DE19644958C2

DE19644958C2 - Getriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis

Info

Publication number: DE19644958C2
Application number: DE19644958A
Authority: DE
Inventors: Toshifumi Hibi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-10-30
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2016-10-30
Also published as: US5823911A; DE19644958A1; JPH09126288A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe mit stufenlos verstellbarem Übersetzungsverhältnis gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches 1.

Es sind verschiedene Typen von stufenlos veränderlichen Getrieben vorge schlagen worden, wovon einer ein stufenlos veränderliches Toroidgetriebe ist, das Antriebs- und Abtriebsscheiben sowie ein Kraftübertragungswälzelement enthält, das mit diesen in reibschlüssigem Eingriff ist, um die Kraftübertragung zu bewirken.

In US 44 34 675 und US 32 99 744 ist jeweils solch ein stufenlos verstellbares Toroidgetriebe beschrieben.

Des weiteren, wie aus der JP 62-2062-A bekannt ist, ist ein stufenlos veränderliches Toroidgetriebe so aufgebaut, dass ein Innenring des Kraftübertragungswälzelements eine Last von den Antriebs- und Abtriebsscheiben entsprechend einer Kraftübertragungswälzelement-Haltekraft aufnimmt, mit der über Kugeln oder Wälzelemente eine Außenringunterstützungsfläche des Drehzapfens sowie ein Außenring beaufschlagt werden. Die oberen und unteren Enden des Drehzapfens sind von oberen bzw. unteren Verbindungselementen unterstützt, so dass keine seitliche Verschiebung entsteht, die eine Verformung des Drehzapfens in den oberen und unteren Enden verursachen kann.

Da bei herkömmlichen Unterstützungselementen für Kraftübertragungswälz elemente eine Wirklinie der auf die Kugel wirkenden Last parallel zur Kraftübertragungswälzelement-Drehachse liegt, d. h., dass ein Kugeln enthaltendes Kraftübertragungswälzelement-Unterstützungslager ein Axiallager ist, wirkt die am Drehzapfen anliegende Last weit vom Zentrum entfernt auf Bereiche nahe den oberen und unteren Enden ein. Als Folge hiervon wird der Drehzapfen in der Mitte viel stärker als an seinen oberen und unteren Enden gebogen oder verformt.

Andererseits wird der Außenring des Kraftübertragungswälzelementes, der eine relativ geringe Steifigkeit besitzt, in Abhängigkeit von der Verformung des Drehzapfens verformt, während der Innenring des Kraftübertragungs wälzelementes, der eine relativ hohe Steifigkeit besitzt, nicht in Abhängigkeit von der Verformung des Drehzapfens verformt wird. Selbst wenn alle Kugeln vor Verformung des Drehzapfens im wesentlichen die gleiche Last aufnehmen, nehmen daher die Kugeln, die sich näher bei der Mitte des Drehzapfens befinden, eine kleinere Last auf, während die anderen Kugeln, die sich näher an den oberen und unteren Enden des Drehzapfens befinden, nach Verformung des Drehzapfens eine größere Last aufnehmen. Das heißt, die Lastverteilung auf die Kugeln wird ungleichmäßig, so dass der Außenring des Kraftübertragungswälzelementes, der sich immer im stationären Zustand befindet, in Bereichen nahe den oberen und unteren Enden des Drehzapfens eine größere Abnutzung oder Ermüdungserscheinung aufweist als in den anderen Bereichen, was zu einer erheblichen Verringerung seiner Haltbarkeit führt.

Die folgenden Vorschläge wurden gemacht, um das obengenannte Problem mit dem Kugeln enthaltenden Kraftübertragungswälzelement-Unterstützungslager des Axiallagertyps zu lösen. Ein Vorschlag besteht darin, den Anordnungswälzkreis-Durchmesser der Kugeln zu verringern, ohne die Stützweite des Drehzapfens zu verändern. Ein weiterer Vorschlag besteht darin, die Stützweite des Drehzapfens zu erhöhen, ohne den Anordnungswälzkreis- Durchmesser der Kugeln zu ändern. Das heißt, diese Vorschläge ermöglichen eine Verringerung der Differenz des Verformungsgrades des Drehzapfens in einem Bereich, in dem die Kugeln angeord net sind, was zu einer verringerten Ungleichmäßigkeit der Lastverteilung auf die Kugeln führt.

Jedoch ist der erste Vorschlag, der eine verringerte Anzahl von Kugeln erfordert, schwierig zu verwirklichen, da die Haltbarkeit der Kugeln aufgrund des erhöhten Lagerdrucks auf das Kraftübertragungswälzelement-Unterstützungslager verringert wird. Außerdem ist der letzte Vorschlag, der größere Abmessungen des Drehzapfens erfordert, was zu vergrößerten Abmessungen des stufenlos veränderlichen Getriebes führt, ebenfalls schwierig zu verwirklichen, wenn solche vergrößerten Abmessungen des Getriebes nicht zulässig sind. Daraus folgt, dass das obengenannte Problem mittels des Kugeln enthaltenden Kraftübertragungswälzelement-Unterstützungslagers des Axiallagertyps schwierig zu lösen ist.

Andererseits schlägt die JP 7-229549-A ein stufenlos veränderliches Toroidgetriebe vor, bei dem das Kraftübertragungswälzelement- Unterstützungslager kein Axiallager, sondern ein Schrägkontaktlager ist, bei dem die Wirklinie der auf der Kugel ruhenden Last bezüglich der Kraftübertragungswälzelement-Drehachse geneigt ist.

Jedoch offenbart die JP 7-229549-A lediglich, dass die Wirklinie der auf der Kugel ruhenden Last bezüglich der Kraftübertragungswälzelement-Drehachse in der gewünschten Richtung geneigt ist.

Außerdem können aus dieser Lösung für eine Verringerung der Biegungsbelastung des Kraftübertragungswälzelementes keine Hinweise entnommen werden, um eine Verformung des Drehzapfens zu verhindern, die ihrerseits eine ungleichmäßige Lastverteilung auf die Kugeln verursacht, noch kann sie das Problem lösen, eine ungleichmäßige Abnutzung des Außenringes des Kraftübertragungswälzelementes hinsichtlich der Bereiche zu verhindern, die den oberen und unteren Enden des Drehzapfens näher liegen, wobei die ungleichmäßige Abnutzung zu einer erheblichen Herabsetzung der Haltbarkeit des Kraftübertragungswälzelementes führt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Getriebe mit stufenlos verän derbarem Übersetzungsverhältnis der eingangs genannten Art zu verbessern, derart, dass die Haltbarkeit des Außenringes des Kraftübertragungswälzele mentes erhöht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Getriebe mit stufenlos verän derbarem Übersetzungsverhältnis der eingangs genannten Art gelöst, wobei eine Wirkungslinie der von dem Wälzelement übertragenen Kraft gegenüber der Rotationsachse des Kraftübertragungswälzelementes derart geneigt ist, dass diese die Rotationsachse in einem Punkt schneidet, der auf der Außen ringunterstützungsfläche des Drehzapfens liegt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zu gehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die ein stufenlos veränderliches Toroidgetriebe zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht längs der Linie 11-11 der Fig. 1;

Fig. 3 eine Längsschnittansicht, die eine erste Ausführungsform der Unterstützungselemente für die Kraftübertragungswälzelemente gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt; und

Fig. 4 eine Ansicht ähnlich der Fig. 3, die eine zweite bevorzugte Ausführungsform.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein stufenlos veränderliches Toroidgetriebe, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 sowie ein Kraftübertragungswälzelement bzw. Traktionswälzelement 3, das mit diesen in reibschlüssigem Eingriff ist, um eine Kraftübertragung zu bewirken.

Die Antriebsscheibe 1 nimmt über einen Antriebsnocken 4 Drehung auf, der entsprechend dem Getriebeantriebsdrehmoment auf die Antriebsscheibe 1 eine Schubkraft F ausübt. Somit wird das Kraftübertragungswälzelement 3 durch eine Kraft, die vom Getriebeantriebsdrehmoment abhängt, zwischen den Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 gehalten, wodurch zwischen den Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 über eine Scherbeanspruchung der Ölfilme an den Berührungspunkten 3x, 3y zwischen den Kraftübertragungswälzelementen 3 und der Antriebsscheibe 1 bzw. der Abtriebsscheibe 2 eine Kraftübertragung bewirkt wird.

Genauer wird eine Drehung ϕ_i der Antriebsscheibe 1 über eine Scherbeanspruchung der Ölfilme auf das Kraftübertragungswälzelement 3 übertragen. Anschließend wird eine Drehung ϕ_p des Kraftübertragungswälz elementes 3 über eine Scherbeanspruchung der Ölfilme auf die Abtriebsscheibe 2 übertragen, um eine Drehung ϕ_o, der Abtriebsscheibe 2 zu bewirken. In ähnlicher Weise wird eine Kraftübertragung von der Abtriebsscheibe 2 über das Kraftübertragungswälzelement 3 auf die Antriebsscheibe 1 bewirkt.

Das Kraftübertragungswälzelement 3 ist über eine Schwenkwelle 7 drehbar auf einem Drehzapfen 5 gelagert. Der Drehzapfen 5 ist in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zu einer Drehachse O₁ der Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 in der Mitte zwischen diesen liegt. Der Drehzapfen 5 kann gemeinsam mit dem Kraftübertragungswälzelement 3 um eine Schwenkachse O₃, die senkrecht zu einer Kraftübertragungswälzelement-Drehachse O₂ angeordnet ist, gedreht werden, wie mit ϕ gezeigt ist, wodurch eine stufenlose Veränderung des Lauf- Durchmessers der Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 sichergestellt ist, was eine stufenlose Veränderung des Übersetzungsverhältnisses ermöglicht.

Im folgenden werden mit Bezug auf Fig. 2 das Kraftübertragungswälzelement 3 und dessen Lagerung genauer beschrieben. Ebenso wie in der JP 62-2062-A umfasst das Kraftübertragungswälzelement 3 einen Innenring 3a, der mit den Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 in reibschlüssigem Eingriff ist, sowie einen Außenring 3b, der in Abhängigkeit von der Schubkraft F über Kugeln oder Wälzelemente 6 eine von den Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 ausgeübte Last aufnimmt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Das Kraftübertragungswälzelement 3 ist über die Schwenkwelle 7 auf dem Drehzapfen 5 gelagert, so dass der Innenring 3a über ein Radiallager 8 auf der Schwenkwelle 7 drehbar ist, während der Außenring 3b mittels einer Außenringunterstützungsfläche 5a des Drehzapfens 5 in Richtung der Kraftübertragungswälzelement-Drehachse O₂ unterstützt ist, um die von den Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 über die Kugeln 6 ausgeübte Last auf zunehmen.

Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 3 eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der ersten Ausführungsform ist das Kugeln oder Wälzelemente 6 enthaltende Kraftübertragungswälzelement- Unterstützungslager ein Schrägkontaktlager. Im Vergleich zu dem Kraftübertragungswälzelement-Unterstützungslager des obenbeschriebenen Axiallagertyps sind im Kraftübertragungswälzelement-Unterstützungslager des Schrägkontaktlagertyps die Formen der Kugellautrillen 11, 12 des Innenrings 3a und des Außenrings 3b des Kraftübertragungswälzelementes 3 so beschaffen, dass ein Berührungspunkt 6a des Innenrings 3a mit der Kugel 6 von der Kraft übertragungswälzelement-Drehachse O₂ weiter entfernt ist, während sich ein Berührungspunkt 6b des Außenrings 3b mit der Kugel 6 näher an der Kraftübertragungswälzelement-Drehachse O₂ befindet.

Folglich ist eine Linie β, die den Berührungspunkt 6a und den Berührungspunkt 6b verbindet, bezüglich der Kraftübertragungswälzelement-Drehachse O₂ geneigt, wobei sich zwei dieser Linien im Punkt e₁ schneiden. Die Form der Kugellaufrillen 11, 12 des Innenrings 3a und des Außenrings 3b ist so festgelegt, dass der Schnittpunkt e₁ bezüglich des Innenrings 3a weiter entfernt angeordnet ist als die Außenringunterstützungsfläche 5a des Drehzapfens.

Bei einer solchen Struktur wird die an die Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 ausgeübte Last in Abhängigkeit von der Druckkraft oder der Kraftübertragungs wälzelement-Haltekraft F, wie in Fig. 1 gezeigt, über die Kugeln 6 auf den Außenring 3b des Kraftübertragungswälzelementes 3 übertragen, woraufhin sie schließlich auf die Außenringunterstützungsfläche 5a des Drehzapfens 5 übertragen wird.

Zu diesem Zeitpunkt wird die Last vom Innenring 3a im Berührungspunkt 6a auf die Kugel 6 übertragen, woraufhin sie von der Kugel 6 im Berührungspunkt 6b auf den Außenring 3b übertragen wird, so dass die Linie j3, die den Berührungspunkt Ca und den Berührungspunkt 6b verbindet, eine Wirklinie der auf der Kugel 6 ruhenden Last darstellt.

Da die Wirklinie β der auf der Kugel 6 ruhenden Last bezüglich der Kraftübertragungswälzelement-Drehachse O₂ geneigt ist, so dass der Schnittpunkt e₁ bezüglich des Innenrings 3a weiter entfernt angeordnet ist als die Außenringunterstützungsfläche 5a des Drehzapfens oder des Kraftübertragungs wälzelement-Unterstützungselements 5, kann ein Angriffspunkt der Last bezüglich des Drehzapfens 5 auf die Mitte des Drehzapfens 5 in dessen Längsrichtung eingestellt werden, was im wesentlichen einer Vergrößerung der Stützweite des Drehzapfens 5 entspricht.

Somit wird der Drehzapfen 5 durch die von den Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 über die Kugel 6 ausgeübte Last verformt, wodurch jedoch keine bemerkenswerte ungleichmäßige Lastverteilung auf die Kugeln 6 verursacht wird, was zu einer möglichen Lösung des Problems der herkömmlichen Unterstützungselemente für die Kraftübertragungswälzelemente führt, bei dem der Außenring 3b des Kraftübertragungswälzelementes 3, der sich ständig im stationären Zustand befindet, in den Bereichen nahe den oberen und unteren Enden des Drehzapfens 5 eine größere Abnutzung oder Ermüdungserscheinung aufweist als in den anderen Bereichen.

Versuche haben bestätigt, dass die beste Lösung des Problems durch eine Struktur erreicht wird, bei der eine Wirklinie γ der auf der Kugel 6 ruhenden Last bezüglich der Kraftübertragungswälzelement-Drehachse O₂ in derselben Richtung weiter geneigt wird, so dass ein Schnittpunkt e₂ zweier solcher Linien im wesentlichen auf der Außenringunterstützungsfläche Sa des Drehzapfens 5 liegt.

Gemäß der ersten Ausführungsform wird der Berührungspunkt 6b des Außenrings 3b des Kraftübertragungswälzelements 3 mit der Kugel 6 entsprechend der Verringerung des Durchmessers B des Außenrings 3b des Kraftübertragungswälzelementes 3 näher an die Kraftübertragungswälzelement- Drehachse O₂ herangeschoben, wie oben beschrieben worden ist. Somit kann ein Abschnitt D des Drehzapfens 5, der den Außenumfang des Außenrings 3b abdeckt, entsprechend der Verringerung des Durchmessers B des Außenrings 3b verstärkt werden. Der Abschnitt D bildet herkömmlicherweise hinsichtlich der Festigkeit einen Schwachpunkt des Drehzapfens 5, welcher gemäß der ersten Ausführungsform beseitigt werden kann, wodurch eine Erhöhung der Festigkeit des Drehzapfens 5 ermöglicht wird, was zu einer größeren Entwurfsfreiheit für die Unterstützungselemente der Kraftübertragungswälzelemente führt.

Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die im Grunde der ersten Ausführungsform ähnlich ist, mit der Ausnahme, dass der Außenring 3b in Baueinheit mit der Schwenkwelle 7 ausgebildet ist, um das Kraftübertragungswälzelement 3 drehbar am Drehzapfen 5 zu montieren.

Gemäß der zweiten Ausführungsform dient der Außenring 3b des Kraftübertragungswälzelements 3 aufgrund seiner erhöhten Festigkeit bezüglich der von den Antriebs- und Abtriebsscheiben 1, 2 angelegten Last dazu, eine am Drehzapfen 5 anliegende Last zu verringern, um dessen Verformung zu verringern, was zu den verbesserten Betriebseigenschaften und Auswirkungen der ersten Ausfüh rungsform führt, um eine Ungleichmäßigkeit der Lastver teilung auf die Kugeln 6 zu verringern.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist klar, daß die vorliegende Erfindung nicht hierauf be schränkt ist, wobei verschiedene Änderungen und Abwand lungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Getriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis mit: Antriebs- und Abtriebsscheiben (1, 2), einem Kraftübertragungswälzelement (3), das zwischen den Antriebs- und Abtriebsscheiben (1, 2) zur Kraftübertra gung gehalten ist, mit einem Innenring (3a), der mit den Antriebs- und Ab triebsscheiben in Reib-Kontakt steht, einem Wälzelement (6) und einem Au ßenring (3b), welcher über das Wälzelement (6) eine über die Antriebs- und Abtriebsscheiben auf den Innenring (3a) aufgebrachte Last aufnimmt, einem Drehzapfen (5) zur Dreh-Lagerung des Kraftübertragungswälzelementes (3), das um eine Schwenkachse (O₃) drehbar ist, die senkrecht zu einer Rotati onsachse (O₂) des Kraftübertragungswälzelementes (3) verläuft, wobei der Außenring (3b) des Kraftübertragungswälzelementes (3) in Richtung seiner Rotationsachse (O₂) durch eine Außenringunterstützungsfläche (5a) des Drehzapfens (5) gelagert ist, um die Last aufzunehmen, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Wirkungslinie (β) der von dem Wälzelement (6) übertra genen Kraft gegenüber der Rotationsachse (O₂) des Kraftübertragungswälz elementes (3) derart geneigt ist, daß diese die Rotationsachse (O₂) in einem Punkt (e₂) schneidet, der auf der Außenringunterstützungsfläche (5a) des Drehzapfens (5) liegt.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (3b) des Kraftübertragungswälzelementes (3) einstückig mit einer Schwenk welle (7) ausgebildet ist, um das Kraftübertragungswälzelement (3) am Dreh zapfen (5) drehbar zu montieren.