JP2016138611A - Torsional vibration reduction device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、捩り振動を低減する装置に関し、特に制振作用を行う慣性力を作用させる状態と、その慣性力を作用させない状態とに切り替えることのできる捩り振動低減装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for reducing torsional vibration, and more particularly to a torsional vibration reducing apparatus capable of switching between a state in which an inertial force that performs a damping action is applied and a state in which the inertial force is not applied.
この種の装置の一例が特許文献1に記載されている。その装置の一例は、慣性体であるイナータ(フライホイール)を選択的に連結するように構成されている。その出力軸と入力軸との間にばねダンパなどの緩衝部材が設けられており、その緩衝部材における出力側の部材に前記出力軸および遊星機構のキャリヤが連結されている。そのキャリヤは、サン回転要素に噛み合っているピニオン回転要素を自転かつ公転可能に保持している。そして、サン回転要素に、イナータが遠心クラッチを介して連結されている。この装置では、エンジン回転数が設定回転数よりも低い場合には、遠心クラッチが係合状態となってサンギヤと慣性体とが一体に回転する。その状態でトルクが変動すると、イナータの回転数が変化し、その際の加速度とイナータの慣性モーメントとに応じた慣性力が生じ、その慣性力によって前記トルク変動が低減される。一方、エンジン回転数が設定回転数よりも高い場合には、遠心クラッチが解放状態となってイナータが出力軸から切り離されるので、イナータによる制振作用は生じなくなる。この場合、トルク変動は緩衝部材の弾性力によって低減される。
An example of this type of device is described in
また、特許文献2には、シングルピニオン型の遊星歯車機構を備えた捩り振動低減装置が記載されている。その遊星歯車機構のサンギヤに慣性体が一体に連結され、キャリヤにコイルバネなどの弾性部材によって構成されたダンパを介してエンジンの出力軸が連結されている。上記のキャリヤに変速機の入力軸が連結されている。また、リングギヤはブレーキによって選択的に固定されるように構成されている。この装置では、エンジンの回転数が予め定めた低い回転数の場合に、ブレーキが作動させられてリングギヤが固定され、これにより、変速機の入力軸に作用する慣性質量が増大させられてトルク変動が低減される。また、ブレーキを解放状態にすれば、慣性体が回転しないので、慣性体による制振作用を解除できる。
上述した特許文献1や特許文献2に記載された装置における遊星機構もしくは遊星歯車機構は、慣性質量体を出力軸などに連結するように構成されている。言い換えれば、これらの遊星機構や遊星歯車機構は、変速機能を備えているものの、入力軸と出力軸との間の変速機として機能するようには構成されていない。そのため、上述した従来の装置では、部品点数の増大に対して付加される機能が限られるので、装置の有用性の向上の点で改善の余地があった。
The planetary mechanism or the planetary gear mechanism in the devices described in
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、入力部材と出力部材との間の変速機として機能させることができるとともに、その変速比に制約されずに制振のための慣性力を設定することのできる捩り振動低減装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the technical problem described above, and can function as a transmission between the input member and the output member, and can be used for damping without being restricted by the gear ratio. It is an object of the present invention to provide a torsional vibration reducing device capable of setting the inertial force of the motor.
上記の目的を達成するために、この発明は、入力されたトルクの振動を抑制する方向に慣性力を作用させるように構成された捩り振動低減装置において、歯数が互いに相違しかつ同一軸線上に配置されて連結された第1ピニオンギヤおよび第2ピニオンギヤからなるステップドピニオンを自転かつ公転可能に保持するとともに出力部材に連結されたキャリヤと、いずれか一方のピニオンギヤに噛み合っている第1サンギヤと、前記第1ピニオンギヤと第2ピニオンギヤとの一方に噛み合っている第1リングギヤと、前記第1ピニオンギヤと第2ピニオンギヤとのうち前記第1サンギヤが噛み合っているピニオンギヤ以外のピニオンギヤに噛み合っている第2サンギヤもしくは前記第1ピニオンギヤと第2ピニオンギヤとのうち前記第1リングギヤが噛み合っているピニオンギヤ以外のピニオンギヤに噛み合っている第2リングギヤとを有する遊星歯車機構と、前記第1サンギヤと第1リングギヤと第2サンギヤもしくは第2リングギヤとのいずれか一つのギヤを入力部材に連結しているばねダンパ機構と、前記いずれか一つのギヤに対して前記ステップドピニオンを介して連結されている、前記第1サンギヤと第1リングギヤと第2サンギヤもしくは第2リングギヤとのうちのいずれか他の一つのギヤを前記入力部材に選択的に連結するクラッチ機構と、前記第1サンギヤと第1リングギヤと第2サンギヤもしくは第2リングギヤとのうち前記一つのギヤおよび前記他の一つのギヤ以外のギヤを選択的に固定するブレーキ機構とを備え、前記ばねダンパ機構を介して前記入力部材に連結されている前記ギヤもしくは該ギヤに一体化されている部材と、前記ブレーキ機構によって選択的に固定される前記ギヤもしくは該ギヤに一体化されている部材との少なくともいずれか一方が前記慣性力を発生するように構成されていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a torsional vibration reduction device configured to apply an inertial force in a direction to suppress vibration of an input torque, the number of teeth being different from each other and on the same axis. A stepped pinion composed of a first pinion gear and a second pinion gear which are arranged and connected to each other, holds the stepped pinion so as to rotate and revolve, and is connected to an output member; and a first sun gear meshing with one of the pinion gears A first ring gear meshing with one of the first pinion gear and the second pinion gear, and a second gear meshing with a pinion gear other than the pinion gear meshed with the first sun gear among the first pinion gear and the second pinion gear. The first ring of the sun gear or the first pinion gear and the second pinion gear A planetary gear mechanism having a second ring gear meshing with a pinion gear other than the pinion gear meshing with the gear, and any one of the first sun gear, the first ring gear, the second sun gear, and the second ring gear as an input member The first sun gear, the first ring gear, and the second sun gear or the second ring gear, which are connected to any one of the gears via the stepped pinion. A clutch mechanism that selectively connects one of the other gears to the input member, and the one and the other of the first sun gear, the first ring gear, the second sun gear, and the second ring gear. A brake mechanism for selectively fixing gears other than one gear, and the input member via the spring damper mechanism. At least one of the connected gear or the member integrated with the gear and the gear selectively fixed by the brake mechanism or the member integrated with the gear is the inertial force. It is comprised so that it may generate | occur | produce.
この発明によれば、クラッチ機構を係合させ、かつブレーキ機構を解放することにより、遊星歯車機構に対して二つのギヤからトルクが入力され、遊星歯車機構の全体が一体となって回転する直結状態となる。その場合、ブレーキ機構に連結されているギヤが空転し、トルク変動が生じた場合にはそのギヤが角加速度や質量(慣性モーメント)に応じた慣性力を発生し、制振作用を行う。その角加速度や角速度は、ばねダンパ機構に連結されているギヤとクラッチに連結されているギヤとのギヤ比に基づいて決められるが、そのギヤ比は変速比を決めるものとはなっていないので、制振効果が高い回転数を、遊星歯車機構で設定する変速比の制約を特に受けることなく、所望の回転数に設定することができる。また、クラッチ機構を解放し、かつブレーキ機構を係合させることにより、所定の変速比の変速段が設定される。その場合、前記慣性力を発生したギヤの空転回転数を規定する前記ギヤ比とは異なるギヤ比に応じた変速比となる。すなわち、この発明では、制振のための慣性力を発生させるギヤ比と変速段を設定するためのギヤ比とが、ステップドピニオンによって独立させられているので、変速比と制振性能とに対する要求を両立させることができる。 According to the present invention, by engaging the clutch mechanism and releasing the brake mechanism, torque is input from the two gears to the planetary gear mechanism, and the planetary gear mechanism as a whole is directly connected to rotate. It becomes a state. In that case, when the gear connected to the brake mechanism runs idle and torque fluctuation occurs, the gear generates an inertial force corresponding to angular acceleration and mass (moment of inertia), and performs a damping action. The angular acceleration and angular velocity are determined based on the gear ratio between the gear connected to the spring damper mechanism and the gear connected to the clutch, but the gear ratio does not determine the gear ratio. The rotational speed having a high vibration damping effect can be set to a desired rotational speed without being particularly restricted by the speed ratio set by the planetary gear mechanism. Further, by releasing the clutch mechanism and engaging the brake mechanism, a gear stage having a predetermined gear ratio is set. In that case, the gear ratio becomes a gear ratio different from the gear ratio that defines the idling speed of the gear that has generated the inertial force. In other words, in the present invention, the gear ratio for generating the inertial force for damping and the gear ratio for setting the shift speed are made independent by the stepped pinion, so that the gear ratio and the damping performance are not affected. It is possible to satisfy both requirements.
図1はこの発明に係る捩り振動低減装置の一例を示すスケルトン図である。ここに示す例は、エンジン1から変速機2に伝達されるトルクの振動を低減するように構成された例であり、ステップドピニオン型遊星歯車機構3を主体にして構成されている。ステップドピニオン4は、歯数が互いに異なる二つのピニオンギヤ5,6を同一軸線上で連結し、かつキャリヤ7によって自転かつ公転可能に保持したピニオンである。その一方のピニオンギヤ(以下、仮に第1ピニオンギヤとする)5にサンギヤ(以下、仮に第1サンギヤとする)8と、その第1サンギヤ8に対して同心円上に配置されたリングギヤ9とが噛み合っている。したがって、これら第1サンギヤ8および第1ピニオンギヤ5ならびにリングギヤ9によってシングルピニオン型の遊星歯車機構が構成されている。さらに、他方のピニオンギヤ(以下、仮に第2ピニオンギヤとする)6に他のサンギヤ(以下、仮に第2サンギヤとする)10が噛み合っている。
FIG. 1 is a skeleton diagram showing an example of a torsional vibration reducing device according to the present invention. The example shown here is an example configured to reduce vibration of torque transmitted from the
上記のリングギヤ9は、ばねダンパ機構11を介して入力部材12に連結されている。この入力部材12は、例えばエンジン1の出力軸に取り付けられたフライホイールである。また、ばねダンパ機構11はエンジン1の出力側にクラッチなどと共に用いられている一般的なダンパ機構であってよく、駆動側の部材と従動側の部材とを円周方向に向けて配置したコイルばねを介して連結して構成された機構である。その入力部材12と前述した第2サンギヤ10とがクラッチ機構13を介して連結されている。このクラッチ機構13は、摩擦係合機構あるいは噛み合い式係合機構など従来知られているクラッチ機構であってよく、例えば電気的に制御され、もしくは油圧によって制御されて入力部材12と第2サンギヤ10をトルク伝達可能に連結し、またその連結を解くように構成されている。さらに、第2サンギヤ10の回転を選択的に止める(固定する)ブレーキ機構14が設けられている。このブレーキ機構14は、要は、第2サンギヤ10の負方向の回転(エンジン1の回転方向とは反対方向の回転)を止めることができればよく、したがって摩擦ブレーキや噛み合い式ブレーキなどの正負両方向の回転を止めるブレーキ機構に限らず、一方向ブレーキによって構成されていてもよい。
The
図1に示す捩り振動低減装置は、以下のように作用する。先ず、クラッチ機構13を解放した状態では、エンジン1が出力したトルクが入力部材12からばねダンパ機構11を介してリングギヤ9に伝達される。このようにしてリングギヤ9に正回転方向のトルクが作用すると、第1サンギヤ8には負回転方向のトルクが作用する。この第1サンギヤ8は、ブレーキ機構14によって負回転方向の回転が止められているので、キャリヤ7に正回転方向のトルクが伝達され、そのトルクが変速機2に伝達される。したがって、キャリヤ7もしくはこれに連結された部材が出力部材となっており、その回転数はリングギヤ9の回転数である入力回転数よりも低回転数となり、遊星歯車機構3は減速機として機能する。その変速比は、第1サンギヤ8とリングギヤ9との歯数の比(ギヤ比)を「ρ」とすれば、「1+ρ」で表され、この変速段はいわゆる低速段となる。
The torsional vibration reducing device shown in FIG. 1 operates as follows. First, in a state where the
一方、クラッチ機構13を係合させた状態では、リングギヤ9と第2サンギヤ10とにエンジン1のトルクが伝達される。したがって遊星歯車機構3においては、二つの回転要素が同方向に等速度で回転するから、遊星歯車機構3の全体が一体となって回転し、変速比は「1」となる。いわゆる直結段あるいは高速段である。したがって、上記の低速段が設定されている場合と比較してエンジン回転数は低回転数になる。この高速段では、第1サンギヤ8に正回転方向のトルクが作用するので、ブレーキ機構14が解放して第1サンギヤ8が正回転する。この状態で入力トルク(エンジントルク)が変動あるいは振動すると、第2サンギヤ10がクラッチ機構13によって入力部材12に連結されていてその回転数がエンジン回転数と同じになるのに対して、リングギヤ9と入力部材12との間に配置されているばねダンパ機構11ではコイルスプリングを圧縮して捩りが生じるので、リングギヤ9の回転数もしくは回転角度が第2サンギヤ10とは異なることになる。このような第2サンギヤ10とリングギヤ9との相対的な回転が生じると、それに伴って第1サンギヤ8がリングギヤ9や第2サンギヤ10に対して相対的に回転する。このような第1サンギヤ8の回転数もしくは回転角度の変化は、エンジントルクの振動に起因しており、その角加速度と第1サンギヤ8およびこれと一体の部材の慣性モーメントに応じた慣性トルク(慣性力)を生じる。
On the other hand, when the
図2は、図1に示す捩り振動低減装置を振動モデルとして記載した模式図であり、K1 はばねダンパ機構11のばね係数、K2 は変速機2の出力側のばね係数、I1 は入力部材12の慣性モーメント、I2 はリングギヤ9の慣性モーメント、I3 は変速機2の慣性モーメント、I4 は第1サンギヤ8の慣性モーメント、ρは前述した通り第1サンギヤ8とリングギヤ9との間のギヤ比、ρa は第2サンギヤ10とリングギヤ9との間のギヤ比をそれぞれ示している。入力トルクの振動は、図2において入力部材12の左右方向の往復動で表され、入力トルクが振動した場合にはばねダンパ機構11におけるばねの伸縮が生じるので、各サンギヤ8,10およびリングギヤ9ならびにキャリヤ7をそれぞれ示す点を結んだ直線が、図2の左右方向に移動するとともに、キャリヤ7を示す点を中心に所定角度、往復回転する。図2に示すように慣性質量体として機能する第1サンギヤ8は、回転中心となるキャリヤ7の点から最も離れて位置し、その往復回転の半径が大きい。すなわち、トルクが振動した場合の第1サンギヤ8の角加速度や角速度が、リングギヤ9や入力部材12(第2サンギヤ10)の角加速度や角速度よりも大きくなる。慣性トルク(慣性力)は、質量と角加速度との積として求められるから、第1サンギヤ8はトルク変動に伴って生じる角加速度が大きいことにより、小さい質量で大きい慣性トルク(慣性力)を発生する。これは、制振作用を行う慣性質量体の質量を増大させたのと同様の作用であり、したがって図1に示すこの発明に係る捩り振動低減装置によれば、エンジン回転数が低回転数の場合の制振性能が向上する。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the torsional vibration reducing device shown in FIG. 1 as a vibration model, where K1 is a spring coefficient of the
図3は本発明例と比較例との振動伝達率の計算結果を示している。本発明例は図1に示すように構成した例であり、比較例1は慣性質量体を設けずにばねダンパ機構のみによって制振を行った例であり、比較例2は本発明例におけるステップドピニオン型遊星歯車機構に代えてシングルピニオン型遊星歯車機構を使用した例である。比較例2の計測結果から明らかなように、遊星歯車機構の所定の回転要素を慣性質量体として機能させることにより、所定のエンジン回転数における振動伝達率が低下し、制振性能が向上する。これに対して本発明例では、慣性質量体として機能する回転要素(前述した第1サンギヤ8)の慣性力が増大するので、比較例2による場合よりも更に低回転数での振動伝達率が低下し、低回転数での制振性能が向上する。また、このような作用は、質量を増大させずに得ることができるので、捩り振動低減装置の大型化を防止もしくは抑制することができる。
FIG. 3 shows the calculation results of the vibration transmissibility between the inventive example and the comparative example. The example of the present invention is an example configured as shown in FIG. 1, the comparative example 1 is an example in which damping is performed only by a spring damper mechanism without providing an inertia mass body, and the comparative example 2 is a step in the present invention example. This is an example in which a single pinion type planetary gear mechanism is used in place of the dopinion type planetary gear mechanism. As is apparent from the measurement result of Comparative Example 2, by causing the predetermined rotating element of the planetary gear mechanism to function as an inertial mass body, the vibration transmissibility at a predetermined engine speed is reduced and the damping performance is improved. On the other hand, in the example of the present invention, the inertial force of the rotating element (
なお、この発明は上述した実施形態に限定されない。すなわち、ステップドピニオン型遊星歯車機構は、上述した少なくとも四つの回転要素を備えており、それらの回転要素から入力要素や出力要素ならびに固定要素もしくは反力要素を適宜に選択できる。したがって、この発明では、前記リングギヤ9に代えて第1サンギヤ8をばねダンパ機構11に連結するとともにリングギヤ9をブレーキ機構14に連結するなどの変更は適宜に行ってよい。また、サンギヤを一つにするとともに、リングギヤを二つ設けてもよい。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. That is, the stepped pinion type planetary gear mechanism includes at least four rotating elements described above, and an input element, an output element, a fixed element, or a reaction force element can be appropriately selected from these rotating elements. Therefore, in the present invention, changes such as connecting the
1…エンジン、 2…変速機、 3…ステップドピニオン型遊星歯車機構、 4…ステップドピニオン、 5,6…ピニオンギヤ、 7…キャリヤ、 8,10…サンギヤ、 9…リングギヤ、 11…ばねダンパ機構、 12…入力部材、 13…クラッチ機構、 14…ブレーキ機構。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
歯数が互いに相違しかつ同一軸線上に配置されて連結された第1ピニオンギヤおよび第2ピニオンギヤからなるステップドピニオンを自転かつ公転可能に保持するとともに出力部材に連結されたキャリヤと、いずれか一方のピニオンギヤに噛み合っている第1サンギヤと、前記第1ピニオンギヤと第2ピニオンギヤとの一方に噛み合っている第1リングギヤと、前記第1ピニオンギヤと第2ピニオンギヤとのうち前記第1サンギヤが噛み合っているピニオンギヤ以外のピニオンギヤに噛み合っている第2サンギヤもしくは前記第1ピニオンギヤと第2ピニオンギヤとのうち前記第1リングギヤが噛み合っているピニオンギヤ以外のピニオンギヤに噛み合っている第2リングギヤとを有する遊星歯車機構と、
前記第1サンギヤと第1リングギヤと第2サンギヤもしくは第2リングギヤとのいずれか一つのギヤを入力部材に連結しているばねダンパ機構と、
前記いずれか一つのギヤに対して前記ステップドピニオンを介して連結されている、前記第1サンギヤと第1リングギヤと第2サンギヤもしくは第2リングギヤとのうちのいずれか他の一つのギヤを前記入力部材に選択的に連結するクラッチ機構と、
前記第1サンギヤと第1リングギヤと第2サンギヤもしくは第2リングギヤとのうち前記一つのギヤおよび前記他の一つのギヤ以外のギヤを選択的に固定するブレーキ機構と
を備え、
前記ばねダンパ機構を介して前記入力部材に連結されている前記ギヤもしくは該ギヤに一体化されている部材と、前記ブレーキ機構によって選択的に固定される前記ギヤもしくは該ギヤに一体化されている部材との少なくともいずれか一方が前記慣性力を発生するように構成されている
ことを特徴とする捩り振動低減装置。 In a torsional vibration reduction device configured to apply an inertial force in a direction to suppress vibration of input torque,
Either a carrier having a number of teeth different from each other and holding a stepped pinion composed of a first pinion gear and a second pinion gear connected on the same axis and capable of rotating and revolving and connected to an output member, either Of the first sun gear meshed with the first pinion gear, the first ring gear meshed with one of the first pinion gear and the second pinion gear, and the first sun gear among the first pinion gear and the second pinion gear. A planetary gear mechanism having a second sun gear meshing with a pinion gear other than a pinion gear or a second ring gear meshing with a pinion gear other than the pinion gear meshed with the first ring gear of the first pinion gear and the second pinion gear;
A spring damper mechanism that connects any one of the first sun gear, the first ring gear, the second sun gear, and the second ring gear to an input member;
The other one of the first sun gear, the first ring gear, the second sun gear, and the second ring gear, which is connected to the one gear through the stepped pinion, A clutch mechanism selectively coupled to the input member;
A brake mechanism that selectively fixes a gear other than the one gear and the other one gear among the first sun gear, the first ring gear, and the second sun gear or the second ring gear;
The gear connected to the input member via the spring damper mechanism or a member integrated with the gear and the gear selectively fixed by the brake mechanism or the gear integrated with the gear A torsional vibration reduction device, wherein at least one of the members is configured to generate the inertial force.
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Cited By (2)
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CN108571564A (en) * | 2017-03-08 | 2018-09-25 | 丰田自动车株式会社 | Twisting vibration reduces device |
JP2019089392A (en) * | 2017-11-13 | 2019-06-13 | ダイハツ工業株式会社 | Hybrid system |
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CN108571564B (en) * | 2017-03-08 | 2020-11-06 | 丰田自动车株式会社 | Torsional vibration reducing device |
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