JP2005061861A

JP2005061861A - Optimal ball outer diameter predicting device of ball spline mechanism

Info

Publication number: JP2005061861A
Application number: JP2003207693A
Authority: JP
Inventors: Taku Oba; 卓大庭; Tomosato Uei; 智聡上井
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2005-03-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optimal ball predicting device that accurately detects the amount of backlash between a shaft pulley, where a ball for measurement is interposed, and a sheave pulley, and predicting an optimal ball outer diameter (d) having a smaller error. <P>SOLUTION: The ball 9 for measurement is interposed between an inner ball groove Hi and an outer ball groove Ho, a shaft member 2 and a shaft coupling member 6 are rotated in forward and backward directions, the displacement position in the forward direction and the displacement position in the backward direction are detected by an image processing means 31, and a true amount of backlash considering the axial deviation of the shaft coupling member 6 to the axial center of the shaft member 2 is calculated. Then, an optimal ball outer diameter (d) is predicted, based on the true amount of backlash, thus obtaining the optimal ball outer diameter (d) having a smaller amount of error and follows the shape of the ball groove. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボールスプライン機構の外ボール溝と内ボール溝との間に介装されるボールの最適な外径を予測する最適ボール外径予測装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、無段変速機（ＣＶＴ）用プーリのシャフトプーリとシーブプーリとの間にはボールスプライン機構が設けられており、このボールスプライン機構は、シャフトプーリとシーブプーリを一体回転可能でかつプーリ面が接近及び離間する方向に沿って軸方向に移動させるための機能を有している。ボールスプライン機構のボール溝は、加工誤差等によって、ボールとボール溝間のクリアランスにバラツキを生じるおそれがある。したがって、プーリ組み立て時に最適な大きさの外径を有するボールを選択してボール溝間に挿入する必要がある。
【０００３】
この最適な大きさのボールを選択する方法として従来より種々の方法が提案されており、その方法の一つに、通常のボールよりも外径の小さい測定用ボールを用意してボール溝間に挿入し、シャフトプーリとシーブプーリとを相対的に正逆方向に回転させて円周方向の変位量であるガタ量を測定し、その測定されたガタ量に応じて実際に組み付けられるボールの外径を決定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１２は、従来のガタ量測定方法を説明する図である。ＣＶＴ用プーリ１００は、シャフトプーリ１０１とシーブプーリ１０２がボール溝１０３間に測定用ボール１０４を介装した状態で組み立てられており、回転中心が水平方向に延在する姿勢状態で図示していない支持手段に支持されている。シャフトプーリ１０１には、ガタ量測定装置の本体円盤１１０が取り付けられており、その本体円盤１１０には、シーブプーリ１０２の円周方向の移動量を計測するために、複数個の計測ゲージ１１１が周方向に等間隔をおいて配置されている。一方、シーブプーリ１０２の背面にはガタ量測定装置の触子円盤１１２が取り付けられている。この触子円盤１１２には、径方向に突出して各計測ゲージ１１１の触子にそれぞれ当接するように複数本の当接アーム１１３が放射状に配置されている。
【０００５】
そして、シーブプーリ１０２を所定トルクで正逆方向に回転させ、円周方向の変位を計測ゲージ１１１により計測し、所定の演算式によりガタ量を算出している。また、ガタ量Ａ_０からボールの最適な大きさｄを予測する際に、従来は、図１３に示すように、ボール溝１０３の側壁部の形状を直線と仮定し、ボール溝１０３が測定用ボール１０４に対して常に約４５゜の接触角で接触するとして以下の式（Ｘ）にて最適ボール外径ｄを算出している。
【０００６】
ｄ＝ｄ_０＋ｃｏｓ４５゜×Ａ_０／２＋Ｃ・・・・（Ｘ）
（ｄ_０：測定用ボールの外径、Ｃ：補正値（経験値）、Ａ_０：ガタ量）
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１４２１０１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のガタ量測定装置の場合、測定時に円周方向の移動に加えて、シャフトプーリ１０１とシーブプーリ１０２の軸中心にずれが発生する。したがって、円周方向の変位のみを測定する計測ゲージ１１１では、正確なシーブプーリ１０２のガタ量Ａ_０を測定することができず、ボールの最適な大きさである最適ボール外径ｄを予測することは困難である。
【０００９】
そして、上記式（Ｘ）によるボール外径の算出方法も、ボール溝１０３の形状を直線と仮定して算出しており、また、シーブプーリ１０２の軸ズレは考慮に入れていないので、誤差が大きく、ボール溝１０３の形状に応じた最適ボール外径ｄを予測することは困難である。
【００１０】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガタ量からより誤差の少ない最適ボール外径を予測できるボールスプライン機構の最適ボール外径予測装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１に記載の発明によるボールスプライン機構の最適ボール外径算出装置は、回転軸部材の外周面上に周方向に所定間隔をおいて複数配設されかつ軸方向に沿って延在する外ボール溝と、回転軸部材に同軸上に嵌挿される軸嵌挿部材の内周面上で外ボール溝に対向する箇所に配設されかつ軸方向に沿って延在する内ボール溝とを有し、前記対向する外ボール溝と内ボール溝との間にボールが介装されるボールスプライン機構の最適ボール外径予測装置において、外ボール溝と内ボール溝との間に測定用ボールを介装して軸嵌挿部材が嵌挿された回転軸部材を予め設定された位置に保持するプーリ保持手段と、軸嵌挿部材を所定トルクで正転方向及び反転方向に回転付勢して正転方向変位位置及び反転方向変位位置に配置する回転付勢手段と、軸嵌挿部材を軸方向より撮影して軸嵌挿部材の正転方向変位位置と反転方向変位位置を画像処理により検出する画像処理手段と、画像処理手段により検出した軸嵌挿部材の正転方向変位位置と反転方向変位位置に基づいて最適ボール外径を予測する演算処理手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
この発明によると、外ボール溝と内ボール溝との間に測定用ボールを介装して軸嵌挿部材が嵌挿された軸部材を保持し、軸嵌挿部材を正転方向及び反転方向に回転付勢し、その正転方向変位位置と反転方向変位位置を画像処理により検出するので、軸部材の軸心に対する軸嵌挿部材の軸ズレを考慮した真のガタ量を得ることができる。そして、その真のガタ量を用いて最適ボール外径を予測するので、より誤差の少ない、ボール溝の形状に応じた最適なボールの外径を予測できる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載のボールスプライン機構の最適ボール外径予測装置において、演算処理手段が画像処理手段により検出した軸嵌挿部材の正転方向変位位置と反転方向変位位置の位置データに基づいて内ボール溝と外ボール溝の形状を座標系で表し、その座標系で表された内ボール溝と外ボール溝の形状から当該ボール溝間における最適ボール外径を予測することを特徴とする。
【００１４】
この発明は、上記演算処理手段による最適ボール外径の算出方法の一例を示したものであり、これによれば、座標系で表された内ボール溝と外ボール溝の形状から当該ボール溝間における最適ボール外径を予測する。したがって、従来のボール溝の形状を直線に近似して予測するものと比較して、最適ボール外径をより正確に予測することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２に記載のボールスプライン機構の最適ボール外径予測装置において、演算処理手段が、内ボール溝に規定径の基準円を２点で接触させたときの基準円の中心座標位置と、外ボール溝に基準円を２点で接触させたときの基準円の中心座標位置との離間距離の２乗和が最小となる最適円を求め、その最適円の径を最適ボール外径として予測することを特徴とする。
【００１６】
この発明は、上記演算処理手段による最適ボール外径の算出方法の具体的な一例を示したものであり、これによれば、内ボール溝に規定径の基準円を２点で接触させたときの基準円の中心座標位置と、外ボール溝に基準円を２点で接触させたときの基準円の中心座標位置との離間距離の２乗和が最小となる最適円を求め、その最適円の径を最適ボール外径として予測する。したがって、実際のボール溝の形状を考慮した最適ボール外径を予測することができ、その正確性をより向上することができる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項３に記載のボールスプライン溝の最適ボール外径予測装置において、演算処理手段が、各ボール溝間の最適円から各最適円の中心を通過する円を求め、その円の中心と軸部材の軸中心とのずれ量を算出し、そのずれ量が軸部材の外径と軸嵌挿部材の内径とのクリアランス差よりも小さいことを確認することを特徴とする。
【００１８】
この発明によると、各最適円の中心を通過する円の中心と軸部材の軸中心とのずれから、軸部材と軸嵌挿部材との同軸度を求める。そして、同軸度を、軸部材の外径と軸嵌挿部材の内径とのクリアランス差と比較して、同軸度の方がクリアランス差よりも小さいことを確認する。これにより、最適ボール外径が選択されたことを確認することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図に基づき説明する。図１〜図１１は、本発明の実施の一形態に係わり、図１は、最適ボール外径予測装置の全体を概略的に示す正面図、図２は、最適ボール外径予測装置の側面図、図３は、最適ボール外径予測装置の機能ブロック図、図４は、シーブプーリが右回転変位位置に配置された状態を示す説明図、図５は、右回転変位位置を座標表示した説明図、図６は、イニシャル位置におけるシーブプーリボール溝の形状を座標表示した説明図、図７は、右回転変位位置におけるシーブプーリボール溝の曲率半径中心座標位置を示す説明図、図８は、シーブプーリボール溝の右側壁部及び左側壁部とシーブプーリ用基準円との関係を座標表示した図、図９は、シーブプーリボール溝の右側壁部及び左側壁部とシーブプーリ用基準円との関係を座標表示した図、図１０は、実験結果を示すグラフ、図１１は、ＣＶＴ用プーリの構成を概略的に説明する図である。
【００２０】
まず最初に、本実施の形態におけるワークであるＣＶＴ用プーリ１の構成について説明する。ＣＶＴ用プーリ１は、自動車のＣＶＴ変速機内に備え付けられるものであり、図１１に示すように、エンジンの出力軸に連設されるシャフトプーリ（軸部材）２と、そのシャフトプーリ２に嵌挿されるシーブプーリ（軸嵌挿部材）６とを備え、ボールスプライン機構によりシャフトプーリ２とシーブプーリ６とを一体に回転可能でかつシャフトプーリ２に対しシーブプーリ６を軸方向に相対的に移動可能に構成されている。
【００２１】
シャフトプーリ２は、シャフト部３とプーリ部４を有しており、図４に示すように、シャフト外周面上には周方向に所定間隔をおいて軸方向に沿って延在するシャフトプーリボール溝（外ボール溝）Ｈｏが形成されている。本実施の形態では、回転中心を中心として１２０度の角度間隔をおいて配設されており、＃１〜＃３のシャフトプーリボール溝Ｈｏ_１〜３が設けられている。これらのシャフトプーリボール溝Ｈｏ_１〜３は、縦断面が同一の曲率半径を有する２つの凹円弧を対峙させた、いわゆるゴシックアーチ型といわれる凹溝形状を有している（図６参照）。プーリ部４は、シャフト部３の基端側位置で径方向に拡がる円盤形状を有しており、シャフトプーリボール溝Ｈｏ側に向かって移行するにしたがって漸次縮径するテーパ状のプーリ面が形成されている。
【００２２】
一方、シーブプーリ６は、図１１に示すように、シャフトプーリ２のシャフト部３を嵌挿可能な円筒部７と、その円筒部７の一方端部で径方向に拡がる円盤状のプーリ部８を有している。円筒部７の内周面上には、図４に示すように、シャフトプーリボール溝Ｈｏ_１〜３に対応する位置にシーブプーリボール溝（内ボール溝）Ｈｉ_１〜３が形成されている。これらのシーブプーリボール溝Ｈｉ_１〜３は、シャフトプーリボール溝Ｈｏ_１〜３と同様の断面形状を有している。プーリ部８は、軸方向外側に向かって移行するにしたがって漸次縮径するテーパ状のプーリ面が、シャフトプーリ２のプーリ面に対向するように設けられている。
【００２３】
そして、シャフトプーリボール溝Ｈｏ_１〜３とシーブプーリボール溝Ｈｉ_１〜 _３との間には、最適ボール外径ｄを予測するための測定用ボール９が介装されて、シャフトプーリ２とシーブプーリ６が組み立てられている。測定用ボール９の外径ｄ_０は、最適ボール外径ｄよりも小さく（ｄ_０＜ｄ）、シャフトプーリ２を固定した状態でシーブプーリ６を軸周りに回転させた場合に、その回転方向に予め設定された範囲内のガタを発生させることができる大きさに設定されている。
【００２４】
次に、最適ボール外径予測装置１０の構成について説明する。最適ボール外径予測装置１０は、図１に示すように、プーリ保持手段１１、プーリ回転付勢手段２１、及び画像処理手段３１を備えている。プーリ保持手段１１は、架台１３の上でシャフトプーリ２のプーリ部４の外周縁部分を軸方向両側から挟持して保持するプーリチャック１２と、シャフトプーリ２のシャフト部３の先端側を径方向両側から挟持して保持するシャフトチャック１５を有しており、シャフトプーリ２をその回転中心が水平方向に延在する姿勢状態で予め設定された固定位置に固定可能に構成されている。
【００２５】
プーリ回転付勢手段２１は、シーブプーリ６のプーリ部８の背面に沿って取り付けられてプーリ部８の外周縁部分を軸方向両側から挟持することによりシーブプーリ６に一体に固定される付勢用円盤２２と、図２に示すように、その付勢用円盤２２からその径方向外側に向かって略水平に突設された右回転用アーム２３と、付勢用円盤２２から右回転用アーム２３とは反対方向に向かって略水平に突設された左回転用アーム２４と、右回転用アーム２３の先端及び左回転用アーム２４の先端からそれぞれ垂下する連結ロッド２５の下端に各々取り付けられるウェイト２６と、架台１３の下部に取り付けられて、これら一対のウェイト２６をそれぞれ上下移動させるためのシリンダ機構２７と、シリンダ機構２７の動作を制御する制御部２８（図３参照）を有している。制御部２８は、例えばシーケンスプログラムコンピュータによって構成されており、所定の制御信号の入力によりシリンダ機構２７を駆動させてウェイト２６を上下移動させ、シーブプーリ６を所定トルクで右回転方向（正転方向）及び左回転方向（反転方向）に回転付勢し、測定用ボール９のガタ分だけ回転移動させた右回転変位位置（正転方向変位位置）及び左回転変位位置（反転方向変位位置）にそれぞれ配置するための制御プログラムが予め組み込まれている。
【００２６】
画像処理手段３１は、シーブプーリ６に取り付けられた付勢用円盤２２の回転移動状態を撮影するＣＣＤカメラ３２と、ＣＣＤカメラ３２により撮影した映像に基づいて画像処理を行い、軸方向に直交する方向に延在する座標平面上に展開してガタ量を算出するガタ量演算処理手段３３と、ガタ量演算処理手段３３の演算結果や画像処理データなどを表示するための表示モニタ３４を備えている。ＣＣＤカメラ３２は、付勢用円盤２２の盤面に対向する位置に設けられており、軸方向から盤面の所定範囲に亘って予め設定された測定検査位置Ｋを撮影できるように設定されている。ガタ量演算処理手段３３は、本実施の形態では、架台１３の中に設置されたＰＣ（パーソナルコンピュータ）と、そのＰＣにインストールされたソフトウエアプログラムによって構成されている。また、このＰＣには、最適ボール外径の予測演算処理を実行するソフトウエアプログラムもインストールされている。また、ＰＣは、図３に示すように、プーリ回転付勢手段２１の制御部２８と通信ケーブル３５によって接続されており、互いに制御信号の送受信が可能に構成されている。
【００２７】
次に、上記構成を有する最適ボール外径予測装置１０によるガタ量の算出処理方法と最適ボール外径の予測処理方法について以下に説明する。
【００２８】
まず、準備工程として、ＣＶＴ用プーリ１のシャフトプーリボール溝Ｈｏとシーブプーリボール溝Ｈｉとの間に測定用ボール９を介装してＣＶＴ用プーリ１を組み立てる。そして、シーブプーリ６のプーリ部８に付勢用円盤２２を一体に固定し、シャフトプーリ２のプーリ部４とシャフト部３をプーリ保持手段１１のプーリチャック１２及びシャフトチャック１５に挟持させて、右回転用アーム２３と左回転用アーム２４が各々水平方向に延在する姿勢状態で架台１３の上に固定する。そして、右回転用アーム２３と左回転用アーム２４の先端にそれぞれ連結ロッド２５を介してウェイト２６に連結する。この状態では付勢用円盤２２に回転方向の付勢力は作用しておらず、シーブプーリ６は、正転方向及び反転方向にそれぞれ回転移動可能なイニシャル位置に配置される。
【００２９】
次に、画像処理手段３１によりイニシャル位置にあるシーブプーリ６の付勢用円盤２２をＣＣＤカメラ３２により撮影し、その測定検査箇所Ｋの画像データをシーブプーリ６のイニシャル位置の画像データとしてＰＣのメモリに記憶する。
【００３０】
それから、プーリ回転付勢手段２１の制御部２８により、シリンダ機構２７の駆動制御を行い、右回転用アーム２３に連結されたウェイト２６を下降移動させ、左回転用アーム２４に連結されたウェイト２６を上昇移動させる。これにより、右回転用アーム２３の先端を下方に向かって移動させ、左回転用アーム２４の先端を上方に向かって移動させ、付勢用円盤２２を所定トルクで右回転方向に付勢する。したがって、シーブプーリ６は、付勢用円盤２２と一体に右回転方向に回転付勢され、図４に示すように、測定用ボール９のガタ量分だけ回転移動した右回転変位位置に配置される。画像処理手段３１は、シーブプーリ６が右回転変位位置に配置されると、付勢用円盤２２の測定検査箇所ＫをＣＣＤカメラ３２により撮影し、その画像データをＰＣのメモリに記憶する。
【００３１】
次に、プーリ回転付勢手段２１の制御部２８により、シリンダ機構２７の駆動制御を行い、右回転用アーム２３に連結されたウェイト２６を上昇移動させ、左回転用アーム２４に連結されたウェイト２６を下降移動させる。これにより、右回転用アーム２３の先端を上方に向かって移動させ、左回転用アーム２４の先端を下方に向かって移動させ、付勢用円盤２２を所定トルクで左回転方向に付勢する。したがって、シーブプーリ６は、付勢用円盤２２と一体に左回転方向に回転移動し（図示せず）、測定用ボール９のガタ量分だけ左回転方向に移動した左回転変位位置に配置される。画像処理手段３１は、シーブプーリ６が左回転変位位置に配置されると、付勢用円盤２２の測定検査箇所ＫをＣＣＤカメラ３２により撮影し、その画像データをＰＣのメモリに記憶する。
【００３２】
ガタ量演算処理手段３３は、右回転変位位置と左回転変位位置の画像データがＰＣのメモリに記憶されると、その画像データに基づいてシーブプーリ６のイニシャル位置から右回転変位位置及び左回転変位位置への移動によるガタ量として、図５に示すように、回転中心変位量α、中心変位角γ、回転角φをそれぞれ算出する。
【００３３】
そして、イニシャル位置の画像データ、右回転変位位置の画像データ、左回転変位位置の画像データを重ね合わせて、測定検査箇所Ｋの面性状が一致する位置を求め、シャフトプーリ２の軸心に対するシーブプーリ６の軸ズレを考慮した真のガタ量を算出する。
【００３４】
ＰＣ内に構成される最適ボール外径予測手段は、ガタ量演算処理手段３３が真のガタ量を算出すると、その真のガタ量に基づいて最適ボール外径ｄを予測する処理を実行する。最適ボール外径ｄの予測処理では、第１の前提条件として、シャフトプーリ２と測定用ボール９は一体と考え、動かないものとし、これを基準寸法とする。そして、第２の前提条件として、シーブプーリ６のばらつきは、図６及び図７に示すように、シャフトプーリ２の回転中心と測定用ボール９の中心を通過する径方向基準線に対して４５゜の傾斜角を有する方向のみと考える。＃１シーブプーリボール溝Ｈｉ_１の左側壁部（正転方向側壁部）ＬＨｉ_１と右側壁部（反転方向側壁部）ＲＨｉ_１の各曲率半径中心座標位置（ａ_Ｌ、ｂ_Ｌ）、（ａ_Ｒ、ｂ_Ｒ）は、以下の式（１）によって算出されるものとする。
【００３５】
【式１】

【００３６】
但し、Ａは既知、Ｄはシーブプーリ６のばらつきのパラメータを示す。
【００３７】
次に、上記第１及び第２の前提条件のもと、左側壁部ＬＨｉ_１の曲率半径中心座標位置と、測定用ボール９の中心座標位置と、左側壁部ＬＨｉ_１と測定用ボール９との接触ポイントｐとが同一直線状にあるものと仮定して、右回転変位位置におけるシーブプーリボール溝Ｈｉ_１の座標位置を求める。シーブプーリボール溝Ｈｉ_１の左側壁部ＬＨｉ_１の曲率半径中心座標位置（ａ_Ｌ′、ｂ_Ｌ′）は、以下の式（２）及び式（３）を用いて算出する。
【００３８】
【式２】

【００３９】
【式３】

【００４０】
但し、左側壁部ＬＨｉ_１の曲率半径Ｌ、測定用ボール９の半径ｒ、測定用ボール９の中心座標位置（０、ｃ）は、既知である。
【００４１】
上記式（２）及び式（３）に式（１）を代入してＤについて解くことにより、イニシャル位置における左側壁部ＬＨｉ_１の座標位置を以下の式（４）により表すことができる。
【００４２】
【式４】

【００４３】
＃２及び＃３のシーブプーリボール溝Ｈの左側壁部ＬＨｉ_２、ＬＨｉ_３についても同様にして、
【００４４】
【式５】

【００４５】
【式６】

として表すことができる。
【００４６】
次に、左回転変位位置における＃１のシーブプーリボール溝Ｈｉ_１の座標位置を求める。シーブプーリボール溝Ｈｉ_１の右側壁部ＲＨｉ_１の曲率半径中心座標（ａ_Ｒ″、ｂ_Ｒ″）は、以下の式（７）及び式（８）を用いて算出する。
【００４７】
【式７】

【００４８】
【式８】

【００４９】
但し、右側壁部ＲＨｉ_１の曲率半径Ｒ、測定用ボール９の半径ｒ、測定用ボール９の中心座標位置（０、ｃ）は、既知である。
【００５０】
上記式（７）及び式（８）に下記の式（９）を代入し、
【００５１】
【式９】

【００５２】
Ｄについて解くことにより、イニシャル位置における右側壁部ＲＨｉ_１の座標位置を以下の式（１０）により表すことができる。
【００５３】
【式１０】

【００５４】
＃２及び＃３のシーブプーリボール溝Ｈｉ_２〜３の右側壁部ＲＨｉ_２、ＲＨｉ_３についても同様にして
【００５５】
【式１１】

【００５６】
【式１２】

【００５７】
として表すことができる。
【００５８】
そして、上記の＃１〜＃３のシーブプーリボール溝Ｈｉ_１〜３の左側壁部ＬＨｉ_１〜３及び右側壁部ＲＨｉ_１〜３に基づいて最適ボール外径ｄを算出する処理を行う。まず最初に、＃１のシーブプーリボール溝Ｈｉ_１の右側壁部ＲＨｉ_１と左側壁部ＬＨｉ_１の両方に規定径ｒのシーブプーリ用基準円ＧＩ_１を同時に接触させたときの中心Ｑ_１の座標位置（ｘ_１、ｙ_１）を求める。図８及び図９は、シーブプーリボール溝Ｈｉの右側壁部ＲＨｉ及び左側壁部ＬＨｉとシーブプーリ用基準円ＧＩとの関係を座標平面上に示す図である。ここで、シーブプーリ用基準円ＧＩ_１の中心座標位置Ｑ_１（ｘ_１、ｙ_１）は、以下の式（１３）と式（１４）によって算出される。
【００５９】
【式１３】

【００６０】
【式１４】

【００６１】
但し、上記の式（１３），（１４）のＳとＴは、以下の式（１５），（１６）によって算出される。
【００６２】
【式１５】

【００６３】
【式１６】

【００６４】
尚、上記式（１５）のＲＬは、図９に示すように、右側壁部ＲＨｉ_１と左側壁部ＬＨｉ_１の曲率半径中心座標位置間の距離であり、以下の式（１７）によって算出される。
【００６５】
【式１７】

【００６６】
また、ＲＱ＝Ｒ−ｒ、ＬＱ＝Ｌ−ｒである。そして、同様に、＃２及び＃３のシーブプーリボール溝Ｈｉ_２〜３についてもシーブプーリ用基準円ＧＩの中心Ｑ_２の座標位置（ｘ_２、ｙ_２）と、中心Ｑ_３の座標位置（ｘ_３、ｙ_３）を求める。
【００６７】
次に、＃１のシャフトプーリボール溝Ｈｏ_１の右側壁部ＲＨｏ_１及び左側壁部ＬＨｏ_１の両方に規定径ｒのシャフトプーリ用基準円Ｇｏ_１を同時に接触させたときのシャフトプーリ用基準円Ｇｏ_１の中心座標位置Ｑｏ_１（ｘｏ_１、ｙｏ_１）をそれぞれ求める（いずれも図示せず）。シャフトプーリ用基準円Ｇｏ_１の中心座標位置Ｑｏ_１（ｘｏ_１、ｙｏ_１）は、以下の式（１８）と式（１９）によって算出される。
【００６８】
【式１８】

【００６９】
【式１９】

【００７０】
但し、第１の前提条件より、シャフトプーリの中心座標位置（ｃ_ＲＬ、ｄ_ＲＬ）は既知であり、上記（１７），（１８）式のＳとＴは、以下の（２０），（２１）式によって算出される。
【００７１】
【式２０】

【００７２】
【式２１】

【００７３】
次に、上記の算出式により算出したシーブプーリ用基準円ＧＩ_１の中心Ｑ_１の座標位置（ｘ_１、ｙ_１）と、シャフトプーリボール溝Ｈｏ_１の右側壁部ＲＨｏ_１と左側壁部ＬＨｏ_１の両方に同時に接するシャフトプーリ用基準円Ｇｏ_１の中心Ｑｏ_１の座標位置とを用いて、ボール溝の最適ボール外径ｄを算出する。
【００７４】
ここでは、各ボール溝＃１、＃２、＃３共に同じボールサイズとするため、各ボール溝＃１、＃２、＃３の最適ボール外径ｄ１〜ｄ３において算出する最適ボール外径ｄは一つであり（ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝ｄ）、下記の式（２２）に示すように、各ボール溝のそれぞれのシーブプーリ用基準円ＧＩ_１、シャフトプーリ用基準円Ｇｏ_１の中心Ｑ_１、Ｑｏ_１を直線で結ぶ距離の２乗和Ｓが最小となる円の半径ｒを最小二乗法により求め、その半径ｒを２倍した長さを最適ボール外径ｄとする。
【００７５】
【式２２】

【００７６】
ここで、ｎ＝１
そして、最適ボール外径ｄを有するボールを＃１〜＃３ボール溝に介装した場合におけるシャフトプーリ２とシーブプーリ６との同軸度を求める。同軸度は、＃１〜＃３ボール溝に介装された各ボールの中心を通過する円の中心とシャフトプーリ２の軸中心とのずれ量によって求められる。そして、その同軸度がシーブプーリ６の円筒部７の内径と、シャフトプーリ２のシャフト部３の外径とのクリアランス差よりも小さいときは、最適ボール外径ｄとして予測し、最適ボール外径予測手段のメモリ内に記憶すると共に表示モニタ３４に表示する。
【００７７】
図１０は、上記の最適ボール外径予測方法によって予測した最適ボール外径ｄのボールを用いた実験結果を示すグラフである。最適ボール外径ｄの予測精度評価方法として、ボールクリアランスと転がり抵抗の関係に置き換え、従来の測定方法と本発明の画像処理を利用した測定方法との比較を行った。その結果、本発明の装置により予測したボールを用いた場合、図１０に示すように、ほぼ一定の比率で上昇する安定した相関関係が得られ、最適ボール外径ｄの予測精度が従来よりも向上したことが分かる。
【００７８】
上記の最適ボール外径予測装置１０によれば、シーブプーリボール溝Ｈｉ、シャフトプーリボール溝Ｈｏの間に測定用ボール９を介装して、シャフトプーリ２とシーブプーリ６とを正転方向と反転方向にそれぞれ回転させ、その正転方向変位位置及び反転方向変位位置を画像処理手段３１により検出し、両位置におけるガタ量として回転中心変位量α、中心変位角γ、回転角φを算出するので、シャフトプーリ２の軸心に対するシーブプーリ６の軸ズレを考慮した、真のガタ量を算出することができる。
【００７９】
そして、その真のガタ量に基づいてシャフトプーリ２とシーブプーリ６のイニシャル位置におけるシャフトプーリボール溝Ｈｏ、シーブプーリボール溝Ｈｉの座標位置を算出し、シーブプーリボール溝Ｈｉに接するシーブプーリ用基準円ＧＩの中心と、シャフトプーリボール溝Ｈｏに接するシャフトプーリ用基準円Ｇｏの中心との距離の２乗和Σが最小となる最適円を算出し、その最適円の直径２ｒを最適ボール外径ｄとして算出するので、シーブプーリボール溝Ｈｉの形状に応じた最適ボール外径ｄを予測することができる。
【００８０】
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、３本のボール溝の場合を例に説明したが、４本以上であってもよい。また、上述の実施の形態では、シャフトプーリ２を固定し、シーブプーリ６を回転付勢する場合を例に説明したが、シーブプーリ６を固定し、シャフトプーリ２を回転付勢してもよく、また、シャフトプーリ２とシーブプーリ６の両方を正逆方向に相対的に回転付勢してもよい。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、外ボール溝と内ボール溝との間に測定用ボールを介装して軸嵌挿部材が嵌挿された軸部材を保持し、軸嵌挿部材を正転方向及び反転方向に回転付勢し、その正転方向変位位置と反転方向変位位置を画像処理により検出するので、軸部材の軸心に対する軸嵌挿部材の軸ズレを考慮した真のガタ量を得ることができる。そして、その真のガタ量を用いて最適ボール外径を予測するので、より誤差の少ない、ボール溝の形状に応じた最適なボールの外径を予測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】最適ボール外径予測装置の全体を概略的に示す正面図である。
【図２】最適ボール外径予測装置の側面図である。
【図３】最適ボール外径予測装置の機能ブロック図である。
【図４】シーブプーリが右回転変位位置に配置された状態を示す説明図である。
【図５】右回転変位位置を座標表示した説明図である。
【図６】イニシャル位置におけるシーブプーリボール溝の形状を座標表示した説明図である。
【図７】右回転変位位置におけるシーブプーリボール溝の曲率半径中心座標位置を示す説明図である。
【図８】シーブプーリボール溝の右側壁部及び左側壁部とシーブプーリ用基準円との関係を座標表示した図である。
【図９】シーブプーリボール溝の右側壁部及び左側壁部とシーブプーリ用基準円との関係を座標表示した図である。
【図１０】実験結果を示すグラフである。
【図１１】ＣＶＴ用プーリの構成を概略的に説明する図である。
【図１２】従来のガタ量測定方法を説明する図である。
【図１３】従来の最適ボール外径予測方法を説明する図である。
【符号の説明】
１ＣＶＴ用プーリ
２シャフトプーリ（軸部材）
３シャフト部
４プーリ部
６シーブプーリ（軸嵌挿部材）
７円筒部
８プーリ部
１０最適ボール外径予測装置
１１プーリ保持手段
１２プーリチャック
１５シャフトチャック
２１プーリ回転付勢手段
２２付勢用円盤
２３右回転用アーム
２４左回転用アーム
２５連結ロッド
２６ウェイト
２７シリンダ機構
３１画像処理手段
３２ＣＣＤカメラ
３３ガタ量演算処理手段
３４表示モニタ
ＰＣパーソナルコンピュータ
ＧＩシーブプーリ用基準円
Ｇｏシャフトプーリ用基準円
Ｈｉシーブプーリボール溝（内ボール溝）
ＬＨｉシーブプーリボール溝の左側壁部（正転方向側壁部）
ＲＨｉシーブプーリボール溝の右側壁部（反転方向側壁部）
Ｈｏシャフトプーリボール溝（外ボール溝）
ＬＨｏシャフトプーリボール溝の左側壁部（反転方向側壁部）
ＲＨｏシャフトプーリボール溝の右側壁部（正転方向側壁部）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optimum ball outer diameter predicting device for predicting an optimum outer diameter of a ball interposed between an outer ball groove and an inner ball groove of a ball spline mechanism.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a ball spline mechanism has been provided between a shaft pulley and a sheave pulley of a continuously variable transmission (CVT) pulley. The ball spline mechanism can rotate the shaft pulley and the sheave pulley integrally, and the pulley surface is It has a function for moving in the axial direction along the approaching and separating directions. The ball groove of the ball spline mechanism may cause variations in the clearance between the ball and the ball groove due to processing errors or the like. Therefore, it is necessary to select a ball having an outer diameter of an optimum size when assembling the pulley and insert it between the ball grooves.
[0003]
Various methods have been proposed in the past as a method for selecting the optimally sized ball. One of the methods is to prepare a measuring ball having a smaller outer diameter than that of a normal ball and place it between the ball grooves. Insert and rotate the shaft pulley and sheave pulley relatively forward and backward to measure the amount of play, which is the amount of displacement in the circumferential direction, and the outer diameter of the ball that is actually assembled according to the measured amount of play Is determined (for example, see Patent Document 1).
[0004]
FIG. 12 is a diagram for explaining a conventional method for measuring the amount of looseness. The CVT pulley 100 is assembled with the shaft pulley 101 and the sheave pulley 102 with the measuring ball 104 interposed between the ball grooves 103, and a support not shown in the state in which the rotation center extends in the horizontal direction. Supported by means. A main body disk 110 of a backlash measuring device is attached to the shaft pulley 101, and a plurality of measurement gauges 111 are arranged on the main body disk 110 in order to measure the amount of movement of the sheave pulley 102 in the circumferential direction. They are arranged at equal intervals in the direction. On the other hand, a contact disk 112 of a backlash amount measuring device is attached to the back surface of the sheave pulley 102. A plurality of contact arms 113 are radially arranged on the contactor disk 112 so as to protrude in the radial direction and contact the contactors of the respective measurement gauges 111.
[0005]
Then, the sheave pulley 102 is rotated in the forward and reverse directions with a predetermined torque, the circumferential displacement is measured by the measurement gauge 111, and the backlash amount is calculated by a predetermined arithmetic expression. Also, play amount A₀When the optimum size d of the ball is predicted from the above, conventionally, as shown in FIG. 13, it is assumed that the shape of the side wall of the ball groove 103 is a straight line, and the ball groove 103 is always in relation to the measuring ball 104. Assuming that the contact is made at a contact angle of about 45 °, the optimum ball outer diameter d is calculated by the following equation (X).
[0006]
d = d₀+ Cos 45 ° x A₀/ 2 + C (X)
(D₀: Outer diameter of measuring ball, C: correction value (experience value), A₀: Amount of play)
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-11-142101
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the conventional play amount measuring device, in addition to the movement in the circumferential direction at the time of measurement, a deviation occurs between the shaft centers of the shaft pulley 101 and the sheave pulley 102. Therefore, in the measurement gauge 111 that measures only the displacement in the circumferential direction, the backlash amount A of the sheave pulley 102 is accurate.₀Cannot be measured, and it is difficult to predict the optimum ball outer diameter d, which is the optimum size of the ball.
[0009]
Also, the calculation method of the ball outer diameter by the above formula (X) is also calculated on the assumption that the shape of the ball groove 103 is a straight line, and the axial deviation of the sheave pulley 102 is not taken into consideration, so the error is large. It is difficult to predict the optimum ball outer diameter d according to the shape of the ball groove 103.
[0010]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an optimal ball outer diameter predicting device for a ball spline mechanism that can predict an optimal ball outer diameter with less error from the amount of play. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The ball spline mechanism optimum ball outer diameter calculation device according to the invention according to claim 1 for solving the above-mentioned problems is provided in plural on the outer peripheral surface of the rotating shaft member at predetermined intervals in the circumferential direction and along the axial direction. An outer ball groove that extends in the axial direction, and an inner ball that extends along the axial direction and is disposed at a location facing the outer ball groove on the inner peripheral surface of the shaft insertion member that is coaxially inserted into the rotary shaft member. In an optimum ball outer diameter predicting device of a ball spline mechanism in which a ball is interposed between the opposed outer ball groove and the inner ball groove, and between the outer ball groove and the inner ball groove Pulley holding means for holding the rotating shaft member, in which the shaft-inserting member is inserted through a measuring ball, at a preset position, and the shaft-inserting member are rotated in the forward direction and the reverse direction with a predetermined torque. Energized and arranged at the forward direction displacement position and the reverse direction displacement position Rotating biasing means, an image processing means for photographing the shaft insertion member from the axial direction and detecting the forward direction displacement position and the reverse direction displacement position of the shaft insertion member by image processing, and the image processing means Computation processing means for predicting the optimum ball outer diameter based on the forward direction displacement position and the reverse direction displacement position of the shaft insertion member is characterized.
[0012]
According to the present invention, the measuring member is interposed between the outer ball groove and the inner ball groove to hold the shaft member into which the shaft insertion member is inserted, and the shaft insertion member is moved in the forward direction and the reverse direction. And the forward direction displacement position and the reverse direction displacement position are detected by image processing, so that a true backlash amount can be obtained in consideration of the axial displacement of the shaft insertion member with respect to the shaft center of the shaft member. . Since the optimum ball outer diameter is predicted using the true play amount, the optimum ball outer diameter corresponding to the shape of the ball groove with less error can be predicted.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, in the optimum ball outer diameter predicting device for the ball spline mechanism according to the first aspect, the forward direction displacement position and the reverse direction displacement position of the shaft insertion member detected by the arithmetic processing means by the image processing means. Based on the position data, the shape of the inner ball groove and the outer ball groove is represented in a coordinate system, and the optimum ball outer diameter between the ball grooves is predicted from the shape of the inner ball groove and the outer ball groove represented in the coordinate system. It is characterized by that.
[0014]
The present invention shows an example of a calculation method of the optimum ball outer diameter by the arithmetic processing means, and according to this, the shape of the inner ball groove and the outer ball groove expressed in the coordinate system is used to determine the distance between the ball grooves. Predict the optimal ball outer diameter at. Therefore, the optimum outer diameter of the ball can be predicted more accurately as compared with the case where the shape of the conventional ball groove is predicted by approximating it to a straight line.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the optimum ball outer diameter predicting device for the ball spline mechanism according to the second aspect, wherein the arithmetic processing means makes a reference circle having a predetermined diameter in contact with the inner ball groove at two points. Find the optimum circle that minimizes the sum of the squares of the separation distance between the center coordinate position of and the center circle of the reference circle when the reference circle contacts the outer ball groove at two points. It is characterized by predicting the optimal ball outer diameter.
[0016]
The present invention shows a specific example of the calculation method of the optimum ball outer diameter by the arithmetic processing means, and according to this, when the reference circle having the specified diameter is brought into contact with the inner ball groove at two points Find the optimal circle that minimizes the sum of squares of the distance between the center coordinate position of the reference circle and the center coordinate position of the reference circle when the reference circle contacts the outer ball groove at two points. Is estimated as the optimum ball outer diameter. Therefore, it is possible to predict the optimum ball outer diameter in consideration of the actual ball groove shape, and the accuracy can be further improved.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optimum ball outer diameter predicting device for the ball spline groove according to the third aspect, the arithmetic processing means obtains a circle that passes through the center of each optimum circle from the optimum circle between each ball groove, A deviation amount between the center of the circle and the shaft center of the shaft member is calculated, and it is confirmed that the deviation amount is smaller than a clearance difference between the outer diameter of the shaft member and the inner diameter of the shaft fitting member. .
[0018]
According to the present invention, the degree of coaxiality between the shaft member and the shaft fitting member is obtained from the deviation between the center of the circle passing through the center of each optimum circle and the shaft center of the shaft member. Then, the coaxiality is compared with the clearance difference between the outer diameter of the shaft member and the inner diameter of the shaft fitting member, and it is confirmed that the coaxiality is smaller than the clearance difference. Thereby, it can be confirmed that the optimum ball outer diameter has been selected.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 11 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a front view schematically showing the entire optimum ball outer diameter predicting apparatus, and FIG. 2 is a side view of the optimum ball outer diameter predicting apparatus. FIG. 3 is a functional block diagram of the optimum ball outer diameter predicting device, FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which the sheave pulley is arranged at the right rotational displacement position, and FIG. 5 is an explanatory diagram in which the right rotational displacement position is displayed in coordinates. FIG. 6 is an explanatory view showing coordinates of the shape of the sheave pulley ball groove at the initial position, FIG. 7 is an explanatory view showing the center coordinate position of the radius of curvature of the sheave pulley ball groove at the right rotational displacement position, and FIG. FIG. 9 shows the relationship between the right and left side walls of the pulley ball groove and the reference circle for the sheave pulley. FIG. 9 shows the relationship between the right and left side walls of the sheave pulley ball groove and the reference circle for the sheave pulley. Coordinate display, Fig. 1 Is a graph showing experimental results, FIG. 11 is a diagram illustrating the configuration of a CVT pulley schematically.
[0020]
First, the configuration of the CVT pulley 1 which is a work in the present embodiment will be described. The CVT pulley 1 is provided in a CVT transmission of an automobile, and is inserted into the shaft pulley 2 and a shaft pulley (shaft member) 2 connected to the output shaft of the engine as shown in FIG. The shaft pulley 2 and the sheave pulley 6 can be rotated together by a ball spline mechanism, and the sheave pulley 6 can be moved relative to the shaft pulley 2 in the axial direction. ing.
[0021]
The shaft pulley 2 has a shaft portion 3 and a pulley portion 4, and as shown in FIG. 4, a shaft pulley ball extending along the axial direction at a predetermined interval in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the shaft. A groove (outer ball groove) Ho is formed. In the present embodiment, the shaft pulley ball grooves Ho of # 1 to # 3 are disposed at an angular interval of 120 degrees around the rotation center._1-3Is provided. These shaft pulley ball grooves Ho_1-3Has a concave groove shape called a Gothic arch shape in which two concave arcs having the same radius of curvature are opposed to each other (see FIG. 6). The pulley portion 4 has a disk shape that expands in the radial direction at the base end side position of the shaft portion 3, and forms a tapered pulley surface that gradually decreases in diameter as it moves toward the shaft pulley ball groove Ho side. Has been.
[0022]
On the other hand, as shown in FIG. 11, the sheave pulley 6 includes a cylindrical portion 7 into which the shaft portion 3 of the shaft pulley 2 can be fitted and a disk-like pulley portion 8 that expands in the radial direction at one end portion of the cylindrical portion 7. Have. As shown in FIG. 4, the shaft pulley ball groove Ho is formed on the inner peripheral surface of the cylindrical portion 7._1-3Sheave pulley ball groove (inner ball groove) Hi at the position corresponding to_1-3Is formed. These sheave pulley ball grooves Hi_1-3Is shaft pulley ball groove Ho_1-3Has the same cross-sectional shape. The pulley portion 8 is provided such that a tapered pulley surface that gradually decreases in diameter as it moves outward in the axial direction faces the pulley surface of the shaft pulley 2.
[0023]
And shaft pulley ball groove Ho_1-3And sheave pulley ball groove Hi_{1 to} ₃The measuring ball 9 for predicting the optimum ball outer diameter d is interposed between the shaft pulley 2 and the sheave pulley 6. The outer diameter d of the measuring ball 9₀Is smaller than the optimum ball outer diameter d (d₀<D) When the sheave pulley 6 is rotated around the axis while the shaft pulley 2 is fixed, the size is set such that play within a range set in advance in the rotation direction can be generated.
[0024]
Next, the configuration of the optimum ball outer diameter prediction device 10 will be described. As shown in FIG. 1, the optimum ball outer diameter predicting device 10 includes a pulley holding unit 11, a pulley rotation urging unit 21, and an image processing unit 31. The pulley holding means 11 includes a pulley chuck 12 that holds the outer peripheral edge portion of the pulley portion 4 of the shaft pulley 2 from both sides in the axial direction on the gantry 13, and the distal end side of the shaft portion 3 of the shaft pulley 2 in the radial direction. The shaft chuck 15 is sandwiched and held from both sides, and the shaft pulley 2 can be fixed at a fixed position set in advance in a posture state in which the rotation center extends in the horizontal direction.
[0025]
The pulley rotation urging means 21 is attached along the back surface of the pulley portion 8 of the sheave pulley 6 and is integrally fixed to the sheave pulley 6 by sandwiching the outer peripheral edge portion of the pulley portion 8 from both sides in the axial direction. 2, as shown in FIG. 2, a right rotation arm 23 projecting substantially horizontally from the biasing disk 22 toward the radially outer side, and a right rotation arm 23 from the biasing disk 22. Is a left rotation arm 24 projecting substantially horizontally in the opposite direction, and a weight 26 attached to the lower end of a connecting rod 25 that hangs down from the front end of the right rotation arm 23 and the front end of the left rotation arm 24, respectively. A cylinder mechanism 27 that is attached to the lower portion of the gantry 13 and moves the pair of weights 26 up and down, and a control unit 28 that controls the operation of the cylinder mechanism 27 ( It has three reference). The control unit 28 is constituted by, for example, a sequence program computer, and drives the cylinder mechanism 27 by inputting a predetermined control signal to move the weight 26 up and down, and the sheave pulley 6 rotates clockwise (forward rotation direction) with a predetermined torque. In addition, it is urged to rotate in the counterclockwise direction (reverse direction), and is rotated to the right rotational displacement position (forward rotation direction displacement position) and left rotational displacement position (reverse direction displacement position) respectively rotated by the backlash of the measuring ball 9. A control program for placement is preinstalled.
[0026]
The image processing means 31 performs image processing on the basis of the CCD camera 32 that captures the rotational movement state of the biasing disk 22 attached to the sheave pulley 6, and the image captured by the CCD camera 32, and a direction orthogonal to the axial direction. Is provided with a play amount calculation processing means 33 for calculating a play amount by expanding it on a coordinate plane extending to the display, and a display monitor 34 for displaying a calculation result of the play amount calculation processing means 33, image processing data, and the like. . The CCD camera 32 is provided at a position facing the disk surface of the urging disk 22 and is set so as to capture a predetermined measurement inspection position K over a predetermined range of the disk surface from the axial direction. In this embodiment, the play amount calculation processing means 33 is constituted by a PC (personal computer) installed in the gantry 13 and a software program installed in the PC. The PC is also installed with a software program that executes an optimal ball outer diameter prediction calculation process. Further, as shown in FIG. 3, the PC is connected to the control unit 28 of the pulley rotation urging means 21 and a communication cable 35, and is configured to be able to transmit / receive control signals to / from each other.
[0027]
Next, a play amount calculation processing method and an optimal ball outer diameter prediction processing method by the optimum ball outer diameter prediction device 10 having the above-described configuration will be described below.
[0028]
First, as a preparatory step, the CVT pulley 1 is assembled with the measuring ball 9 interposed between the shaft pulley ball groove Ho and the sheave pulley ball groove Hi of the CVT pulley 1. Then, the urging disk 22 is integrally fixed to the pulley portion 8 of the sheave pulley 6, and the pulley portion 4 and the shaft portion 3 of the shaft pulley 2 are sandwiched between the pulley chuck 12 and the shaft chuck 15 of the pulley holding means 11, and The rotation arm 23 and the left rotation arm 24 are fixed on the gantry 13 in a posture in which the rotation arm 23 and the left rotation arm 24 extend in the horizontal direction. And it connects with the weight 26 via the connection rod 25 at the front-end | tip of the arm 23 for right rotation, and the arm 24 for left rotation, respectively. In this state, the urging force in the rotational direction is not applied to the urging disk 22, and the sheave pulley 6 is disposed at an initial position where the sheave pulley 6 can be rotated and moved in the forward rotation direction and the reverse rotation direction.
[0029]
Next, the urging disk 22 of the sheave pulley 6 at the initial position is photographed by the CCD camera 32 by the image processing means 31, and the image data of the measurement / inspection point K is stored in the PC memory as image data at the initial position of the sheave pulley 6. Remember.
[0030]
Then, the control unit 28 of the pulley rotation urging means 21 performs drive control of the cylinder mechanism 27, moves the weight 26 connected to the right rotation arm 23 downward, and the weight 26 connected to the left rotation arm 24. Move up. Accordingly, the tip of the right rotation arm 23 is moved downward, the tip of the left rotation arm 24 is moved upward, and the urging disk 22 is urged in the right rotation direction with a predetermined torque. Accordingly, the sheave pulley 6 is urged to rotate in the clockwise direction integrally with the urging disk 22 and is arranged at the right rotational displacement position rotated and moved by the backlash amount of the measuring ball 9 as shown in FIG. . When the sheave pulley 6 is placed at the right rotational displacement position, the image processing means 31 takes a measurement / inspection point K of the biasing disk 22 with the CCD camera 32 and stores the image data in the memory of the PC.
[0031]
Next, the control unit 28 of the pulley rotation urging means 21 performs drive control of the cylinder mechanism 27 to move the weight 26 connected to the right rotation arm 23 up and move the weight 26 connected to the left rotation arm 24. 26 is moved downward. Accordingly, the tip of the right rotation arm 23 is moved upward, the tip of the left rotation arm 24 is moved downward, and the urging disk 22 is urged in the left rotation direction with a predetermined torque. Therefore, the sheave pulley 6 is rotated and moved in the left rotation direction integrally with the biasing disk 22 (not shown), and is arranged at the left rotation displacement position moved in the left rotation direction by the backlash amount of the measuring ball 9. . When the sheave pulley 6 is disposed at the left rotational displacement position, the image processing means 31 captures the measurement / inspection point K of the urging disk 22 with the CCD camera 32 and stores the image data in the memory of the PC.
[0032]
When the image data of the right rotation displacement position and the left rotation displacement position is stored in the memory of the PC, the backlash amount calculation processing means 33 starts from the initial position of the sheave pulley 6 and moves to the right rotation displacement position and the left rotation displacement position based on the image data. As the amount of play due to the movement to the position, as shown in FIG. 5, a rotation center displacement amount α, a center displacement angle γ, and a rotation angle φ are calculated.
[0033]
Then, the initial position image data, the right rotational displacement position image data, and the left rotational displacement position image data are overlapped to obtain a position where the surface properties of the measurement inspection location K coincide with each other, and the sheave pulley with respect to the shaft center of the shaft pulley 2 is obtained. The true play amount is calculated in consideration of the 6 axis shift.
[0034]
The optimum ball outer diameter predicting means configured in the PC executes a process of predicting the optimum ball outer diameter d based on the true play amount when the play amount calculation processing means 33 calculates the true play amount. In the process of predicting the optimum ball outer diameter d, as a first precondition, the shaft pulley 2 and the measurement ball 9 are considered to be integrated and do not move, and this is set as a reference dimension. As a second precondition, the variation of the sheave pulley 6 is 45 ° with respect to the radial reference line passing through the rotation center of the shaft pulley 2 and the center of the measuring ball 9 as shown in FIGS. Only a direction having an inclination angle of # 1 sheave pulley ball groove Hi₁Left side wall (forward direction side wall) LHi₁And right side wall (reverse direction side wall) RHi₁Each curvature radius center coordinate position (a_L, B_L), (A_R, B_R) Is calculated by the following equation (1).
[0035]
[Formula 1]

[0036]
However, A is a known parameter, and D is a parameter for variation of the sheave pulley 6.
[0037]
Next, based on the first and second preconditions, the left side wall portion LHi₁Center coordinate position of the radius of curvature, the center coordinate position of the measuring ball 9, and the left side wall portion LHi₁And the contact point p between the measuring ball 9 and the measuring ball 9 are assumed to be in the same straight line, and the sheave pulley ball groove Hi at the right rotational displacement position.₁Find the coordinate position of. Sheave pulley ball groove Hi₁Left wall LHi₁The radius of curvature center coordinate position (a_L', B_L′) Is calculated using the following equations (2) and (3).
[0038]
[Formula 2]

[0039]
[Formula 3]

[0040]
However, the left wall LHi₁The radius of curvature L, the radius r of the measuring ball 9 and the center coordinate position (0, c) of the measuring ball 9 are known.
[0041]
By substituting equation (1) into equations (2) and (3) and solving for D, the left side wall portion LHi at the initial position is obtained.₁Can be expressed by the following equation (4).
[0042]
[Formula 4]

[0043]
Left side wall portion LHi of sheave pulley ball groove H of # 2 and # 3₂, LHi₃Do the same for
[0044]
[Formula 5]

[0045]
[Formula 6]

Can be expressed as
[0046]
Next, # 1 sheave pulley ball groove Hi at the left rotational displacement position₁Find the coordinate position of. Sheave pulley ball groove Hi₁Right side wall RHi₁Center of curvature radius coordinates (a_R″, B_R″) Is calculated using the following equations (7) and (8).
[0047]
[Formula 7]

[0048]
[Formula 8]

[0049]
However, the right side wall RHi₁The radius of curvature R, the radius r of the measuring ball 9 and the center coordinate position (0, c) of the measuring ball 9 are known.
[0050]
Substituting the following formula (9) into the above formula (7) and formula (8),
[0051]
[Formula 9]

[0052]
By solving for D, the right side wall RHi at the initial position₁Can be expressed by the following equation (10).
[0053]
[Formula 10]

[0054]
# 2 and # 3 sheave pulley ball groove Hi_2-3Right side wall RHi₂, RHi₃Do the same for
[0055]
[Formula 11]

[0056]
[Formula 12]

[0057]
Can be expressed as
[0058]
And the above-mentioned # 1 to # 3 sheave pulley ball grooves Hi_1-3Left wall LHi_1-3And right side wall RHi_1-3Based on the above, the process of calculating the optimum ball outer diameter d is performed. First, # 1 sheave pulley ball groove Hi₁Right side wall RHi₁And left wall LHi₁The reference circle GI for a sheave pulley with a specified diameter r in both₁Center Q when they are touched simultaneously₁Coordinate position (x₁, Y₁) 8 and 9 are diagrams showing the relationship between the right side wall portion RHi and the left side wall portion LHi of the sheave pulley ball groove Hi and the sheave pulley reference circle GI on a coordinate plane. Here, sheave pulley reference circle GI₁Center coordinate position Q₁(X₁, Y₁) Is calculated by the following equations (13) and (14).
[0059]
[Formula 13]

[0060]
[Formula 14]

[0061]
However, S and T in the above equations (13) and (14) are calculated by the following equations (15) and (16).
[0062]
[Formula 15]

[0063]
[Formula 16]

[0064]
Note that RL in the above formula (15) is the right side wall portion RHi as shown in FIG.₁And left wall LHi₁Is the distance between the coordinate positions of the center of curvature of the curve and is calculated by the following equation (17).
[0065]
[Formula 17]

[0066]
Further, RQ = R−r and LQ = L−r. Similarly, the sheave pulley ball grooves Hi of # 2 and # 3_2-3The center Q of the reference circle GI for sheave pulleys₂Coordinate position (x₂, Y₂) And center Q₃Coordinate position (x₃, Y₃)
[0067]
Next, # 1 shaft pulley ball groove Ho₁Right side wall part RHo₁And left wall LHo₁Reference circle Go for shaft pulley of specified diameter r in both₁Shaft pulley reference circle Go when both are touched simultaneously₁Center coordinate position Qo₁(Xo₁, Yo₁) (Each not shown). Reference pulley Go for shaft pulley₁Center coordinate position Qo₁(Xo₁, Yo₁) Is calculated by the following equations (18) and (19).
[0068]
[Formula 18]

[0069]
[Formula 19]

[0070]
However, from the first precondition, the center coordinate position of the shaft pulley (c_RL, D_RL) Is known, and S and T in the above equations (17) and (18) are calculated by the following equations (20) and (21).
[0071]
[Formula 20]

[0072]
[Formula 21]

[0073]
Next, the sheave pulley reference circle GI calculated by the above formula₁Center Q₁Coordinate position (x₁, Y₁) And shaft pulley ball groove Ho₁Right side wall part RHo₁And left wall LHo₁Shaft pulley reference circle Go that touches both₁Center of Qo₁Are used to calculate the optimum ball outer diameter d of the ball groove.
[0074]
Here, since each ball groove # 1, # 2, # 3 has the same ball size, the optimum ball outer diameter d calculated in the optimum ball outer diameters d1 to d3 of each ball groove # 1, # 2, # 3 is One (d1 = d2 = d3 = d), and as shown in the following formula (22), each sheave pulley reference circle GI of each ball groove₁, Shaft pulley reference circle Go₁Center Q₁, Qo₁The radius r of the circle that minimizes the square sum S of the distances connecting the two straight lines is obtained by the least square method, and the length obtained by doubling the radius r is defined as the optimum ball outer diameter d.
[0075]
[Formula 22]

[0076]
Where n = 1
Then, the coaxiality between the shaft pulley 2 and the sheave pulley 6 when a ball having the optimal ball outer diameter d is interposed in the # 1 to # 3 ball grooves is obtained. The concentricity is determined by the amount of deviation between the center of the circle passing through the center of each ball interposed in the # 1 to # 3 ball grooves and the axis center of the shaft pulley 2. When the coaxiality is smaller than the clearance difference between the inner diameter of the cylindrical portion 7 of the sheave pulley 6 and the outer diameter of the shaft portion 3 of the shaft pulley 2, it is predicted as the optimum ball outer diameter d, and the optimum ball outer diameter is predicted. It is stored in the memory of the means and displayed on the display monitor 34.
[0077]
FIG. 10 is a graph showing experimental results using a ball having the optimal ball outer diameter d predicted by the above-described optimal ball outer diameter prediction method. As a prediction accuracy evaluation method of the optimum ball outer diameter d, the relationship between the ball clearance and the rolling resistance was replaced, and the conventional measurement method and the measurement method using the image processing of the present invention were compared. As a result, when the ball predicted by the apparatus of the present invention is used, as shown in FIG. 10, a stable correlation that rises at a substantially constant ratio is obtained, and the prediction accuracy of the optimum ball outer diameter d is higher than the conventional one. You can see that it has improved.
[0078]
According to the optimum ball outer diameter predicting device 10 described above, the measuring ball 9 is interposed between the sheave pulley ball groove Hi and the shaft pulley ball groove Ho so that the shaft pulley 2 and the sheave pulley 6 are reversed in the normal rotation direction. Since the rotation direction displacement position and the reverse rotation direction displacement position are detected by the image processing means 31, the rotation center displacement amount α, the center displacement angle γ, and the rotation angle φ are calculated as play amounts at both positions. The true backlash amount can be calculated in consideration of the axial displacement of the sheave pulley 6 with respect to the shaft center of the shaft pulley 2.
[0079]
Then, based on the true play amount, the coordinate position of the shaft pulley ball groove Ho and the sheave pulley ball groove Hi at the initial position of the shaft pulley 2 and the sheave pulley 6 is calculated, and the sheave pulley reference circle GI in contact with the sheave pulley ball groove Hi. Is calculated as an optimum circle that minimizes the sum of squares Σ of the distance between the center of the shaft pulley and the center of the shaft pulley reference circle Go that is in contact with the shaft pulley ball groove Ho, and the optimum circle diameter 2r is defined as the optimum ball outer diameter d. Since it is calculated, the optimum ball outer diameter d can be predicted according to the shape of the sheave pulley ball groove Hi.
[0080]
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, in the above-described embodiment, the case of three ball grooves has been described as an example, but there may be four or more. In the above-described embodiment, the case where the shaft pulley 2 is fixed and the sheave pulley 6 is rotationally biased is described as an example. However, the sheave pulley 6 may be fixed and the shaft pulley 2 may be rotationally biased. Both the shaft pulley 2 and the sheave pulley 6 may be relatively urged to rotate in the forward and reverse directions.
[0081]
【The invention's effect】
According to the present invention, the measuring member is interposed between the outer ball groove and the inner ball groove to hold the shaft member into which the shaft insertion member is inserted, and the shaft insertion member is rotated in the forward direction and in the reverse direction. Since the forward rotation direction displacement position and the reverse direction displacement position are detected by image processing, it is possible to obtain a true backlash amount considering the axial displacement of the shaft insertion member with respect to the shaft center of the shaft member. it can. Since the optimum ball outer diameter is predicted using the true play amount, the optimum ball outer diameter corresponding to the shape of the ball groove with less error can be predicted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view schematically showing an entire optimum ball outer diameter predicting apparatus.
FIG. 2 is a side view of an optimum ball outer diameter predicting device.
FIG. 3 is a functional block diagram of an optimum ball outer diameter predicting device.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state in which the sheave pulley is disposed at a clockwise rotational displacement position.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing coordinates of a right rotational displacement position.
FIG. 6 is an explanatory view showing coordinates of the shape of the sheave pulley ball groove at the initial position.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a center coordinate position of a radius of curvature of a sheave pulley ball groove at a right rotational displacement position.
FIG. 8 is a diagram showing coordinates of the relationship between the right and left side walls of the sheave pulley ball groove and the reference circle for the sheave pulley.
FIG. 9 is a diagram showing coordinates of the relationship between the right and left side walls of the sheave pulley ball groove and the reference circle for the sheave pulley.
FIG. 10 is a graph showing experimental results.
FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a configuration of a CVT pulley.
FIG. 12 is a diagram for explaining a conventional method for measuring a backlash amount.
FIG. 13 is a diagram for explaining a conventional optimum ball outer diameter predicting method.
[Explanation of symbols]
1 Pulley for CVT
2 Shaft pulley (shaft member)
3 Shaft
4 Pulley
6 Sheave pulley (shaft fitting member)
7 Cylindrical part
8 Pulley
10 Optimum ball outer diameter prediction device
11 Pulley holding means
12 Pulley chuck
15 Shaft chuck
21 Pulley rotation biasing means
22 Energizing disk
23 Arm for right rotation
24 Left rotation arm
25 Connecting rod
26 weights
27 Cylinder mechanism
31 Image processing means
32 CCD camera
33 Playing amount calculation processing means
34 Display monitor
PC personal computer
Reference circle for GI sheave pulley
Go shaft pulley reference circle
Hi sheave pulley ball groove (inner ball groove)
Left side wall of LHi sheave pulley ball groove (side wall in forward direction)
RHi sheave pulley ball groove right side wall (reverse direction side wall)
Ho Shaft pulley ball groove (outer ball groove)
LHo Left side wall of shaft pulley ball groove (reverse direction side wall)
Right side wall of RHo shaft pulley ball groove (side wall in forward direction)

Claims

A plurality of outer ball grooves arranged on the outer peripheral surface of the rotating shaft member at predetermined intervals in the circumferential direction and extending along the axial direction; and a shaft-inserting member fitted coaxially into the rotating shaft member An inner ball groove which is disposed at a location facing the outer ball groove on the inner peripheral surface and extends along the axial direction, and the ball is interposed between the opposed outer ball groove and the inner ball groove. In the optimum ball outer diameter predicting device of the ball spline mechanism to be interposed,
Pulley holding means for holding the rotary shaft member, in which the shaft-inserting member is inserted, with a measuring ball interposed between the outer ball groove and the inner ball groove, at a preset position;
Rotation biasing means for rotating and biasing the shaft fitting member in the forward rotation direction and the reverse direction with a predetermined torque and disposing it at the forward rotation direction displacement position and the reverse rotation direction displacement position;
Image processing means for photographing the shaft insertion member from the axial direction and detecting the normal direction displacement position and the reverse direction displacement position of the shaft insertion member by image processing;
An optimum ball of a ball spline mechanism, comprising: an arithmetic processing means for predicting an optimum ball outer diameter based on a forward direction displacement position and a reverse direction displacement position of the shaft insertion member detected by the image processing means. Outer diameter prediction device.

The arithmetic processing means includes:
Based on the position data of the forward direction displacement position and the reverse direction displacement position of the shaft insertion member detected by the image processing means, the shape of the inner ball groove and the outer ball groove is represented in a coordinate system, and the coordinate system 2. The optimum ball outer diameter predicting device for a ball spline mechanism according to claim 1, wherein an optimum ball outer diameter between the ball grooves is predicted from the shapes of the inner ball groove and the outer ball groove expressed as follows.

The arithmetic processing means includes:
The center coordinate position of the reference circle when the reference circle having a specified diameter is brought into contact with the inner ball groove at two points, and the center of the reference circle when the reference circle is brought into contact with the outer ball groove at two points 3. The optimum ball of the ball spline mechanism according to claim 2, wherein an optimum circle that minimizes the sum of squares of the separation distance from the coordinate position is obtained, and the diameter of the optimum circle is predicted as the optimum ball outer diameter. Outer diameter prediction device.

The arithmetic processing means includes:
Obtain a circle passing through the center of each optimum circle from the optimum circle between each ball groove, calculate the amount of deviation between the center of the circle and the axis center of the shaft member, the amount of deviation is the outer diameter of the shaft member and the 4. The optimum ball outer diameter predicting device for a ball spline groove according to claim 3, wherein it is confirmed that the difference in clearance with the inner diameter of the shaft fitting member is smaller.