具有增强的强度的用于滚子链条的偏置链节的制作方法

具有增强的强度的用于滚子链条的偏置链节
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年5月20日提交的名称为“具有增强的强度的用于滚子链条的偏置链节”的序列号为16/878,700的美国专利申请和2019年6月25日提交的名称为“具有增强的强度的用于滚子链条的偏置链节”的序列号为62/866,095的美国临时专利申请的优先权，这两项申请的公开内容在此通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及链条，并且更具体地，涉及具有偏置链节的滚子链条。


背景技术：

4.滚子链条是包括由侧链节固定在一起的一系列滚子并且由带齿齿轮构件或链轮驱动的链条。这种滚子链条通常用于传递机械动力，并且广泛应用于各种不同类型的机器和设备。
5.通常，这种链条包括交替的内链节组和外链节组。当链条结牢到其自身以形成环形循环时，链条通常具有偶数个节距或链节。当这种环形循环滚子链条包括奇数个链节时，通常一对链节由偏置链节形成，所述偏置链节具有弯曲部并在一端处用作内链节，在相对端处用作外链节。
6.当滚子链条包括成对的偏置链节时，由于链节中的弯曲部，偏置链节通常具有降低的疲劳强度。当偏置链节由与基链节相同的材料和尺寸形成时，不同之处仅在于放置在偏置链节中的弯曲部，一般行业标准假设偏置链节的疲劳强度比基链条低25％。链条整体的强度由于偏置链节的存在而降低显然是不期望的。


技术实现要素：

7.本发明提供一种具有成对的偏置链节的改进链条，其中偏置链节具有增强的强度。
8.在本发明的一种形式中，本发明包括一种具有至少一对偏置链节板的滚子链条，其中偏置链节板由具有高铬含量的钢制成并且使用等温淬火热处理(盐浴淬火)进行穿透硬化，从而为偏置链节板提供在洛氏硬度标度上在44hrc至50hrc的范围内的硬度和贝氏体冶金显微组织。
9.在一些实施例中，滚子链条包括由碳钢形成的内链节和外链节，所述碳钢使用油淬火和回火进行穿透硬化，从而为内链节板和外链节板提供在洛氏硬度标度上在38hrc至48hrc的范围内的硬度和回火马氏体冶金显微组织。
10.在一个实施例中，本发明提供了一种滚子链条，其包括：多个内链节板对和多个外链节板对，其中多个内链节板对和多个外链节板对沿着滚子链条的长度交替；多个滚子组件，其沿着链条长度以有规律地隔开的间隙居中定位并且在形成多个内链节板对的各个链节板之间延伸；以及至少一个偏置链节。偏置链节包括成对的偏置链节板，其中偏置链节具
有连接到多个内链节板对的一个内链节板对的第一端，并且偏置链节具有连接到多个外链节板对的一个外链节板对的第二端，并且其中该成对的偏置链节板具有比多个内链节板对和多个外链节板对中的至少一者更大的疲劳强度。
11.在这样的实施例中，成对的偏置链节板可以由具有贝氏体显微组织的等温淬火钢材料形成。多个内链节板对和多个外链节板对可以由具有回火马氏体显微组织的硬化碳钢材料形成。在一些实施例中，多个内链节板对和多个外链节板对的洛氏硬度在38hrc至48hrc的范围内，并且偏置链节板的洛氏硬度在44hrc至50hrc的范围内。
12.成对的偏置链节板可以由铬含量在0.4％至1.1％(重量)的范围内和碳含量在0.3％至0.6％(重量)的范围内的钢合金形成。多个内链节板对和多个外链节板对可以由碳含量在0.3％至1.0％(重量)的范围内的钢合金形成。
13.多个内链节板对、多个外链节板对和成对的偏置链节板的各个板都可以具有共同的厚度。在本发明的另一实施例中，本发明包括一种滚子链条，所述滚子链条包括：多个内链节板对和多个外链节板对，其中多个内链节板对和多个外链节板对沿着滚子链条的长度交替；多个滚子组件，其沿着链条长度以有规律地隔开的间隙居中定位并且在形成多个内链节板对的各个链节板之间延伸；以及至少一个偏置链节。偏置链节包括成对的偏置链节板，其中偏置链节具有连接到多个内链节板对中的一个内链节板对的第一端和连接到多个外链节板对的一个外链节板对的第二端。多个内链节板对、多个外链节板对和成对的偏置链节板的各个板都具有共同的厚度。多个内链节板对和多个外链节板对由具有回火马氏体显微组织的硬化碳钢材料形成。成对的偏置链节板由具有贝氏体显微组织的等温淬火钢材料形成，该等温淬火钢材料的洛氏硬度在44hrc至50hrc的范围内，并且其中形成该成对的偏置链节板的钢材料的铬含量在0.4％至1.1％(重量)的范围内，碳含量在0.3％至0.6％(重量)的范围内。
14.在一些实施例中，形成多个内链节板对和多个外链节板对的硬化钢材料的碳含量在0.3％至1.0％(重量)的范围内。
15.在一些实施例中，形成多个内链节板对和多个外链节板对的各个链节板都由平面板片材料形成，并且该成对的偏置链节板由板片材料形成，所述偏置链节板具有安置在第一平面中的内板部分、安置在平行于第一平面的第二平面中的外板部分以及连接内板部分和外板部分的过渡部分。形成多个内链节板对和外链节板对的各个链节板都可以由相同的材料形成并且具有相同的构造。在本发明的又一实施例中，本发明包括一种制造滚子链条的方法。该方法包括通过以下步骤由碳钢材料形成多个内链节板和多个外链节板：(a)将多个内链节板和多个外链节板加热到高于碳钢材料的奥氏体化温度的温度；(b)对多个内链节板和多个外链节板进行淬火，以将多个内链节板和多个外链节板快速冷却至低于碳钢材料的马氏体起始温度的温度；以及(c)对多个内链节板和多个外链节板进行回火。该方法还包括通过以下步骤由钢合金形成成对的偏置链节板：(a)将成对的偏置链节板加热到高于钢合金的奥氏体化温度的温度；以及(b)通过将成对的偏置链节板快速冷却至高于钢合金的马氏体起始温度的温度来对成对的偏置链节板进行淬火。该方法还包括将多个内链节板、多个外链节板和多个滚子组件组装在一起以形成一段链条，所述一段链条具有与成对的外链节板交替的成对的内链节板，并且其中成对的偏置链节板将成对的内链节板中的一对连接到成对的外链节板中的一对。
16.在这种方法的一些实施例中，形成成对的偏置链节板的钢合金的铬含量在0.4％至1.1％(重量)的范围内，碳含量在0.3％至0.6％(重量)的范围内，并且其中，在对该成对的偏置链节板进行淬火之后，该成对的偏置链节板的洛氏硬度在44hrc至50hrc的范围内。该成对的偏置链节板也可以在熔盐浴中淬火。
17.在该方法的一些实施例中，形成多个内链节板和多个外链节板的碳钢材料的碳含量在0.3％至1.0％(重量)的范围内，并且其中，在对多个内链接板和多个外链接板进行淬火之后，多个内链节板和多个外链节板的洛氏硬度在38hrc至48hrc的范围内。这种实施例还可以包括在油浴中对多个内链节板和多个外链节板进行淬火，并且通过允许它们通过向环境空气散热而冷却来对多个内链节板和多个外链节板进行回火。
18.在一些实施例中，该方法还包括在对多个内链节板和多个外链节板进行加热的步骤之前，从碳钢材料的板片冲压出多个内链节板和多个外链节板；从钢合金的板片冲压出该成对的偏置链节板，并且使从钢合金的板片冲压出的各个偏置链节板在偏置链节板的过渡部分处弯曲，由此各个偏置链节板具有安置在第一平面中的内板部分、安置在平行于第一平面的第二平面中的外板部分以及连接内板部分和外板部分的过渡部分；其中多个内链节板、多个外链节板和成对的偏置链节板的各个板都具有共同的厚度。
附图说明
19.通过参考以下结合附图对本发明的实施例的描述，本发明的上述和其他特征以及实现它们的方式将变得更加明显并且本发明本身将被更好地理解，其中：
20.图1是具有偏置链节的滚子链条的一部分的示意图。
21.图2是具有偏置链节的滚子链条的一部分的分解图。
22.图3是偏置链节的侧视图。
23.图4是图3的偏置链节的俯视图。
24.图5是附接到另一个链节的偏置链节的侧视图。
25.图6是图5的偏置链节和附接链节的俯视图。
26.图7是滚子链条和链轮组件的示意性侧视图。
27.图8是滚子链条组件的示意性俯视图。
28.图9是描述内链节板和外链节板的制造的流程图。
29.图10是描述偏置链节板的制造的流程图。
30.图11是描述滚子链条测试过程的照片。
31.图12是描述在测试过程中在偏置链节处失效的滚子链条的照片。
32.在这几个视图中，相应的附图标记表示相应的部分。尽管此处阐述的示例以一种形式示出了本发明的实施例，但以下公开的实施例并不旨在是穷举的或被解释为将本发明的范围限制为所公开的精确形式。
具体实施方式
33.图1和2中描述了滚子链条20。从这些图中可以看出，所示的滚子链条包括多个连接的链节，所述多个连接的链节在由成对的内链节板22形成的链节和由成对的外链节板24形成的链节之间交替。所描述的滚子链条20还包括由成对的偏置链节板28形成的偏置链节
26。内链节板22和外链节板24中的每一个由平面板片材料形成，并且具有大体8字形形状(当从诸如图5中的侧面观察时)，具有穿过其形成的用于接收连接器(诸如销)的成对的开口。偏置链节板28由平面材料形成，但是随后被弯曲以形成偏置，这将在下面更详细地讨论。偏置链节板28还包括用于接收连接器(诸如销)的成对的开口。
34.一系列滚子组件30在每对链节板的相对链节板之间延伸。参考图2的分解示意图，可以最好地理解滚子组件30的设计。每个滚子组件30包括定位在内链节板之间的中空圆柱形衬套32。衬套32通常固定到内链节板22中的一个，例如通过过盈配合接合，并且限定相对的内链节板22之间的间距。中空圆柱形滚子34可旋转地定位在衬套32上。连接销36穿过内链节板22和外链节板24中的开口插入以将链节板22、24与滚子组件30结牢在一起，并穿过衬套32和滚子34插入。连接销36在一端上可以具有预成型头部38，所述预成型头部太大而无法穿过外链节板24中的开口。销的相对端在其已经穿过链节板和其他滚子组件部件插入后被锤击或以其他方式变形，从而结牢链节。
35.当滚子链条20形成为环形循环并且包括偶数个总链节时，整个链条可以通过将成对的内链节板22与成对的外链节板24交替连接而形成。然而，当滚子链条需要由通过奇数个链节形成的一段链条形成环形循环时，需要使用偏置链节26，其中所述偏置链节有时也被称为半链节。单个偏置链节26将成对的外链节板24与成对的内链节板22连接，否则这将需要两组链节板(即，成对的内链节板22和成对的外链节板24)。
36.尽管可以形成具有多个偏置链节26的滚子链条24，但是通常仅期望使用单个偏置链节26，并且通常仅当需要奇数个链节的总数时才使用。
37.用于形成内链节板22、外链节板24和偏置链节板28的板片材料的厚度40a、40b、40c在所示实施例中都相同。对所有三种不同类型的板使用相同的材料厚度可以提高制造效率。内链节板22和外链节板24都使用相同的材料和用以硬化该材料的相同的工艺。如下文进一步讨论的，使用不同的材料和不同的硬化工艺以形成偏置链节板28。
38.外链节板24可以具有与内链节板22相同的形状和构造，由此内链节板22和外链节板24是可互换的，或者，当从链条的侧面观察时，内链节板和外链节板中的一个可以具有比内链节板和外链节板中的另一个稍大的表面积。换句话说，限定大致8字形形状的外链节板24的主平表表面可以具有比内链节板22的相应主平表表面稍大或稍小的表面积。
39.在图3-6中更详细地示出了偏置链节26。每个偏置链节板28包括内板部分42和外板部分44以及限定连接内板部分42和外板部分44的弯曲部的过渡部分46。每个偏置链节板28包括在内板部分42中的开口和在外板部分44中的开口。
40.对于每对偏置链节板28，衬套32以与衬套定位在内链节板22中的开口之间相同的方式定位在两个内板部分42中的开口之间。滚子34定位在内板部分42之间的衬套32上。成对的外链节板24定位在内板部分42的横向外侧，并且用销36结牢到内板部分42。销36还将衬套32和滚子34保持在内板部分42之间的适当位置。
41.外板部分44定位在成对的内链节板22的横向外侧，在该成对的内链节板之间定位有衬套32和滚子34。在所示的实施例中，在一端处具有头部并且在另一端处具有用于接收开口销50的横向开口的夹板销48用于将外板部分44与内链节板22、衬套32和滚子34结牢在一起。夹板销48和可移除开口销50的使用允许外板部分44和内链节板22之间的连接被非破坏性地分离和重新附接。当需要通过添加或移除链节来改变链条的长度时，或者当需要用
链条形成环形循环或在链条已经形成环形循环的情况下将链条从自身分离时，这会很有用。这在维修设备以及有必要去除然后重新安装呈环形循环形式的链条时特别有用。
42.滚子链条20可以广泛用于多种应用。例如，图7提供了滚子链条20的应用的示意图，其中滚子链条20已经形成环形循环52。在该示意图中，链条20与两个链轮54、56接合，其中链轮采用带齿齿轮的形式。链轮54、56是传统的链轮，并且具有接合链条20的滚子34的齿。在该实施例中，链轮54是被驱动链轮，并且驱动链条20的旋转。链条20又导致第二链轮56的旋转。在图7的实施例中，链条20被示为带有附接到链条20的桨叶60，正如在联合收割机的传统谷物升降机中通常所作的那样，以将材料从切割头移动到联合收割机中。
43.根据应用，链轮56的旋转可以是提供如图8中的方框58所示的应用的功能性的力。例如，由图8中的方框55表示的发动机或其他扭矩源可以转动第一链轮54，这又导致链条20和链轮56的旋转。如果链轮56联接到车辆的车轮，则车轮的驱动可以导致车辆移动。
44.替代地，桨叶60或其他部件62可以直接附接到链条20。在这种情况下，链轮56可以是惰轮或张紧链轮，其简单地使链条保持在适当的位置并处于适当的张力。图8中方框62示意地表示了这样的应用，其中链条本身通过附接到链条的功能部件62来驱动应用的功能性，而替代于或附加于第二链轮56向应用58提供驱动力。
45.还应注意，虽然所示实施例仅包括单股链条，但替代实施例可以包括以并排方式联合在一起的多股。在这种的多股实施例中，每个股中的偏置链节通常在链条中以并排布置彼此相邻定位。
46.在包含具有偏置链节的滚子链条的许多应用中，偏置链节是最弱的链节，并且通常是这种链条的失效点。本文公开的滚子链条20提供了一种链条，其中偏置链节板26至少与内链节板22和外链节板24一样强健，由此，从统计学上讲，链条20在偏置链节26以外的位置处比在偏置链节26处更容易失效。
47.在滚子链条20中，内链节板22和外链节板24通过相同的工艺制成，而偏置链节板28根据不同的工艺制成。在图9中示意性地描述了用于形成内链节板22、外链节板24的硬化工艺。链节板22、24首先从碳钢板片材料冲压出。有利地，链节板22、24由碳含量约为0.3％至0.6％或0.37％至0.5％的范围内的中碳钢制成，诸如aisi 1040或aisi 1045碳钢。然而，替代实施例可以采用不同的钢材料，例如碳含量在0.6％至1.0％之间的高碳钢。注意，本公开中使用的所有这种碳含量的量都是根据工业标准测量的，并且百分比是以重量计的。
48.链节板22、24的硬化工艺包含在高于钢的奥氏体化温度的炉中对板进行加热，即，将钢加热到高于钢将其晶体结构改变为更开放的奥氏体结构的温度，这使其能够吸收碳。该步骤由图9中的方框64表示。
49.然后将链节板22、24在油浴中淬火，如图9中的方框66所示。将链节板22、24快速冷却至低于材料的马氏体起始温度导致奥氏体转变为马氏体，并且这通常使用油浴完成，然而，也可以使用在低于马氏体起始温度的温度下对板进行淬火的替代方法。
50.在对链节板22、24进行淬火之后，将板回火到期望的硬度，如图9中的方框68所示。在所示实施例中，期望的硬度是在38hrc至48hrc的范围内的洛氏硬度。回火包含将链节板加热到低于其临界点的温度，然后让零件冷却，例如在环境空气中缓慢冷却，从而去除在淬火工艺中产生的一些硬度。钢零件的最终显微组织是回火马氏体。
51.偏置链节板28由不同的材料形成，并且对偏置链节板28使用不同的硬化工艺。偏
置链节板28可以有利地通过从由碳钢合金制成的板片材料冲压出链节板而制成，优选地，具有相对高铬含量的碳钢合金。例如，板片材料可以是具有在0.3％至0.6％的范围内、或者更具体地、在0.38％至0.43％的范围内的碳的中碳含量的钢合金。钢合金材料还有利地具有在0.4％至1.1％的范围内的相对高铬含量。注意，本公开中使用的所有这种铬含量的量都是根据工业标准测量的，并且百分比是以重量计的。例如，可以使用钢合金，诸如aisi 4140、5140或8640钢合金或40cr、42crmo、40cr或40crnimo钢合金。根据应用和其他链条部件，替代实施例也可以采用具有相对高铬含量的高碳钢或不包括相对高铬含量的普通中碳钢或高碳钢。
52.用于偏置链节板28的硬化工艺由图10中的流程图表示。偏置链节板28经受等温淬火热处理工艺，该工艺产生贝氏体显微组织而不是内链节板22和外链节板24的回火马氏体显微组织。如方框70所示，偏置链节板28在炉中被加热到高于形成板28的钢合金的奥氏体化温度。然后，如图10中的方框72所示，在高于形成板28的钢合金的马氏体起始温度的温度下对偏置板28淬火。在所示的实施例中，板28在熔盐浴中淬火。
53.通过足够快地对板28进行淬火以避免珠光体的形成并且在相对高的温度下进行淬火，例如高于钢合金的马氏体起始温度，偏置链节板28的所得显微组织是贝氏体而不是马氏体。该淬火工艺使偏置链节板28达到其最终期望硬度，即在44hrc至50hrc的洛氏硬度范围内，无需任何淬火后回火步骤。所得显微组织是贝氏体，与产生马氏体显微组织的传统淬火和回火相比，它不需要回火并且在硬化材料的形状中产生更少的变形。偏置链节板28抵抗疲劳失效的能力也得到增强，换言之，它们更坚固并且具有增强的疲劳强度。
54.进行测试以评估具有上述构造的滚子链条20的强度。图11是测试设备中的滚子链条的照片。测试了三种不同的滚子链条。每个滚子链条都具有相同的几何形状，并且满足ansi 80，其规定了1.000英寸(25.40毫米)的节距(即相邻滚子的轴线之间的距离)；0.625英寸(15.88毫米)的滚子直径；0.949英寸(24.1毫米)的链节板高度；0.126英寸(3.2毫米)的链节板厚度；0.313英寸(7.94毫米)的销直径；和1.289英寸(32.7毫米)的销长度。
55.第一链条构造(基线)包括由普通碳钢形成的并且根据上述并在图9中表示的加热-淬火-回火工艺硬化以产生马氏体显微组织的内链节板和外链节板。第一链条构造不包括任何偏置链节。
56.第二链条构造(马氏体偏置)包括单个偏置链节，并且所有的内链节板、外链节板和偏置链节板由普通碳钢形成，并且根据上述并在图9中表示的加热-淬火-回火工艺硬化以产生马氏体显微组织。
57.第三链条构造(贝氏体偏置)包括单个偏置链节。在这种构造中，所有的内链节板、外链节板都由普通碳钢形成，并且根据上述并通过图9表示的加热-淬火-回火工艺硬化以产生马氏体显微组织，但是偏置链节板由根据上述并通过图10表示的等温淬火工艺硬化以产生贝氏体显微组织的高铬合金钢形成。
58.内链节板和外链节板的材料和硬化工艺对于这三种链条构造都是相同的。唯一的区别是缺少偏置链节(第一构造)或偏置链节的材料和硬化工艺(第二构造和第三构造)。
59.建立测试程序是为了测试链节板的抗疲劳性。与为了针对寿命测试磨损部件(即销和衬套)的耐久性而设置的测试相反。该测试包含在链条上施加可变的拉伸载荷，其中承受载荷的链条的部分包括承受载荷的偏置链节(在第二链条构造和第三链条构造中)。载荷
从最大载荷36.25kn变化到最小载荷4kn，并且载荷在这两个值之间以52赫兹(正负1赫兹)的速率振荡。
60.在对每个构造的多个链条进行该测试后，发现第一构造(基线)链条在其失效之前花费了349k到419k个周期之间。主要失效点是内链节板。
61.第二构造(马氏体偏置)链条的结果发现，这种构造在109k至150k个周期之间失效，主要失效点是偏置链节。图12呈现了该第二链条构造的失效偏置链节的照片。因此，传统的偏置链节构造在大约基线链条构造的1/3周期数时失效。
62.第三构造(贝氏体偏置)链条的结果发现，这种构造在346k至437k个周期之间失效，或者，大致相当于基线构造。主要失效点是内链节板，其失效决定了基线链条构造的疲劳强度的相同的部件。因此，内链节板是薄弱链节，并且在第三构造中偏置链节板的强度并不决定滚子链条组件的疲劳强度。
63.虽然本发明已经被描述为具有示例性设计，但是本发明可以在本公开的精神和范围内进一步修改。因此，本技术旨在涵盖使用其一般原理的本发明的任何变化、用途或改编。