CN101523083A - 摩擦传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有第一和第二滚轮(1，2)的摩擦传动装置，其中传动力和压力的比近乎恒定，无论所述传动力的大小如何。所述滚轮(1，2)具有以规定径向距离(r₀)间隔开的中心轴线，并当所述滚轮(1，2)未承受载荷时相对于xy坐标系布置成：坐标原点对应于所述第一滚轮(1)的中心轴线，而y轴穿过所述第二滚轮(2)的中心轴线。凸轮表面(51)位于xy坐标系的第一象限并具有单一半径的凹形弧，使得凹形弧的凸轮表面中心位于所述xy坐标系的第三象限，接近或位于由所述规定径向距离(r₀)限定的假想圆弧上。

Description

摩擦传动装置

本申请要求日本专利申请No.2005-209701的优先权。日本专利申请No.2005-209701的整个公开内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种摩擦传动装置，所述摩擦传动装置配备有一对经由凸轮部件彼此靠压接触的滚轮，以便以减速比增速比在二者之间传送机械动力。

背景技术

一些传统技术的摩擦传动装置设置有楔形滚轮，所述楔形滚轮设置在驱动滚轮和从动滚轮之间，以便通过以一沿滚轮接触点处的切线方向的角保持楔形滚轮来自动产生与传送力成比例的压力(参照，例如日本公开专利出版物No.2002-349654)。

鉴于以上所述，由此公开的内容，对于本领域技术人员而言显而易见的是存在对改进了的摩擦传动装置的需求。本发明致力于本领域的这种需求以及其它需求，由此公开的内容，这些需求对本领域的技术人员是很明显的。

发明内容

当压力连同传动力的增加而增加时，滚轮的接触部分生弹性形变而相对于楔形滚轮的角度减小。换句话说，当传动力增加时就会出现过大压力施加于滚轮的问题，这样就会减少滚轮和支承轴承的使用寿命，并对动力传输效率产生不利影响。

鉴于以上问题，本发明的一个目的是提供一种摩擦传动装置，能够通过利用仅只采用支承滚轮和致动器的简单结构即使在传动力很大时防止产生过大的压力，来提高使用寿命和动力传输效率。

据本发明的一个方面，提供了一种摩擦传动装置，主要包括第一滚轮、第二滚轮和凸轮部件。所述第一滚轮包括滚轮支承部件。所述第二滚轮可转动地接合所述第一滚轮以在所述第一和第二滚轮之间的接触点处承受来自所述第一滚轮的压力，从而在所述第一和第二滚轮之间传输机械动力。所述凸轮部件通过所述滚轮支承部件支承所述第一滚轮。所述凸轮部件包括凸轮表面，所述凸轮表面具有相对于所述第一和第二滚轮的接触点处的切线的角度，使得所述凸轮表面压靠所述滚轮支承部件以经由所述接触点处产生的摩擦在所述第一和第二滚轮之间传递驱动力。所述第一和第二滚轮分别具有以规定径向距离间隔开的第一和第二中心轴线。当所述第一和第二滚轮未承受载荷时，所述第一和第二滚轮还相对于具有x轴和y轴的xy坐标系布置成：原点对应于所述第一滚轮的所述第一中心轴线，而所述y轴通过所述第二滚轮的所述第二中心轴线。所述凸轮表面位于所述xy坐标系的第一象限，且所述凸轮表面具有位于垂直于所述第一中心轴线的平面中的凹形横截面形状，所述凹形横截面形状形成具有单一半径的凹形弧，使得所述凸轮表面的所述凹形弧的中心位于所述xy坐标系的第三象限，接近或位于由自所述第一滚轮的第一中心轴线伸出的所述规定径向距离限定的假想圆弧上。

从下面与附图相结合公开了本发明优选实施例的详细描述中，本发明的这些和其它目的、特征、各个方面以及优点对本领域技术人员而言将是很明显的。

附图说明

现参照构成此原始公开内容一部分的附图：

图1是据本发明第一实施例的摩擦传动装置的示意图；

图2是具有线性凸轮表面的相对摩擦传动装置的示意图，显示了作用在摩擦传动装置上的驱动滚轮上的力矩和力的关系。

图3是具有如图2中所示的线性凸轮表面的相对摩擦传动装置的示意图，显示了在高力矩和低力矩下滚轮的接触点的变化；

图4是曲线图，图示了图2和3中所示的相对摩擦传动装置中产生的压力相对于传动力的关系的特性；

图5是数学曲线图，示出了图2和3中所示的相对摩擦传动装置的检测和加工的困难；

图6是跟据本发明第一实施例驱动滚轮的运动和驱动滚轮的中心坐标的变化的图解；

图7是据本发明第二实施例的摩擦传动装置的示意图，其中凸轮表面弧的中心设置在半径为r₀的圆周线的稍许内侧或稍许外侧；以及

图8是曲线图，示出了在第二实施例的摩擦传动装置中摩擦传动装置中产生的压力相对于传动力的关系的特性。

具体实施方式

现在将参照附图说明本发明的选定实施例。从本公开的内容，对本领域技术人员而言显而易见的是，本发明实施例的以下描述只是为了说明而提供而不是为了限制由所附权利要求或其等同物所限定的本发明。

先参照图1，其为根据本发明第一实施例的摩擦传动装置的示意图。所述摩擦传动装置主要包括驱动滚轮1和从动滚轮2，所述驱动滚轮1和从动滚轮2在滚轮1和2之间的滚轮接触点P相互压靠(压接触)。这样，机械动力可以通过在所述滚轮1和2之间的滚轮接触点P处产生的摩擦力在所述滚轮1和2之间传递。所述驱动滚轮1对应于本发明的第一滚轮，而所述从动滚轮2对应于本发明的第二滚轮。

基本上，所述驱动滚轮1在其中心处一体地形成有作为第一滚轮轴承4的内座圈的滚轮轴3。第一滚轮轴承4具有外座圈4a，所述外座圈4a在框架构件5的上部处由该框架构件5支承，使得所述驱动滚轮1可相对于所述框架构件5旋转。因此，所述第一滚轮轴承4是由滚轮轴3、外座圈4a(凸轮从动件)以及多个布置在它们之间的滚珠构成。同样，从动滚轮2在其中心处一体地形成有作为第二滚轮轴承内座圈的滚轮轴。第二滚轮轴承具有外座圈，所述外座圈在框架构件5的下部处由所述框架构件5支承，使得所述从动滚轮2可相对于所述框架构件5旋转。因此，所述第二滚轮轴承由滚轮轴、外座圈以及多个布置在它们之间的滚珠构成。

驱动滚轮2的滚轮轴由所述框架构件5以位置调整状态(position-regulated state)支承，即使得从动滚轮2的中心轴O₂相对于框架构件5保持固定。驱动滚轮1的滚轮轴3通过第一滚轮轴承4可转动地支承在所述框架构件5上以便围绕从动滚轮2的中心轴O₂旋转，使得所述驱动滚轮1相对于所述框架构件5移动。所述框架构件5对应于旋转支承部件，具有带有以下进行说明的根据本发明构作而成的凸轮表面51的凸轮件。所述滚轮轴承3对应于以下进行说明的根据本发明的驱动滚轮1的滚轮支承部件。

所述凸轮表面51包括具有凸轮斜度的凹曲线，其中所述凸轮斜度形成为使得倾斜角相对于驱动滚轮1和从动滚轮2的滚轮接触点P处的切线C平滑地改变，其中所述倾斜角是凸轮表面51上与驱动滚轮1接触点处的切线和驱动滚轮1与从动滚轮2的滚轮接触点P处的切线之间的角度。结果，凸轮表面51向驱动滚轮1的施力方向将改变，且驱动滚轮1压靠从动滚轮2的方式将改变。

当驱动滚轮1具有旋转中心轴O₁时，从动滚轮2的旋转中心轴O₂以预定的径向距离r₀与驱动滚轮1的中心轴O₁间隔开，如图1所示。当所述滚轮1和2未承受载荷(即如图1所示的无力矩位置)时，所述滚轮1和2相对于具有x轴和y轴的xy坐标系设计和布置，所述xy坐标系的原点对应于所述驱动滚轮1的中心O₁，y轴穿过从动滚轮2的中心轴O₂。所述凸轮表面51位于xy坐标系的第一象限。所述凸轮表面51具有凹的横截面形状或轮廓，位于垂直于驱动滚轮1的中心轴O₁的平面中。凸轮表面51的该凹形横截面形状或轮廓形成具有单一半径的单一凹形的凸轮表面弧，并且凸轮表面51的凹形凸轮表面弧的中心点位于所述xy坐标系的第三象限中，接近假想弧或位于假想弧上，所述假想弧由从驱动滚轮1的中心轴O₁伸出的预定径向距离r₀限定。

结果，通过仅仅采用滚轮和致动器的简单结构，即使当驱动力很大时，也可通过防止产生过大压力而提高使用寿命和动力传递效率。而且，凸轮表面51的加工和成品件的形状检查比较容易且获得了良好的效用，因为可仅只根据x和y函数简单地计算出凸轮轮廓。

现在参照图2简要地描述摩擦传动装置的基本操作，图2图示了一种摩擦传动装置，此摩擦传动装置基本上对应于公开在美国专利出版物No.2005/0143211(参见图1-16和日本专利申请No.2003-433910)中的选定摩擦传动装置。在此相对摩擦驱动装置中，与传动力矩成正比的压力通过将一个滚轮支承在凸轮表面上而施加于滚轮之间，所述凸轮表面具有相对于各滚轮接触点处的切线的角度。一般而言，由于压力和传动力的比(即摩擦系数或牵引系数)近乎恒定，因此在传动力和压力成比例的情况下，就会施加即不过大也无不足的最适宜压力。在此摩擦传动装置中，当所述压力连同传动力的增大而增大时，滚轮接触点产生弹性形变。为了对此进行吸收，当滚轮接触点在凸轮表面上移动时，滚轮接触点如图3所示移动而改变传动力的方向。由于凸轮表面的角度是固定的，因此两者的角度α减小，且压力相对于所述传动力的比增大(图4)。这样，会在滚轮上施加过大的压力。

另一种摩擦传动装置公开在美国专利出版物No.2005/0143211(参见图17-21和日本专利申请No.2004-57639)中。特别地，通过规定由以下方程(1)和(2)所表示的凸轮轮廓的结构(凸轮截面表面形状)可将压力和传动力的比设置成通常恒定。在方程(1)和(2)中，坐标(x_c，y_c)是凸轮表面的坐标，角度α是凸轮表面压力和在传动力不起作用的初始位置处的滚轮压力的角度，而角度θ是滚轮相对于中心轴O₂的移动角度。

$x_c=r_0\exp \{-\frac{\mathrm{\θ}\sec (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})\sin \mathrm{\α}}{\cos \mathrm{\θ}+\sin \mathrm{\θ}\tan (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})}\}\sin \mathrm{\θ}+r_c\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})---\left(1\right)$

$x_c=r_0[\exp \{-\frac{\mathrm{\θ}\sec (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})\sin \mathrm{\α}}{\cos \mathrm{\θ}+\sin \mathrm{\θ}\tan (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})}\}\cos \mathrm{\θ}-1]+r_c\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ})---\left(2\right)$

由于公式(1)和(2)的复杂性，坐标x和y与角度θ的值会变成需要插值法的离散值，使得曲率偏离图5中所示者。

相比之下，如上所述，本发明第一实施例的摩擦传动装置的凸轮表面51位于指定坐标系(x，y)的第一象限，凸轮表面51具有凹形的横截面形状或轮廓，形成具有单一半径的单一凹形凸轮表面弧，凸轮表面51的凹形凸轮表面弧的中心点位于xy坐标系中的第三象限，接近或位于所述圆弧上，所述圆弧由距离驱动滚轮1的中心轴O₁的径向距离r₀所规定。

图1中，当驱动滚轮1的中心坐标被指定为(x，y)时，那么从动滚轮2的中心距离r可用下面的公式3表示：

$r=\sqrt{x^2+{(y+r_0)}^2}---\left(3\right)$

当凸轮表面51具有半径为R_c的凸轮表面弧时，位于初始位置处的凸轮随动件(外座圈4a)的接触角表示为角度α，而凸轮随动件(外座圈4a)的半径表示为r_c，则凸轮表面51的中心坐标(x₀ y₀)由下面的方程(4)和(5)表示。

x₀＝-(R_c-r_c)sinα                         (4)

y₀＝-(R_c-r_c)cosα                        (5)

如图6所示，当驱动滚轮1已经相对于凸轮表面51的中心移动角度

时，驱动滚轮1的中心坐标改变为如下面的方程(6)和(7)所示。

此时，由穿过滚轮1和2的中心的直线以及穿过驱动滚轮1相对于凸轮表面51的接触点和凸轮表面51的弧的中心的直线所形成的角β可由下面的方程(8)表示。

当滚轮压力相对于传动力的增加的比为恒定并且角度β等于角度α时，那么必需满足方程(9)中所示的函数。

通过求解联立方程式(3)、(6)、(7)、(9)可得到下面的方程(10)。

在这种情况下，虽然角度α相对于滚轮牵引或摩擦系数μ存在函数关系μ＝tanα中，但μ一般小于0.1，而角度α是几倍大。滚轮接触点P处发生的变形相当小，且大约为微米量级，以及所述角度

也是取值为数微米的很小的值。因此，相应于角度α和

以及它们的(未改变量级的)函数的正弦为0，余弦接近1。当这些值代入方程(10)中时，得到了下面的方程(11)。

R_c-r_c≈r₀                               (11)

方程(11)左侧项R_c-r_c等于从中心轴O₁到所述凸轮表面中心的距离。因此，由于凸轮表面51具有半径为R_c的凸轮表面弧，所述凸轮表面弧的中心位于引自所述中心轴O₁的直线上，并位于由从所述中心轴O₁延伸的规定半径r₀所限定的圆弧上，因此所述传动力和滚轮压力的比几乎恒定。

现参照图7和8，现在将说明根据第二实施例的摩擦驱动装置。鉴于所述第一和第二实施例之间的相似性，与所述第一实施例的部件相同的第二实施例的部件将被赋予与第一实施例的部件相同的附图标记。并且，为了简化，将省略与所述第一实施例的部件相同的第二实施例的部件的描述。

图7是据本发明第二实施例的摩擦传动装置的示意图，其中凸轮表面弧的中心相对于半径r₀的圆周线设置成稍许靠内或稍许靠外。图8是曲线图，说明在所述第二实施例的摩擦传动装置中产生的压力相对于传动力的关系的特性。

虽然当凸轮表面弧的中心相对于半径r₀的圆周稍许靠内或稍许靠外(即当R_c-r_c稍微小于r₀或稍微大于r₀，如图7所示)时，压力的特性相对于传动力发生改变，如图8所示，但是这种改变的幅度相当小。因此，凸轮表面弧的中心也可位于中心位于中心轴O₁的半径r₀的圆周线上或邻近中心位于中心轴O₁的半径r₀的圆周线。

由本发明的摩擦传动装置获得的一个优选效果是所述传动力和所述压力的比几乎恒定，无论所述传动力的大小如何。结果，通过利用仅只采用楔形滚轮和致动器的简单结构即使在传动力很大时防止产生过大的压力，提高了使用寿命和动力传输效率。

此外，相对于采用诸如美国专利出版物No.2005/0143211(参见图17-21和日本专利申请No.2004-57639)公开的一些实施例中使用的方程(1)和(2)等复杂方程对x、y和θ的离散值进行插值确定凸轮轮廓的摩擦传动装置，凸轮表面的加工以及成品部件形状的检查比较容易且实用性优良，因为凸轮轮廓通过x和y自身的函数就可以简单地进行计算。

在这些实施例中，由凸轮表面51和滚动支承部件(滚轮轴承4的外座圈4a)的接触点处的切线形成的角被设置为小于6度。由直线R_c和所述坐标系的y轴形成的角(即所述传动力在滚轮接触点P处，且由凸轮表面51和滚动支承部件(滚轮轴承4的外座圈4a)的接触点处的切线形成的角α)被设置为小于6°。

这种作用使得虽然所述牵引系数因油的类型和驱动条件会有所不同，但它们仍保持在一定范围。根据Hata等人(“Idemitsu Tribo Review”12期，第36页(1986))，此值最大为0.1。因此，如果传动力和压力的比小于0.1，那么由于压力不足导致的动力传递缺失就不会发生。在此情况下，由于当把角α设置为小于6度的值时β≈α，那么传动力和压力的比变为tanα，且所述传动力和所述压力的比可小于0.1。

特别是，由于驱动滚轮1和从动滚轮2通过油膜剪切阻力传输动力，因此传动力在所述滚轮1和2的滚轮接触点P处，且由所述凸轮表面41和所述滚动支承部件的接触点处的切线形成的角α被设置为小于6度，由于压力不足引起的滑动得以防止，且防止了由此产生的动力传输效率的降低。这样，除了以上所提到的效果，在本发明的摩擦传动装置中获得了防止由于压力不足引起的滑动以及由此产生的动力传输效率降低的额外效果。

在理解本发明的范围时，如这里所用的术语“包含”及其衍生词，旨在是开放端术语，说明了所述特征、元素、部件、组、整数和/或步骤的存在，但并不排除其他的未陈述的特征、元素、部件、组、整数和/或步骤的存在。上述也适用于具有类似意义的词语，比如“包括”、“具有”及其派生词等术语。还有，当术语“部件”、“零件”、“部分”、“元件”或“单元”用作单数时，它们具有单个部件或多个部件的双重意义。而且如在这里描述以上实施例所使用的，以下有关方向的术语“前、后、上、向、垂直、水平、下面以及横向”以及任何其它相似的方向性术语指配备有本发明的车辆的那些方向。因此，如用来描述本发明的这些术语应当相对于配备有本发明的车辆来解释。并且，在权利要求书中被表达为“装置+功能”的术语应当包括可用于执行本发明所述部分的功能的任何结构。用在这里的程度术语比如“基本上”、“大约”和“接近”表示被修饰术语的合理偏离量，使得最终结果不显著改变。例如，这些术语可被解释为包括被修饰术语的至少±5％的偏差，如果此偏差不否定其所修饰的词的意义。

虽然选择了选定实施例来图示本发明，根据本公开的内容，对本领域内的熟练人员显而易见的是，在不背离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下，在此可做出各种改变和修改。例如，各部件的尺寸、形状、位置或方位可根据需要和/要求而进行改变。

而且，例如，所述凸轮表面的单一半径部分可以仅仅是与所述滚轮压力接触的主要部分，而其它部分为了加工方便可具有另外的形状例如线性形状等。由于本发明也可被广泛应用于需要加速功能、减速功能和传动装置的工业设备等中，所以本发明的摩擦传动装置不限于应用于车辆中的传动和加速/减速装置。而且，虽然已经借助于通过驱动滚轮和从动滚轮而具有加速功能的摩擦传动装置的例子对所述第一和第二实施进行了描述，但是所述装置也可通过多个布置在输入轴上的滚轮或多个从动滚轮以及多组行星滚轮而用作行星滚轮型传动的摩擦传动装置。

所示直接连接或相互接触的部件可带有布置于它们之间的中间结构。一个元件的功能可通过两个元件执行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可在另一个实施例中采用。在一特定的实施例中没有必要同时具有所有的优点。每一区别于现有技术的特征，单独的或者与其他的特征相结合，也应当被认为是本申请人的进一步发明的单独描述，包括由这些特征所体现的结构/或功能概念。

因此，本发明实施例的上述描述只是为了进行说明，而不是为了限制由所附权利要求及其等同物所限定的本发明。

Claims (6)

1.一种摩擦传动装置，包括：

第一滚轮，该第一滚轮包括滚轮支承部件；

第二滚轮，该第二滚轮可转动地接合所述第一滚轮以在所述第一和第二滚轮之间的接触点处承受来自所述第一滚轮的压力，从而在所述第一和第二滚轮之间传输机械动力；以及

凸轮部件，该凸轮部件通过所述滚轮支承部件支承所述第一滚轮，所述凸轮部件包括凸轮表面，所述凸轮表面具有相对于所述第一和第二滚轮之间的所述接触点处的切线的倾斜角，使得所述凸轮表面压靠所述滚轮支承部件以经由所述接触点处产生的摩擦在所述第一和第二滚轮之间传递驱动力；

所述第一和第二滚轮分别具有以规定径向距离间隔开的第一和第二中心轴线，当所述第一和第二滚轮未承受载荷时，所述第一和第二滚轮还相对于具有x轴和y轴的xy坐标系布置成：原点对应于所述第一滚轮的所述第一中心轴线，而所述y轴通过所述第二滚轮的所述第二中心轴线，

所述凸轮表面位于所述xy坐标系的第一象限，且所述凸轮表面具有位于垂直于所述第一中心轴线的平面中的凹形横截面形状，所述凹形横截面形状形成具有单一半径的凹形弧，使得所述凸轮表面的所述凹形弧的凸轮表面中心位于所述xy坐标系的第三象限，接近或位于由自所述第一滚轮的第一中心轴线伸出的所述规定径向距离限定的假想圆弧上。

2.如权利要求1所述的摩擦传动装置，其中

所述第一和第二滚轮还布置成使得所述第一和第二滚轮之间的所述接触点处的传动力以及由所述凸轮表面与所述滚轮支承部件的接触点处的切线形成的角度设置为小于6度。

3.如权利要求1所述的摩擦传动装置，其中

所述凸轮表面的所述凸轮表面中心位于由自所述第一滚轮的第一中心轴线伸出的所述规定径向距离限定的所述假想圆弧上。

4.如权利要求1所述的摩擦传动装置，其中

所述凸轮表面的所述凸轮表面中心位于由自所述第一滚轮的所述第一中心轴线伸出的所述规定径向距离限定的所述假想圆弧的外侧。

5.如权利要求1所述的摩擦传动装置，其中

所述凸轮表面的所述凸轮表面中心位于由自所述第一滚轮的所述第一中心轴线伸出的所述规定径向距离限定的所述假想圆弧的内侧。

6.一种摩擦传动装置，包括：

用于传递转动的第一滚轮装置；

用于传递转动的第二滚轮装置，该第二滚轮装置与所述第一滚轮装置接合以在所述第一和第二滚轮装置之间的接触点处承受来自所述第一滚轮装置的压力，从而在所述第一和第二滚轮装置之间传输机械动力；以及

凸轮装置，该凸轮装置用于支承所述第一滚轮装置使之相对于所述第二滚轮装置进行弧形移动，所述凸轮装置包括凸轮表面，所述凸轮表面具有相对于所述第一和第二滚轮装置之间的所述接触点处的切线的倾斜角，使得所述凸轮表面压靠所述第一滚轮装置以经由所述接触点处产生的摩擦在所述第一和第二滚轮装置之间传递驱动力；

所述第一和第二滚轮装置分别具有以规定径向距离间隔开的第一和第二中心轴线，当所述第一和第二滚轮装置未承受载荷时，所述第一和第二滚轮装置还相对于具有x轴和y轴的xy坐标系布置成：原点对应于所述第一滚轮的所述第一中心轴线，而所述y轴通过所述第二滚轮装置的所述第二中心轴线，

所述凸轮表面位于所述xy坐标系的第一象限，且所述凸轮表面具有位于垂直于所述第一中心轴线的平面中的凹形横截面形状，所述凹形横截面形状形成具有单一半径的凹形弧，使得所述凸轮表面的所述凹形弧的凸轮表面中心位于所述xy坐标系的第三象限，接近或位于由自所述第一滚轮装置的第一中心轴线伸出的所述规定径向距离限定的假想圆弧上。

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