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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein stufenlos veränderbares Toroid-Getriebe für Fahrzeuge.
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Hintergrund der Erfindung
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In
einem stufenlos veränderbaren
Getriebe (nachstehend in einem CVT) wird ein Paar von Kraftrollen
zwischen einer Eingangsscheibe und einer Ausgangsscheibe, die einander
zugewandt sind, ergriffen. Die Kraftrollen übertragen ein Drehmoment von
der Eingangsscheibe auf die Ausgangsscheibe durch Reibung. Die Kraftrollen
werden durch Lagerzapfen gelagert.
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Wenn
die Lagerzapfen in eine Richtung der jeweiligen Lagerzapfenachsen
verlagert werden, verändern
sich die Kontaktpositionen der Kraftrollen und der Scheiben und
eine Richtung einer Kraft, die durch die Scheiben auf die Kraftrollen
ausgeübt
wird, verändert
sich. Infolge dieser Veränderung
der Kraft drehen die Kraftrollen gemeinsam mit den Lagerzapfen und
als ein Ergebnis erhöht
sich der Kontaktradius von einer der Eingangsscheiben oder der Ausgangsscheiben,
während
sich der Kontaktradius der anderen Scheibe vermindert. Diese Veränderung
dieser Kontaktradien verursacht eine Veränderung eines Drehzahlverhältnisses
der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe, das heißt, eines
Drehzahlverhältnisses.
Somit kann das Drehzahlverhältnis
des Getriebes dazu gebracht werden, sich stufenlos durch Verlagern
der Lagerzapfen in der Richtung der Lagerzapfenachse zu verändern. Der
Gyrationswinkel um die Lagerachse wird als der Gyrationswinkel der
Kraftrolle bezeichnet und entspricht direkt dem Drehzahlverhältnis des
CVT.
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Wenn
die Kraftrollen zwischen der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe
ergriffen sind, verformen sich jeweils die Eingangsscheibe und die Ausgangsscheibe
in einer Überdrehrichtung.
Damit die Kraftrollen der Verformung in dieser Überdrehrichtung folgen und
den Kontakt mit beiden Scheiben beibehalten, müssen sie der Verformung der Überdrehrichtung
folgen und müssen
sich in der Richtung rechtwinklig zu der Lagerzapfenachse und einer Kraftrollendrehachse
verlagern.
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In
dieser Hinsicht zeigt die
JP-A-2001-165265 ,
veröffentlicht
durch das Japanische Patenbüro
in 2001, Kraftrollen, die frei sind, um in die Richtung rechtwinklig
zu der Lagerzapfenachse über
ein Rolllager zu gleiten, und die eine Mehrzahl von Nadellagern
und einen Käfig
aufweisen, der die Mehrzahl der Nadelwalzen aufnimmt. Die Lager gleiten
an einem geneigten Abschnitt eines Lagerzapfens. Vorsprünge sind
jeweils an den Enden der Kraftrollenhohlräume der Lagerzapfen vorgesehen
und Vertiefungen, in die die Vorsprünge eingesetzt werden, sind
jeweils auf jeder Seite des Käfigs gebildet.
Durch das Vorsehen der Vorsprünge
wird die Gleitgröße des Gehäuses des
Käfigs
relativ zu dem Lagerzapfen auf einen Spalt zwischen dem Käfig und
den Vorsprüngen
in der neutralen Position begrenzt.
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Jedoch
in der
JP-A-2001-165265 gezeigten Konstruktion
kann die Rollenlagereinheit in jede Richtung des Kraftrollenhohlraumes
verlagert werden, so dass die Steifigkeit des geneigten Abschnittes
mangelhaft ist. Wenn die Druckkraft den Lagerzapfen überdreht,
verformt sich der Druckzapfen in eine Richtung dieser Druckkraft.
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Zusätzlich wird,
wenn sich der Lagerzapfen einer großen Verformung unterzieht,
eine relative Position zwischen der Kraftrolle und der Scheibe verschoben.
Dies verursacht eine Veränderung
eines Verhältnisses
der Drehzahlen der Eingangsscheibe und der Ausgangsscheibe, was
nicht beabsichtigt war.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
Details sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
in dem Folgenden der Spezifikation fortgesetzt und werden in den
beigefügten
Zeichnungen gezeigt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Gesamtdarstellung des stufenlos veränderbaren
Toroid-Getriebes (CVT) in Bezug auf diese Erfindung.
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2 zeigt
ein Drehzahlsteuerungssystem des CVT.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Lagerzapfens.
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4 ist
eine vordere Aufrissdarstellung des Lagerzapfens mit Rolllagern.
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5(a) ist eine vordere Aufrissdarstellung des Lagerzapfens
mit Rolllagern und 5(b) ist eine Seitenaufrissdarstellung
des Lagerzapfens mit Rolllagern entsprechend eines zweiten Ausführungsbeispieles
dieser Erfindung.
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Die 6(a) und 6(b) sind
zu den 5(a) und 5(b) ähnlich,
aber zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
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In
Bezug auf die 1 der Zeichnung ist eine Eingangswelle 1 mit
einer Vorwärts-
und- rückwärts-Umschaltvorrichtung,
die nicht gezeigt ist, verbunden. Die Vorwärts- und- rückwärts-Umschaltvorrichtung ist
mit einer Drehmomentübertragungswelle 2 verbunden.
Eine erste Drehzahlveränderungsvorrichtung 12 und
eine zweite Drehzahlveränderungsvorrichtung 13 sind
innerhalb eines Getriebegehäuses
angeordnet.
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Die
erste Drehzahlveränderungsvorrichtung 12 ist
mit einer Eingangsscheibe 3 und einer Ausgangsscheibe 8a verbunden,
währenddessen
die gegenüberliegenden
Flächen
als gekrümmte,
toroidale Oberflächen
gebildet sind. Ein Paar von Kraftrollen 10, ergriffen zwischen
der Eingangsscheibe 3 und der Ausgangsscheibe 8a,
ist symmetrisch auf jeder Seite der Drehmomentübertragungswelle 2 angeordnet.
Die erste Drehzahlveränderungsvorrichtung 12 weist
Lagerzapfen 14 auf, die jeweils die Kraftrollen 10, 10 und
die Servokolben 16a, wie in 2 gezeigt,
lagern.
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Die
zweite Drehzahlveränderungsvorrichtung 13 ist ähnlich mit
einer Eingangsscheibe 4 und einer Ausgangsscheibe 8b,
einem Paar von Kraftrollen 11, den Lagerzapfen 14 und
den Servokolben 16a versehen.
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Die
Drehzahlveränderungsvorrichtungen 12, 13 sind
auf der Drehmomentübertragungswelle 2 angeordnet.
Die Eingangscheibe 3 der ersten Drehzahlveränderungs vorrichtung 12 wird
durch eine Lastvorrichtung 5 gedrückt, die eine Druckkraft entsprechend
des Eingangsdrehmomentes erzeugt.
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Die
Eingangsscheibe 4 der zweiten Drehzahlveränderungsvorrichtung 13 wird
durch eine glockenförmigen
Feder 7 gedrückt.
Die Eingangsscheiben 3, 4 werden durch die Getriebewelle 2 über Kugelfedern
gelagert.
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Eine
integrierte Ausgangsscheibe 8 hat Abschnitte, die die Ausgangsscheibe 8a und
die Ausgangsscheibe 8b aufweisen. Hintere Platten der Ausgangsscheibe 8a, 8b sind
miteinander vereint. Ein Ausgangszahnrad 9 ist rund um
die Ausgangsscheibe 8 vorgesehen. Das auf die Ausgangsscheibe 8 übertragene
Drehmoment wird durch eine Propellerwelle, nicht gezeigt, übertragen.
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Die
Kraftrolle 10, 11 gyriert jeweils, um Gyrationswinkel
zu realisieren, die dem Ziel-Drehzahlverhältnis entsprechen, und die
Eingangsdrehung der Eingangsscheiben 3, 4 wird
kontinuierlich verändert und
auf die Ausgangsscheibe 8 übertragen.
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Als
nächstes
wird in Bezug auf die 2 ein Drehzahlsteuerungssystem
des CVT beschrieben.
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Das
Drehzahlsteuerungssystem veranlasst die Lagerzapfen, jeweils zu
gyrieren, so dass der Gyrationswinkel, der dem Ziel-Drehzahlverhältnis entspricht,
erhalten werden kann.
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Die
Kraftrollen 10 werden auf Lagerböcken 10b derart gelagert,
dass sie frei sind, sich um die Kraftrollendrehachsen 15a, 15a zu
drehen, und die Lagerböcke
werden durch die Lager 14 derart gelagert, dass sie frei
sind, sich in die Richtung der Eingangs- oder der Ausgangsscheiben zu gleiten.
Die Servokolben 16a, die die Lagerzapfen 14 in
ihrer Wellenrichtung verlagern, und die Kraftrollen 10 veranlasst
zu gyrieren, sind an den unteren Enden des Lagerzapfens 14 vorgesehen.
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Ein Ölkanal 17,
verbunden mit einer hohen Ölkammer 16b,
ein Ölkanal 18,
verbunden mit einer niedrigen Ölkammer 16c,
und ein Drehzahlverhältnissteuerungsventil 19,
das eine Öffnung 19a aufweist,
die den Ölkanal 17 und
eine Öffnung 19b,
die den Ölkanal 18 verbindet,
aufweist, sind als ein Öldrucksteuerungssystem
vorgesehen, das die Servokolben 16a steuert. Ein Leitungsdruck
von einer Öldruckquelle,
die eine Ölpumpe
und ein Sicherheitsventil ausweist, nicht gezeigt, wird zu einer
Leitungsdrucköffnung 19c des
Drehzahlverhältnissteuerungsventils 19 zugeführt. Der
Schieber 19d des Drehzahlverhältnissteuerungsventils 19 wirkt
mit einem Hebel 20 und einem Nocken 21, die die
axiale Verlagerung und den Gyrationswinkel der Lagerzapfen 14 auf
das Drehzahlverhältnissteuerungsventil 19 zurückkoppeln,
zusammen und wird durch einen Schrittmotor 22 angetrieben.
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Eine
CVT-Steuerungseinrichtung 23 steuert den Schrittmotor 22.
Die Signale von einem Drosselöffnungssensor 24,
einem Motordrehzahlsensor 25, einem Eingangsdrehzahlsensor 26,
einem Ausgangsdrehzahlsensor 27, einem Verbotsschalter 28 und
einem Temperaturschalter 29 werden in die CVT-Steuerungseinrichtung 23 eingegeben.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines Lagerzapfens 14 eines
ersten Ausführungsbeispieles dieser
Erfindung. 4 ist eine vordere Ansicht eines
Lagerzapfens 14 des ersten Ausführungsbeispieles dieser Erfindung.
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Ein
Kraftrollenhohlraum 30, die abgeschrägte Abschnitte 31,
eine obere Gyrationsachse 32, eine untere Gyrationsachse 33 und
ein Ölkanal 34 sind
in dem Lagerzapfen 14, wie in 3 gezeigt,
gebildet. Der Lagerbock 10b für die Kraftrolle 10 ist
in dem Kraftrollenhohlraum 30 über eine Rollenlagereinheit 40 gelagert.
Der Lagerbock 10b ist frei, um in die Richtung rechtwinklig
zu sowohl der Lagerzapfen-Gyrationsachse als auch der Kraftrollendrehachse
zu gleiten.
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Die
Rollenlagereinheit 40 weist mehrere Nadellager 42 auf,
die gelagert sind, um sich frei in oberen Taschen 41 zu
drehen, die in dem geneigten oberen Teil 41b des Käfigs 41 gebildet
sind, und untere Taschen 41c, die in dem geneigten unteren
Teil 41d des Käfigs 41 gebildet
sind, und eine Platte 41f, die den geneigten oberen Teil 41b und
den geneigten unteren Teil 41d verbindet. Ein Ölkanal 41e ist
in der Platte 41f gebildet.
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Ein
ebener Abschnitt 30a, rechtwinklig zu der Kraftrollendrehachse 15a,
ebene Abschnitte 30b, rechtwinklig zu dem ebenen Abschnitt 30a,
und einander über
die Kraftrollendrehachse 15a zugewandte geneigte Abschnitte 30c zwischen
dem ebenen Abschnitt 30a und dem ebenen Abschnitt 30b,
und Vorsprünge 30d,
gezeigt als ein schraffiertes Muster, jeweils vorgesehen an dem
Ende der geneigten Abschnitte 30c, sind in dem Kraftrollenhohlraum 30 gebildet.
Die Vorsprünge 30d sind
in Positionen gebildet, wo die Vorsprünge 30d nicht mit
der Kraftrolle 10 stören.
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Die
Endflächen 41g,
die jeweils auf jeder Seite des Käfigs 41 gebildet sind,
sind im Eingriff gegen die Anschlagflächen 30e, die in den
Vorsprüngen 30d, 30d gebildet
sind, um dadurch die Bewegung der Lagereinheit 40 zu begrenzen.
Durch Vorsehen der Vorsprünge 30d wird
die Gleitgröße des Käfigs 41 relativ
zu dem Lagerzapfen 14 auf einen Spalt S zwischen dem Käfig 41 und
den Vorsprüngen 30d in der
neutralen Position begrenzt.
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Das
CVT verändert
das Drehzahlverhältnis durch
das Veranlassen der Kraftrollen 10, 11, um zu gyrieren.
Das heißt,
wenn sich der Schieber 19d infolge des Schrittmotors 22,
der sich dreht, verlagert, die Ölzuführung zu
den Servokolbenkammern der Servokolben 16, 16 gesteuert
wird, werden die Drehmitten der Kraftrollen 10,11 relativ
zu den Drehmitten der Scheiben 3, 4, 8 versetzt.
Infolge dieses Versatzes wirkt eine Gyrationskraft auf die Kraftrollen 10, 11 und
ihre Gyrationswinkel variieren. Der Gyrationswinkel und die Größe des Versatzes
werden auf den Schieber 19d über den Nocken 21 und
den Hebel 20 übertragen
und die Kraftrolle kommt in einer Position zur Ruhe, wo sie den
Schieber 19d, der sich infolge des Schrittmotors 22 verlagert,
ausgleichen. Der Schrittmotor 22 verlagert den Schieber 19d durch
einen Befehl aus der CVT-Steuerungseinrichtung 23 entsprechend
des Ziel-Drehzahlverhältnisses.
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Wenn
demzufolge eine Kraft in die Richtung der Lagerzapfen-Gyrationsachse
auf die Kraftrolle 10 wirkt, wird diese Last durch die
Rollenlagereinheit 40 gelagert, und wenn eine Last auf
die Kraftrolle 10 in der Richtung rechtwinklig zu der Lagerzapfen-Gyrationsachse 15b und
auf die Rolldrehachse 15a wirkt, gleitet der Lagerbock 10b in
die Richtung, während sich
die Nadellager 42 der Rolllagereinheit 40 drehen.
Mit anderen Worten, selbst wenn eine Kraft auf die Kraftrolle 10 in
eine Richtung der Lagerzapfen-Gyrationsachse wirkt, kann sich die
Kraftrolle 10 glatt in die Richtung rechtwinklig zu der
Lagerzapfen-Gyrationsachse 15b und der Kraftrollendrehachse 15a verlagern.
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Daher,
wenn sich die Eingangs- und Ausgangsscheibe verformen oder nicht
präzis
zusammengebaut werden, kann die Kraftrolle 10 glatt in
die Richtung rechtwinklig zu der Lagerzapfen-Gyrationsachse 15b und
der Kraftrollendrehachse 15a drehen, um diese positionellen
Abweichungen zu absorbieren, und die Druckkraft, die auf die Kraft rolle 10 von der
Eingangsscheibe 3 wirkt, wird zu der Druckkraft, die auf
die Kraftrolle 10 von der Ausgangsscheibe 8 wirkt,
gleich beibehalten.
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Wie
zuvor erwähnt,
wenn eine Verformung oder ein Montagefehler der Eingangs- und der
Ausgangsscheiben 3, 4, 8 auftritt, gleitet,
um diese positionellen Abweichungen zu absorbieren, die Kraftrolle 10 in
die Richtung rechtwinklig zu der Lagerzapfen-Gyrationsachse und
der Kraftrollendrehachse. Wenn die Kraftrolle 10 wiederholt
in die Richtung rechtwinklig zu der Lagerzapfen-Gyrationsachse und der
Kraftrollendrehachse gleitet, ist die Kraft, die auf den Käfig 41 der
Rollenlagereinheit 40 wirkt, die zwischen dem Lagerbock 10b und
dem Kraftrollenhohlraum 30 eingesetzt ist, wenn die Kraftrolle 10 gedrückt wird
und der Käfig 41 gleitet,
und wenn die Kraft auf die Kraftrolle 10 freigegeben wird
und der Käfig
zurückkehrt,
unterschiedlich, so dass der Käfig dazu
neigt, aus dem Lagerzapfen 40 vorzuspringen.
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Da
jedoch die Vorsprünge 30d,
die die Gleitgröße des Käfigs 41 relativ
zu dem Lagerzapfen 40 in der Richtung rechtwinklig zu der
Lagerzapfen-Gyrationsachse 15b und der Kraftrollendrehachse 15a begrenzen,
zwischen dem Käfig 41 und
dem Lagerzapfen 14 vorgesehen sind, springt der Käfig 41 nicht
vor oder fällt
nicht aus dem Lagerzapfen 14 heraus und die Auflage der
Last, die auf die Kraftrolle 10 wirkt, wird auf einem ausreichenden
Niveau beibehalten.
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Da
entgegengesetzt dazu die Vorsprünge 30d,
die an dem Ende der geneigten Abschnitte 30c der Kraftrollenhohlräume 30 gebildet
sind, und die Vorsprünge 30d als
eine Rippe dienen, hebt dies die Steifigkeit des Lagerzapfens 14 an.
Demzufolge wird die Verformung des Lagerzapfens 14 selbst
dann reduziert, wenn ein Überdrehen
auf den Lagerzapfen 14 über
die Kraftrolle 10, 11 wirkt. Somit wird die Verformung
der Lagerzapfens 14 reduziert, so dass die Veränderung
der Drehzahlen der Eingangsscheibe und der Ausgangscheibe reduziert
wird.
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Überdies
erstrecken sich die Vorsprünge 30d an
beiden Enden der geneigten Abschnitte 30c nach außen, so
dass die Gleitgröße des Käfigs 41 im Verhältnis zu
dem Lagerzapfen 14 auf einen Spalt S zwischen dem Käfig 41 und
den Vorsprüngen 30d in der
neutralen Position begrenzt wird. Mit anderen Worten, die Vorsprünge 30d funktionieren
als Anschläge,
so dass der Käfig 41 nicht
heraus fällt
oder aus dem Lagerzapfen 14 vorspringt.
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Nunmehr
wird ein zweites Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
können
zusätzlich
zu den Wirkungen des ersten Ausführungsbeispieles
die folgenden Wirkungen zusätzlich
erhalten werden.
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Die
Rolllagereinheit 40 wird in zwei Rolllager geteilt. Eine
ist das obere Rolllager 40a und das anderen ist das untere
Rolllager 40b. Die oberen und unteren Rolllager 40a, 40c werden
in den geneigten Abschnitten 30c, 30c des Kraftrollenhohlraumes 30 platziert.
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Die
Grundaufbauten des zweiten Ausführungsbeispieles
sind zu den des ersten Ausführungsbeispieles
identisch. Das obere Rolllager 40a weist mehrere Nadelrollen 42 auf,
die gelagert werden, um sich frei in den Taschen 41a des
Käfigs 41 zu
drehen, und ist an den zwei Endflächen 41g vorgesehen,
die gegen die Anschlagflächen 30e,
die in den Vorsprüngen 30d gebildet
sind, anliegen. Und das untere Rolllager 40b weist mehrere
Nadelrollen 42 auf, die gelagert sind, um sich frei in
den Taschen 41c des Käfigs 41 zu
drehen, und ist mit zwei Endflächen 41g versehen,
die gegen die Anschlagflächen 30e,
die in den Vorsprüngen 30d gebildet
sind, wie in 5a und 5b gezeigt,
anliegen.
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Die
verbleibenden Merkmale sind zu denen des ersten Ausführungsbeispieles ähnlich,
so dass dieselben Symbole die dieselben Bauteil bezeichnen und die
Beschreibung weggelassen wird. Der Betrieb von diesem Ausführungsbeispiel
ist ähnlich
zu dem des ersten Ausführungsbeispieles,
so dass die Beschreibung weggelassen wird.
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Demzufolge
ist in diesem Ausführungsbeispiel
zusätzlich
zu der Wirkung des ersten Ausführungsbeispieles
die Rolllagereinheit 40 in das obere Rolllager 40a und
das untere Rolllager 40b geteilt und es ist nicht notwendig,
weiter mit ausreichender Genauigkeit fortzufahren, um zu verhindern,
dass das obere und das untere Rolllager 40a, 40b nicht
mit anderen Umfangsteilen stört
und die Kosten, um die Rolllager herzustellen, können reduziert werden.
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Überdies
ist es im Vergleich mit dem ersten Ausführungsbeispiel nicht notwendig,
die Platte 41f, die das geneigte obere Teil 41b und
das geneigte untere Teil 41d in dem zweiten Ausführungsbeispiel
verbindet, vorzusehen, so dass der Ölkanal 418 nicht notwendig
ist.
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Nunmehr
wird ein drittes Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind das obere Rolllager 40a und das untere Rolllager 40b in
konkaven Abschnitten 30f angeordnet, die in dem geneigten
Abschnitt des Kraftrollenhohlraumes 30 gebildet sind.
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Die
Basisaufbauten des dritten Ausführungsbeispieles
sind identisch zu denen des ersten Ausführungsbeispieles und das obere
Rolllager 40a und das untere Rolllager 40b sind
dieselben, wie die in dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Die
konkaven Abschnitte 30f, die das obere Rolllager 40a und
das untere Rolllager 40b halten, sind in dem geneigten
Abschnitt 30c, 30c des Kraftrollenhohlraumes 30 gebildet,
wie in 6 gezeigt.
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Die
verbleibenden Merkmale der Konstruktion sind zu denen des zweiten
Ausführungsbeispieles identisch,
so dass dieselben Symbole denen zugeordnet werden und die Beschreibung
weggelassen wird. Der Betrieb dieses Ausführungsbeispieles ist ähnlich zu
dem des ersten Ausführungsbeispieles,
so dass die Beschreibung weggelassen wird.
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Demzufolge
ist in diesem Ausführungsbeispiel
zusätzlich
zu der Wirkung des ersten und des zweiten Ausführungsbeispieles das obere
Rolllager 40a und das untere Rolllager 40c in
konkaven Abschnitten 30f angeordnet, die in dem geneigten
Abschnitt 30c des Kraftrollenhohlraumes 30 gebildet sind.
Demzufolge verursachen das obere Rolllager 40a und das
untere Rolllager 40b keine Abweichung für die Richtung der Lagerzapfen-Gyrationsachse oder
die Ausgangs- und Eingangsscheibendrehachse aus den gewünschten
Positionen.
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Weitere
Merkmale der Erfindung werden für diejenigen,
die auf diesem Gebiet der Technik Fachleute sind, aus der Überlegung
der Spezifikation und der Praxis der hierin gezeigten Erfindung
deutlich. Es ist beabsichtigt, dass diese Spezifikation mit dem
genauen Umfang der Erfindung, der auch durch die folgenden Ansprüche angezeigt
wird, nur als ein Beispiel betrachtet wird.