JP2007057040A - Continuously variable transmission device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は自動車や各種産業機械において利用される無段変速装置に関する。 The present invention relates to a continuously variable transmission used in automobiles and various industrial machines.
無段変速装置(CVT:Continuously Variable Transmission)は昔から多くの考案がなされている。特許文献1にはトラクションドライブ式無断変速装置の一例が記載されている。この無段変速装置は、軸方向に可動の一対のプーリ部材で外周に歯を切ったリングを軸方向両側から挟んだ構造である(図1左側および図2参照)。そして、プーリ部材を支持する第一の軸と、リングの歯とかみ合う歯車をもった第二の軸との間でトルクを伝達するようになっている。
特許文献1に記載された装置では、Vプーリの支持軸受はアンギュラ玉軸受で内輪回転となっている。そして、リングはVプーリの半径方向の一箇所で挟まれるため、支持軸受にはモーメント荷重が作用する。この場合、Vプーリへのリングからの荷重ベクトルの作用点から軸受の作用点までの距離が支持軸受の玉ピッチ円半径の約1.3倍より大きくなると伝達効率が低下することが判った(図6参照)。なお、図6は、横軸にピッチ円半径比(荷重ベクトルと軸受作用点間の距離/ピッチ円半径)、縦軸に伝達効率(%)をとり、両者の関係を示したものである。 In the device described in Patent Document 1, the support bearing of the V pulley is an angular ball bearing, and the inner ring rotates. And since a ring is pinched | interposed in one place of the radial direction of V pulley, a moment load acts on a support bearing. In this case, it was found that the transmission efficiency decreases when the distance from the point of action of the load vector from the ring to the V pulley to the point of action of the bearing is greater than about 1.3 times the ball pitch circle radius of the support bearing ( (See FIG. 6). In FIG. 6, the horizontal axis represents the pitch circle radius ratio (distance between the load vector and the bearing operating point / pitch circle radius), and the vertical axis represents the transmission efficiency (%).
この発明の主要な目的は、特許文献1に記載されたタイプの無段変速装置において、伝達効率の低下を防止することにある。 A main object of the present invention is to prevent a reduction in transmission efficiency in a continuously variable transmission of the type described in Patent Document 1.
この発明の無段変速装置は、ハウジングに回転自在に支持された第一の軸と、ハウジングに回転自在に支持された第二の軸と、第一の軸に支持された溝幅が可変のVプーリと、両側面にてVプーリと接触し外周を支えられたリングと、第二の軸回りにリングを移動させるための機構とから構成され、Vプーリへの歯付きリングからの荷重ベクトルの作用点から軸受の作用点までの距離をVプーリを支持する軸受の玉ピッチ円半径の1.3倍よりも小さくしたことを特徴とするものである。 The continuously variable transmission of the present invention includes a first shaft that is rotatably supported by the housing, a second shaft that is rotatably supported by the housing, and a groove width that is supported by the first shaft is variable. V pulley, a ring that contacts the V pulley on both sides and supported on the outer periphery, and a mechanism for moving the ring around the second axis, and a load vector from the toothed ring to the V pulley The distance from the point of action to the point of action of the bearing is smaller than 1.3 times the ball pitch circle radius of the bearing supporting the V pulley.
図4に示すように、Vプーリへの歯付きリングからの荷重ベクトルの作用点すなわち荷重作用点から軸受の作用点までの距離を玉のピッチ円半径の1.3倍より小さくすることで、図7に示すような伝達効率が得られ、図6に関連して上に述べたような伝達効率の低下を防ぐことができる。なお、この効率低下は軸受トルクの増大のためと、本結果より推定される。すなわち、モーメント荷重の増加のため、玉の接触角が位相に対して変化するようになり、軸受のトルクが増加したと考えられる。 As shown in FIG. 4, by reducing the action point of the load vector from the toothed ring to the V pulley, that is, the distance from the load action point to the bearing action point is less than 1.3 times the pitch circle radius of the ball, The transmission efficiency as shown in FIG. 7 can be obtained, and the reduction of the transmission efficiency as described above with reference to FIG. 6 can be prevented. This reduction in efficiency is estimated from this result because of an increase in bearing torque. That is, it is considered that the contact angle of the ball changes with respect to the phase due to the increase of the moment load, and the torque of the bearing has increased.
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1の右側にこの発明の実施の形態である無段変速装置の断面を示し、図2にこの発明の無断変速装置の構想図を示す。構想図(図2)に関しては従来の技術も同様である。これらの図から理解できるように、この無段変速装置は、軸方向に可動な一対のプーリ部材16a,16bでリング30を軸方向両側から挟んだ構造である。この実施の形態ではリング30は外周に歯車のような歯をもっているため、以下では歯付きリングと呼ぶこととする。
1 shows a cross section of a continuously variable transmission according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a conceptual diagram of the continuously variable transmission of the present invention. The conventional technology is the same for the conceptual diagram (FIG. 2). As can be understood from these drawings, the continuously variable transmission has a structure in which the
図1において、符号10はハウジングを概括的に指している。すなわち、ここではハウジングは単一の部材ではなく、全体として装置の外殻を構成する複数の部材を包括的にハウジングと呼んでいる。図示するように、ハウジング10内に、互いに平行な二本の軸12,36がそれぞれ軸受を介して回転自在に支持されている。そして、これらの軸12,36は、一方の軸(12または36)を入力軸とすると、他方の軸(36または12)が出力軸となる関係にある。
In FIG. 1,
軸12はVプーリ16を構成する一対のプーリ部材16a,16bを支持している。各プーリ部材16a,16bはボス部とディスク部とからなり、ディスク部が向かい合ってV溝を形成している。ディスク部はボス部の端部から半径方向に立ち上がっている。ボス部は軸12に摺動自在に嵌め合わせてあり、ボールスプライン14によって軸12の軸方向に移動可能である。なお、ボールスプライン14の構造は、軸12とプーリ部材16a,16bに形成した溝間にボールを介在させた周知のとおりのものである。
The
図1は中心線の左右に従来の技術とこの発明の実施の形態を対比して示してある。図1の左側のプーリ部材16aは、ボス部の外周に軸受18aが配置してある。軸受18aはプーリ部材18aとねじ軸22aとの間に介在してプーリ部材18aを回転自在に支持する。図1の右側のプーリ部材16bは、フランジ部の大径側に軸受18bが配置してある。軸受18bはプーリ部材16bとねじ軸22bとの間に介在してプーリ部材16bを回転自在に支持する。このような構成であるため、軸受18bは軸受18aよりもピッチ円径が大きく、したがって、軸受18bの方が、軸受の作用点から荷重作用点までの距離が短い。具体的には同距離をピッチ円径の1.3倍未満に設定してある。
FIG. 1 shows a comparison between the prior art and the embodiment of the present invention on the left and right of the center line. The
軸受18bは、図5に示すように、外輪回転の玉軸受であるが、この場合、軸受の作用点がVプーリの面から離れるため、荷重ベクトルとの距離が小さくなり、実質のモーメント荷重の大きさが減少する。このため、より小さなピッチ円径の玉軸受を使用することができ、低トルク化が期待できるため、伝達効率の向上を図ることができる。
As shown in FIG. 5, the
なお、玉軸受に代えて円すいころ軸受を採用すると、モーメント荷重の支持剛性が飛躍的に向上するため、上述のようにピッチ円を大きくしなくてもよい。 Note that when a tapered roller bearing is used instead of the ball bearing, the support rigidity of the moment load is remarkably improved, so that the pitch circle need not be increased as described above.
各プーリ部材16a,16bは溝幅調節機構20を備えている。溝幅調節機構20はここではボールねじタイプで、ねじ軸22a,22bと、ナット26と、複数のボール28を含んでいる。ねじ軸22a,22bは外周にボール28を転動させるためのらせん溝を有し、かつ、外周に歯を切ったフランジ24を有し、軸受18を介してプーリ部材16a,16bのボス部に回転自在に支持されている。ナット26は内周にボール28を転動させるためのらせん溝を有し、ハウジング10に固定されている。
Each
通常のボールねじと同様に、ねじ軸22a、22bのらせん溝とナット26のらせん溝との間にボール28が介在し、ボール28がらせん溝に沿って循環走行してねじ軸22a,22bとナット26の滑らかな相対回転および軸方向移動を許容する。この場合、ナット26は固定されているため、ねじ軸22a,22bが回転すると同時に軸方向に相対移動する。したがって、ねじ軸22a,22bのフランジ24を外部の駆動手段(図示省略)によって回転させると、その回転方向によって、ねじ軸22a,22bが軸方向に移動し、軸受18を介してプーリ部材16a,16bを相互に接近する向きに移動させ、または、プーリ部材16a,16bが相互に離反する向きに移動するのを許容する。
Similar to a normal ball screw, a
歯付きリング30の側面の断面形状はVプーリ16のV溝の断面形状と実質的に一致している。より具体的には、歯付きリング30の側面の断面形状は、平面とするほか、副曲率を設けた曲面とすることもできる。歯付きリング30は歯車34とかみ合い、その歯車34は軸36に固定してある。歯付きリング30は、歯車34の歯とかみ合う歯の軸方向両側に平滑な円筒状ガイド面32を有し、そのガイド面32にてガイドローラ42,44と接する。歯付きリング30のガイドには、図示するように歯付きリング30の外周面と接して転動するガイドローラ42,44を採用するほか、歯付きリング30との接触荷重は小さいため、歯付きリング30と滑り接触する滑り軸受(シュー)を採用してもよい。
The cross-sectional shape of the side surface of the
図2に示すように、この実施の形態では四つのガイドローラ42,44が設けてあり、図1にはそのうちの二つ、つまり、歯車34の両側に配置した一対の円板42a,42bで構成されるガイドローラ42と、同図の上部に現れているガイドローラ44の断面が示してある。ガイドローラ42は軸36に対して回転自在に支持されている。それ以外のすべてのガイドローラ44はそれぞれピン46を介して回転自在にガイドプレート40に支持されている。したがって、ガイドローラ42,44相互の位置関係は固定的である。これらのガイドローラ42,44のうち、図2の左端に現れているガイドローラ44は歯付きリング30の振れ防止の役割をも果たす。ガイドプレート40は軸36と同軸に、カラー38に旋回自在に支持されている。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, four
歯付きリング30は三つ以上のガイドローラ42,44で外周から拘束されているため、中心軸がなくても回転が可能である(心なしローラ)。ガイドローラ42,44はガイドプレート40で連結してあり、ガイドプレート40を旋回させることによって中心O1回りに歯付きリング30の回転中心を移動させることができる。したがって、歯付きリング30の外周に切られた歯は歯車34と常にかみ合った状態にある。歯付きリング30とVプーリ16との間にすきまが生じないようにVプーリ16とガイドプレート40を制御すれば、歯付きリング30が中心O1回りに移動することにより、Vプーリ16との接触点が変化し、一定の歯車34の回転数に対し、Vプーリ16の速度を連続的に変えることができる。このようにして、いわゆるCVTが構成される。
Since the
Vプーリ16を支持する軸12を入力側とすると、歯付きリング30を押し込んだ状態が減速状態となる。伝達トルクが同じであれば、歯付きリング30を押し込んだときのVプーリ16による挟みつけ力は大きくすべきで、逆に歯付きリング30とVプーリ16との接触点が大径側にあるときは小さくてもよい。挟み込み力によるVプーリ16の曲げ応力を考えた場合、大径接触時の挟み込み力を軽減できる、Vプーリ16を入力とするこの方法が、出力とするよりもベターである。
When the
図2に矢印で示す方向にVプーリ16から回転力が入力されると、Vプーリ16から歯付きリング30に力Fが作用し、ほぼ同じ大きさの力が歯車34から作用する。歯車34からの反力が歯付きリング30をVプーリ16に押し込む方向に働くため、伝達トルクの増大に伴い自動的に接触力が大きくなる。
When a rotational force is input from the
10 ハウジング
12 軸
14 ボールスプライン
16 Vプーリ
16a,14b プーリ部材
P 接触部
18a,18b 軸受
20 溝幅調節機構
22a,22b ねじ軸
24 フランジ
26 ナット
28 ボール
30 歯付きリング
32 ガイド面
34 歯車
36 軸
38 カラー
40 ガイドプレート
42 ガイドローラ
42a,42b 側板
44 ガイドローラ
46 ピン
10
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