JP2008215478A - Friction type transmission - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両用または産業機械用等として使用する変速装置であって、高速軸の駆動トルクを摩擦力によって低速軸に変速して伝達する変速装置の改良に関するものである。
The present invention relates to an improvement in a transmission that is used for vehicles, industrial machines, or the like, and that shifts and transmits the driving torque of a high-speed shaft to a low-speed shaft by frictional force.
従来より摩擦ローラ式変速機として、転動面に油膜を介した摩擦によって入力軸から転動体、出力軸へと伝達する、いわゆるトラクションドライブ型の変速装置が知られている。特に、トラクション型変速装置において必要なのはトルク(接線力)であり、その接線力を得るためには接線力の約10倍以上の法線力を加える必要がある。法線力が小さければ、伝達効率の低下、ころがり摩擦面の滑りによる焼き付きの発生に繋がる。転動体に法線力を確保する手段として、例えば次の方法がある。
(1)リング断面の撓み
U字型断面のリングを両側から押すことにより、内径を小さくすることによる法線 力の利用。
(2)圧入式
遊星ローラの構成要素の寸法を基準より圧入代を設けて製作し、圧入組立により各 部の法線力の利用。
(3)テーパーローラ
遊星要素のいずれかにテーパー部を設け、軸方向の力から法線力を発生させる。
(4)リング径の撓み
例えばリングコーンRC型などのように、ローラに外接するリングが接線力で撓む ことによる法線力の利用。
(5)ウェッジローラ
遊星の太陽ローラを偏心させ、リングとの間にウェッジローラを設けて法線力を発 生させる。
これらの方法の内、(1)〜(3)は全て一定の法線力であり、(4)〜(5)がトルクに応じた法線力を得ることができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a friction roller type transmission, a so-called traction drive type transmission is known that transmits friction from an input shaft to a rolling element and an output shaft by friction via an oil film on a rolling surface. In particular, torque (tangential force) is required in the traction type transmission, and in order to obtain the tangential force, it is necessary to apply a normal force of about 10 times or more of the tangential force. If the normal force is small, the transmission efficiency decreases, and seizure occurs due to the sliding of the rolling friction surface. As means for securing a normal force to the rolling elements, for example, there are the following methods.
(1) Deflection of ring cross section Utilization of normal force by reducing the inner diameter by pushing the ring of U-shaped cross section from both sides.
(2) Press-in type Manufactured with a press-fitting allowance based on the dimensions of the planetary roller components, and uses the normal force of each part by press-fitting assembly.
(3) Tapered roller A tapered portion is provided on one of the planetary elements to generate a normal force from an axial force.
(4) Deflection of ring diameter Utilization of normal force by the ring circumscribing the roller being bent by tangential force, such as the ring cone RC type.
(5) Wedge roller Eccentric planetary sun roller and provide a wedge roller between the ring and generate normal force.
Among these methods, (1) to (3) are all constant normal forces, and (4) to (5) can obtain normal forces according to torque.
ウェッジローラを備えたトラクション型変速装置として、特許文献1や特許文献2に示すトラクションローラ式変速機がある。これらは、ウェッジローラやウェッジローラとした中間ローラを弾性的に押圧することにより、無負荷状態でもウェッジローラの当接部に予圧を付与する構造としている。この構成により、軽負荷運転時にも各当接部で著しい滑りが発生するのを防止し、高効率で焼き付き等の損傷が発生しないローラ式変速機の提供を目的としている。
しかしながら、従来のウェッジローラを備えたトラクション型変速装置では、逆に伝達効率が著しく低下する問題が生じる。これは、入力軸に対しドラム等を偏心して設けることにより異径空間を形成したことに起因するものと考えられる。基本的に中間ローラはほぼ等間隔に3ヶ所配されることから、径が最大となる箇所に大きな中間ローラを配し、径が狭い箇所に小さな2つの中間ローラを配する構造となる。そして、小さな2つの中間ローラの少なくともいずれかにウェッジローラとして機能させる。 However, in the traction type transmission device provided with the conventional wedge roller, there arises a problem that the transmission efficiency is significantly lowered. This is considered due to the fact that the different diameter space is formed by providing the drum and the like eccentric with respect to the input shaft. Basically, three intermediate rollers are arranged at almost equal intervals, so that a large intermediate roller is arranged at a location where the diameter is maximum, and two small intermediate rollers are arranged at a location where the diameter is narrow. Then, at least one of the two small intermediate rollers is caused to function as a wedge roller.
このような構造により、小さな2つの中間ローラは楔として食い込ませる方向が逆となるため、一方をウェッジローラとして食い込ませても他方が径の広い方向に逃げてしまう結果となる。従って、一つの中間ローラが伝達に寄与しない状態となり、負荷状態では2つの中間ローラで伝達することになってしまう。しかも、この状態ではドラム等の外輪が偏心しやすく、伝達効率の低下のみならず、振動の発生、伝達に寄与しないローラの焼き付き、軸受の寿命の低下に繋がる大きな要因となる。
With such a structure, the direction in which the small two intermediate rollers bite in as wedges is reversed, so that even if one bites in as a wedge roller, the other escapes in a wider diameter direction. Accordingly, one intermediate roller does not contribute to transmission, and in a load state, transmission is performed by two intermediate rollers. In addition, in this state, the outer ring such as a drum is likely to be eccentric, leading to not only a decrease in transmission efficiency, but also a major factor that leads to the occurrence of vibration, the seizure of rollers that do not contribute to the transmission, and the reduction in bearing life.
そこで本発明者は上記問題に鑑み鋭意研究の結果、本発明を成し得たものであり、その特徴とするところは、ケーシングに回転自在に支持された高速軸と低速軸とを有し、該高速軸と同心に配したリング部材と、該高速軸の周囲に当接する複数の中間ローラとによって構成した変速装置において、該リング部材の回転と該中間ローラの公転のいずれかを該低速軸に伝達して変速する装置であって、該リング部材と各中間ローラとの間にそれぞれ同一方向に食い込ませるウェッジローラを介在したことにある。 Therefore, the present inventor has been able to achieve the present invention as a result of intensive studies in view of the above problems, and the feature thereof is that it has a high speed shaft and a low speed shaft that are rotatably supported by the casing, In a transmission configured by a ring member arranged concentrically with the high-speed shaft and a plurality of intermediate rollers in contact with the periphery of the high-speed shaft, either the rotation of the ring member or the revolution of the intermediate roller is used for the low-speed shaft. And a wedge roller that bites in the same direction between the ring member and each intermediate roller.
或いは、ケーシングに回転自在に支持された高速軸と低速軸とを有し、該高速軸と同心に固設した固定リングと、該固定リングに対向した位置に配し該低速軸に連結した回転リングと、該高速軸の周囲に当接して遊星軸を有する複数の中間ローラと、該遊星軸を支持して該高速軸周りに回転するキャリアとによって構成した変速装置であって、該中間ローラを段付形状、該固定リングと該回転リングを異径、の少なくともいずれかによって変速すると共に、各中間ローラと該固定リング及び該回転リングとの間にそれぞれ同一方向に食い込ませるウェッジローラを介在したことにある。 Alternatively, it has a high-speed shaft and a low-speed shaft that are rotatably supported by the casing, and a fixed ring that is fixed concentrically with the high-speed shaft, and a rotation that is disposed at a position facing the fixed ring and connected to the low-speed shaft. A transmission comprising a ring, a plurality of intermediate rollers having a planetary shaft in contact with the periphery of the high-speed shaft, and a carrier that supports the planetary shaft and rotates about the high-speed shaft. A stepped shape, the fixed ring and the rotating ring are shifted by at least one of the different diameters, and a wedge roller is inserted between each intermediate roller, the fixed ring and the rotating ring in the same direction. It is to have done.
ここで、本明細書中でいう「中間ローラ」とは、高速軸の周面に当接しほぼ等間隔に複数配したローラをいう。高速軸からの駆動トルクを中間ローラを介し、該高速軸と同心に配したリング部材に伝達することによって、リング部材の回転若しくは中間ローラの公転による低速軸から減速された回転トルクを得る。本発明においては、中間ローラからリング部材に伝達する手段として、各中間ローラとリング部材の間にウェッジローラを介在させる。このウェッジローラは、各中間ローラとリング部材の間にそれぞれ同一方向(同一回転方向)に食い込ませるもので、負荷がかかったときの食い込みにより極めて大きな法線力を転動系全体に均等に付与することができる。また、各中間ローラについてウェッジローラを挟むように(線対称位置:高速軸と遊星軸の中心を結ぶ線)2つ配することで正転や逆転のみならず、低速軸を駆動して高速軸から高速回転を得る増速機とすることも同等に行うことができる。 Here, the “intermediate roller” in the present specification refers to a plurality of rollers that are in contact with the peripheral surface of the high-speed shaft and are arranged at almost equal intervals. By transmitting the driving torque from the high-speed shaft to the ring member concentrically with the high-speed shaft via the intermediate roller, rotational torque decelerated from the low-speed shaft due to the rotation of the ring member or the revolution of the intermediate roller is obtained. In the present invention, a wedge roller is interposed between each intermediate roller and the ring member as means for transmitting from the intermediate roller to the ring member. This wedge roller bites between each intermediate roller and the ring member in the same direction (same rotation direction). Even when a load is applied, a very large normal force is evenly applied to the entire rolling system. can do. In addition, by arranging two intermediate rollers so as to sandwich the wedge roller (line symmetric position: a line connecting the center of the high speed axis and the planetary axis), not only forward rotation and reverse rotation, but also the low speed axis is driven and the high speed axis It is equally possible to obtain a speed increaser that obtains high speed rotation.
ウェッジローラは円柱状のローラの他、球状のボールとしてもよい。中間ローラとリング部材の隙間に対するウェッジローラの径としては、ウェッジローラと中間ローラ及びリング部材を結ぶ接線のなす角度、いわゆるウェッジ角約6°〜22°の範囲とする。トラクションドライブでは、無負荷状態でもトラクション部に小さな法線力を加えておく必要があるため、ウェッジローラを食い込ませる方向にバネなどの付勢手段で押圧したり磁石で吸引しておく(プリロード、予圧)ことにより、無負荷状態から負荷がかかったときに滑りを生じることなく食い込ませるようにする。 The wedge roller may be a spherical ball as well as a cylindrical roller. The diameter of the wedge roller with respect to the gap between the intermediate roller and the ring member is an angle formed by a tangent line connecting the wedge roller, the intermediate roller, and the ring member, that is, a so-called wedge angle of about 6 ° to 22 °. In the traction drive, it is necessary to apply a small normal force to the traction part even in a no-load state, so the wedge roller is pushed in by a biasing means such as a spring or attracted with a magnet (preload, By preloading), when a load is applied from a no-load state, the bite is caused without slipping.
「中間ローラの段付形状」とは、中間ローラの回転及び公転を固定リングに対向した位置に配した回転リングに伝達することで、該回転リングに連結した低速軸から大きな変速比を出力させることを目的とする構造をいう。例えば、固定リングと回転リングを同径とした場合において、固定リング側を大径、回転リング側を小径の段付形状の中間ローラとすることにより、固定リング側及び回転リング側との間隔に見合った径のウェッジローラをそれぞれ介在させて、大きな変速比が得られる。この場合、ウェッジローラは各中間ローラを挟むようにして配置する。 The “stepped shape of the intermediate roller” means that the rotation and revolution of the intermediate roller are transmitted to a rotating ring arranged at a position opposite to the fixed ring, so that a large gear ratio is output from the low speed shaft connected to the rotating ring. A structure intended for this purpose. For example, when the fixed ring and the rotating ring have the same diameter, a stepped shape intermediate roller with a large diameter on the fixed ring side and a small diameter on the rotating ring side can be arranged at a distance between the fixed ring side and the rotating ring side A large gear ratio can be obtained by interposing wedge rollers having appropriate diameters. In this case, the wedge rollers are arranged so as to sandwich the intermediate rollers.
「固定リングと回転リングを異径」とは、中間ローラを段付形状にする場合と同様に大きな変速比を得ることを目的とする。これは、例えば固定リングを小径、回転リングを大径とし、円柱状の中間ローラとの間隔に見合った径のウェッジローラを介在させることで、変速比をより大きくすることができる。「中間ローラの段付形状」と「固定リングと回転リングを異径」は、いずれか単独の構造でもよく、両者を組み合わせてもよい。
“The fixed ring and the rotating ring have different diameters” is intended to obtain a large gear ratio as in the case where the intermediate roller has a stepped shape. For example, the gear ratio can be further increased by, for example, setting the fixed ring to have a small diameter and the rotating ring to have a large diameter, and interposing a wedge roller having a diameter corresponding to the distance from the cylindrical intermediate roller. The “stepped shape of the intermediate roller” and “different diameters of the fixed ring and the rotating ring” may be either single structures or a combination of both.
以上のように本発明に係る摩擦式変速装置は、各中間ローラに対し同一方向に食い込ませるウェッジローラを介在させたことにより、各回転要素をそれぞれ確実に伝動に寄与させることができる。特に、ウェッジローラの楔による法線力はリング部材に均等に作用するため、全てが回転体内部で吸収され、軸受やケーシングなどに一切の力が作用しない。 As described above, the friction transmission according to the present invention can reliably contribute to the transmission of each rotating element by interposing the wedge roller that bites each intermediate roller in the same direction. In particular, since the normal force by the wedge of the wedge roller acts equally on the ring member, all is absorbed inside the rotating body, and no force acts on the bearing, casing, or the like.
しかも、各回転要素を支持する軸受には伝動に関与する法線力が一切作用せず、高変速比、高効率で高信頼性、且つ小型軽量で安定した回転性能が得られる静粛な減速機や増速機として提供することができる。さらに、ウェッジローラの楔方向の変位量に若干の余裕があり、回転体の加工誤差を吸収できるため、高精度な加工が不要となり低コストで製作することができる。
また、ウェッジローラのプリロードを磁石で行うことにより、非接触により抵抗が全く生じない、コンパクトに設けることができる、ケーシング内部の微粉を吸着してトラクション部やトラクションオイルをクリーンにするなどの効果が生じる。
In addition, the bearings that support each rotating element do not receive any normal force related to transmission, and have a high speed ratio, high efficiency, high reliability, small size, light weight, and stable speed reduction. Or as a gearbox. In addition, the wedge roller has a slight amount of displacement in the wedge direction and can absorb the machining error of the rotating body, so that high-precision machining is not required and it can be manufactured at low cost.
In addition, by preloading the wedge roller with a magnet, no resistance is generated due to non-contact, it can be provided in a compact manner, and the traction part and traction oil are cleaned by adsorbing fine powder inside the casing. Arise.
本発明は、摩擦伝動式の変速装置において、回転系に均等に作用させるウェッジローラを配したことにより、大きな法線力に伴う高い伝動効率が得られたことで、上述課題を解決した。
The present invention solves the above-mentioned problems by providing a high transmission efficiency associated with a large normal force by providing a wedge roller that acts uniformly on the rotating system in a friction transmission type transmission.
図1及び図2は、本発明に係る摩擦式変速装置1の一実施例を示すもので、エンジンまたは電動モータ等からなる駆動源により回転駆動される高速軸2と、この高速軸2の周囲に当接させ回転可能に支持した3つの中間ローラ3と、該高速軸2と同心に配し該中間ローラ3を囲む固定リング4と、各中間ローラ3と該固定リング4との隙間に食い込ませるウェッジローラ5とによって構成している。各中間ローラ3は、その遊星軸31を回転可能に支持したキャリア32に設けられ、該キャリア32には各ウェッジローラ5を食い込ませる方向に吸引する磁石6を設けている。本例では、各中間ローラ3の遊星軸31を高速軸2の法線方向に変位可能に支持している。
1 and 2 show an embodiment of a
この摩擦式変速装置1は、ケーシングCに転がり軸受で回転可能に支持された高速軸2をモータ等で回転駆動することにより、その周囲に配されキャリア32に支持された中間ローラ3が回転する。この回転に伴って固定リング4との間に介在させた各ウェッジローラ5の食い込みにより高い法線力が発生する。各ウェッジローラ5が固定リング4の内周面に沿って転動し、公転する各中間ローラ3のキャリア32に連結した低速軸7から減速回転が得られる。逆に、低速軸7側から駆動して高速軸2から高速回転を出力させることも可能である。特に、本例では各中間ローラ3を挟むようにして2つのウェッジローラ5を設けている。これは、高速軸2を逆転させた場合でも、一方のウェッジローラ5を食い込ませて駆動可能とするためであり、低速軸7側からの正転や逆転の入力にも対応することができる。一の中間ローラ3には2つのウェッジローラ5を図のように軸方向に設ける他、周方向に並べてもよい。
In the
図3(a)(b)は、本発明に係る摩擦式変速装置1の他の実施例を示すもので、中間ローラ3を段付形状としている。中間ローラ3の径を2種にすることにより、一方を固定リング4に他方を回転リング8に、ウェッジローラ5をそれぞれ介在させて転動させる構造である。ウェッジローラ5は、各中間ローラ3に対し挟むようにして2つ配置する。本例ではウェッジローラ5の軸方向のズレや相互干渉を防止するため、固定リング4と回転リング8の間に仕切板9を設けている。仕切板9に代えて中間ローラ3に鍔状部を設けるようにしてもよい。
3A and 3B show another embodiment of the
この摩擦式変速装置1では、前述した実施例のように中間ローラ3の公転から減速回転を出力させる構造に比し、図4(a)(b)のように公転方向と逆方向に回転する回転リング8に連結した低速軸7から出力させることによって、より大きな変速比を得ることができる。本例のように、中間ローラ3の固定リング4側を大径にした場合は、低速軸7は中間ローラ3の公転方向に回転する。
The
従来のウェッジローラ型変速機では精々1/20程度の変速比でしかなかったが、本例の摩擦式変速装置1では1/50以上の変速比を容易に得ることが可能になる。この方式では、段付形状の中間ローラ3の径の差が小さいほど大きな変速比が得られることになり、径の差を0.2mm程度にすれば1/300以上の変速比を得ることも可能である。また、本実施例2や後述する実施例3においては、低速軸7側から入力して高速軸2側から高速回転を出力させることや、実施例1の構造と組み合わせて高速軸2や低速軸7を正逆転入力に対応させることも可能である。
本例の摩擦式変速装置1の変速比iは、数式1で表される。
高速軸2の外径r、固定リング4及び回転リング8の内径R、中間ローラ3の外径D1、D2とした場合。
The gear ratio i of the
When the outer diameter r of the high-
図5は、本発明に係る摩擦式変速装置1のさらに他の実施例を示すもので、固定リング4に対し回転リング8の径を大径にした構造であり、中間ローラ3を段付形状とした場合と同様に大きな変速比を得ることができる。本例では、ウェッジローラ5としてボールを用いた例を示しており、中間ローラ3の周面には該ボールが嵌り込む溝を設けている。
本例の摩擦式変速装置1の変速比iは、数式2で表される。
高速軸2の外径r、固定リング4の内径R1、回転リング8の内径R2とした場合。
The gear ratio i of the
When the outer diameter r of the high-
C ケーシング
1 摩擦式変速装置
2 高速軸
3 中間ローラ
31 遊星軸
32 キャリア
4 固定リング
5 ウェッジローラ
6 磁石
7 低速軸
8 回転リング
9 仕切板
31 Planetary axis
32
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