CN202971556U - 液压式无级变速器用推力轴承 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能够抑制滚珠滑移到沟挡边，且能够将滚珠充分把持于滚道面的液压式无级变速器用推力轴承。该液压式无级变速器用推力轴承具有：组装于液压式无级变速器中，与可变容积泵的活塞室的活塞接触的内圈；固定于斜盘的外圈；借助保持架把持于内圈与外圈之间的多个滚动体；使上述内圈的沟底厚（Ti）为上述滚动体的直径的40%以上，上述外圈的沟底厚（Te）为上述滚动体的直径的15%以上，当将上述内圈的沟底深度设为X₁、上述外圈的沟底深度设为X₂、上述滚动体的直径设为D时，则（X₁/D）之比大于0.15且小于0.3，（X₂/D）之比大于0.15且小于0.3。

Description

液压式无级变速器用推力轴承

技术领域

本实用新型涉及一种液压式无级变速器用推力轴承。

背景技术

目前，在联合收割机、拖拉机、插秧机、割草机等农业机械中，正在从齿轮变速器方式向液压式无级变速器转变。在这样的液压式无级变速器中，在将轴的旋转力转换为液压时或者将液压转换为轴的旋转力时受到活塞压力的部分采用了推力轴承（例如参照专利文献1）。

专利文献1：日本特开2003-194183号公报

实用新型内容

实用新型要解决的课题

近年来，随着液压式无级变速器的小型化，组装于其中的推力轴承也趋于小型化，并在高载荷条件下使用。特别是对与推力轴承的液压式无级变速器的活塞抵接的内圈施加大载荷的情况下，有时会出现破损。另外，由于推力轴承在径向以及轴向受到合成载荷的状态下使用，因而滚珠有可能滑移到内圈和外圈的沟挡边。更具体而言，与液压式无级变速器的凸头活塞（nose piston）接触的推力轴承随着与凸头活塞的接触角度的变化，使内圈受到方向发生变化的载荷，有时会出现滚珠与各滚道的接触点向与滚道的沟挡边部接近的情况。其结果为，发生了接触椭圆移到滚道的沟挡边部的所谓边缘荷载状态，以致出现沟挡边和滚珠发生塑性变形的情况。

解决课题的手段

本实用新型是鉴于上述课题而提出，其目的在于，提供一种能够抑制滚珠向沟挡边滑移，并将滚珠充分把持在滚道面的液压式无级变速器用推力轴承。

本实用新型的上述目的通过下述结构来达到。

（1）一种推力轴承，其具有：组装于液压式无级变速器，与可变容积泵的活塞室的活塞接触的内圈；固定于斜盘的外圈；借助保持架把持于内圈与外圈之间的多个滚动体；其特征在于，

上述内圈的沟底厚（Ti）为上述滚动体的直径的40%以上，上述外圈的沟底厚（Te）为上述滚动体的直径的15%以上，当将上述内圈的沟底深度设为X₁、将上述外圈的沟底深度设为X₂、且将上述滚动体的直径设为D时，则（X₁/D）之比大于0.15且小于0.3，（X₂/D）之比大于0.15且小于0.3。

（2）根据（1）所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，当将上述保持架的厚度设为Y时，（Y/D）之比大于0.4小于0.6。

（3）根据（1）或（2）所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，（Ti/Te）比值为1以上且为3以下。

（4）根据（1）～（3）任一项所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，上述内圈的沟底厚（Ti）的上限为上述滚动体直径40%的1.2～1.5倍，上述外圈的沟底厚（Te）的上限为上述滚动体的直径的15%的1.2～1.5倍。

（5）根据（1）～（4）任一项所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，上述保持架由合成树脂制成，且兜孔间隙为上述滚动体直径的2～5%。

发明效果

在本实用新型的液压式无级变速器用推力轴承中，使与液压式无级变速器的可变容积泵的活塞室的活塞相接触的内圈的壁厚大于固定于斜盘的外圈的壁厚，因此，即使受到活塞的高载荷也能够抑制破损，确保长寿命。另外，还能够使内圈、外圈和滚珠合计的推力轴承整体的高度变低，从而能够实现空间的节省。

本实用新型的推力轴承以合成树脂制成保持架，优选为由含有玻璃纤维的合成树脂制成，并设定特定的兜孔间隙量，因此，能够有效吸收由滚珠进退对保持架的冲击，实现长寿命。

附图说明

图1是表示液压式无级变速器的一例的剖视图。

图2是表示本实用新型的推力轴承的一例的剖视图。

图3是表示本实用新型的推力轴承的另一例的剖视图。

图4是表示保持架的一例的剖视图。

图5是图3中的推力轴承的俯视图。

图6是表示试验2的结果的曲线图。

图7是表示试验3的结果的曲线图。

附图标记说明

10：推力轴承，12：内圈，14：外圈，15：滚珠（滚动体），16：保持架，16a：基部，16b：爪部，17：兜孔，35：凸头活塞，30：液压式无级变速器，D：滚珠直径（滚动体直径），Ti：内圈沟底厚，Te：外圈沟底厚，X₁：内圈沟底深度，X₂：外圈沟底深度，Y：保持架厚度。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本实用新型的液压式无级变速器用推力轴承。

图1是表示液压式无级变速机构的一例的剖视图，液压式无级变速器30具有：用于将由未图示的发动机传递至输入轴31的旋转驱动力转换为液压压力的可变容积泵32；和将液压压力转换为旋转驱动力再传递至输出轴40的可变容积马达41，传递至输入轴31的旋转驱动力无级变更为前进侧、后退侧的驱动力，再从输出轴40输出，或者停止该输出。

可变容积泵32具有：与输入轴31一体旋转的缸体33；配置于缸体33的圆周方向的多个部位，并在活塞室34内往复运动的凸头活塞35；和沿着导块36的导向面转动的斜盘37。可变容积泵32通过对斜盘37的转动操作，使凸头活塞35的往复运动的行程发生变化，进而使活塞室34喷出的油量也发生变化。在斜盘37的与凸头活塞35的顶端部接触的位置，配置有推力轴承10，推力轴承10与斜盘37一起转动。

如图2所示，在推力轴承10中，使具有内圈滚道面11的内圈12与具有外圈滚道面13的外圈14对置配置，在内圈滚道面11与外圈滚道面13之间，配置有能够自由滚动的作为滚动体的多个滚珠15。进而，推力轴承10具有将多个滚珠15等间隔把持于整个圆周方向的保持架16。

另外，内圈12能够旋转，凸头活塞35的顶端部和与形成有内圈滚道面11的表面呈相反侧的端面21接触。另一方面，外圈14固定于斜盘37上。因此，推力轴承10以内圈12承受来自凸头活塞35的高载荷，该高载荷借助滚珠15向固定于斜盘37的外圈14一侧分散。

另外，如本实施方式所述的用于液压式无级变速器30的推力轴承10在径向和轴向受到合成载荷的状态下使用，因此，滚珠15有可能滑移到内圈12和外圈14的沟挡边。更具体而言，与液压式无级变速器30的凸头活塞35接触的推力轴承10随着与凸头活塞35的接触角度的变化，使内圈12受到方向发生变化的载荷，有时会出现滚珠15与各滚道的接触点向与滚道的沟挡边部接近的情况。其结果为，发生了接触椭圆移到滚道的沟挡边部的所谓边缘荷载状态，以致出现沟挡边和滚珠15发生塑性变形的情况。因此，如图2和图3所示，在本实施方式的推力轴承10中，当将内圈12的沟底的轴向深度设为X₁，并将外圈14的沟底的轴向深度设为X₂时，作为轴向深度与滚珠15的直径D之间的关系，（X₁/D）之比大于0.15且小于0.3（0.15<X₁/D<0.3），并（X₂/D）之比大于0.15且小于0.3（0.15<X2/D<0.3），并将沟底的深度X₁和X₂设定为比通常产品更大。此外，一般情况下，通常产品中的（X₁/D）之比和（X₂/D）之比均为0.1左右。此时，同时参照图4，当将保持架16的轴向厚度设为Y时，将（Y/D）之比设定为大于0.4且小于0.6（0.4<Y/D<0.6），以使得在保持架16与内圈12以及与外圈14的沟挡边之间不发生干扰的范围（X1/D+X2/D+Y/D<1）内具有足够的厚度。

此外，如果（X₁/D）之比和（X₂/D）之比在0.15以下的范围内时，则不能抑制滚珠15滑移至沟挡边，如果在0.3以上的范围内，则保持架16的厚度Y将减小，对滚珠15的把持不充分。

此外，为了使推力轴承10的尺寸适合作为液压式无级变速器使用，分别将推力轴承10的尺寸适当设定为内径30～72mm、外径52～113mm、高度（H）12～24mm的范围内。

在本实用新型中，通过将受到高载荷的内圈12的壁厚设定为大于外圈14的壁厚，提高了对来自凸头活塞35的载荷的耐久性，以防止破损。具体而言，使内圈12的沟底厚（Ti）为滚珠15的直径（D）的40%以上，使外圈14的沟底厚（Te）为滚珠15的直径（D）的15%以上，并使（Ti/Te）的比值为1以上且为3以下。

上述尺寸可以通过将内圈12或外圈14的两端由滚珠15支承，并假定由凸头活塞35施加载荷的梁，模拟内圈12及外圈14的材料、厚度、载荷、弯曲应力的关系而求得。

（实施例1）

具体而言，通过弯曲计算，计算出在由SUJ2制成内圈12、外圈14和滚珠15，并将滚珠15的直径（D）设为14.288mm，凸头活塞35所施加的载荷设为790kgf/cm²时，将内圈12的沟底厚（Ti）设为相对于滚珠15的直径（D）的40%以上，将外圈14的沟底厚（Te）设为相对于滚珠15的直径（D）的15%以上，并且（Ti/Te）比值设为2.67时，内圈12和外圈14不致断裂。

此外，内圈12的沟底厚（Ti）以及外圈14的沟底厚（Te）的相对于滚珠15的直径（D）的比率的上限均不受限制，但即使加厚到超出需要，也只是导致成本增加。因此，内圈12的沟底厚（Ti）和外圈14的沟底厚（Te）适合为均为上述最小厚度的1.2～1.5倍。

另外，通过设定为上述尺寸，能够使内圈12、外圈14和滚珠15合计的推力轴承整体高度（H）变薄，还能够实现节省空间。具体而言，与将内圈12和外圈14设为相同的沟底厚度的情况相比，即使将内圈12的沟底厚（Ti）设为滚珠15的直径的40%，将外圈14的沟底厚（Te）设为滚珠15的直径的15%，将（Ti/Te）的比值设为2.67的情况下的推力轴承整体高度（H）降低15%，也能够在相同的载荷作用下防止内圈12发生破损。

（实施例2～4）

接着，作为实施例2～4，按照表1所示设定推力轴承10的尺寸，进行上述模拟。在表1中，与实施例2～4同时还记载了比较例1～6的推力轴承的尺寸，并分别记载了推力轴承的内圈沟底厚（Ti）相对于滚珠直径（D）的比率、外圈沟底厚（Te）相对于滚珠直径（D）的比率、内圈沟底厚度（Ti）相对于外圈沟底厚（Te）的比率。此外，这些实施例2～4和比较例1～6的推力轴承的内径为40mm、外径为68mm、滚珠直径（D）为10.319mm，推力轴承的整体高度（H）为16.5mm。

表1

在表2中表示出了对这些实施例2～4和比较例1～6的推力轴承进行上述模拟的结果。

表2

模拟结果为，内圈沟底厚（Ti）为滚珠直径（D）的40%以上的实施例2～4以及比较例4～6的推力轴承的内圈未发生断裂。另外，外圈沟底厚（Te）为滚珠直径（D）的15%以上的实施例2～4以及比较例1～3的推力轴承的外圈未发生断裂。另外，关于（Ti/Te）比值，为了提高对来自活塞的载荷的耐久性，优选为使承受活塞导致的高载荷的内圈沟底厚（Ti）为外圈沟底厚（Te）以上，即优选为Ti/Te≥1。特别是在Ti/Te=l的情况下，通过使内圈和外圈为同等厚度，能够降低生产成本。进而，考虑到内外圈的厚度平衡，优选为Ti/Te<3，实施例2～4以及比较例2、3的推力轴承的（Ti/Te）比值效果良好。并且，根据上述三个判定结果来综合判定的结果表明，实施例2～4的推力轴承10特别适合用作液压式无级变速器。

此外，在现有的推力轴承（单式推力滚珠轴承型号51208（ISO））中，内径为40mm，外径为68mm，滚珠直径为10.319mm，尺寸与实施例2～4的推力轴承相等，内圈12与外圈14形成相同的沟底厚度（Ti=Te），推力轴承整体高度（H）为19mm。另一方面，在实施例2～4的推力轴承10中，推力轴承的整体高度（H）为16.5mm，能够现比有的推力轴承薄大约13.2%，因此，能够在防止内圈12破损的同时，实现节省空间化。

接着，对推力轴承的其它实施方式进行说明。此外，对与上述实施方式相同的构件使用同一参照符号。如图3所示，本实施方式中的推力轴承10具有：在轴承外侧的端面21与凸头活塞35的顶端部接触，并具有第一滚道面11的第一套圈12；固定于斜盘37，并具有第二滚道面13的第二套圈14；以及配置于第一滚道面11与第二滚道面13之间，能够自由滚动的多个滚珠15。为了使推力轴承10的尺寸适用于液压式无级变速器，分别将内径、外径、高度适当设定在内径为30～72mm、外径为52～113mm、高度（H）为12～24mm的范围内。进而，推力轴承10具有用于将多个滚珠15等间隔把持于圆周方向的保持架16。

在本实施方式中，保持架16由合成树脂制成。但不限于合成树脂，考虑耐热性或抗疲劳性等时，优选为芳香族聚酰胺、聚酰胺46、聚酰胺66等聚酰胺。芳香族聚酰胺的熔点高、强度高，能够在130～150℃的高温下使用。另外，聚酰胺46也具有120～140℃的耐热性，树脂本身的抗冲击强度高、抗疲劳性好。另外，聚酰胺66的耐热性为100～120℃，但其与冲击强度、耐疲劳性等的平衡性好，材料成本也低。

另外，保持架16优选为含有增强用玻璃纤维。玻璃纤维也可采用截面呈圆形的纤维，优选为截面呈椭圆或长圆、眉形等异形的纤维。异形截面的玻璃纤维与圆形截面的玻璃纤维相比更不易折断，与树脂混炼进行注射成型时，与圆形截面的玻璃纤维相比，以较长的状态分散到树脂中。因此，以同一含量进行比较时，与圆形截面的玻璃纤维相比，其增强效果更高。进而，由于异形截面的玻璃纤维在成形时沿着与保持架表面平行方向形成表面并取向，因此，能够以表面承受载荷，耐载荷性变得优异，进而径向也表现出若干增强效果，进一步提高了增强效果并减小了尺寸变化的差异，因此不易发生气孔（收缩）。

异形截面的玻璃纤维的异形比（长径部与短径部的比率）优选为1.5～5，更优选为2～4。当异形比小于1.5时，机械强度的提升等效果较小；当异形比超过5时，则过于扁平，不易实现稳定制造。另外，短径部优选为5～12μm。当短径部小于5μm时，纤维过细，在制造时易发生断裂和破损，因此，难以实现以低成本保证稳定的品质，实用性低。另一方面，在短径部超过12μm的情况下，考虑到异形比，纤维过粗，在树脂中的分散性变差，有可能导致树脂部发生强度不均。

在使用圆形截面的玻璃纤维的情况下，在同样混合量的情况下纤维数量增多，因此，优选使用直径较细的玻璃纤维。在通常的合成树脂制保持架中，平均纤维直径约为10～13μm，优选使用平均纤维直径为6～8μm的纤维。

考虑到与树脂的粘着性，上述玻璃纤维优选为由一端具有环氧基、氨基等的硅烷偶联剂，或环氧类、聚氨脂类、丙烯酸类等精压（sizing）剂进行了表面处理的纤维。

玻璃纤维的含量优选为保持架总量的20～40质量%，更优选为25～35质量%。当玻璃纤维的含量小于保持架总量的20质量%时，增强效果不充分。另一方面，玻璃纤维的含量越多则流动性越低，不适于注射成型。另外，玻璃纤维的含量越多则保持架16越不易挠曲，轴承组装时难以将滚珠15装配入其中。考虑到这些因素，玻璃纤维的含量的上限值优选为40质量%，更优选为35质量%。

另外，考虑到注射成型，优选为将上述树脂的分子量调节为在含有规定量的玻璃纤维的状态下显示出能够实施注射成型的流动性的范围内。具体而言，上述树脂的数均分子量优选为13000～30000，而在考虑到冲击强度等机械强度的情况下，其数均分子量更优选为18000～26000。当数均分子量小于13000时，分子量过低，因此机械强度较低，实用性也较差。与此相对，当数均分子量超过30000时，在含有规定量的玻璃纤维的状态下的熔融粘度过高，使得难以在高精度下通过注射成型来制造。

可根据需要在上述树脂组合物中添加各种添加剂，任何能够添加到通常的合成树脂制保持架中的添加剂均可。

另外，也可以用碳纤维代替玻璃纤维的一部分。作为碳纤维，可举出例如沥青（树脂）类或PAN类的碳纤维。而且，还可采用钛酸钾晶须、硼酸铝晶须等晶须状增强材料代替碳纤维。

保持架16的形状不受限制，例如可以为图4和图5所示形状。此外，图4是表示从图3中卸除了滚珠15后的状态的剖视图，图5是图3中的推力轴承的俯视图。如图所示，保持架16在圆环状基部16a形成有多个兜孔17，且在兜孔17的周围的多个部位（在图例中为等间隔的四个部位）设有与基部16a相比更向外侧突出的爪部16b。另外，爪部16b的兜孔侧的表面16c在组装时大致垂直竖立并发生弹性变形，以使得滚珠15易于被装入。

不过，保持架16的兜孔间隙设为滚珠15的直径D的2～5%。即，如图5所示，使滚珠15的表面15a与兜孔17的兜孔面17a之间的间隔为滚珠15的直径D的2～5%。通过设定这样的兜孔间隙，能够有效地防止保持架16的破损。兜孔间隙越大，滚珠15的移动距离越大，对兜孔面17a的冲击也越大。与此同时，各兜孔相互之间的间隔变窄，兜孔间的柱部变薄，强度降低。因此，兜孔间隙相对于滚珠15的直径D的比率的上限值优选为5%，更优选为4%。另外，当兜孔间隙小于滚珠15直径的2%时，施加于保持架16的载荷最大值增大，导致强度下降，因而不适用。

此外，当（X₁/D）比值以及（X₂/D）比值均在0.15以下的范围内时，无法抑制滚珠15滑移至沟挡边；当在0.3以上的范围内时，保持架16的厚度Y减小，对滚珠15的保持不充分。

[实施例]

以下，举出实施例进一步说明本实用新型，但本实用新型并不因此受任何限制。

（试验1）

使用铁制保持架以及通过在聚酰胺66中混入25质量%的玻璃纤维（精压剂处理品、截面呈眉形）而形成的合成树脂制保持架，在假定了滚珠进退的力矩载荷条件下进行了耐久试验。试验轴承采用日本精工株式会社制轴承“6204”，使用涡轮机油作为润滑剂。另外，将合成树脂制保持架的兜孔间隙设为滚珠直径的3%。试验条件为转速2000min^-1、力矩载荷为73.5N·m、环境温度为40℃或100℃。其结果为，铁制保持架在20小时以内发生破损，与此相对，合成树脂制保持架超过20小时以后也不会破损。

（试验2）

制备由聚酰胺66单独构成的试验片、由聚酰胺66中混入20质量%的同种玻璃纤维的树脂组合物构成的试验片、由聚酰胺66中混入30质量%的同种玻璃纤维的树脂组合物构成的试验片，依据ASTM D 671标准，绘制弯曲疲劳曲线。测量环境设为温度230C、湿度85%RH、转数1800rpm。实验结果示于图6。此外，图中的纵轴S表示应力振幅，横轴N表示至断裂为止的重复数。如图6所示，玻璃纤维的含量越多则重复应力越高，但在通常的液压式无级变速器用推力轴承的保持架的情况下，应力振幅约为5×10²kgf/cm²，由此可知，只要玻璃纤维的含量为20质量%以上即可。

（试验3）

在聚酰胺66中混入同种玻璃纤维30质量%，制成“兜孔间隙/滚珠直径”比不同的合成树脂制保持架。然后测量各保持架的载荷最大值。结果示于图7，兜孔间隙越大则载荷最大值越小，“兜孔间隙/滚珠直径”比率最小为2%，当“兜孔间隙/滚珠直径”比率大于2%时，则基本饱和或者上升若干。由此可知，“兜孔间隙/滚珠直径”比率最小值优选为2%。

另外，本实用新型并不限于上述各实施方式，可进行适当变形和改良等。

例如，在上述实施方式中举例说明了推力滚珠轴承，但也可将圆柱滚子或圆锥滚子用作滚动体。

Claims (9)

1.一种液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，具有：

内圈，所述内圈组装于液压式无级变速器中，与可变容积泵的活塞室中的活塞接触；

外圈，所述外圈固定于斜盘；

多个滚动体，所述滚动体借助保持架被把持在所述内圈与所述外圈之间，

所述内圈的沟底厚Ti为所述滚动体的直径的40%以上，所述外圈的沟底厚Te为所述滚动体的直径的15%以上，

当将所述内圈的沟底深度设为X₁、将所述外圈的沟底深度设为X₂、将所述滚动体的直径设为D时，

（X₁/D）之比大于0.15、小于0.3，

（X₂/D）之比大于0.15、小于0.3。

2.根据权利要求1所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，

当将所述保持架的厚度设为Y时，（Y/D）之比大于0.4、小于0.6。

3.根据权利要求1或2所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，（Ti/Te）之比大于等于1、小于等于3。

4.根据权利要求1或2所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，

所述内圈的沟底厚Ti的上限为所述滚动体的直径的40%的1.2～1.5倍，所述外圈的沟底厚Te的上限为所述滚动体的直径的15%的1.2～1.5倍。

5.根据权利要求3所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，

所述内圈的沟底厚Ti的上限为所述滚动体的直径的40%的1.2～1.5倍，所述外圈的沟底厚Te的上限为所述滚动体的直径的15%的1.2～1.5倍。

6.根据权利要求1或2所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，

所述保持架由合成树脂制成，且所述兜孔间隙为所述滚动体的直径的2～5%。

7.根据权利要求3所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，

所述保持架由合成树脂制成，且所述兜孔间隙为所述滚动体的直径的2～5%。

8.根据权利要求4所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，

所述保持架由合成树脂制成，且所述兜孔间隙为所述滚动体的直径的2～5%。

9.根据权利要求5所述的液压式无级变速器用推力轴承，其特征在于，

所述保持架由合成树脂制成，且所述兜孔间隙为所述滚动体的直径的2～5%。

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