im Wesentlichen senkrecht zum Durchmesser erstreckt, ungefähr 10 bis 30 pro 100 μm² beträgt.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Reibkontaktflächen eine Oberflächenrauheit aufweisen, die entweder durch eine arithmetische Durchschnittsrauheit (Ra) von 0,07–0,15 μm oder ein maximale Höhe (Ry) von 0,4 –1,0 μm ausgedrückt wird.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Reibkontaktflächen eine Vickershärte von nicht weniger als Hv850 aufweisen.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Reibkontaktfläche durch ein Verfahren gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: Kugelstrahlen einer Oberfläche des Wälzkörpers, um Vertiefungen und Vorsprünge darin zu bilden; und nach dem Kugelstrahlen, Bearbeiten der Vorsprünge entweder durch Läppen, Hochglanzpolieren, Superfinish, Schneiden oder Schleifen, um oben abgeflachte Kontaktflächen zu bilden und somit die Reibkontaktfläche zu erzeugen.
Rotationseinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertiefungen die Form von abwechselnd angeordneten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nuten aufweisen, wobei die Nuten eine Breite von 2–10 μm, sich erstreckend entlang der Drehachse des Wälzkörpers, einen Abstand von 10–30 μm zwischen den benachbarten zwei Nuten, und eine Tiefe von 0,1–1,0 μm, sich erstreckend von einem Boden derselben in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse, aufweisen.
Rotationseinheit nach Anspruch 8, wobei die Reibkontaktflächen eine Oberflächenrauheit aufweisen, die entweder durch eine arithmetische Durchschnittsrauheit (Ra) von 0,03– 0,13 μm oder eine maximale Höhe (Ry) von 0,2–0,9 μm ausgedrückt wird.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Verhältnis (Sm/a) eines mittleren Abstands (Sm) zwischen den Unregelmäßigkeiten zu einer Hälfte (a) eines Hauptachsendurchmessers einer Hertzschen Kontaktellipse 0,08 oder weniger ist.
Rotationseinheit nach Anspruch 1, wobei die ungefilterte Primärprofilkurve gemessen wird unter Verwendung eines Oberflächenrauheitprüfers, wobei jede der Kontaktflächen der ungefilterten Primärprofilkurve einen Bereich enthält, der höher ist als eine Mittellinie in Bezug auf die ungefilterte Primärprofilkurve, wobei der Bereich eine Form aufweist, ausgewählt aus den Formen allgemein trapezförmig, allgemein trapezförmig mit gerundeten Ecken, allgemein trapezförmig mit abgerundeten Ecken, allgemein ballig, allgemein elliptisch gebogen, allgemein sinusförmig oder allgemein dreieckig mit abgerundetem Scheitelpunkt.
Rotationseinheit nach Anspruch 1, wobei eine Höhendifferenz zwischen einem oberen Ende jeder Kontaktfläche und einem Boden jeder Vertiefung innerhalb eines Bereichs von 0,5– 2,5 μm liegt.
Rotationseinheit nach Anspruch 12, wobei die Höhendifferenz innerhalb eines Bereichs von 2,0–2,5 μm liegt.
Rotationseinheit nach Anspruch 12, wobei die Höhendifferenz innerhalb eines Bereichs von 0,8–1,2 μm liegt.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Verhältnis einer totalen Länge der Segmente entsprechend den Vertiefungen zu einer Referenzlänge der Mittellinie 15–60% ist.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Verhältnis einer totalen Länge der Segmente entsprechend den Vertiefungen zu einer Referenzlänge der Mittellinie 25–40% ist.
Rotationseinheit nach Anspruch 16, wobei das Verhältnis einer Gesamtlänge der Segmente entsprechend den Vertiefungen zur Referenzlänge der Mittellinie 27–35% ist.
Rotationseinheit nach Anspruch 15, wobei das Verhältnis einer Gesamtlänge der Segmente entsprechend den Vertiefungen zur Referenzlänge der Mittellinie 30–57% ist.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Abstand der Vertiefungen innerhalb eines Bereichs von 10– 150 μm liegt.
Rotationseinheit nach Anspruch 19, wobei ein Abstand der Vertiefungen innerhalb eines Bereichs von 40–120 μm liegt.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei die oben abgeflachte Kontaktfläche einen oberen Bereich mit einer Zehnpunkt-Durchschnittsrauheit (Rz) von 100 nm oder weniger aufweist.
Rotationseinheit nach Anspruch 21, wobei die oben abgeflachte Kontaktfläche einen oberen Bereich mit einer Zehnpunkt-Durchschnittsrauheit (Rz) von 40 nm oder weniger aufweist.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, eine Länge jedes Segments entsprechend jeder Vertiefung innerhalb eines Bereichs von 10–40 μm liegt.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 23, wobei ein Verhältnis eines Abstandes der Vertiefungen zu einem Hauptachsendurchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last, welche sich senkrecht zur Drehrichtung des Wälzelements erstreckt, innerhalb eines Bereichs von 1,2–9% liegt.
Rotationseinheit nach Anspruch 24, wobei das Verhältnis eines Abstandes der Vertiefungen zum Hauptachsendurchmesser der Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last innerhalb eines Bereichs von 2,4–6% liegt.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 25, wobei in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Ver hältnis einer Länge jedes Segmentes entsprechend jeder Vertiefung zu einem Hauptachsendurchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last, welche sich senkrecht zur Drehrichtung des Wälzkörpers erstreckt, innerhalb eines Bereichs von 0,6–2% liegt.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 26, wobei in Bezug auf die Mittellinie, getrennt in Segmente durch Kreuzen mit der ungefilterten Primärprofilkurve, ein Verhältnis einer Länge jedes Segmentes entsprechend jeder Vertiefung zu einem Nebenachsendurchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse bei einer maximalen Last, welche sich parallel zur Drehrichtung des Wälzkörpers erstreckt, innerhalb eines Bereichs von 0,8–3,2% liegt.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei die Vertiefungen Nuten sind, welche im Wesentlichen parallel zur Drehrichtung des Wälzkörpers angeordnet sind.
Rotationseinheit nach Anspruch 20, wobei die Vertiefungen Nuten sind, die sich spiralförmig entlang der Drehrichtung des Wälzkörpers erstrecken.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei die Vertiefungen sich weiter erstrecken als zumindest ein Nebenachsendurchmesser einer Hertzschen Kontaktellipse.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei ein oberer Bereich jeder oben abgeflachten Kontaktfläche der ungefilterten Primärprofilkurve, gemessen durch den Oberflächenrauheitprüfer, der auf gleiche längsseitige und laterale Vergrößerungen eingestellt ist, einen Krümmungsradius von 0,1 bis 170 mm aufweist.
Rotationseinheit nach Anspruch 31, wobei ein oberer Bereich jeder oben abgeflachten Kontaktfläche der ungefilterten Primärprofilkurve, gemessen durch den Oberflächenrauheitprüfer, der auf gleiche längsseitige und laterale Vergrößerungen eingestellt ist, einen Krümmungsradius von 0,8 bis 170 mm aufweist.
Rotationseinheit nach Anspruch 32, wobei ein oberer Bereich jeder oben abgeflachten Kontaktfläche der ungefilterten Primärprofilkurve, gemessen durch den Oberflächenrauheitprüfer, der auf gleiche längsseitige und laterale Vergrößerungen eingestellt ist, einen Krümmungsradius von 0,8 bis 10 mm aufweist.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 11 bis 25, wobei die Wälzkörper einen Wälzkörper auf der Antriebsseite und einen Wälzkörper auf der angetriebenen Seite umfassen, die Reibkontaktfläche des Wälzkörpers auf der Antriebsseite oder des Wälzkörpers auf der angetriebenen Seite einen Mikroaufbau, wie in einem der Ansprüche 11 bis 25 beansprucht, aufweist und die Reibkontaktfläche des anderen Wälzkörpers auf der Antriebsseite oder der angetriebenen Seite eine Oberflächenrauheit aufweist, die durch eine arithmetische Durchschnittsrauheit (Ra) von 0,05 μm oder weniger ausgedrückt wird.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 34, wobei eine Kombination eines Materials des Wälzkörpers und eine Wärmebehandlung dafür ausgewählt wird aus Einsatzstahl und Karburieren und Quenchen und Tempern desselben, Einsatzstahl und Karbonitrieren und Quenchen und Tempern desselben, Lagerstahl und Vergüten desselben, Lagerstahl und Karburieren und Vergüten desselben, und Lagerstahl und Karbonitrieren und Vergüten desselben.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 35, wobei die Rotationseinheit ein Bestandteil eines stufenlos einstellbaren Getriebes vom Halbtoroidtyp ist, wobei die Rotationseinheit drehbare und koaxial angeordnete Eingangs- und Ausgangsscheiben aufweist mit gegenüberliegenden und ringförmig konkaven Reibkontaktflächen und Kraftrollen, die zwischen den Reibkontaktflächen der Eingangs- und Ausgangsscheiben gegenübergestellt sind und mit ringförmig konvexen Reibkontaktflächen ausgebildet sind, die relativ zu den Reibkontaktflächen der Eingangs- und Ausgangsscheiben drehbar sind, wobei jede der Kraftrollen eine Drehachse aufweist, die relativ zu einer Drehachse der Eingangs- und Ausgangsscheiben neigbar ist.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 36, wobei die Reibkontaktfläche durch ein Verfahren gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden von Vertiefungen, wobei jede eine Tiefe von 10 μm oder weniger aufweist, in gleichen Abständen in einer Oberfläche des Wälzkörpers, um eine abwechselnde Anordnung der Vertiefungen und der Vorsprünge zwischen den Vertiefungen zu bilden; und nach dem Ausbilden, Bearbeiten der Vorsprunge, so dass eine Höhendifferenz zwischen einer oberen Fläche jeder oben abgeflachten Kontaktfläche und einem Boden jeder Vertiefung in einem Bereich von 0,5 bis 2,5 μm liegt, um die Reibkontaktfläche zu erzeugen.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 36, wobei die Reibkontaktfläche durch ein Verfahren gebildet wird, wobei das Verfahren umfasst: Herstellen einer Oberflächenrauheit einer Oberfläche des Wälzkörpers mit einer Zehnpunkt-Durchschnittsrauheit (Rz) von 100 nm oder weniger; und nach dem Herstellen, Ausbilden von Vertiefungen, wobei jede eine Tiefe von 0,5 bis 2,5 μm aufweist, in gleichen Abständen in der Oberfläche des Wälzkörpers, um eine abwechselnde Anordnung der Vertiefungen und der oben abgeflachten Kontaktflächen zwischen den Vertiefungen zu bilden und somit die Reibkontaktfläche zu erzeugen.
Rotationseinheit nach Anspruch 37 oder 38, wobei die Vorsprünge durch zumindest eine Bearbeitung geformt werden, ausgewählt aus spanabhebendem Bearbeiten, Schleifen, Sprengen, Laserbearbeitung und Ätzen, und die oben abgeflachten Kontaktflächen werden gebildet durch zumindest eine Bearbeitung ausgewählt aus Superfinish, Läppen, spanabhebendem Bearbeiten, Schleifen und elektrolytischem Polieren.
Rotationseinheit nach Anspruch 37 oder 38, wobei die Vertiefungen und die Vorsprünge gebildet sind durch zumindest eine Bearbeitung ausgewählt aus Kugelstrahlen, Schleifen, Schneiden und Superfinish und die Vorsprünge werden zu oben abgeflachten Kontaktflächen geformt, die geglättete Oberflächen aufweisen durch Pollierrollen.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 37 bis 39, wobei die Vertiefungen geformt werden unter Verwendung eines Werkzeugs mit einem Klingenspitzenende mit zumindest einer Form ausgewählt aus einer Einfach-R(Radius)-Form, einer Trapezform, eine V-Form und einer Mehrfach-R-Form, wobei das Werkzeug eine Breite von 4–150 μm aufweist an einer Stelle um 0,5–2,5 μm vom Klingenspitzenende entfernt.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 37 bis 41, wobei die Vorsprünge gebildet werden durch Drehen unter Verwendung eines Werkzeugs mit einem runden Klingenspitzenende mit einem Radius von 0,2 mm oder weniger.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 36, wobei die Vertiefungen und die oben abgeflachten Kontaktflächen gleichzeitig ausgebildet werden unter Verwendung eines Werkzeugs mit Schneidklingen entsprechend den Vertiefungen bzw. den oben abgeflachten Kontaktflächen, wobei die Schneidklingen eine Abmessungsdifferenz dazwischen innerhalb eines Bereichs von 0,5–2,5 μm aufweisen.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 37 bis 42, wobei die oben abgeflachten Kontaktflächen ausgebildet werden unter Verwendung eines feststehenden Schleifwerkzeugs mit Schleifkörnern mit einem mittleren Korndurchmesser von 9 μm oder weniger.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 37 bis 42, wobei die oben abgeflachten Kontaktflächen ausgebildet werden unter Verwendung eines elastischen Schleifsteins mit Schleifkörnern mit einem mittleren Korndurchmesser von 30 μm oder weniger.
Rotationseinheit nach einem der Ansprüche 37 bis 45, wobei die Vertiefungen so ausgebildet sind, dass sie sich spiralförmig erstrecken durch Drehen des Wälzkörpers um eine Mittelachse desselben und zur gleichen Zeit relatives Bewegen des Wälzkörpers und eines Werkzeugs in zumindest einer Richtung ausgewählt aus einer Richtung der Mittelachse und einer Richtung senkrecht zur Mittelachse, während der Wälzkörper das Werkzeug berührt.