CN1257972A

CN1257972A - 摩擦阻力发生装置

Info

Publication number: CN1257972A
Application number: CN99102575A
Authority: CN
Inventors: 三村建治
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2000-06-28
Also published as: AU1840599A; TW438942B; CA2262072A1; KR20000047367A; DE69909723D1; US6148978A; JP2000186752A; EP1013952B1; ID24011A; US6298966B1; EP1013952A1; DE69909723T2

Abstract

本发明的摩擦阻力发生装置,以多个滚柱为间距使旋转体与被动体在径向相对,将各滚柱的转动轴相对旋转体的旋转轴所构成的角度设成大于5°小于20°,并将各滚柱的转动轴相对于包含旋转体的旋转轴的平面所构成的角度设成大于25°小于90°,如此可始终发生更有效且稳定的摩擦力。

Description

摩擦阻力发生装置

本发明涉及将摩擦力带来的任意阻力作用于各种机械的旋转运动的机构所利用的摩擦阻力发生装置。

一般我们知道，作为机械要素之一的轴承，大致分为通过润滑油而支承可动侧构件的滑动轴承和通过钢球或滚柱而支承可动侧构件的滚动轴承，但这些都是使可动侧构件始终顺利运动的，且以尽可能减小各构件之间的摩擦阻力为目的的。因此，现有的轴承，由于不是将阻力作用于运动的构件上来控制动力，故当欲规定地限制可动侧构件的运动速度时，必须另外增设缓冲器或阻尼器等的衰减装置。

然而，在使用润滑油的滑动轴承中，若润滑油以理想的状态夹在各构件之间，则可将摩擦阻力减小到最小，但在低速和重负荷状况下，互相滑动的2个面之间的油膜被损坏，其结果，静摩擦与动摩擦间歇性作用，摩擦力极不稳定，存在着容易产生所谓蠕动的缺点。

因此，作为不必增设特别的机构而可规定地限制运动速度且始终发生稳定的阻力并对其可容易控制的装置，由申请人提出了一种例如日本发明专利第2801153号公报所记载的摩擦阻力发生装置。

在该摩擦阻力发生装置中，使多个滚柱夹在互相在径向相对配置的旋转体与被动体之间，通过使各滚柱的转动轴相对于包含旋转体的旋转轴的平面构成规定角度地倾斜，当轴向负荷作用于旋转体及被动体上使其一边与各滚柱接触一边旋转时，各滚柱就产生滚动并产生滑动摩擦，相对旋转体的旋转运动而发生任意的摩擦阻力。

本发明涉及所述摩擦阻力发生装置的改进，且其目的在于提供一种可更有效地使稳定的摩擦阻力发生的摩擦阻力发生装置。

为达到上述目的，在第1发明的摩擦阻力发生装置中，包括：以轴心为中心作旋转的旋转体；沿旋转体的旋转轨道排列的多个滚柱；以各滚柱为间距在径向与旋转体相对的被动体；将各滚柱互相留有规定间隔并转动自如地予以保持的保持架，其特点是，使所述各滚柱的转动轴相对于旋转体的旋转轴构成规定角度地倾斜，并将其倾斜角设成大于5°小于20°，使各滚柱的转动轴相对于包含旋转体的旋转轴的平面构成规定角度地分别向同一方向倾斜，并将其倾斜角设成大于25°小于90°。由此，当轴向负荷作用于旋转体上、使旋转体一边与各滚柱接触一边旋转时，由于各滚柱相对旋转体的旋转轨道欲向倾斜的方向转动一边由保持架来约束一边沿旋转体的旋转轨道进行转动，故在各滚柱与旋转体之间发生摩擦力。此时，当使旋转体向一方旋转时，各滚柱就欲向旋转体的轴向一方转动，当使旋转体向另一方旋转时，各滚柱就欲向旋转体的轴向另一方转动，因此，根据旋转体的旋转方向而分别发生不同的摩擦力。在这种情况下，通过将各滚柱的转动轴相对于旋转体的旋转轴所构成的倾斜角设成大于5°小于20°、将各滚柱的转动轴相对于包含旋转体的旋转轴的平面所构成的倾斜角设成大于25°小于90°，则可始终发生有效且稳定的摩擦力。

另外，在第2发明的摩擦阻力发生装置中，包括：以轴心为中心作旋转的旋转体；沿旋转体的旋转轨道排列的多个滚柱；以各滚柱为间距在径向与旋转体相对的被动体；将各滚柱互相留有间隔并转动自如地予以保持的保持架，其特点是，使所述各滚柱的转动轴相对于旋转体的旋转轴构成规定角度地倾斜，并将其倾斜角设成大于3°小于20°，使各滚柱的转动轴相对于包含旋转体的旋转轴的平面构成规定角度地每规定个数向相反方向倾斜，并将其倾斜角设成大于25°小于90°。由此，当轴向负荷作用于旋转体上、使旋转体一边与各滚柱接触一边旋转时，由于各滚柱欲向相对旋转体的旋转轨道而倾斜的方向转动一边由保持架来约束一边沿旋转体的旋转轨道进行转动，故在各滚柱与旋转体之间发生摩擦力。此时，当使旋转体旋转时，互相向同一方向倾斜的一部分滚柱就欲向旋转体的轴向一方转动，向另一方向倾斜的滚柱就欲向旋转体的轴向另一方转动，因此，根据互相向相反方向倾斜的滚柱个数，可任意地设定旋转体的各旋转方向上的摩擦力的大小。在这种情况下，通过将各滚柱的转动轴相对于旋转体的旋转轴所构成的倾斜角设成大于3°小于20°、将各滚柱的转动轴相对于包含旋转体的旋转轴的平面所构成的倾斜角设成大于25°小于90°，则可始终发生有效且稳定的摩擦力。

因此，采用第1及第2发明，可有效地用于离合器或制动装置等，而且因结构简单，故可降低成本和获得小型化。在这种情况下，在第2发明中，由于可任意设定旋转体的各旋转方向上的摩擦力的大小，故可根据用途而广泛地使用。

另外，在第2发明中，将相对于包含所述旋转体的旋转轴的平面而互相朝相反方向倾斜的滚柱每相同数目地交替配置在旋转体的周向上。这样，即使在使旋转体向任何方向旋转的场合，也可发生相等的摩擦力，故对于以这种动作为目的的场合是极有利的。

另外，在第2发明中，将相对于包含所述旋转体的旋转轴的平面而互相朝相反方向倾斜的滚柱每不相同数目地交替配置在旋转体的周向上，并使至少在旋转体周向计3个部位互相以等间隔置于周向的滚柱分别向其它滚柱的相反方向倾斜。这样，可根据旋转体的旋转方向而发生各自不同的摩擦力，故对于以这种动作为目的的场合是极有利的。此时，因可使旋转体始终稳定地旋转，故可提高实际使用中的可靠性。

另外，在第1及第2发明中，通过在包含滚柱的转动轴的截面上分别相对滚柱的外周面构成凸状地形成所述旋转体及被动体与滚柱的接触面，可使滚柱的轴向两端侧的接触压力减小。另外，在第1及第2发明中，通过在包含滚柱的转动轴的截面上分别相对旋转体及被动体的接触面构成凸状地形成与所述旋转体及被动体接触的滚柱的外周面，可使滚柱的轴向两端侧的接触压力减小。由此，因可使滚柱对旋转体及被动体的轴向两端侧的接触压力减小，故可减少滚柱的不均匀磨损，可提高耐久性。

图1是表示本发明第1实施例的摩擦阻力发生装置的主视剖视图。

图2是摩擦阻力发生装置的主要部分的侧视剖视图。

图3是滚柱及保持架的展开图。

图4是表示滚柱倾斜角的示意图。

图5是摩擦阻力发生装置的动作说明图。

图6是表示滚柱的倾斜角与摩擦转矩关系的图。

图7是表示滚柱的倾斜角与摩擦转矩关系的图。

图8是表示将各轨道面及滚柱的外周面形成直线状情况的向图3中I-I线方向看的剖视图。

图9是表示将各轨道面形成曲线状例子的向图3中I-I线方向看的剖视图。

图10是表示将滚柱的外周面形成曲线状例子的向图3中I-I线方向看的剖视图。

图11是表示本发明第2实施例的滚柱及保持架的展开图。

图12是表示滚柱的倾斜角的示意图。

图13是表示滚柱的倾斜角与摩擦转矩关系的图。

图14是表示第2实施例变形例的滚柱及保持架的展开图。

图15是表示滚柱配置的示意主视图。

图1至图7表示本发明第1实施例。

该摩擦阻力发生装置包括：以轴心为中心作旋转的旋转体1；沿旋转体1的旋转轨道排列的多个滚柱2；以各滚柱2为间距在径向与旋转体1相对的被动体3；将各滚柱2互相留有规定间隔并转动自如地予以保持的保持架4。这些是构成摩擦阻力发生装置的最小限度的零件，实际上，旋转体1及被动体3分别与其它的传递构件等连接。

旋转体1以其旋转轴为中心呈环状，在其外周面形成有与被动体3相对的内侧轨道面1a。内侧轨道面1a构成以旋转体1的旋转轴为中心的锥状，并且如图2所示，在与旋转体1的旋转轴平行的截面形成为凹状的曲线。

各滚柱2的外周面呈同样向轴向伸长的圆柱状，并以等间隔排列在旋转体1的周向上。

被动体3以旋转体1的旋转轴为中心呈环状，在其内周面形成有与旋转体1相对的外侧轨道面3a。外侧轨道面3a构成以旋转体1的旋转轴为中心的锥状，并且如图2所示，与旋转体1的旋转轴平行的截面形成为凸状的曲线。

保持架4以旋转体1的旋转轴为中心呈环状，在构成沿各轨道面1a、3a弯曲的锥状的同时，其厚度做成比各滚柱2的外径小。在保持架4上设有转动自如地容纳各滚柱2的多个孔4a，各孔4a以等间隔配置在保持架4的周向上。另外，如图3所示，使各滚柱2的转动轴分别向同一方向倾斜地形成各孔4a。在图中，是放大表示保持架4的各孔4a与各滚柱2之间间隙的，但实际上是形成极小间隙，以保持滚柱2的倾斜角不产生变化。

如图4A所示，各滚柱2的转动轴2a分别相对于旋转体1的旋转轴1b构成规定的倾斜角α1，并且如图4B所示，分别相对于包含旋转体1的旋转轴1b的平面构成规定的倾斜角β1。此时，各滚柱2的倾斜角α1设定成大于5°小于20°，倾斜角β1设定成大于25°小于90°。另外，倾斜角β1是从与滚柱2的转动轴2a正交的方向看到的角度。

在如上构成的摩擦阻力发生装置中，如图5所示，当在施加轴向负荷F的状态下使旋转体1旋转时，各滚柱2就一边与旋转体1及被动体3接触一边进行转动，保持架4也随其进行旋转。此时，当如图5A所示那样使旋转体1向一方旋转时(以下称正转)，由于各滚柱2欲向相对旋转体1的轴向一方、即如图中虚线箭头方向所示那样的旋转轨道而仅倾斜了角度β1的方向(旋转体1的直径变小的方向)转动一边由保持架4来约束一边如图中实线箭头所示那样沿旋转体1的旋转轨道进行转动，故在各滚柱2与旋转体1及被动体3之间发生与轴向负荷F成正比的摩擦力。另外，如图5B所示，当使旋转体1向另一方旋转时(以下称反转)，由于各滚柱2欲向相对旋转体1的轴向另一方、即如图中虚线箭头方向所示那样的旋转轨道而仅倾斜了角度β1的方向(旋转体1的直径变大的方向)转动一边由保持架4来约束一边如图中实线箭头所示那样沿旋转体1的旋转轨道进行转动，故在各滚柱2与旋转体1及被动体3之间发生与轴向负荷F成正比的摩擦力。此时，因各滚柱2一边转动一边发生滑动摩擦，故不发生静摩擦而可始终获得动摩擦带来的稳定的阻力，即使在初期阶段暂时发生静摩擦，利用滚柱2的转动也可瞬时转换成动摩擦。另外，由于在旋转体1的正转中，各滚柱2向旋转体1的直径变小的方向转动，在反转中，各滚柱2向旋转体1的直径变大的方向转动，因此，即使在负荷F相等的情况下，因旋转体1的旋转方向不同所发生的摩擦力的大小也分别不同。此时，正转时的摩擦力大于反转时的摩擦力。而若解除旋转体1的轴向负荷F，则也可任意获得不发生摩擦力的状态。

对于倾斜角α1为3°至40°、倾斜角β1为5°至85°的范围，申请人经实验及理论分析确认了各滚柱的倾斜角α1、β1与摩擦转矩P之间的关系。

即，如图6所示，在旋转体1正转时的各滚柱的倾斜角α1小于5°的场合，表示摩擦转矩P随着倾斜角β1变小而急剧变大的特性，且旋转体1与被动体3成为易产生互相自锁的状态。另外，在倾斜角α1大于5°的场合，未呈现摩擦转矩P的急剧变动，但当倾斜角α1为20°以上时，不管倾斜角β1的大小如何，都不能获得实用上有效值以上的摩擦转矩P。另一方面，在各滚柱的倾斜角β1大于25°时，除了倾斜角α1小于5°的场合，摩擦转矩P未呈现急剧的变动，但当倾斜角β1为25°以下时，摩擦转矩P大大减小，从而不能获得实用上有效值以上的摩擦转矩P。另外，如图7所示，当旋转体1反转时，在倾斜角α1任何一种的情况下，都呈现了若倾斜角β1变小则摩擦转矩P也同样减小的特性，但当倾斜角α1为20°以上时，不管倾斜角β1的大小如何，都不能获得实用上有效值以上的摩擦转矩P。另外，即使倾斜角α1是小于20°的场合，在倾斜角β1小于25°时，也不能获得实用上有效值以上的摩擦转矩P。而对于倾斜角β1大于85°的场合，虽没有实际确认，但根据所述实验数据，可推测为倾斜角β1至90°为止的摩擦转矩P与85°的情况大致相等。

因此，根据本实施例的摩擦阻力发生装置，在以多个滚柱2为间距在径向使旋转体1与被动体3相对的结构中，通过将各滚柱2的转动轴相对于旋转体1的旋转轴所构成的角度α1设成大于5°小于20°，并将各滚柱2的转动轴相对于包含旋转体1的旋转轴的平面所构成的角度β1设成大于25°小于90°，则可始终发生有效且稳定的摩擦转矩P。另外，由于可利用旋转体1的旋转方向不同而发生各自不相同的摩擦力，故对于以这种动作为目的的场合是极有利的。

另外，在所述实施例结构中，在从图3中I-I线方向看的剖视图、即在包含滚柱2的转动轴2a的截面上，当使内侧轨道面1a及外侧轨道面3a在轴向均匀地与滚柱2的外周面接触时，滚柱2的轴向两端侧的接触压力就比中央侧大。因此，如图9所示，若在包含滚柱2的转动轴的截面上将内侧轨道面1a及外侧轨道面3a分别做成相对滚柱2的外周面构成凸状的那种曲线状，则可使滚柱2的轴向两端侧的接触压力减小。因此，通过使滚柱2的轴向的接触压力成为均等而形成各轨道面1a、3a的曲线状，可减少滚柱2的不均匀磨损。另外，如图10所示，即使在包含滚柱2的转动轴的截面上将内侧轨道面1a及外侧轨道面3a做成直线状，然而通过将滚柱2的外周面做成相对于各轨道面1a、3a构成凸状的那种曲线状，也可获得与前述同样的效果。

图11至图13表示本发明第2实施例。

即，在本实施例中，使各滚柱2相对于包含旋转体1的旋转轴的平面每相同数目地交替地向相反方向倾斜。如图12A所示，各滚柱2的转动轴2a分别相对于旋转体1的旋转轴1b构成规定的倾斜角α2，并如图12B所示，分别相对于包含旋转体1的旋转轴1b的平面构成规定的倾斜角β2。此时，各滚柱2的倾斜角α2设定成大于3°小于20°，倾斜角β2设定成大于25°小于90°。另外，倾斜角β2是从与滚柱2的转动轴2a正交的方向看到的角度。

根据上述结构，在所述摩擦阻力发生装置中，与第1实施例相同，在各滚柱2与旋转体1及被动体3之间可发生与轴向负荷F成正比的摩擦力。在这种情况下，由于各滚柱2相对于包含旋转体1的旋转轴的平面每相同数目地交替地向相反方向倾斜，故在旋转体1的任何旋转方向上都发生相等的摩擦力。

在本实施例中，对于倾斜角α2为3°至40°、倾斜角β2为5°至85°的范围，申请人经实验及理论分析确认了各滚柱的倾斜角α2、β2与摩擦转矩P之间的关系。

即，如图13所示，在各滚柱2的倾斜角α2任何一种的情况下，都呈现了若倾斜角β2变小则摩擦转矩P也同样减小的特性，但当倾斜角α2为20°以上时，不管倾斜角β2的大小如何，都不能获得实用上有效值以上的摩擦转矩P。另外，即使倾斜角α2是小于20°的场合，在倾斜角β2小于25°时，也不能获得实用上有效值以上的摩擦转矩P。而对于倾斜角β2大于85°的场合，虽没有实际确认，但根据所述实验数据，可推测为倾斜角β2至90°为止的摩擦转矩P与85°的情况大致相等。

另外，在前述实施例中，虽表示了使各滚柱2相对于包含旋转体1的旋转轴的平面每相同数目地交替地向相反方向倾斜的情况，但如图14所示，也可使各滚柱2每不同数目地互相朝相反方向倾斜。在这种情况下，如图15所示，通过使至少在旋转体1的周向计3个部位互相以等间隔置于周向的滚柱2(图中用斜线表示)分别向其它滚柱2的相反方向倾斜，可使旋转体1的旋转稳定。

Claims

1.一种摩擦阻力发生装置，包括：以轴心为中心作旋转的旋转体；沿旋转体的旋转轨道排列的多个滚柱；以各滚柱为间距在径向与旋转体相对的被动体；将各滚柱互相留有规定间隔并转动自如地予以保持的保持架，其特征在于，

使所述各滚柱的转动轴相对于旋转体的旋转轴构成规定角度地倾斜，并将其倾斜角设成大于5°小于20°，

使各滚柱的转动轴相对于包含旋转体的旋转轴的平面构成规定角度地分别向同一方向倾斜，并将其倾斜角设成大于25°小于90°。

2.一种摩擦阻力发生装置，包括：以轴心为中心作旋转的旋转体；沿旋转体的旋转轨道排列的多个滚柱；以各滚柱为间距在径向与旋转体相对的被动体；将各滚柱互相留有规定间隔并转动自如地予以保持的保持架，其特征在于，

使所述各滚柱的转动轴相对于旋转体的旋转轴构成规定角度地倾斜，并将其倾斜角设成大于3°小于20°，

使各滚柱的转动轴相对于包含旋转体的旋转轴的平面构成规定角度地每规定个数向相反方向倾斜，并将其倾斜角设成大于25°小于90°。

3.如权利要求2所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，将相对于包含所述旋转体的旋转轴的平面而互相朝相反方向倾斜的滚柱每相同数目地交替配置在旋转体的周向上。

4.如权利要求2所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，将相对于包含所述旋转体的旋转轴的平面而互相向朝相反方向倾斜的滚柱每不相同数目地交替配置在旋转体的周向上，

并使至少在旋转体周向计3个部位互相以等间隔置于周向的滚柱分别向其它滚柱的相反方向倾斜。

5.如权利要求1所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，在包含滚柱的转动轴的截面上分别相对滚柱的外周面构成凸状地形成所述旋转体及被动体与滚柱的接触面。

6.如权利要求1所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，在包含滚柱的转动轴的截面上分别相对旋转体及被动体的接触面构成凸状地形成与所述旋转体及被动体接触的滚柱的外周面。

7.如权利要求2所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，在包含滚柱的转动轴的截面上分别相对滚柱的外周面构成凸状地形成所述旋转体及被动体与滚柱的接触面。

8.如权利要求2所述的摩擦阻力发生装置，其特征在于，在包含滚柱的转动轴的截面分别相对旋转体及被动体的接触面构成凸状地形成与所述旋转体及被动体接触的滚柱的外周面。