DE60108213T2 - Antriebsrolle für ein stufenloses Toroidgetriebe - Google Patents

Antriebsrolle für ein stufenloses Toroidgetriebe Download PDF

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Description

  • Diese Erfindung betrifft eine Kraftrolle für ein stufenlos veränderbares Toroid- Getriebe entsprechend des Oberbegriffabschnittes von Anspruch 1.
  • Eine Kraftrolle nach dem Oberbegriffabschnitt 1 ist aus der US 5,536,091 bekannt.
  • In den letzten Jahren sind Forschungen an Typen des Fahrzeuggetriebes, das stufenlos das Übersetzungsverhältnis ändert, ausgeführt worden. Zusätzlich zu den stufenlos veränderbaren Getrieben vom Riemen- Typ sind stufenlos veränderbare Traktions- Antriebsgetriebe, die die Kraft durch Schubbeanspruchung von einem Ölfilm übertragen (nachstehend als Toroid- CVT bezeichnet) allgemein bekannt. Das Toroid- CVT gestattet einem Motor mit optimaler Effizienz angetrieben zu werden und diese Technik ist demzufolge sehr interessant, da sie große Verbesserungen der Kraftstoff- Kosten-Leistung und der Kraftübertragung gestattet. Jikkai Sho 62– 199557, veröffentlicht durch das Japanische Patentbüro zeigt solch ein Toroid- CVT.
  • Entsprechend der Jikkai Sho 62– 199557 weist ein Toroid- CVT nach dem Stand der Technik eine Kraftrolle auf, die eine Innenlaufbahn hat, die die Kraft zwischen eine Eingangsscheibe und einer Ausgangsscheibe über einen Ölfilm überträgt, eine Außenlaufbahn, gelagert durch einen Drehzapfen (Kraftrollen- Lagerteil), und ein Druck- Kugellager, das die Innenlaufbahn auf dem Außenbahn trägt, so dass es frei ist, um sich zu drehen.
  • Dieses Druck- Kugellager weist mehrere Kugeln auf, einen Halter, der diese Kugeln hält, und eine Innenlaufbahn- Nut und eine Außenlaufbahn- Nut, jeweils in gegenüberliegenden Oberflächen der Innenlaufbahn und der Außenlaufbahn. Beide diesen Laufbahnnuten haben einen bogenförmigen Querschnitt und das Ganze bildet einen Ring. In dem Stand der Technik sind ein Krümmungsradius ri der Innenlaufbahn- Nut und ein Krümmungsradius r0 der Außenlaufbahn- Nut identisch und der Rollkreisdurchmesser Φdi der Innenlaufbahn- Nut und der Rollkreisdurchmesser Φd0 der Außenlaufbahn- Nut sind auch identisch.
  • Jedoch in dem stufenlos veränderbaren Toroid- Getriebe nach dem Stand der Technik kann die Richtung der Drehachse der Kugeln des Druck- Kugellagers nicht gesteuert werden. Wenn demzufolge das Fahrzeug über einen langen Zeitraum angetrie ben wird, während die Spin- Winkelgeschwindigkeit der Kugeln im Verhältnis zu der Innenlaufbahn- Nut groß ist, erzeugen die Rollkontaktteile der Kugeln und der Innenlaufbahn- Nut Wärme und die Temperatur der Innenlaufbahn- Nut steigt an. Die Innenlaufbahn überträgt die Kraft von der Eingangsscheibe auf die Ausgangsscheibe durch den Traktionsantrieb. Ein Traktionskoeffizient vermindert sich zusammen mit dem Temperaturanstieg eines Ölfilms zwischen der Innenlaufbahn und der Eingangsscheibe, oder zwischen der Innenlaufbahn und der Ausgangsscheibe, und wenn sich die Temperatur der Innenlaufbahn erhöht, vermindert sich die Kraftübertragungseffizienz.
  • Es ist demzufolge ein Ziel dieser Erfindung eine Kraftrolle, wie oben angezeigt, zu schaffen, die die Verminderung der Kraftübertragungswirksamkeit infolge des Temperaturanstiegs eines Ölfilms eines Kraftübertragungsteiles verhindert.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kraftrolle gelöst, die die Merkmale des Anspruches 1 hat.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispieles eines stufenlos veränderbaren Toroid- Getriebes ist,
  • 2 eine schematische Ansicht ist, die ein Geschwindigkeitsveränderungs-Steuersystem zeigt, verwendet mit dem stufenlos veränderbaren Toroid- Getriebe,
  • 3 eine Ansicht, teilweise geschnitten, einer Kraftrolle ist, wobei die Innenlaufbahn- Nut einen Krümmungsradius kleiner als den Krümmungsradius der Außenlaufbahn- Nut hat, die nicht in den Umfang von Anspruch 1 fällt,
  • 4 das Verhältnis zwischen einem Rotationsachsenwinkel einer Kugel eines Druck- Kugellagers und einem Innenlaufbahn- Spin zeigt, das Verhältnis zwischen einem Rotationsachsenwinkel einer Kugel eines Druck- Kugellagers und dem Außenlaufbahn- Spin und das Verhältnis zwischen dem Rotationsachsenwinkel der Kugel und einem Kraftverlust für die Kraftrolle der 3,
  • 5 eine Ansicht, teilweise geschnitten, einer Kraftrolle ist, wobei die Innenlaufbahn- Nut einen Rollkreisdurchmesser kleiner als den Rollkreisdurchmesser der Außenlaufbahn- Nut hat, die nicht in den Umfang des Anspruches 1 fällt,
  • 6 ein Verhältnis zwischen einem Rotationsachsenwinkel einer Kugel eines Druck- Kugellagers und eines Innenlaufbahn- Spinmomentes zeigt, das Verhältnis zwischen einem Rotationsachsenwinkel einer Kugel eines Druck- Kugellager und einem Außenlaufbahn- Spinmoment, und das Verhältnis zwischen dem Rotationsachsenwinkel und einem Kraftverlust für die Kraftrolle der 5,
  • 7 eine Ansicht ist, teilweise geschnitten, die eine Kraftrolle entsprechend der Erfindung zeigt,
  • 8 das Verhältnis zwischen einem Rotationsachsenwinkel einer Kugel eines Druck- Kugellagers und eines Innenlaufbahn- Spinmomentes und das Verhältnis zwischen einem Rotationsachsenwinkel einer Kugel eines Druck- Kugellagers und eines Außenlaufbahn- Spinmomentes in einer Kraftrolle entsprechend der Erfindung von 7 zeigt,
  • 9 das Verhältnis zwischen einem Rotationsachsenwinkel der Kugel und einem Innenlaufbahn- Spinmoment, das Verhältnis zwischen einem Rotationsachsenwinkel und einem Außenlaufbahn- Spinmoment, und das Verhältnis zwischen dem Rotationsachsenwinkel der Kugel und dem Kraftverlust entsprechend der Kraftrolle des Standes der Technik zeigt.
  • Bezugnehmend auf die 1 bis 2 wird der mechanische Aufbau eines halben, stufenlos veränderbaren Toroid- Getriebes (nachstehend als Toroid- CVT bezeichnet), das einen Dual- Hohlraum hat, zuerst beschrieben. Das Toroid- CVT weist eine Eingangswelle 4 auf, verbunden mit einer Ausgangswelle 2 eines Motors 1 über einen Torsionsdämpfer 3, und eine Hohlwelle 5, koaxial auf der Außenseite der Welle 4 gebildet und frei gelagert, um im Verhältnis zu ihr frei zu drehen. Ein erstes Toroid- CVT 6 und ein zweites Toroid- CVT 7 und ein Lastnocken 8, der die Eingangsscheiben 61, 71 mit einer Last, die zu einem Eingangsdrehmoment direkt proportional ist, presst, sind koaxial auf diesen Wellen 4, 5 angeordnet.
  • Das erste Toroid- CVT 6 und das zweite Toroid- CVT 7 haben einen im Wesentlichen identischen Aufbau. Diese Elemente weisen die zwei Eingangsscheiben 61, 71 und die zwei Ausgangsscheiben 62, 72 auf, wovon die gegenüberliegenden Oberflächen einen Toroid- Raum mit einem bogenförmigen Querschnitt bilden. Die Kraftrollen 63, die die Kraft übertragen, werden zwischen der Eingangsscheibe 61 und der Ausgangsscheibe 62 gehalten. Zwei Kraftrollen 73, die die Kraftübertragen, werden zwischen der Eingangsscheibe 71 und der Ausgangsscheibe 72 gehalten.
  • Das erste Toroid- CVT 6, angeordnet auf der von dem Motor entfernten Seite, weist die Eingangsscheibe 61 auf der zu dem Motor gegenüberliegenden Seite, und die Ausgangsscheibe 62 auf der Motorseite auf. Das zweite Toroid- CVT 7, angeordnet in der Nähe des Motors 1, weist die Eingangsscheibe 71 auf der Motorseite und die Ausgangsscheibe 72 auf der zu dem Motor gegenüberliegenden Seite auf. Die zwei Ein gangsscheiben 61, 71 sind jeweils gleitbar mit den zwei Enden der Hohlwelle 5 verbunden. Die zwei Ausgangsscheiben 62, 72 (bezeichnet als einstückige Ausgangsscheibe 60) sind als ein Stück gebildet und gelagert, um in dem Mittelteil der Hohlwelle 5 frei zu drehen.
  • Eine der Kraftrollen 63 weist eine Innenlaufbahn 64 auf, die die Kraft von der Eingangsscheibe 61 auf die Ausgangsscheibe 62 über einen Ölfilm überträgt, eine Außenlaufbahn 66, gelagert durch einen Drehzapfen 65 (Kraftrollen- Lagerteil), und ein Druck-Kugellager 67, das die Innenlaufbahn lagert, um im Verhältnis zu der Außenlaufbahn 66 frei zu drehen.
  • Eine der Kraftrollen 73 weist eine Innenlaufbahn 74 auf, die die Kraft von der Eingangsscheibe 71 auf die Ausgangsscheibe über einen Ölfilm überträgt, eine Außenlaufbahn 76, gelagert durch einen Lagerzapfen 75 (Kraftrollen- Lagerteil) und ein Druck- Kugellagers 77, das die Innenlaufbahn lagert, um im Verhältnis zu der Außenlaufbahn 76 frei zu drehen.
  • Ein Ausgangszahnrad 9 ist an dem Außenumfang der Einstück- Ausgangsscheibe 60 vorgesehen. Das Ausgangszahnrad 9 ist mit einem Antriebszahnrad 10 einer Differentialvorrichtung 11 im Kammeingriff. Dies überträgt die Antriebskraft auf linke und rechte Antriebsräder über die Antriebswellen 12a, 12b, die sich nach links und rechts von der Differentialvorrichtung 11 erstrecken.
  • Das Öldrucksystem zum Betrieb der Drehzahländerung des ersten Toroid- CVT 6 und das Drehzahländerungssystem des ersten Toroid- CVT 6 werden nun in Bezug auf die 2 beschrieben. Die Drehzahländerung des ersten Toroid- CVT 6 wird durch Bewegen der Lagerzapfen 65, die die Kraftrolle 63 von dem Gleichgewichtspunkt auf oder ab lagert, ausgeführt. Infolge dieser Verlagerung entsteht an dem Kontaktpunkt eine Differenz zwischen den Vektoren der Drehrichtungen der Innenlaufbahn 64 und der Eingangsscheibe 61 und zwischen den Vektoren der Drehrichtungen der Innenlaufbahn 64 und der Ausgangsscheibe 62, so dass sich die Kraftrolle 63 dreht.
  • Der Lagerzapfen 65 ist mit einem Servo- Kolben 31 eines Öldruck- Servos 30 verbunden und verlagert sich infolge des Differentialdruckes zwischen dem Öl in einem Zylinder 30a auf der hohen Seite und dem Öl in einem Zylinder 30b auf der niedrigen Seite. Der Öldruck des Hochdruckseiten- Zylinders 30a und der Öldruck des Niedrigdruckseiten- Zylinders 30b werden durch ein Schaltsteuerventil 46 gesteuert. Infolge der Verlagerung eines Schiebers 46S in dem Ventil gestattet das Schaltsteuerventil 46 dem Öl, zugeführt von einem Leitungsanschluss 46L, zu einem hohen Seitenanschluss 46Hi oder einem niedrigen Seitenanschluss 46Low zu fließen. Das Öl fließt dann von dem entweder dem niedrigen Seitenanschluss 46Low, oder dem hohen Seitenanschluss 46Hi zu einem Ablaufanschluss 46D. Somit verändert sich der Differenzdruck in dem Öldruck-Servo 30.
  • Ein Präzisionsnocken 35 ist in einen der Drehzapfen 65 eingesetzt und in den Präzisionsnocken 35 ist eine Nut geschnitten. Die Nut in dem Präzisionsnocken 35 ist mit einem Ende einer L- Verbindung 38 in Kontakt und das Ende der L- Verbindung 38 ist durch ein Ende einer I- Verbindung 37 frei gelagert. Daher werden die Verlagerung und der Gyrationswinkel des Drehzapfens 65 auf die I- Verbindung 37 zurückgeführt.
  • Das andere Ende der I- Verbindung 37 ist mit einem Schrittmotor 36 verbunden und der Schieber 46S des vorerwähnten Schaltsteuerventils 46 ist an der I- Verbindung 37 frei gelagert. Demzufolge wird die Verlagerung des Schiebers 46S aus der Verlagerung des Schrittmotors 36 und der Rückkopplung von dem Präzisionsnocken 35 bestimmt.
  • Bezugnehmend auf die 3 und 4 wird nun der Effekt des Herstellens des Krümmungsradius ri der Innenlaufbahn- Nut 67c kleiner als der Krümmungsradius zu der Außenlaufbahn- Nut 67d in der Kraftrolle 63 des Toroid- CVT beschrieben. Hier ist der Rollkreisdurchmesser Φdi der Innenlaufbahn- Nut 67c festgelegt, um zu dem Rollkreisdurchmesser Φd0 der Außenlaufbahn- Nut gleich zu sein. In der 3 bezeichnet das Bezugszeichen 63 die Kraftrolle, Bezugszeichen 64 bezeichnet die Innenlaufbahn, Bezugszeichen 66 die Außenlaufbahn und Bezugszeichen 67 bezeichnet das Druck- Kugellager. Das Druck- Kugellager 67 weist auf mehrere Kugeln 67a, einen Halter 67b, der diese Kugeln 67a hält, eine Innenlaufbahn- Nut 67c, gebildet an der Oberfläche der Innenlaufbahn 64, die der Außenlaufbahn 66 zugewandt ist, und eine Außenlaufbahn- Nut 67d an der Oberfläche der Außenlaufbahn 66, die der Innenlaufbahn 64 zugewandt ist. Die Innenlaufbahn- Nut 67c und die Außenlaufbahn- Nut 67d haben bogenförmige Querschnitte und bilden einen ringförmigen Raum.
  • Die mehreren Kugeln 67a sind in dem ringförmigen Raum angeordnet und kommen mit der Innenlaufbahn- Nut 67c und der Außenlaufbahn- Nut 67d in Kontakt. Jede der mehreren Kugeln 67a dreht sich wegen der Drehung der Innenlaufbahn 64 rund um die Drehachse 100 der Kraftrolle 63, die sich um die Drehachse 50 dreht. Der Halter 67b dreht sich zusammen mit den Kugeln 67a rund um die Drehachse 100 der Kraftrolle 63.
  • Unter Bezug auf die 3 wird ein Drehachsenwinkel γ als der Winkel bestimmt, der durch die Drehachse 50 der Kugel 67a und einer Ebene rechtwinklig zu der Drehachse 100 der Kraftrolle 63 ist. Mit anderen Worten, ein Drehachsenwinkel γ wird als der Winkel zwischen einer Drehachse 50 der Kugel 67a und der tangentialen Ebene auf der Innenlaufbahn- Seite der Kugel 67a rechtwinklig zu einer Drehachse 100 der Kraftrolle 63 definiert, wie in der 3 gezeigt.
  • In der 3, wenn sich die Drehachse 50 der Kugel 67a nach rechts neigt, nimmt der Drehachsenwinkel γ einen positiven Wert ein. Mit anderen Worten, wenn sich der Drehwinkel 50 der Kugel 67a in der Richtung zu der Drehachse 100 der Kraftrolle 63 und in die Richtung zu der Innenlaufbahn 64 neigt, nimmt der Drehachsenwinkel γ einen positiven Wert ein.
  • Das Beschreiben dieses Vorgangs in noch anderer Hinsicht besagt, der Drehachsenwinkel γ nimmt einen positiven Wert ein, wenn der Schnittpunkt zwischen der Drehachse 100 der Kraftrolle 63 und der Drehachse 50 der Kugel 67a auf der Seite der Innenlaufbahn 64 in Bezug auf die Drehebene 150, die durch die Mitten der Kugeln 67a geht und rechtwinklig zu der Drehachse 100 der Kraftrolle 63 ist, der Kugeln liegt.
  • Wenn die Drehachse 50 der Kugel 67a rechtwinklig zu der Drehachse 100 der Kraftrolle 63 ist, ist der Drehachsenwinkel γ Null.
  • In der 3 nimmt, wenn es eine Neigung nach oben rechts gibt, der Drehachsenwinkel γ einen negativen Wert ein. Mit anderen Worten, wenn sich die Drehachse 50 der Kugel 67a gleichzeitig in die Richtung zu der Drehachse 100 der Kraftrolle 63 und der Außenlaufbahn 66 erstreckt, nimmt der Drehachsenwinkel γ einen negativen Wert ein.
  • Die Kugel γ dreht sich, wie sie gleitet, auf der Innenlaufbahn- Nut 67c. Der Rollkontaktteil zwischen der Kugel 67a und der Innenlaufbahn- Nut 67c, der zwischen der Kugel 67a und der Innenlaufbahn- Nut 67c in solch einer Weise gleitet, dass sich die Kugel 67a und der Innenlaufbahn- Nut 67c relativ zueinander drehen, wird als ein Innenlauf- Spin (erster Spin) Msi definiert.
  • Die Kugel 67a dreht auch, wie sie gleitet, auf der Außenlaufbahn- Nut 67d. In dem Rollkontaktteil zwischen der Kugel 67a und der Außenlaufbahn- Nut 67d ist das Gleiten zwischen der Kugel 67a und der Außenlaufbahn- Nut 67d in solch einer Weise, dass sich die Kugel 67a und die Außenlaufbahn- Nut 67d im Verhältnis zueinander drehen, als ein Außenlauf- Spin (zweiter Spin) definiert. Das Reibungsmoment, das dem Außenlauf-Spin zugehörig ist, wird als ein Außenlauf- Spinmoment bezeichnet (zweites Spinmoment) Mso. Die Innenlauf- und Außenlauf- Spins verursachen einen Kraftverlust und das Ergebnis ist die Erzeugung von Wärme.
  • Wie auf der Seite 119 von „Roller Bearing Engineering" (veröffentlicht durch Yukendo, in Tokyo 1978) hängt die Spin- Winkelgeschwindigkeit auf der Seite der Innenlaufbahn 64 und der Außenlaufbahn 66 von dem Drehachsenwinkel γ der Kugel 67a ab.
  • Entsprechend dieses Bezugs werden eine Spin- Winkelgeschwindigkeit ωsi der Innenlaufbahn und eine Spin- Winkelgeschwindigkeit ωsi der Außenlaufbahn durch die folgenden Gleichungen definiert: ωsi = (ωs – ωc) sinα + ωb sin(–γ) (1) ωso = ωc sinα + ωb sinγ (2)
  • Hier ist ωi die Winkelgeschwindigkeit der Innenlaufbahn, ωc ist die Umdrehungs-Winkelgeschwindigkeit der Kugel, ωb ist die Umdrehungs- Winkelgeschwindigkeit an der Kugel, α ist der Kontaktwinkel (dies ist der Winkel, gegenüberliegend entlang einer geraden Linie, die den Kontaktpunkt der Kugel und die Innenlaufbahn und den Kontaktpunkt der Kugel und die Außenlaufbahn verbindet, mit der Umdrehungsebene 150). Normalerweise ist (ωi – ωc) gleich zu ωc.
  • Falls der Drehachsenwinkel γ positiv ist, ist die Innenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ωsi geringer als die Außenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ωo. Falls der Drehachsenwinkel γ negativ ist, ist die Innenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ωsi größer als die Außenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ωo.
  • Entsprechend der Seite 696 der „Transactions der ASME Vol. 1100: October 1988" wird der Drehachsenwinkel γ effektiv durch das Gleichgewicht zwischen dem ersten erster Spin- Moment Msi und dem zweiten Spin Mso bestimmt. Insbesondere wird der Drehachsenwinkel γ unter der Bedingung Msi ≅ Mo bestimmt.
  • Durch Ausbilden des Krümmungsradius ri der Innenlaufbahn- Nut 67c kleiner als der Krümmungsradius ro der Außenlaufbahn- Nut 67d, wird die Hertzsche Kontaktfläche zwischen der Innenlaufbahn- Nut 67c und der Kugel 67a größer festgelegt, als die Hertzsche Kontaktfläche zwischen der Außenlaufbahn- Nut 67d und der Kugel 67a. Somit kann infolge eines Grundes, der später beschrieben wird, der Drehachsenwinkel γ der Kugel 67 auf einen Drehachsenwinkel γ2 festgelegt werden, der ein positiver Wert ist. Insbesondere die Drehachse 50 der Kugel 67a ist in eine Richtung festgelegt, der sich in die Richtung von sowohl der Drehachse der Kraftrolle 63, als auch der Innenlaufbahn 64 richtet.
  • Bei diesem Drehachsenwinkel γ2 ist die Innenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ωsi geringer als die Außenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ωo. Demzufolge wird die Wärme, direkt proportional erzeugt zu dem Produkt des Spinmomentes und der Spin- Winkelgeschwindigkeit, auf der Seite der Innenlaufbahn kleiner unterdrückt. Auch wird eine Verminderung des Traktionskoeffizienten, die die Erhöhung der Ölfilmtemperatur begleitet, unterdrückt, und die Verminderung der Kraftübertragungsleistung infolge des Kugel- Spins der Druck- Kugellager 67, 77 kann verhindert werden.
  • Auch in der Kraftrolle 73 kann in derselben Weise, wie für die Kraftrolle 63, der Drehachsenwinkel γ der Kugel 67a auf den Drehachsenwinkel γ2 festgelegt werden, bei dem die Innenlaufbahn- Winkelgeschwindigkeit ωsi kleiner als die Außenlaufbahn- Winkelgeschwindigkeit ωso ist.
  • Der Grund, warum der Drehachsenwinkel γ auf den Drehachsenwinkel γ2, bei dem der Innenlaufbahn- Spin geringer als der Außenlaufbahn- Spin ist, festgelegt werden kann, wird jetzt ausführlich unter Bezug auf die 4 beschrieben.
  • 4 zeigt die Merkmale des Innenlaufbahn- Spinmoments Msi eines Beispieles nach dem Stand der Technik (wo ri = r0), das Außenlaufbahn- Spinmoment Mso und die Kraftverlustmerkmale. Diese Parameter wurden unter Verwendung eines elastischen Modells entsprechend der „Proceedings of the Mechanical Engineering Institute of Japan", No. 89– 0148 B (1989), 512B berechnet.
  • Das Spinmoment wird aus der Spin- Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit des Drehachsenwinkels γ erhalten. Der Drehachsenwinkel γ der Kugel 67a wird durch das Gleichgewicht zwischen dem Innenlaufbahn- Spinmoment Msi und dem Außenlaufbahn-Spinmoment Mso bestimmt. Wie in der 4 gezeigt, sind bei einem ersten Drehachsenwinkel γ0, bei einem zweiten Drehachsenwinkel γ1 und bei einem dritten Drehachsenwinkel γ2 die Spinmomente (Reibungsmomente) Msi, Mso der Innen- und der Außenlaufbahnen ausgeglichen. Der Kraftverlust ist durch Msi · ωsi + Mso · ωso gegeben.
  • An dem dritten Drehachsenwinkel γ2, wo die Innenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ωsi geringer als die Außenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ωso ist, ist der Kraftverlust am kleinsten. Demzufolge wird während des Betriebs des CVT der dritte Drehachsenwinkel γ2, bei dem der Kraftverlust minimiert ist, beibehalten. Selbst wenn z. B. der Drehachsenwinkel γ unverzüglich der erste oder zweite Drehachsenwinkel γ1, γ2 wird, kehrt der Drehachsenwinkel γ unmittelbar zu dem dritten Drehachsenwinkel γ 2 zurück, bei dem der Kraftverlust ein Minimum ist.
  • In Toroid- CVT nach dem Stand der Technik ist anders als in dem Fall dieser Erfindung der Krümmungsradius ri der Innenlaufbahn- Nut 67c und der Krümmungsradius r0 der Außenlaufbahn- Nut 67d gleich festgelegt. Demzufolge sind, wie in der 9 gezeigt, in dem Toroid- CVT nach dem Stand der Technik, die Absolutwerte des zweiten Drehachsenwinkels γ 1 und des dritten Drehachsenwinkels γ2 gleich.
  • In Toroid- CVT nach dem Stand der Technik sind, wie in der 9 gezeigt, der Drehachsenwinkel γ, bei dem die Spin- Momente Msi, Mso gleich sind, die drei Punkte γ1, γ 0 und γ 2. An dem Punkt jedoch, wo γ = γ 0, ist der Kraftverlust größer als an den anderen zwei Punkten, so dass γ = γ 0 nicht beibehalten werden kann. Demzufolge nimmt der Drehachsenwinkel γ einen Wert von entweder γ1 oder γ2 mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% an, und der Drehachsenwinkel γ kann nicht gesteuert werden. Während des Betriebs des Toroid- CVT verändert sich der Drehachsenwinkel γ zwischen γ1 und γ2.
  • Andererseits kann in dieser Erfindung durch Ausbildung des Krümmungsradius ri der Innenlaufbahn- Nut 67c kleiner als der Krümmungsradius ro der Außenlaufbahn- Nut 67d infolge eines Grundes, der später beschrieben wird, die Hertzsche Kontaktfläche zwischen der Innenlaufbahn- Nut 67c und der Kugel 67a größer festgelegt werden, als die Hertzsche Kontaktfläche zwischen der Außenlaufbahn- Nut 67d und der Kugel 67a.
  • Das Spin- Moment ist zu der Größe (Momentspanne) der Hertzschen Kontaktflächen direkt proportional. Demzufolge ist das Spin- Moment Msi auf der Seite der Innenlaufbahn, wenn der Drehachsenwinkel γ ist, größer als das Spin- Moment Mso, wenn der Drehachsenwinkel – γ ist. Wie in der 4 gezeigt, sind bei einem Drehachsenwinkel γ2, der größer als der im Stand der Technik ist (d. h., ri = ro) das innere Spin- Moment Msi und das äußere Spin- Moment Mso ausgeglichen. Somit wird, da der Kraftverlust minimiert ist, die Richtung der Drehachse der Kugel bei dem Drehachsenwinkel γ2 stabilisiert.
  • Durch Festlegen der Hertzschen Kontaktfläche zwischen der Innenlaufbahn- Nut 67c und der Kugel 67a, die größer sein soll als die Hertzsche Kontaktfläche zwischen der Außenlaufbahn- Nut 67d und der Kugel 67a in dieser Art und Weise wird die Richtung der Drehachse bei dem positiven Drehachsenwinkel γ2 stabilisiert.
  • Hierin wird der Grund, dass die Hertzsche Kontakffläche der Innenlaufbahn größer als die Hertzsche Kontaktfläche der Außenlaufbahn ist, beschrieben.
  • Die Hauptkrümmung p (umgekehrt 1/R vom Krümmungsradius R) in dem Kontaktteil zwischen der Innenlaufbahn 64 und der Kugel 67a und dem Kontaktteil zwischen der Außenlaufbahn 66 und der Kugel 67a ist durch die folgenden Gleichungen gegeben: p11i = p12i = p110 = p120 = 2/Da p21i = –1/ri p210 = –1/r0 p22i = p220 = 0
  • Hierin ist Da der Durchmesser der Kugel 67a, p11i ist die primäre Hauptkrümmung der Kugel 67a an dem Kontaktpunkt auf der Seite der Innenlaufbahn, p12i ist die zweite primäre Hauptkrümmung der Kugel 67a und der Kontaktpunkt auf der Seite der Innenlauffläche, p110 ist die primäre Hauptkrümmung der Kugel 67a an dem Kontaktpunkt auf der Seite der Außenlaufbahn, p120 ist die zweite primäre Hauptkrümmung der Kugel 67a an dem Kontaktpunkt auf der Seite der Außenlaufbahn, p21i ist die primäre Hauptkrümmung der Innenlaufbahn- Nut 67c, p210 ist die primäre Hauptkrümmung der Außenlauf bahn- Nut 67d, p22i ist die zweite primäre Hauptkrümmung der Innenlaufbahn- Nut 67c und p220 ist die zweite Hauptkrümmung der Außenlaufbahn- Nut 67d.
  • Um die Hertzsche Kontaktflächen der Innenlaufbahn 64 mit der Hertzschen Kontaktfläche der Außenlaufbahn 66 zu vergleichen, werden die Werte von p21i und p210 verglichen. Zur Vereinfachung wird der Fall in Betracht gezogen, wo die zylindrischen Innenoberflächen der Krümmung p21i und der Krümmung p210 in Kontakt mit einem Zylinder vom Krümmungsradius R kommen, wobei die jeweils kombinierten Krümmungen Σpi, Σpo gegeben sind wie folgt: Σpi = (1/R) – (1/ri) Σpo = (1/R) – (1/ro)
  • Hier ist die kombinierte Krümmung Σp die Krümmung, wenn der Kontakt zwischen den Zylindern durch den Kontakt zwischen einem Zylinder und einer Ebene ersetz wird. Aus den oben vorgestellten Gleichungen ist Σpi < Σpi, so dass der Zylinder, der eine Krümmung von p21i hat, eine größere Kontaktfläche als der Zylinder hat, der eine Krümmung von p21o hat. Demzufolge hat auch in dem Kontakt zwischen der Nut und der Kugel die Innenlaufbahn eine größere Kontaktfläche.
  • Als nächstes wird der Effekt des Herstellens des Rollkreisdurchmessers Φdi der Innenlaufbahn- Nut 67c kleiner als der Rollkreisdurchmesser Φdo der Außenlaufbahn-Nut 67d in Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
  • Unter Bezug auf die 5 haben in dem Druck- Kugellager 67 die Innenlaufbahn-Nut 67c und die Außenlaufbahn- Nut 67d einen identischen Krümmungsradius r. Jedoch ist der Rollkreisdurchmesser Φdi der Innenlaufbahn- Nut 67c kleiner als der Rollkreisdurchmesser Φdo der Außenlaufbahn- Nut 67d. Hierbei ist der Rollkreisdurchmesser Φdi der Innenlaufbahn- Nut 67c zweimal der Abstand von der Mitte des bogenförmigen Querschnitts der Innenlaufbahn- Nut 67c zu der Drehachse der Kraftrolle 63. Der Rollkreisdurchmesser Φdo der Außenlaufbahn- Nut 67d ist zweimal der Abstand von der Mitte des bogenförmigen Querschnitts der Außenlaufbahn- Nut 67d zu der Drehachse der Kraftrolle 63.
  • Daher wird die Hertzsche Kontaktfläche zwischen der Innenlaufbahn- Nut 67c und der Kugel 67a größer als die Hertzsche Kontaktfläche zwischen der Außenlaufbahn- Nut 67d und der Kugel 67a festgelegt. Infolge der Beziehung zwischen dem Rollkreisdurchmesser Φd; der Innenlaufbahn und dem Rollkreisdurchmesser Φdo der Außenlaufbahn ist der Kontaktwinkel α größer als 90 Grad, wenn von der Innenlaufbahn 64 gesehen. Zu dieser zeit wird die Hauptkrümmung in dem Kontaktteil zwischen der Innenlaufbahn 64 und der Kugel 67a, und in dem Kontaktteil zwischen der Außenlaufbahn und der Kugel 67a durch die folgenden Gleichungen gegeben. p11i = p12i = p110= p120 = 2/Da p21i = p210 = 1/r p22i = 2cosα/(Φdi – Da cosα) p22o = –2cosα/(Φdo – Da cosα)
  • Hierin ist p die Krümmung der Nut, α ist der Kontaktwinkel, Da ist der Kugeldurchmesser.
  • Wenn α größer als 90 Grad ist, ist p22i < p22o. Demzufolge ist die Hertzsche Kontaktfläche auf der Innenlaufbahn- Seite größer als die Hertzsche Kontakafläche auf der Außenlaufbahn- Seite.
  • Die Merkmale des Spin- Moments Msi auf der Innenlaufbahn- Seite, die Merkmale des Spin- Moments Mso auf der Außenlaufbahn- Seite und die Kraftverlustmerkmale, berechnet unter Verwendung des vorerwähnten elastischen Models, werden nun unter Bezug auf die 6 beschrieben.
  • Der Drehachsenwinkel γ der Kugel 67a wird durch den Ausgleich zwischen dem Spin- Moment Msi der Innenlaufbahn und dem Spin- Moment Mso der Außenlaufbahn gebildet. Das Spin- Moment Msi der Innenlaufbahn und das Spin- Moment Mso der Außenlaufbahn sind bei dem ersten Drehachsenwinkel γ0, dem zweiten Drehachsenwinkel γ1 und dem dritten Drehachsenwinkel γ2 ausgeglichen. Der Kraftverlust (Msi · ωsi + Mso · ωso) ist bei dem Drehachsenwinkel γ2 am kleinsten, wo die Spin- Winkelgeschwindigkeit ωsi der Innenlaufbahn kleiner als die Spin- Winkelgeschwindigkeit ωso der Außenlaufbahn ist, und während des Betriebs des Toroid- CVT, wird der Drehachsenwinkel γ2, bei dem der Kraftverlust minimiert wird, beibehalten.
  • Durch einfaches Festlegen der Größen der Rollkreisdurchmesser Φdi, Φdo der Innenlaufbahn- Nut 67c und der Außenlaufbahn- Nut 67d kann das Erwärmen der Innenlaufbahn 64 verhindert werden.
  • Als nächstes wird die Erfindung unter Bezug auf die 7 und die 8 beschrieben.
  • Unter Bezug auf die 7 ist in einer Kraftrolle entsprechend der Erfindung der Krümmungsradius ri der Innenlaufbahn- Nut 67c kleiner als der Krümmungsradius ro der Außenlaufbahn- Nut 67d. Außerdem ist der Rollkreisdurchmesser Φdi des der Innenlaufbahn- Nut 67c kleiner als der Rollkreisdurchmesser Φdo der Außenlaufbahn- Nut 67d.
  • Auf diese Weise ist die Hertzsche Kontaktfläche zwischen der Innenlaufbahn- Nut 67c und der Kugel 67a größer als die Hertzsche Kontaktfläche und die Kugel 67a festgelegt.
  • Da der Krümmungsradius ri der Innenlaufbahn- Nut 67c kleiner als der Krümmungsradius ro der Außenlaufbahn- Nut 67d festgelegt ist, ist die Hertzsche Kontaktfläche auf der Seite der Innenlauffläche noch größer festgelegt als in dem Fall der 5. Wie in der 8 gezeigt, ist das Innenlaufbahn- Spin- Moment Msi größer als das Innenlaufbahn- Spin- Moment Msi von dem Fall in der 5. Als ein Ergebnis ist die Differenz des Kraftverlustes zwischen dem Zustand, wo die Außenlaufbahn- Spinnbewegung klein ist (Zustand des Drehachsenwinkels γ1), und dem Zustand, wo die Innenlaufbahn- Spinbewegung klein ist (Zustand des Drehachsenwinkels γ2) erhöht, so dass das Toroid-CVT definitiv in Betrieb laufen kann, wo die Spin- Winkelgeschwindigkeit ωsi der Innenlaufbahn kleiner als die Spin- Winkelgeschwindigkeit ωso der Außenbahn ist.
  • Beim Beschreiben der Wirkung in der Kraftrolle entsprechend der Erfindung kann sogar eine größere Differenz in der Hertzschen Kontaktfläche kann zwischen der Innenlaufbahn und der Außenlaufbahn in dem Fall der 3 erzeugt werden. Aus diesem Grund ist die Beibehaltung des Drehachsenwinkels γ2, wo der Innenlaufbahn- Spin klein ist, zuverlässiger. Demzufolge kann die Verminderung der Kraftübertragungsleistung infolge des Kugel- Spins des Druck- Kugellagers 27 verhindert werden.
  • Wie oben diskutiert, wird ein Drehachsenwinkel γ der Kugel durch das Gleichgewicht zwischen dem Innenlaufbahn- Spin- Moment Msi zwischen der Kugel und der Innenlaufbahn- Nut und dem Außenlaufbahn- Spin- Moment Mso zwischen der Kugel und der Außenlaufbahn- Nut festgestellt, der Drehachsenwinkel γ der Kugel wird auf den Winkel γ2 festgelegt, bei dem die Innenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ω geringer ist als die Außenlaufbahn- Spin- Winkelgeschwindigkeit ωso.
  • Außerdem kann die oben vorgestellte Lehre auch auf ein stufenlos veränderbares Getriebe (IVT)angewandt werden, wobei ein stufenlos veränderbares Toroid- Getriebe verwendet wird.

Claims (2)

  1. Kraftrolle für ein stufenlos veränderliches Toroid-Getriebe, mit: einer Innenlaufbahn (64) zur Kraftübertragung zwischen einer Eingangsscheibe (61) und einer Ausgangsscheibe (62) über einen Ölfilm, einer Außenlaufbahn (66), gelagert durch ein Kraftrollen-Lagerungsteil (65), und einem Druck-Kugellager (67) zur Lagerung der Innenlaufbahn (64) an der Außenlahnbahn (66) derart, daß die Innenlaufbahn (64) sich frei drehen kann, wobei das Druck-Kugellager (67) eine Innenlaufbahn-Nut (67c) aufweist, die einen bogenförmigen Querschnitt, gebildet in der Innenlaufbahn (64), aufweist, und eine Außenlaufbahn-Nut (67d), die einen bogenförmigen Querschnitt, ausgebildet in der Außenlaufbahn (66) aufweist, einem Ringraum, gebildet durch die Innenlaufbahn-Nut (67c) und die Außenlaufbahn-Nut (67d), eine Mehrzahl von Kugeln (67a), angeordnet in dem Ringraum, und einem Halter (67b) zum Lagern der Kugeln, wobei ein erster Spin in dem Kontaktbereich zwischen jeder der Kugeln (67a) und der Innenlaufbahn-Nut (67b) auftritt, der der Schlupf ist zwischen jeder der Kugeln (67a) und der Innenlaufbahn-Nut (67c), wobei jede der Kugeln (67a) und die Innenlaufbahn-Nut (67c) sich relativ zueinander drehen, und ein zweiter Spin in dem Kontaktbereich zwischen jeder der Kugeln (67a) und der Außenlaufbahn-Nut (67d) auftritt, der der Schlupf zwischen jeder der Kugeln (67a) und der Außenlaufbahn-Nut (67d) ist, wobei jede der Kugeln (67a) und die Außenlaufbahn-Nut (67d) sich relativ zueinander drehen und wobei die Innenlaufbahn-Nut (67c) einen Rollkreisdurchmesser kleiner als der Rollkreisdurchmesser der Außenlaufbahn-Nut (67d) aufweist, derart, daß die Richtung der Drehachse (50) der Kugeln (67a), gebildet durch das Gleichgewicht zwischen dem Reibungsmoment des ersten Spin und dem Reibungsmoment des zweiten Spin in eine Rich tung festgelegt ist, in der die Winkelgeschwindigkeit des ersten Spin kleiner als die Winkelgeschwindigkeit des zweiten Spin ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlaufbahn-Nut (67c) einen Krümmungsradius kleiner als der Krümmungsradius der Außenlaufbahn-Nut (67d) aufweist.
  2. Stufenlos veränderliches Toroid-Getriebe, das zumindest eine Kraftrolle nach Anspruch 1 aufweist.
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