JP2004019772A - 複合軸受組立体及びそれを用いた歯車変速機 - Google Patents
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Abstract
【課題】複合軸受組立体の耐久信頼性を維持しつつ摩擦抵抗を低減させ、これを用いた歯車変速機の動力伝達効率を向上させることにある。
【解決手段】一方の端面に円錐ころ軸受42を、他方の端面にアンギュラ玉軸受44を配置し、外輪11a,12aを一体に形成して並列一体に組み合わせている。円錐ころ軸受42は回転軸のラジアル荷重はもちろん、軸方向の一方向から押圧されるアキシャル荷重をも支持可能な向きに配置されており、アンギュラ玉軸受44も回転軸のラジアル荷重とともに軸方向の他方向から押圧されるアキシャル荷重を支持可能な向きに配置されている。耐久性の高い円錐ころ軸受42と摩擦抵抗の低いアンギュラ玉軸受44を適切な向きに配置して組み合わせて双方のアキシャル荷重とラジアル荷重に対して耐久信頼性を維持しつつ摩擦抵抗を低減した支持が可能となる。
【選択図】 図4
【解決手段】一方の端面に円錐ころ軸受42を、他方の端面にアンギュラ玉軸受44を配置し、外輪11a,12aを一体に形成して並列一体に組み合わせている。円錐ころ軸受42は回転軸のラジアル荷重はもちろん、軸方向の一方向から押圧されるアキシャル荷重をも支持可能な向きに配置されており、アンギュラ玉軸受44も回転軸のラジアル荷重とともに軸方向の他方向から押圧されるアキシャル荷重を支持可能な向きに配置されている。耐久性の高い円錐ころ軸受42と摩擦抵抗の低いアンギュラ玉軸受44を適切な向きに配置して組み合わせて双方のアキシャル荷重とラジアル荷重に対して耐久信頼性を維持しつつ摩擦抵抗を低減した支持が可能となる。
【選択図】 図4
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸に対して双軸方向のアキシャル荷重とラジアル荷重を支持することの可能な複合軸受組立体と、それを用いて車両の車輪にエンジン動力を伝達可能とした歯車変速機に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に車両用の歯車変速機は、その内部に平行な配置の入力軸と出力軸を備えており、それぞれ入力軸には複数の駆動歯車が、出力軸には同数の従動歯車が設けられ、それらが常時噛み合って変速歯車列を構成している。そしてその変速歯車列のうちで所望する回転比に対応する歯車対を選択し、それらを各回転軸に連結させることにより変速動作を行うようになっている。またこのような変速歯車列においては、対応する歯車対が小型ながら大容量の動力伝達が行えるよう歯筋がつる巻き線状のはすば歯車が形成されている。
【0003】
しかしこのようなはすば歯車を噛み合わせている場合、大きな動力の伝達時には各回転軸に互いに対向する軸方向反力、つまりアキシャル荷重が付加されることになる。またこのはすば歯車の噛み合いによれば、エンジンブレーキ時などのように出力軸で入力軸を駆動するような場合、各回転軸には前記と逆軸方向のアキシャル荷重が付加されることになる。したがって、各回転軸を支持する軸受には、ラジアル方向の荷重以外にも双軸方向のアキシャル荷重をも支持できるものを用いる必要がある。
【0004】
そのため従来では高出力の歯車変速機に用いるそのような軸受として、例えば特許第3079916号公報の図1に図示されているように対向する配置の2つの円錐ころ軸受で組立てられた複合軸受組立体が用いられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし円錐ころ軸受は、転動体である円錐ころの外輪及び内輪に対する接触面積が大きいことからそれだけ各荷重に対する耐久信頼性が高いものの、その反面それだけ回転摺動時の摩擦抵抗も大きくなってしまう欠点がある。したがって、前記従来技術のように円錐ころ軸受を多用した構成は、エンジン動力を損失させて動力伝達効率を低減させる原因となっていた。
【0006】
本発明の目的は、双軸方向のアキシャル荷重とラジアル荷重に対する耐久信頼性を維持しつつ摩擦抵抗の低減が可能な複合軸受組立体を提供することにある。
【0007】
また本発明の他の目的は、はすば歯車の変速歯車列を用いて大容量の動力伝達が可能でありながら動力伝達効率の高い歯車変速機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合軸受組立体は、回転軸に固定される内輪と支持体に固定される外輪との間に配置される転動体を有し、回転軸を回転自在に支持する複合軸受組立体であって、回転軸の一方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持するアンギュラ玉軸受と、回転軸の他方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持する円錐ころ軸受とを並列に組み合わせて一体に複合構成したことを特徴とする。
【0009】
本発明の複合軸受組立体は、アンギュラ玉軸受の外輪と円錐ころ軸受の外輪とが一体に形成されていることを特徴とする。
【0010】
本発明の複合軸受組立体は、アンギュラ玉軸受と円錐ころ軸受がそれぞれアキシャル荷重を受ける内輪端面どうしで相互に逆向きとなるよう配置され、それぞれの内輪にアキシャル方向の予荷重が付与されていることを特徴とする。
【0011】
本発明の歯車変速機は、入力軸及び出力軸と、これらの回転軸の間に配置されはすば歯車を有する複数の変速歯車列とを備え、入力軸と出力軸のそれぞれ少なくとも2点をころがり軸受で支持する歯車変速機であって、これら2点のころがり軸受のうちの一方に、回転軸の一方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持するアンギュラ玉軸受と、回転軸の他方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持する円錐ころ軸受とが並列に組み合わされた複合軸受組立体を配置したことを特徴とする。
【0012】
本発明の歯車変速機は、大きいアキシャル荷重を受ける側に円錐ころ軸受を配置し、小さいアキシャル荷重を受ける側にアンギュラ玉軸受を配置するよう複合軸受組立体が設置されていることを特徴とする。
【0013】
本発明にあっては、回転軸が双軸方向に相違する大きさのアキシャル荷重を受ける場合、それを支持する複合軸受組立体のうち、耐久性の高い円錐ころ軸受と摩擦抵抗の低いアンギュラ玉軸受をそれぞれ適切な向きに配置して組み合わせたことで双方のアキシャル荷重とラジアル荷重に対して耐久信頼性を維持しつつ摩擦抵抗を低減した支持が可能となる。
【0014】
本発明にあっては、歯車変速機において例えばはすば歯車の変速歯車列を備えた場合のように、回転軸の双軸方向に相違する大きさのアキシャル荷重が作用する場合であっても、複合軸受組立体が備える円錐ころ軸受で一方の大きいアキシャル荷重を受け、同一の複合軸受組立体が備えるアンギュラ玉軸受で他方の小さいアキシャル荷重を受けるようにしているため、耐久信頼性を維持しつつも摩擦抵抗の少ない回転軸の回転駆動が可能となり、歯車変速機全体で見て動力伝達効率を向上させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0016】
図1は、本発明の一実施の形態である歯車変速機の概要を示すスケルトン図であり、図2は図1に示された歯車変速機の一部を拡大してトランスミッションケースを切り欠いて示す正面図であり、図3は図2の断面図である。なお以下において、説明の便宜上、全ての図中における左側を前方と、右側を後方と称する。
【0017】
図1に示す歯車変速機1は、エンジン2により発生した動力を図示しない前輪及び後輪に伝達するために用いられるものである。この歯車変速機1はエンジン2のクランク軸3に連結される入力軸4と、これに平行となる出力軸5と、入力軸4の後方に位置する後方駆動軸6とを有しており、このクランク軸3と入力軸4との間にはクラッチ7が設けられている。
【0018】
クラッチ7はアルミ製のトランスミッションケース8の図中左側に位置して形成されたベルハウジング8a内に収容されており、クランク軸3に固定されたフライホイル9とこのフライホイル9と一体に回転するクラッチカバー7a及び入力軸4に回転係合されたクラッチディスク7bとを有している。また、クラッチカバー7aの内部にはクラッチディスク7bとフライホイル9とを圧着状態と離反状態とに切り換えるプレッシャープレート7cが設けられている。このプレッシャープレート7cを図示しないクラッチペダルにより操作することで、クランク軸3と入力軸4とを接続状態と切断状態とに切り換えることができるようになっている。
【0019】
なお、図中に示す10a〜10hは、これらの入力軸4、出力軸5及び後方駆動軸6等を支持するために設けられたベアリング(以下、ころがり軸受という)を示している。そして、特に入力軸4と出力軸5をそれぞれ支持する複合軸受組立体11,12については、各回転軸のラジアル荷重とともに双方の軸方向から付加されるアキシャル荷重を支持できるよう2つのころがり軸受を組み合わせて設けられたものである。
【0020】
入力軸4には第1速と第2速の駆動歯車13,14が固定されているとともに第3速から第5速までの駆動歯車15〜17が回転自在に取り付けられている。
また、出力軸5には第1速と第2速の従動歯車21,22が回転自在に取り付けられるとともに第3速から第5速までの従動歯車23〜25が固定されている。
それぞれの駆動歯車13〜17は対応する従動歯車21〜25に噛み合って変速歯車列となっており、動力を伝達することになる変速歯車列を切り換えることによって変速動作が行われる。
【0021】
ここで図2に示すように、駆動歯車13〜17及び従動歯車21〜25にはそれぞれその歯筋がつる巻き線であるはすば歯車が形成されており、またそれらの歯筋は全ての駆動歯車13〜17で同じ右ねじ方向に形成され、逆に対応する全ての従動歯車21〜25は左ねじ方向に形成されている。このように対応する駆動歯車と従動歯車の対がはすば歯車で噛み合っていることにより、小型にして大容量の動力伝達を行うことができるようになっている。
【0022】
図1に戻り、出力軸5には第1速の従動歯車21と第2速の従動歯車22との間に第1のシンクロメッシュ機構26が設けられている。また、第3速の駆動歯車15と第4速の駆動歯車16との間には第2のシンクロメッシュ機構27が設けられ、第5速の駆動歯車17に隣接させて第3のシンクロメッシュ機構28が設けられている。
【0023】
第1のシンクロメッシュ機構26は出力軸5に固定されたシンクロハブ26aとこれに常時噛み合うシンクロスリーブ26bとを有し、このシンクロスリーブ26bを第1速の従動歯車21に一体形成されたスプライン21aに噛み合わせると変速比は第1速に設定され、逆に第2速の従動歯車22に一体形成されたスプライン22aに噛み合わせると第2速に設定される。他のシンクロメッシュ機構27,28も同様に、入力軸4に固定されたシンクロハブ27a,28aとこれらにそれぞれ常時噛み合うシンクロスリーブ27b,28bとを有し、これらにそれぞれ対応するスプライン15a,16a及び17aのいずれかに噛み合わせることにより変速比は第3速から第5速に設定される。
【0024】
また、入力軸4には後退用のリバース駆動歯車31が固定され、またシンクロスリーブ26bの外周部には後退用のリバース従動歯車32が固定されており、さらに軸方向に摺動移動可能であってリバース駆動歯車31とリバース従動歯車32の両方に噛み合う位置に切り換え可能なアイドラ歯車33が設けてある。図示しない操作機構により、アイドラ歯車33がリバース駆動歯車31とリバース従動歯車32の両方に噛み合う位置になると、入力軸4の回転が逆転して出力軸5に伝達されるようになっている。なお、それぞれのシンクロスリーブ26a,27a及び28aの軸方向の噛み合い移動によるシフトチェンジ動作は、図示しないチェンジレバーを運転者が操作することにより行われるようになっている。
【0025】
出力軸5の一端には動力分配装置34が取り付けられており、この動力分配装置34はビスカスクラッチ35とセンターディファレンシャル歯車36(以下センターデフ36とする)により形成されている。出力軸5の回転はこの動力分配装置34を介して駆動ピニオン軸37と後方駆動軸6に分配伝達されるようになっている。
【0026】
駆動ピニオン軸37は、図3に示すように駆動ピニオン軸37の軸部37aが出力軸5の軸心に形成された中空部5aに位置して出力軸5に対して回転自在となっている。また、駆動ピニオン軸37の前端部に形成された駆動ピニオン歯車38はハイポイド従動歯車39と噛み合っている。したがって、図1に示すように出力軸5の回転は動力分配装置34、駆動ピニオン軸37及びハイポイド従動歯車39とを介して図示しない前輪に伝達されるようになっている。
【0027】
軸部材としての後方駆動軸6が出力軸5と平行に設けられており、センターデフ36に連結されるトランスファ駆動歯車41aと後方駆動軸6の前端部に固定されるトランスファ従動歯車41bを介して出力軸5の回転が後方駆動軸6へ伝達されている。後方駆動軸6の後端部には図示しないプロペラ軸を介して図示しないリヤディファレンシャル装置が連結されるようになっており、このプロペラ軸及びリヤディファレンシャル装置を介して後方駆動軸6の回転が後輪に伝達されるようになっている。
【0028】
次に、以上のような構成の本実施形態の歯車変速機1において、入力軸4及び出力軸5をそれぞれ支持している複合軸受組立体11,12について詳細に説明する。図4は図3に示す複合軸受組立体11,12の詳細を示す断面図である。
【0029】
図4において、複合軸受組立体11,12はどちらも前方側に円錐ころ軸受(テーパローラベアリング)42を、後方側にアンギュラ玉軸受(アンギュラーコンタクトボールベアリング)44を配置し、外輪11a,12aを一体に形成して並列一体に組み合わせたものである。また円錐ころ軸受42は各回転軸のラジアル荷重はもちろん、前方から後方に向けて押圧するアキシャル荷重をも支持可能な向きに配置されており、またアンギュラ玉軸受44は各回転軸のラジアル荷重とともに後方から前方に向けて押圧するアキシャル荷重を支持可能な向きに配置されている。これにより荷重分担率として考えた場合、内輪42a,44aに圧入された回転軸を介して後方に向かって付加されるアキシャル荷重に対してはほとんどが円錐ころ軸受42で支持し、前方に向かって付加されるアキシャル荷重に対してはほとんどがアンギュラ玉軸受44で支持するようになっている。転動体である円錐ころ42b及びボール44bはそれぞれ円環状に形成された保持器42c,44cに支持されており、隣り合う円錐ころ42b同士、またはボール44b同士は互いに等間隔に配置され、かつ回転自在となっている。
【0030】
複合軸受組立体11は、図3に示すように外輪11aの後方端面を押圧するリヤプレート47によりトランスミッションケース8に固定されている。また複合軸受組立体12は、図3に示すように外輪12aの一部に設けたタブ12bを介してトランスミッションケース8にボルト止めされている。
【0031】
以下にこの複合軸受組立体11,12の作用について説明する。まず通常のエンジン駆動による車両の前進走行時には、図2に示すように、エンジン2から後方に向かって右回りRの方向で入力軸4が回転駆動される。駆動歯車13〜17と従動歯車21〜25が前述したはすば歯車で噛み合っていることにより、入力軸4には後方へ向けて大きな力で押圧するアキシャル荷重F1が作用し、また出力軸5にはその反力として前方へ向けて押圧するアキシャル荷重F1dが作用する。さらに図3に示すように、ハイポイド従動歯車39から駆動ピニオン歯車38を介して駆動ピニオン軸37には後方へ向けて押圧するアキシャル荷重F2が作用し、これはスラスト軸受10dを介して出力軸5に作用する。このアキシャル荷重F2はアキシャル荷重F1dより大きいため、出力軸5には結果的に後方へ向かう方向のアキシャル荷重(F2−F1d)が作用する。
【0032】
以上よりエンジン駆動による前進走行時には、入力軸4及び複合軸受組立体11には後方へ向かうアキシャル荷重F1が作用し、出力軸5及び複合軸受組立体12には後方へ向かうアキシャル荷重(F2−F1d)が作用する。ここで両方の複合軸受組立体11,12においては、このような前方から後方に向けて作用するアキシャル荷重F1,(F2−F1d)のほとんどを支持するのが、それぞれの前方端面に配置されて耐久性の高い円錐ころ軸受42であるため高負荷に対しても高い信頼性で支持することが可能となっている。
【0033】
次に、エンジンブレーキ時などのように出力軸5で入力軸4を駆動するような場合には、図2に示すように、入力軸4には前方へ向けて押圧するアキシャル荷重f1が作用し、また出力軸5にはその反力として後方へ向けて押圧するアキシャル荷重f1dが作用する。さらに図3に示すように、ハイポイド従動歯車39から駆動ピニオン歯車38を介して駆動ピニオン軸37には前方へ向けて押圧するアキシャル荷重f2が作用し、これはスラスト軸受10eを介して出力軸5に作用する。このアキシャル荷重f2はアキシャル荷重f2dより大きいため、結果的に出力軸5には前方へ向かう方向のアキシャル荷重(f2−f1d)が作用する。
【0034】
以上よりエンジンブレーキ時には、入力軸4及び複合軸受組立体11には前方へ向かうアキシャル荷重f1が作用し、出力軸5及び複合軸受組立体12には前方へ向かうアキシャル荷重(f2−f1d)が作用する。
【0035】
ここで従来技術による歯車変速機であれば、両方の複合軸受組立体において、このような後方から前方へ向けて作用するアキシャル荷重f1,(f2−f1d)のほとんどを確実に支持させるべくそれぞれの後方端面に耐久性の高い円錐ころ軸受を配置していた。つまり、両方の複合軸受組立体をそれぞれ2つの対向する円錐ころ軸受の組立体(ダブルテーパベアリング)で構成し、高い信頼性で支持できるよう構成されていた。
【0036】
しかし本願発明者等は、このようなエンジンブレーキ時に作用するアキシャル荷重f1,(f2−f1d)について種々の検討を行ったところ、エンジンブレーキの行われる頻度自体がとても少なく、また発生するトルクも比較的小さいことから、アキシャル荷重f1,(f2−f1d)は比較的耐久性の低いアンギュラ玉軸受でも十分に支持可能であることを新たに知見した。
【0037】
このことに基づいて本発明による歯車変速機1においては、入力軸4と出力軸5を支持する複合軸受組立体11,12に関し、後方から前方へ向けて作用するアキシャル荷重f1,(f2−f1d)のほとんどをアンギュラ玉軸受44で支持するよう後方端面に配置した構成となっている。これにより両方の複合軸受組立体11,12は、上述したように作用する頻度が少なくかつ十分小さい荷重であるアキシャル荷重f1,(f2−f1d)を支持しても耐久信頼性を十分に確保することが可能でありながら、さらにアンギュラ玉軸受44おいては転動体のボール44bが外輪11a,12a、内輪44aに対して接触面積が非常に小さいことから、摩擦抵抗が小さく摺動性を向上させることができるといった効果が得られる。
【0038】
したがって本実施形態による歯車変速機1によれば、はすば歯車の変速歯車列を用いていながらエンジン2の動力伝達効率が高く、車両の燃費効率を向上させることが可能となる。また、特に入力軸4を支持する複合軸受組立体11において接触面積を減少できたことにより、入力軸4のイナーシャをも減少させることができ、同時に操作力の低減とシンクロメッシュ機構27,28の耐久信頼性を向上させることができる。さらに従来の構成から本発明の構成へ変更する場合においても、複合軸受組立体11,12を嵌合させる相手側のトランスミッションケース8や各回転軸の設計を何ら変えることなく容易に行うことができるといった利点がある。
【0039】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、本発明の複合軸受組立体11,12は外輪11a,12aが一体に形成されている構成に限定されることなく、図5に示すようにそれぞれ独立した円錐ころ軸受51とアンギュラ玉軸受52を並列に配置して組み合わせた構成としてもよい。この場合、損傷した軸受だけを個別に交換することができるためメンテナンスコストの削減が可能である。
【0040】
また本発明の複合軸受組立体11,12における円錐ころ軸受42とアンギュラ玉軸受44の配置については、各軸受の前後方向の向き、すなわちそれぞれが支持するアキシャル荷重に対する向きを変えなければそれらの前後の配置関係をF変更することも可能であり、たとえば図6に示すようにそれぞれの前後方向の向きを変えずにアンギュラ玉軸受53を前方端面に、円錐ころ軸受54を後方端面に配置させて複合軸受組立体55を組み合わせてもよい。またこの場合も含めて2つの内輪53a,54aの間に相互に押圧するような予荷重を付与して組み合わせてもよく、その場合には耐震性等が向上し、回転軸の把持がより確実になる。
【0041】
さらに各回転軸に作用するアキシャル荷重の向きは、エンジン2により駆動される入力軸4の回転方向や、駆動歯車13〜17及び従動歯車21〜25に形成されるはすば歯車の歯筋の方向等によって変わり得るものであり、複合軸受組立体11,12における円錐ころ軸受42とアンギュラ玉軸受44のそれぞれの荷重を受ける向きと配置をそのアキシャル荷重の向きに合わせて変更することも可能である。例えば前記実施形態の歯車変速機1において、エンジン2の駆動回転方向Rを変えず、駆動歯車13〜17のはすば歯車が左ねじ方向に切られ、従動歯車21〜25のはすば歯車が右ねじ方向に切られた場合には、前進運転時において入力軸4には後方から前方に向かって押圧するアキシャル荷重が作用することになる。したがって、そのアキシャル荷重を受ける複合ころ軸受組立体は、円錐ころ軸受が後方から前方に向かうアキシャル荷重を受ける向きで配置されているものを使用する必要がある。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、耐久性の高い円錐ころ軸受と摩擦抵抗の低いアンギュラ玉軸受をそれぞれ適切な向きに配置して組み合わせることでアキシャル荷重とラジアル荷重の双方に対して耐久信頼性を維持しつつ摩擦抵抗を低減した支持が可能となる。
【0043】
本発明によれば、回転軸にはすば歯車の変速歯車列を備えた歯車変速機であっても、回転軸の一方の軸方向に作用する大きいアキシャル荷重を円錐ころ軸受が受け、回転軸の他方の軸方向に作用する小さいアキシャル荷重をアンギュラ玉軸受で受けているため、耐久信頼性を維持しつつも摩擦抵抗の少ない回転軸の回転駆動が可能となり、歯車変速機全体で見て動力伝達効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である歯車変速機の概要を示すスケルトン図である。
【図2】図1に示された歯車変速機の一部を拡大してトランスミッションケースを切り欠いて示す正面図である。
【図3】図2の断面図である。
【図4】図3に示す複合軸受組立体の詳細を示す断面図である。
【図5】複合軸受組立体の第1の変形例であって、独立した円錐ころ軸受とアンギュラ玉軸受を並列に配置して組み合わせた構成の断面図である。
【図6】複合軸受組立体の第2の変形例であって、それぞれの前後方向の向きを変えずにアンギュラ玉軸受を前方端面に、円錐ころ軸受を後方端面に配置して組み合わせた構成の断面図である。
【符号の説明】
1 歯車変速機
4 入力軸
5 出力軸
11,12 複合軸受組立体
11a,12a 外輪
42 円錐ころ軸受
44 アンギュラ玉軸受
42a,44a 内輪
42b 円錐ころ
44b ボール
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸に対して双軸方向のアキシャル荷重とラジアル荷重を支持することの可能な複合軸受組立体と、それを用いて車両の車輪にエンジン動力を伝達可能とした歯車変速機に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に車両用の歯車変速機は、その内部に平行な配置の入力軸と出力軸を備えており、それぞれ入力軸には複数の駆動歯車が、出力軸には同数の従動歯車が設けられ、それらが常時噛み合って変速歯車列を構成している。そしてその変速歯車列のうちで所望する回転比に対応する歯車対を選択し、それらを各回転軸に連結させることにより変速動作を行うようになっている。またこのような変速歯車列においては、対応する歯車対が小型ながら大容量の動力伝達が行えるよう歯筋がつる巻き線状のはすば歯車が形成されている。
【0003】
しかしこのようなはすば歯車を噛み合わせている場合、大きな動力の伝達時には各回転軸に互いに対向する軸方向反力、つまりアキシャル荷重が付加されることになる。またこのはすば歯車の噛み合いによれば、エンジンブレーキ時などのように出力軸で入力軸を駆動するような場合、各回転軸には前記と逆軸方向のアキシャル荷重が付加されることになる。したがって、各回転軸を支持する軸受には、ラジアル方向の荷重以外にも双軸方向のアキシャル荷重をも支持できるものを用いる必要がある。
【0004】
そのため従来では高出力の歯車変速機に用いるそのような軸受として、例えば特許第3079916号公報の図1に図示されているように対向する配置の2つの円錐ころ軸受で組立てられた複合軸受組立体が用いられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし円錐ころ軸受は、転動体である円錐ころの外輪及び内輪に対する接触面積が大きいことからそれだけ各荷重に対する耐久信頼性が高いものの、その反面それだけ回転摺動時の摩擦抵抗も大きくなってしまう欠点がある。したがって、前記従来技術のように円錐ころ軸受を多用した構成は、エンジン動力を損失させて動力伝達効率を低減させる原因となっていた。
【0006】
本発明の目的は、双軸方向のアキシャル荷重とラジアル荷重に対する耐久信頼性を維持しつつ摩擦抵抗の低減が可能な複合軸受組立体を提供することにある。
【0007】
また本発明の他の目的は、はすば歯車の変速歯車列を用いて大容量の動力伝達が可能でありながら動力伝達効率の高い歯車変速機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合軸受組立体は、回転軸に固定される内輪と支持体に固定される外輪との間に配置される転動体を有し、回転軸を回転自在に支持する複合軸受組立体であって、回転軸の一方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持するアンギュラ玉軸受と、回転軸の他方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持する円錐ころ軸受とを並列に組み合わせて一体に複合構成したことを特徴とする。
【0009】
本発明の複合軸受組立体は、アンギュラ玉軸受の外輪と円錐ころ軸受の外輪とが一体に形成されていることを特徴とする。
【0010】
本発明の複合軸受組立体は、アンギュラ玉軸受と円錐ころ軸受がそれぞれアキシャル荷重を受ける内輪端面どうしで相互に逆向きとなるよう配置され、それぞれの内輪にアキシャル方向の予荷重が付与されていることを特徴とする。
【0011】
本発明の歯車変速機は、入力軸及び出力軸と、これらの回転軸の間に配置されはすば歯車を有する複数の変速歯車列とを備え、入力軸と出力軸のそれぞれ少なくとも2点をころがり軸受で支持する歯車変速機であって、これら2点のころがり軸受のうちの一方に、回転軸の一方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持するアンギュラ玉軸受と、回転軸の他方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持する円錐ころ軸受とが並列に組み合わされた複合軸受組立体を配置したことを特徴とする。
【0012】
本発明の歯車変速機は、大きいアキシャル荷重を受ける側に円錐ころ軸受を配置し、小さいアキシャル荷重を受ける側にアンギュラ玉軸受を配置するよう複合軸受組立体が設置されていることを特徴とする。
【0013】
本発明にあっては、回転軸が双軸方向に相違する大きさのアキシャル荷重を受ける場合、それを支持する複合軸受組立体のうち、耐久性の高い円錐ころ軸受と摩擦抵抗の低いアンギュラ玉軸受をそれぞれ適切な向きに配置して組み合わせたことで双方のアキシャル荷重とラジアル荷重に対して耐久信頼性を維持しつつ摩擦抵抗を低減した支持が可能となる。
【0014】
本発明にあっては、歯車変速機において例えばはすば歯車の変速歯車列を備えた場合のように、回転軸の双軸方向に相違する大きさのアキシャル荷重が作用する場合であっても、複合軸受組立体が備える円錐ころ軸受で一方の大きいアキシャル荷重を受け、同一の複合軸受組立体が備えるアンギュラ玉軸受で他方の小さいアキシャル荷重を受けるようにしているため、耐久信頼性を維持しつつも摩擦抵抗の少ない回転軸の回転駆動が可能となり、歯車変速機全体で見て動力伝達効率を向上させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0016】
図1は、本発明の一実施の形態である歯車変速機の概要を示すスケルトン図であり、図2は図1に示された歯車変速機の一部を拡大してトランスミッションケースを切り欠いて示す正面図であり、図3は図2の断面図である。なお以下において、説明の便宜上、全ての図中における左側を前方と、右側を後方と称する。
【0017】
図1に示す歯車変速機1は、エンジン2により発生した動力を図示しない前輪及び後輪に伝達するために用いられるものである。この歯車変速機1はエンジン2のクランク軸3に連結される入力軸4と、これに平行となる出力軸5と、入力軸4の後方に位置する後方駆動軸6とを有しており、このクランク軸3と入力軸4との間にはクラッチ7が設けられている。
【0018】
クラッチ7はアルミ製のトランスミッションケース8の図中左側に位置して形成されたベルハウジング8a内に収容されており、クランク軸3に固定されたフライホイル9とこのフライホイル9と一体に回転するクラッチカバー7a及び入力軸4に回転係合されたクラッチディスク7bとを有している。また、クラッチカバー7aの内部にはクラッチディスク7bとフライホイル9とを圧着状態と離反状態とに切り換えるプレッシャープレート7cが設けられている。このプレッシャープレート7cを図示しないクラッチペダルにより操作することで、クランク軸3と入力軸4とを接続状態と切断状態とに切り換えることができるようになっている。
【0019】
なお、図中に示す10a〜10hは、これらの入力軸4、出力軸5及び後方駆動軸6等を支持するために設けられたベアリング(以下、ころがり軸受という)を示している。そして、特に入力軸4と出力軸5をそれぞれ支持する複合軸受組立体11,12については、各回転軸のラジアル荷重とともに双方の軸方向から付加されるアキシャル荷重を支持できるよう2つのころがり軸受を組み合わせて設けられたものである。
【0020】
入力軸4には第1速と第2速の駆動歯車13,14が固定されているとともに第3速から第5速までの駆動歯車15〜17が回転自在に取り付けられている。
また、出力軸5には第1速と第2速の従動歯車21,22が回転自在に取り付けられるとともに第3速から第5速までの従動歯車23〜25が固定されている。
それぞれの駆動歯車13〜17は対応する従動歯車21〜25に噛み合って変速歯車列となっており、動力を伝達することになる変速歯車列を切り換えることによって変速動作が行われる。
【0021】
ここで図2に示すように、駆動歯車13〜17及び従動歯車21〜25にはそれぞれその歯筋がつる巻き線であるはすば歯車が形成されており、またそれらの歯筋は全ての駆動歯車13〜17で同じ右ねじ方向に形成され、逆に対応する全ての従動歯車21〜25は左ねじ方向に形成されている。このように対応する駆動歯車と従動歯車の対がはすば歯車で噛み合っていることにより、小型にして大容量の動力伝達を行うことができるようになっている。
【0022】
図1に戻り、出力軸5には第1速の従動歯車21と第2速の従動歯車22との間に第1のシンクロメッシュ機構26が設けられている。また、第3速の駆動歯車15と第4速の駆動歯車16との間には第2のシンクロメッシュ機構27が設けられ、第5速の駆動歯車17に隣接させて第3のシンクロメッシュ機構28が設けられている。
【0023】
第1のシンクロメッシュ機構26は出力軸5に固定されたシンクロハブ26aとこれに常時噛み合うシンクロスリーブ26bとを有し、このシンクロスリーブ26bを第1速の従動歯車21に一体形成されたスプライン21aに噛み合わせると変速比は第1速に設定され、逆に第2速の従動歯車22に一体形成されたスプライン22aに噛み合わせると第2速に設定される。他のシンクロメッシュ機構27,28も同様に、入力軸4に固定されたシンクロハブ27a,28aとこれらにそれぞれ常時噛み合うシンクロスリーブ27b,28bとを有し、これらにそれぞれ対応するスプライン15a,16a及び17aのいずれかに噛み合わせることにより変速比は第3速から第5速に設定される。
【0024】
また、入力軸4には後退用のリバース駆動歯車31が固定され、またシンクロスリーブ26bの外周部には後退用のリバース従動歯車32が固定されており、さらに軸方向に摺動移動可能であってリバース駆動歯車31とリバース従動歯車32の両方に噛み合う位置に切り換え可能なアイドラ歯車33が設けてある。図示しない操作機構により、アイドラ歯車33がリバース駆動歯車31とリバース従動歯車32の両方に噛み合う位置になると、入力軸4の回転が逆転して出力軸5に伝達されるようになっている。なお、それぞれのシンクロスリーブ26a,27a及び28aの軸方向の噛み合い移動によるシフトチェンジ動作は、図示しないチェンジレバーを運転者が操作することにより行われるようになっている。
【0025】
出力軸5の一端には動力分配装置34が取り付けられており、この動力分配装置34はビスカスクラッチ35とセンターディファレンシャル歯車36(以下センターデフ36とする)により形成されている。出力軸5の回転はこの動力分配装置34を介して駆動ピニオン軸37と後方駆動軸6に分配伝達されるようになっている。
【0026】
駆動ピニオン軸37は、図3に示すように駆動ピニオン軸37の軸部37aが出力軸5の軸心に形成された中空部5aに位置して出力軸5に対して回転自在となっている。また、駆動ピニオン軸37の前端部に形成された駆動ピニオン歯車38はハイポイド従動歯車39と噛み合っている。したがって、図1に示すように出力軸5の回転は動力分配装置34、駆動ピニオン軸37及びハイポイド従動歯車39とを介して図示しない前輪に伝達されるようになっている。
【0027】
軸部材としての後方駆動軸6が出力軸5と平行に設けられており、センターデフ36に連結されるトランスファ駆動歯車41aと後方駆動軸6の前端部に固定されるトランスファ従動歯車41bを介して出力軸5の回転が後方駆動軸6へ伝達されている。後方駆動軸6の後端部には図示しないプロペラ軸を介して図示しないリヤディファレンシャル装置が連結されるようになっており、このプロペラ軸及びリヤディファレンシャル装置を介して後方駆動軸6の回転が後輪に伝達されるようになっている。
【0028】
次に、以上のような構成の本実施形態の歯車変速機1において、入力軸4及び出力軸5をそれぞれ支持している複合軸受組立体11,12について詳細に説明する。図4は図3に示す複合軸受組立体11,12の詳細を示す断面図である。
【0029】
図4において、複合軸受組立体11,12はどちらも前方側に円錐ころ軸受(テーパローラベアリング)42を、後方側にアンギュラ玉軸受(アンギュラーコンタクトボールベアリング)44を配置し、外輪11a,12aを一体に形成して並列一体に組み合わせたものである。また円錐ころ軸受42は各回転軸のラジアル荷重はもちろん、前方から後方に向けて押圧するアキシャル荷重をも支持可能な向きに配置されており、またアンギュラ玉軸受44は各回転軸のラジアル荷重とともに後方から前方に向けて押圧するアキシャル荷重を支持可能な向きに配置されている。これにより荷重分担率として考えた場合、内輪42a,44aに圧入された回転軸を介して後方に向かって付加されるアキシャル荷重に対してはほとんどが円錐ころ軸受42で支持し、前方に向かって付加されるアキシャル荷重に対してはほとんどがアンギュラ玉軸受44で支持するようになっている。転動体である円錐ころ42b及びボール44bはそれぞれ円環状に形成された保持器42c,44cに支持されており、隣り合う円錐ころ42b同士、またはボール44b同士は互いに等間隔に配置され、かつ回転自在となっている。
【0030】
複合軸受組立体11は、図3に示すように外輪11aの後方端面を押圧するリヤプレート47によりトランスミッションケース8に固定されている。また複合軸受組立体12は、図3に示すように外輪12aの一部に設けたタブ12bを介してトランスミッションケース8にボルト止めされている。
【0031】
以下にこの複合軸受組立体11,12の作用について説明する。まず通常のエンジン駆動による車両の前進走行時には、図2に示すように、エンジン2から後方に向かって右回りRの方向で入力軸4が回転駆動される。駆動歯車13〜17と従動歯車21〜25が前述したはすば歯車で噛み合っていることにより、入力軸4には後方へ向けて大きな力で押圧するアキシャル荷重F1が作用し、また出力軸5にはその反力として前方へ向けて押圧するアキシャル荷重F1dが作用する。さらに図3に示すように、ハイポイド従動歯車39から駆動ピニオン歯車38を介して駆動ピニオン軸37には後方へ向けて押圧するアキシャル荷重F2が作用し、これはスラスト軸受10dを介して出力軸5に作用する。このアキシャル荷重F2はアキシャル荷重F1dより大きいため、出力軸5には結果的に後方へ向かう方向のアキシャル荷重(F2−F1d)が作用する。
【0032】
以上よりエンジン駆動による前進走行時には、入力軸4及び複合軸受組立体11には後方へ向かうアキシャル荷重F1が作用し、出力軸5及び複合軸受組立体12には後方へ向かうアキシャル荷重(F2−F1d)が作用する。ここで両方の複合軸受組立体11,12においては、このような前方から後方に向けて作用するアキシャル荷重F1,(F2−F1d)のほとんどを支持するのが、それぞれの前方端面に配置されて耐久性の高い円錐ころ軸受42であるため高負荷に対しても高い信頼性で支持することが可能となっている。
【0033】
次に、エンジンブレーキ時などのように出力軸5で入力軸4を駆動するような場合には、図2に示すように、入力軸4には前方へ向けて押圧するアキシャル荷重f1が作用し、また出力軸5にはその反力として後方へ向けて押圧するアキシャル荷重f1dが作用する。さらに図3に示すように、ハイポイド従動歯車39から駆動ピニオン歯車38を介して駆動ピニオン軸37には前方へ向けて押圧するアキシャル荷重f2が作用し、これはスラスト軸受10eを介して出力軸5に作用する。このアキシャル荷重f2はアキシャル荷重f2dより大きいため、結果的に出力軸5には前方へ向かう方向のアキシャル荷重(f2−f1d)が作用する。
【0034】
以上よりエンジンブレーキ時には、入力軸4及び複合軸受組立体11には前方へ向かうアキシャル荷重f1が作用し、出力軸5及び複合軸受組立体12には前方へ向かうアキシャル荷重(f2−f1d)が作用する。
【0035】
ここで従来技術による歯車変速機であれば、両方の複合軸受組立体において、このような後方から前方へ向けて作用するアキシャル荷重f1,(f2−f1d)のほとんどを確実に支持させるべくそれぞれの後方端面に耐久性の高い円錐ころ軸受を配置していた。つまり、両方の複合軸受組立体をそれぞれ2つの対向する円錐ころ軸受の組立体(ダブルテーパベアリング)で構成し、高い信頼性で支持できるよう構成されていた。
【0036】
しかし本願発明者等は、このようなエンジンブレーキ時に作用するアキシャル荷重f1,(f2−f1d)について種々の検討を行ったところ、エンジンブレーキの行われる頻度自体がとても少なく、また発生するトルクも比較的小さいことから、アキシャル荷重f1,(f2−f1d)は比較的耐久性の低いアンギュラ玉軸受でも十分に支持可能であることを新たに知見した。
【0037】
このことに基づいて本発明による歯車変速機1においては、入力軸4と出力軸5を支持する複合軸受組立体11,12に関し、後方から前方へ向けて作用するアキシャル荷重f1,(f2−f1d)のほとんどをアンギュラ玉軸受44で支持するよう後方端面に配置した構成となっている。これにより両方の複合軸受組立体11,12は、上述したように作用する頻度が少なくかつ十分小さい荷重であるアキシャル荷重f1,(f2−f1d)を支持しても耐久信頼性を十分に確保することが可能でありながら、さらにアンギュラ玉軸受44おいては転動体のボール44bが外輪11a,12a、内輪44aに対して接触面積が非常に小さいことから、摩擦抵抗が小さく摺動性を向上させることができるといった効果が得られる。
【0038】
したがって本実施形態による歯車変速機1によれば、はすば歯車の変速歯車列を用いていながらエンジン2の動力伝達効率が高く、車両の燃費効率を向上させることが可能となる。また、特に入力軸4を支持する複合軸受組立体11において接触面積を減少できたことにより、入力軸4のイナーシャをも減少させることができ、同時に操作力の低減とシンクロメッシュ機構27,28の耐久信頼性を向上させることができる。さらに従来の構成から本発明の構成へ変更する場合においても、複合軸受組立体11,12を嵌合させる相手側のトランスミッションケース8や各回転軸の設計を何ら変えることなく容易に行うことができるといった利点がある。
【0039】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、本発明の複合軸受組立体11,12は外輪11a,12aが一体に形成されている構成に限定されることなく、図5に示すようにそれぞれ独立した円錐ころ軸受51とアンギュラ玉軸受52を並列に配置して組み合わせた構成としてもよい。この場合、損傷した軸受だけを個別に交換することができるためメンテナンスコストの削減が可能である。
【0040】
また本発明の複合軸受組立体11,12における円錐ころ軸受42とアンギュラ玉軸受44の配置については、各軸受の前後方向の向き、すなわちそれぞれが支持するアキシャル荷重に対する向きを変えなければそれらの前後の配置関係をF変更することも可能であり、たとえば図6に示すようにそれぞれの前後方向の向きを変えずにアンギュラ玉軸受53を前方端面に、円錐ころ軸受54を後方端面に配置させて複合軸受組立体55を組み合わせてもよい。またこの場合も含めて2つの内輪53a,54aの間に相互に押圧するような予荷重を付与して組み合わせてもよく、その場合には耐震性等が向上し、回転軸の把持がより確実になる。
【0041】
さらに各回転軸に作用するアキシャル荷重の向きは、エンジン2により駆動される入力軸4の回転方向や、駆動歯車13〜17及び従動歯車21〜25に形成されるはすば歯車の歯筋の方向等によって変わり得るものであり、複合軸受組立体11,12における円錐ころ軸受42とアンギュラ玉軸受44のそれぞれの荷重を受ける向きと配置をそのアキシャル荷重の向きに合わせて変更することも可能である。例えば前記実施形態の歯車変速機1において、エンジン2の駆動回転方向Rを変えず、駆動歯車13〜17のはすば歯車が左ねじ方向に切られ、従動歯車21〜25のはすば歯車が右ねじ方向に切られた場合には、前進運転時において入力軸4には後方から前方に向かって押圧するアキシャル荷重が作用することになる。したがって、そのアキシャル荷重を受ける複合ころ軸受組立体は、円錐ころ軸受が後方から前方に向かうアキシャル荷重を受ける向きで配置されているものを使用する必要がある。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、耐久性の高い円錐ころ軸受と摩擦抵抗の低いアンギュラ玉軸受をそれぞれ適切な向きに配置して組み合わせることでアキシャル荷重とラジアル荷重の双方に対して耐久信頼性を維持しつつ摩擦抵抗を低減した支持が可能となる。
【0043】
本発明によれば、回転軸にはすば歯車の変速歯車列を備えた歯車変速機であっても、回転軸の一方の軸方向に作用する大きいアキシャル荷重を円錐ころ軸受が受け、回転軸の他方の軸方向に作用する小さいアキシャル荷重をアンギュラ玉軸受で受けているため、耐久信頼性を維持しつつも摩擦抵抗の少ない回転軸の回転駆動が可能となり、歯車変速機全体で見て動力伝達効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である歯車変速機の概要を示すスケルトン図である。
【図2】図1に示された歯車変速機の一部を拡大してトランスミッションケースを切り欠いて示す正面図である。
【図3】図2の断面図である。
【図4】図3に示す複合軸受組立体の詳細を示す断面図である。
【図5】複合軸受組立体の第1の変形例であって、独立した円錐ころ軸受とアンギュラ玉軸受を並列に配置して組み合わせた構成の断面図である。
【図6】複合軸受組立体の第2の変形例であって、それぞれの前後方向の向きを変えずにアンギュラ玉軸受を前方端面に、円錐ころ軸受を後方端面に配置して組み合わせた構成の断面図である。
【符号の説明】
1 歯車変速機
4 入力軸
5 出力軸
11,12 複合軸受組立体
11a,12a 外輪
42 円錐ころ軸受
44 アンギュラ玉軸受
42a,44a 内輪
42b 円錐ころ
44b ボール
Claims (5)
- 回転軸に固定される内輪と支持体に固定される外輪との間に配置される転動体を有し、前記回転軸を回転自在に支持する複合軸受組立体であって、
前記回転軸の一方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持するアンギュラ玉軸受と、
前記アンギュラ玉軸受に並列に組み合わされ、前記回転軸の他方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持する円錐ころ軸受とを有し、
前記アンギュラ玉軸受と前記円錐ころ軸受とを一体に複合構成したことを特徴とする複合軸受組立体。 - 請求項1記載の複合軸受組立体において、前記アンギュラ玉軸受の外輪と前記円錐ころ軸受の外輪とが一体に形成されていることを特徴とする複合軸受組立体。
- 請求項1又は2記載の複合軸受組立体において、アキシャル荷重を支持する前記アンギュラ玉軸受の内輪端面と、アキシャル荷重を支持する円錐ころ軸受の内輪端面とが相互に逆向きとなって前記アンギュラ玉軸受と前記円錐ころ軸受とが配置され、それぞれの前記内輪にアキシャル方向の予荷重が付与されていることを特徴とする複合軸受組立体。
- ケース内に平行に回転自在に配置された入力側の回転軸及び出力側の回転軸と、これらの回転軸の間に配置されはすば歯車を有する複数の変速歯車列とを備え、前記入力側の回転軸と前記出力側の回転軸のそれぞれ少なくとも2点をころがり軸受で支持する歯車変速機であって、
前記2点のころがり軸受のうちの一方に、前記回転軸の一方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持するアンギュラ玉軸受と、前記アンギュラ玉軸受に並列に組み合わされ、前記回転軸の他方向からのアキシャル荷重及びラジアル荷重を支持する円錐ころ軸受とを有する複合軸受組立体を配置したことを特徴とする歯車変速機。 - 請求項4記載の歯車変速機において、大きいアキシャル荷重を受ける側に前記円錐ころ軸受を配置し、小さいアキシャル荷重を受ける側に前記アンギュラ玉軸受を配置するよう前記複合軸受組立体が設置されていることを特徴とする歯車変速機。
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