JP2017048808A - Friction roller type speed reducer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摩擦ローラ式減速機に関する。 The present invention relates to a friction roller type speed reducer.
電気自動車、ハイブリット自動車、或いは電動四輪駆動車等の電動車両用の駆動装置や産業機械用の駆動装置に組み込んで、電動モータ等の駆動部の回転駆動力を減速しつつ被駆動部に伝達する摩擦ローラ式減速機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この種の摩擦ローラ式減速機は、サンローラとリングローラとが同軸上に配置され、サンローラとリングローラとの間に、複数の中間ローラが円周方向等間隔に自転自在に配置されている。また、サンローラ側にはローディングカム機構が設置され、変速機に伝達されるトルクに比例して各ローラの接触点でのトラクションドライブによる動力伝達を行うために必要な押し付け力を発生させている。そして、入力軸からの回転は、サンローラ、中間ローラ、リングローラを介して減速されて出力軸に伝達される。 Incorporated into a drive device for an electric vehicle such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, or an electric four-wheel drive vehicle or a drive device for an industrial machine, the rotational drive force of a drive unit such as an electric motor is reduced and transmitted to the driven unit. A friction roller type speed reducer has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this type of friction roller type speed reducer, a sun roller and a ring roller are arranged coaxially, and a plurality of intermediate rollers are arranged between the sun roller and the ring roller so as to be rotatable at equal intervals in the circumferential direction. In addition, a loading cam mechanism is installed on the sun roller side, and a pressing force necessary to transmit power by a traction drive at the contact point of each roller is generated in proportion to the torque transmitted to the transmission. The rotation from the input shaft is decelerated via the sun roller, intermediate roller, and ring roller and transmitted to the output shaft.
ローディングカム機構は、傾斜したカム面に玉又はころからなる転動体が転動して、入力されたトルクに応じた軸方向推力を発生する。機械式のローディングカム機構は、いかなる条件下においてもカム角度と入力されたトルクに応じて推力が決定され、トラクション係数は一定となる。しかし、スリップ限界となる限界トラクション係数μは、潤滑油の油温、接触点における周速、負荷の大小等によって変化する。図17に示すように、限界トラクション係数μは低動力時より高動力時の方が低い。そのため、高動力時の限界トラクション係数μを基準に設計すると、各ローラは低動力時に過剰な押し付け状態となって動力伝達効率の低下を招く。そこで、変速機の運転状態に応じて限界トラクション係数を変更できるローディングカム機構が望まれ、そのようなローディングカム機構が特許文献1に提案されている。 In the loading cam mechanism, rolling elements made of balls or rollers roll on an inclined cam surface, and generate axial thrust according to input torque. In the mechanical loading cam mechanism, the thrust is determined according to the cam angle and the input torque under any conditions, and the traction coefficient is constant. However, the limit traction coefficient μ that becomes the slip limit varies depending on the oil temperature of the lubricating oil, the peripheral speed at the contact point, the magnitude of the load, and the like. As shown in FIG. 17, the limit traction coefficient μ is lower at high power than at low power. Therefore, if the design is based on the limit traction coefficient μ at the time of high power, each roller is excessively pressed at the time of low power and causes a reduction in power transmission efficiency. Therefore, a loading cam mechanism that can change the limit traction coefficient in accordance with the operating state of the transmission is desired, and such a loading cam mechanism is proposed in Patent Document 1.
特許文献1の摩擦ローラ式減速機においては、機械式のローディングカムとカム内に設けられた油室に潤滑油を導き、遠心油圧を利用してローディング力をアシストしている。この構成によれば、各ローラを理想的な限界トラクション係数μに近づけることができる。しかしながら、特に高速な回転域で且つ低トルクの動力伝達時(図5の領域A3で示す領域)においては、入力軸が非常に高い回転速度で駆動されるため、入力軸外径側に形成された油圧室内の油圧が遠心力を受けて増大する。すると、過剰に高くなった油圧によってサンローラが軸方向に強く駆動され、各ローラの転がり接触面が過剰な押し付け状態になって動力伝達効率が低下することが懸念される。 In the friction roller type reduction gear of Patent Document 1, lubricating oil is guided to a mechanical loading cam and an oil chamber provided in the cam, and the loading force is assisted using centrifugal hydraulic pressure. According to this configuration, each roller can be brought close to the ideal limit traction coefficient μ. However, particularly in the high-speed rotation range in and during power transmission in the low torque (region indicated by a region A 3 in FIG. 5), the input shaft is driven at a very high rotational speeds, formed in the input shaft outer diameter side The hydraulic pressure in the hydraulic chamber is increased due to centrifugal force. Then, the sun roller is strongly driven in the axial direction by the excessively high hydraulic pressure, and there is a concern that the rolling contact surface of each roller is excessively pressed and power transmission efficiency is lowered.
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造を複雑化することなく、特に高速に回転駆動された場合の遠心力による潤滑油圧の増大により、各ローラの転がり接触面が過剰な押し付け状態となることを回避でき、常に適正なトラクション状態で、動力伝達効率が高く、しかも摩耗や損傷の発生を抑制できる摩擦ローラ式減速機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described matters, and its purpose is to make the rolling contact of each roller by increasing the lubricating oil pressure due to the centrifugal force when it is rotationally driven at a high speed without complicating the structure. An object of the present invention is to provide a friction roller type speed reducer that can avoid an excessive pressing state of a surface, is always in an appropriate traction state, has high power transmission efficiency, and can suppress the occurrence of wear and damage.
本発明は下記構成からなる。
入力軸と同心に配置され外周面に転がり接触面を有するサンローラと、前記サンローラの周囲に前記サンローラと同心に配置され、内周面に転がり接触面を有するリングローラと、前記サンローラと前記リングローラとの間に回転自在に支持され、前記サンローラ及び前記リングローラの前記転がり接触面にそれぞれ転がり接触する複数の中間ローラと、前記リングローラと出力軸とを連結する連結部と、前記転がり接触面における接触面圧を変更するローディングカム機構と、を備える摩擦ローラ式減速機であって、
前記リングローラは、前記入力軸の軸方向に並設された一対のローラ素子を有し、前記ローラ素子の転がり接触面は、一対の前記ローラ素子が互いに対向する対向側端面から該対向側端面の軸方向反対側の外側端面に向かって、前記中間ローラの自転軸中心線までの距離が短くなる傾斜面であり、
前記ローディングカム機構は、一対の前記ローラ素子のうち、いずれか一方のローラ素子の外側端面側に並設されたカムリングを有し、前記カムリングと前記いずれか一方のローラ素子には、軸方向に関する深さが円周方向に関して漸次変化するカム面がそれぞれ対面して形成され、前記カムリング側の前記カム面と前記一方のローラ素子側の前記カム面との間には、それぞれ転動体が挟持され、前記入力軸から前記カムリングに伝達される前記入力軸周りの回転動を、前記カム面によって前記一方のローラ素子の軸方向移動に変換するものであり、
前記一方のローラ素子と、前記カムリングとの間に潤滑油が充填される油圧室が形成され、前記油圧室に発生する遠心油圧によって前記一方のローラ素子に軸方向力が負荷され、
前記カムリングは、前記油圧室の室内外を連通する貫通孔が形成され、該貫通孔に、前記油圧室の油圧が所定圧力を超えた場合にのみ開弁するバルブが設けられたことを特徴とする摩擦ローラ式減速機。
The present invention has the following configuration.
A sun roller disposed concentrically with the input shaft and having a rolling contact surface on the outer peripheral surface; a ring roller disposed concentrically with the sun roller around the sun roller and having a rolling contact surface on the inner peripheral surface; and the sun roller and the ring roller A plurality of intermediate rollers that are rotatably supported between the ring roller and the rolling contact surfaces of the sun roller and the ring roller, a connecting portion that connects the ring roller and the output shaft, and the rolling contact surface A friction roller type speed reducer comprising a loading cam mechanism for changing a contact surface pressure in
The ring roller has a pair of roller elements arranged side by side in the axial direction of the input shaft, and the rolling contact surface of the roller element is from the opposite end face where the pair of roller elements face each other to the opposite end face. Toward the outer end face on the opposite side in the axial direction of the intermediate roller is a sloped surface that reduces the distance to the rotation axis center line of the intermediate roller,
The loading cam mechanism has a cam ring arranged in parallel on the outer end face side of one of the pair of roller elements, and the cam ring and the one of the roller elements are related to an axial direction. Cam surfaces whose depths gradually change in the circumferential direction are formed to face each other, and rolling elements are sandwiched between the cam surface on the cam ring side and the cam surface on the one roller element side, respectively. The rotational movement around the input shaft transmitted from the input shaft to the cam ring is converted into axial movement of the one roller element by the cam surface,
A hydraulic chamber filled with lubricating oil is formed between the one roller element and the cam ring, and an axial force is applied to the one roller element by centrifugal hydraulic pressure generated in the hydraulic chamber,
The cam ring has a through-hole communicating with the inside and outside of the hydraulic chamber, and a valve that opens only when the hydraulic pressure in the hydraulic chamber exceeds a predetermined pressure is provided in the through-hole. Friction roller speed reducer.
本発明によれば、摩擦ローラ式減速機の構造を複雑化することなく、高速回転駆動された場合の遠心力による潤滑油圧の増大により、各ローラが過剰な押し付け状態となることを回避できる。その結果、常に適正なトラクション状態で、動力伝達効率が高く、しかも摩耗や損傷の発生を抑制できる。 According to the present invention, without complicating the structure of the friction roller type speed reducer, it is possible to avoid an excessive pressing state of each roller due to an increase in lubricating oil pressure caused by centrifugal force when driven at high speed. As a result, the power transmission efficiency is always high in an appropriate traction state, and the occurrence of wear and damage can be suppressed.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
<摩擦ローラ式減速機の第1構成例>
図1は本発明の実施形態を説明するための図で、摩擦ローラ式減速機の一部断面斜視図、図2は摩擦ローラ式減速機の要部拡大断面図である。図1に示すように、摩擦ローラ式減速機100は、入力軸11と出力軸13とが同心に配置され、入力軸11から入力される回転を出力軸13に減速して伝達する。この摩擦ローラ式減速機100は、入力軸11と同心に配置されるサンローラ15と、リングローラ17と、複数(本構成では円周方向に等間隔に3個)の中間ローラ19と、リングローラ17と出力軸13とを連結する連結部21と、ローディングカム機構23と、を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<First Configuration Example of Friction Roller Reducer>
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of the present invention, and is a partial cross-sectional perspective view of a friction roller type speed reducer, and FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the friction roller type speed reducer. As shown in FIG. 1, in the friction roller
また、本構成の摩擦ローラ式減速機100は、複数の中間ローラ19にそれぞれ設けられ、中間ローラ19の支持軸(自転軸)25を回転自在に支持する中間ローラホルダ27と、中間ローラホルダ27を支持するキャリア29と、を備える。
Further, the friction roller type speed reducer 100 of this configuration is provided on each of the plurality of
サンローラ15は、図1に示す入力軸11の一端に、入力軸11と一体形成された中実構造のローラである。サンローラ15の外周面15aは、軸断面の外縁形状が単一円弧状の凹曲線となる凹曲面に形成される。
The
リングローラ17は、軸方向に並設された一対のローラ素子であって、軸方向及び回転方向に固定された固定ローラ素子31と、軸方向に移動自在な可動ローラ素子33とを有する。これら各ローラ素子31,33は、有底筒状に形成された連結部21内において、サンローラ15の外周側にサンローラ15と同心に配置される。
The
図2に示すように、固定ローラ素子31及び可動ローラ素子33の内周面31a,33aは、軸断面の外縁形状が直線状となる環状の傾斜面である。これら傾斜面は、固定ローラ素子31及び可動ローラ素子33同士の互いに対向する対向側端面31b,33bから軸方向反対側の外側端面31c,33cに向かうに従って中間ローラ19の自転軸中心Lcまでの距離が短くなる傾斜面である。これら傾斜面は、中間ローラ19が転動する転がり接触面となる。なお、内周面31a,33aは、上記傾斜面に限らず、軸断面の外縁形状が単一円弧状の凹曲線となる凹曲面であってもよい。
As shown in FIG. 2, the inner
複数の中間ローラ19は、サンローラ15の外周面15aとリングローラ17の内周面31a,33aとの間の環状空間に配置される。この中間ローラ19の外周面19aは、軸断面の外縁形状が単一円弧状の凸曲線となる凸曲面である。この外周面19aは、それぞれサンローラ15の外周面15aとリングローラ17の内周面17aに転がり接触するトラクション面となる。
The plurality of
連結部21は、基端部21Aとローラ保持部21Bとを有する。基端部21Aは、略円板状に形成され中心部が出力軸13(図1参照)に連結される。ローラ保持部21Bは、基端部21Aの外周縁から軸方向に延設され、内径側にリングローラ17等が保持される円筒状に形成される。
The connecting
ローラ保持部21Bの内径側には、図2に示すように、基端部21A側から順に、波板状の予圧スプリング37及びリリーフバルブ39、カムリング41、転動体である玉43、可動ローラ素子33、固定ローラ素子31、止め輪45、が配置される。また、カムリング41と可動ローラ素子33との間には、油圧室47が形成される。この油圧室47とリリーフバルブ39については、詳細を後述する。
On the inner diameter side of the
カムリング41は、外径面の一部を環状に切欠いた切欠き部41aが形成される。この切欠き部41aに、カムリング41を軸方向へ押圧する予圧スプリング37が装着される。
The
ローラ保持部21Bの基端部21Aとは反対側の端部には、端部の内周面に円周方向に沿った図示しないリング溝が形成され、このリング溝に止め輪45が嵌入される。止め輪45は、固定リングローラ素子31を、軸方向位置を規制した状態でローラ保持部21Bに固定する。
A ring groove (not shown) extending in the circumferential direction is formed on the inner peripheral surface of the end portion on the end opposite to the
<ローディングカム機構>
次に、ローディングカム機構23について説明する。
可動ローラ素子33と、カムリング41と、玉43は、ローディングカム機構23を構成する。このローディングカム機構23は、サンローラ15、リングローラ17、及び中間ローラ19の各転がり接触面の接触面圧を変更する。また、本構成の摩擦ローラ式減速機100は、この接触面圧を変更するローディング力をアシストするために、リングローラ17とカムリング41との間に油圧室47が設けられている。
<Loading cam mechanism>
Next, the
The
図3はローディングカム機構23のカム面を示す可動ローラ素子33の平面図である。なお、図3に示すカム面の形状や配置は、カムリング41についても同様である。以下の説明においては、同一の部材や同一の部位に対しては、同一の符号を付与することで、その説明を簡単化又は省略する。
FIG. 3 is a plan view of the
可動ローラ素子33の外側端面33cには、円周方向に沿って複数(図示例では3箇所)の第1カム面51が形成される。また、カムリング41の可動ローラ素子33に対面する端面に対しても同様に、可動ローラ素子33の第1カム面51に対応するカムリング41の周位置に、第1カム面51に対面して複数(図示例では3箇所)の第2カム面53(図2参照)が形成される。これら第1カム面51と第2カム面53との間には、それぞれ玉43が挟持される。なお、玉43に代えて、ころとしてもよい。
A plurality of (three in the illustrated example) first cam surfaces 51 are formed on the
第1カム面51及び第2カム面53の軸方向の溝深さは、円周方向に関して中央部で最も深く、円周方向に沿って漸次変化して、各カム面51,53の円周方向端部に向かうに従って浅くなる。
The axial groove depths of the
図4は図3のA−A断面図であって、ローディングカム機構23にトルクが負荷されていない状態(A)と、トルクが負荷された状態(B)とをそれぞれ示す断面図である。入力軸11にトルクが負荷されていない状態では、図4(A)に示すように、各玉43は各カム面51,53の最も深くなった部分に配置される。この状態では、カムリング41は、予圧スプリング37(図2参照)の弾性力により、可動ローラ素子33側に向けて押圧される。
4 is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. 3 and shows a state (A) in which no torque is applied to the
入力軸11にトルクが負荷されると、図4(B)に示すように、各玉43が各カム面51,53の浅くなった部分に移動する。これにより、可動ローラ素子33を固定ローラ素子31に向けて押圧する軸方向推力F1が発生する。
When torque is applied to the
上記のローディングカム機構23が発生する軸方向推力F1と、後述する油圧室47内の潤滑油圧により発生する軸方向推力F2とが、可動ローラ素子33に負荷される。すると、図2に示す可動ローラ素子33が固定ローラ素子31側に移動して、固定ローラ素子31と可動ローラ素子33との間隔が縮まる。すると、リングローラ17の内周面31a,33aの傾斜面と、中間ローラ19の外周面19aとの接触位置が変化して、リングローラ17,中間ローラ19、及びサンローラ15の転がり接触面における接触面圧がそれぞれ上昇する。その結果、入力軸11と出力軸13との間の伝達トルクが大きくなるほど、入力軸11と出力軸13との間に存在する複数の転がり接触面の接触面圧が上昇する。
The
上記構成の摩擦ローラ式減速機100によれば、入力軸11の回転トルクが、中間ローラ19を介してリングローラ17に伝達される。リングローラ17の可動ローラ素子33は、ローディングカム機構23によって軸方向に変位して、各ローラの転がり接触面における接触面圧を変更する。そして、リングローラ17に伝達された回転トルクは、連結部21を介して出力軸13に伝達される。このようにして入力軸11の回転は、各ローラ間におけるスリップの発生を抑制しつつ、出力軸13に減速して伝達される。
According to the friction roller
<油圧室の構成とその作用>
次に、上記の油圧室47とリリーフバルブ39について説明する。
油圧室47は、図2に示す可動ローラ素子33とカムリング41との間における、点線で囲まれた領域W内の環状空間に形成される。カムリング41は、第2カム面53が形成される端面41bの外径部から、軸方向に沿ってリングローラ17側に延出された外径側環状部55を有する。外径側環状部55は、可動ローラ素子33の外周面を覆うように配置される。
<Configuration of hydraulic chamber and its action>
Next, the
The
可動ローラ素子33の外周面には、環状の凹溝57が形成され、凹溝57内には環状のオイルシール59が装填される。オイルシール59は、外径側環状部55の内周面と可動ローラ素子33の外周面とに当接し、油圧室47の外径側を液密に封止する。
An
可動ローラ素子33とカムリング41の互いに対面する側の内周面端部は、径方向外側に向けて油圧室47の軸方向間隔が狭くなるテーパ面33d,41cが形成される。
カムリング41は、可動ローラ素子33に対面する端面41bの外径部に、カムリング41を軸方向に貫通する貫通孔61が形成される。この貫通孔61の外側開口には、リリーフバルブ39を設けられる。リリーフバルブ39は、外側のケーシング39aの一端部開口が貫通孔61に連通された状態でカムリング41に固定される。また、内側の弁体39bの基端側が連結部21の基端部21Aに固定される。この弁体39bは、ケーシング39a内の弁口に押し当てられ、所定のバネ力を有して弾性変形する。これにより、ケーシング39aと弁体39bはリリーフバルブとして機能する。
In the
摩擦ローラ式減速機100の回転駆動時は、可動ローラ素子33とカムリング41との間の隙間に、連結部21内へ供給される潤滑油が流動して入り込む。このとき、可動ローラ素子33とカムリング41に形成されたテーパ面33d,41cは、中間ローラ19等から遠心力により飛散された潤滑油の付着液滴を油圧室47に向かわせ、潤滑油の取り込み効率を向上させている。
When the friction roller
これにより、油圧室47は潤滑油で満たされる。入力軸11の回転速度が速まると、可動ローラ素子33とカムリング41の回転速度も速くなり、油圧室47内の油圧が遠心力によって高められる。遠心力によって高められた油圧室47内の油圧は、可動ローラ素子33の外側端面に作用して、可動ローラ素子33に固定ローラ素子31へ向かう軸方向推力F2を発生させる。
As a result, the
可動ローラ素子33には、この軸方向推力F2と、前述したローディングカム機構23の軸方向推力F1とが作用する。そのため、高回転速度になるほど、軸方向推力F2のアシストが強くなり、各ローラの転がり接触面における接触圧力が増加する。また、低回転速度になるほど、遠心力が弱まり、軸方向推力F2によるアシストが弱くなる。その結果、低回転速度における転がり接触面の接触圧力が過剰にならず、摩擦ローラ式減速機100の限界トラクション係数を、低速から高速までの速度領域で最適に保つことができる。これにより、動力伝達効率が向上する。
The axial thrust F2 and the axial thrust F1 of the
図5は摩擦ローラ式減速機100のN−T(出力−トルク)特性線図である。このN−T特性線図の高回転速度、且つ低トルクの領域A3においては、リングローラ17やカムリング41が高速回転するため、油圧室47内の油圧が遠心力によって大きく増大する。このため、可動ローラ素子33に過剰な軸方向力が作用して、各ローラの転がり接触面における接触圧力を過剰に高める虞がある。
FIG. 5 is an NT (output-torque) characteristic diagram of the friction roller
しかし、本構成の摩擦ローラ式減速機100によれば、油圧室47にリリーフバルブ39が接続されており、このリリーフバルブ39が、遠心力により過大となった油圧を油圧室47の外側に解放する。これにより、特に高速回転駆動される領域A3においても、各ローラの転がり接触面における接触圧力を適正なレベルにして、過剰な圧力になることを防止できる。
However, according to the friction roller
つまり、リリーフバルブ39は、貫通孔61の外側開口が所定圧力に達した場合に閉弁状態から開弁状態に切り替わることで、各ローラの転がり接触面が過剰な押し付け状態となることを回避できる。このリリーフバルブ39の開弁値は、利便性のため、圧力値の代わりに入力軸11の回転速度を用いて設定される。
That is, the
図6は上記のN−T特性線図と、リリーフバルブ39の弁体39bが有するバネ力と回転速度との関係を示す説明図である。リリーフバルブ39の弁体39bのバネ力は、最大動力領域の最大回転速度vaまでの範囲では、回転速度の増加に応じて大きくなるように設定される。一方、最大回転速度vaを超える範囲では、回転速度によらずに一定の大きさのバネ力に設定される。これにより、回転速度が特に高い状態となっても、油圧室47内では遠心力による更なる油圧増加が防止され、一定の油圧に保持される。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the NT characteristic diagram and the spring force and the rotational speed of the
<駆動の具体例と油圧室の状態の説明>
次に、上記構成の摩擦ローラ式減速機100の駆動例と油圧室47の状態とを順次説明する。
一例として、図5のN−T特性線図で示す、最高回転速度が30000min-1、最大トルク時の最高回転数が10000min-1の特性を有する摩擦ローラ減速機を駆動する場合について説明する。
<Specific example of drive and description of state of hydraulic chamber>
Next, an example of driving the friction roller
As an example, a description will be given of a case where a friction roller speed reducer having the characteristics that the maximum rotational speed is 30000 min −1 and the maximum rotational speed at the maximum torque is 10000 min −1 shown in the NT characteristic diagram of FIG.
図7は発生した入力トルクが一定である回転速度領域において、回転速度とローディングカム機構23及び遠心油圧による可動ローラ素子33への押し付け力との関係を示すグラフである。なお、図7は図5にT1で示す最大入力トルクの領域(回転速度:0〜10000min-1)における関係である。図8は図7に示す回転速度領域で遠心力による油圧(遠心油圧)が作用していない状態の摩擦ローラ式減速機100の要部断面図である。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the rotational speed and the pressing force to the
この場合のローディングカム機構23は、入力トルクが一定であるため、発生する軸方向推力F1は回転速度によらず一定となる。また、油圧室47の油圧は所定値より低いため、リリーフバルブ39が閉弁状態となる。そのため、油圧室47は、回転速度が速まるにつれて遠心油圧が上昇する。したがって、油圧により発生する軸方向推力F2は、回転速度が速まるにつれて上昇する。また、最高回転速度は10000min-1なので、リリーフバルブ39が開弁する開弁値(回転速度)を10000min-1とする。
Since the
図9は、図5にT2で示す領域(回転速度:0〜17000min-1)における、回転速度とローディングカム機構23及び遠心油圧による可動ローラ素子33への押し付け力との関係を示すグラフである。図10は図9に示す回転速度領域で、リリーフバルブ39の閉弁状態で遠心油圧が作用している状態の摩擦ローラ式減速機100の要部断面図である。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the rotational speed and the pressing force to the
この場合のローディングカム機構23は、油圧室47や貫通孔61に潤滑油が充填され、回転速度の増加に伴って油圧室47内の油圧が増加する。そして、回転速度が10000min-1に達するとリリーフバルブ39が開弁する。
In this case, the
図11はリリーフバルブ39の開弁状態で遠心油圧がリリースされている状態の摩擦ローラ式減速機100の要部断面図である。リリーフバルブ39が開弁状態となると、油圧室47内の潤滑油は、貫通孔61を通じてリリーフバルブ39から油圧室47外部に流れ、油圧室47内の油圧増加が過大になることが防止される。これにより、回転速度が10000min-1以上では、遠心油圧が一定となり、可動ローラ素子33への押し付け力が一定となる。これにより、各ローラの転がり接触面に過剰な接触圧力が生じることがない。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of the friction roller
図12は図5にT3で示す領域における、回転速度とローディングカム機構23及び遠心油圧による可動ローラ素子33への押し付け力との関係を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the rotational speed and the pressing force to the
この場合のローディングカム機構23は、回転速度が30000min-1で動力が最大となるが、回転速度が10000min-1に達するとリリーフバルブ39が開弁する。そのため、回転速度が1000min-1以上では、遠心油圧が一定となる。これにより、上記同様に、可動ローラ素子33への押し付け力が一定となって、各ローラの転がり接触面に過剰な接触圧力が生じることがない。
The
以上説明したように、本構成の摩擦ローラ式減速機100によれば、入力軸11の低回転域においては、ローディングカム機構23による一定の押し付け力に、遠心油圧による入力トルクに比例した押し付け力が加わり、可動ローラ素子33への押し付けをアシストする。そして、入力軸11が、設定された回転速度以上の回転速度となった場合に、リリーフバルブ39が開弁して、油圧室47内の油圧が一定に保たれる。これにより、各ローラの転がり接触面における接触面圧が過剰に高められることを防止でき、運転時の限界トラクション係数を最適にすることができる。その結果、減速機の動力伝達効率を向上できる。
As described above, according to the friction roller
また、油圧室47の油圧は、入力軸11の回転がサンローラ15と中間ローラ19を介してリングローラ17に伝達され、可動ローラ素子33とカムリング41との間で遠心力により高められる。そのため、油圧室47に潤滑油を供給するためのポンプや、圧力調整機構を配置する必要がなく、減速機の構成を煩雑にすることがない。更に、本構成の遠心油圧を発生させる油圧室は、ローディングカム機構23の内部に配置される。これにより、図示例の油圧室47とは異なる部位に別途設けた場合と比較して、軸方向の長さが無駄に長くならず、よりコンパクトな構成にできる。また、第1,第2カム面51,53(図2参照)への潤滑油の供給も安定して行え、フレッチング摩耗等による損傷を未然に防ぐことができる。
Further, the hydraulic pressure in the
<摩擦ローラ式減速機の第2構成例>
次に、摩擦ローラ式減速機の第2構成例を説明する。
図13は本構成の摩擦ローラ式減速機の一部断面斜視図、図14は図13に示す摩擦ローラ式減速機の要部断面図である。この摩擦ローラ式減速機200は、可動ローラ素子33に負荷する軸方向推力を、油圧によって発生させている。
<Second Example of Friction Roller Reducer>
Next, a second configuration example of the friction roller type speed reducer will be described.
FIG. 13 is a partial cross-sectional perspective view of the friction roller type speed reducer configured as described above, and FIG. 14 is a cross-sectional view of the main part of the friction roller type speed reducer shown in FIG. The friction roller
本構成の摩擦ローラ式減速機200は、図13,図14に示すように、入力軸11と出力軸13とが同心に配置され、入力軸11から入力される回転を出力軸13に減速して伝達する。この摩擦ローラ式減速機200は、入力軸11と同心に配置されるサンローラ15(図14参照)と、リングローラ17と、複数(本構成では円周方向に等間隔に3個)の中間ローラ19と、リングローラ17と出力軸13とを連結する連結部21と、ローディング駆動部71と、を備える。
As shown in FIGS. 13 and 14, the friction roller
この摩擦ローラ式減速機200は、前述した摩擦ローラ式減速機100の可動ローラ素子33に負荷する軸方向推力を発生するローディングカム機構23と油圧室47との代わりに、ローディング駆動部71を備える。それ以外は、前述の摩擦ローラ式減速機200と同様の構成である。
The friction roller
本構成のローディング駆動部71は、可動ローラ素子33と連結部21との間に環状のピストン部材73が配置される。ピストン部材73は、円筒状の外径部73aと、外径部73aの軸方向一端から径方向内側に向けて延設された環状のピストン部73bとを有する。
In the
ピストン部材73の外径部73aの外周面と、連結部21のローラ保持部21Bの内周面とには、スプラインが形成される。また、ピストン部材73の外径部73aの内周面と、出力軸13から径方向外側に向けて一体に延出された遠心油圧キャンセラー13aの外周面とには、スプラインが形成される。これらスプラインが相互に嵌合されることにより、リングローラ17とのトルク伝達が行われる。スプラインは、軸方向移動を可能に、且つ常に潤滑されているため、軸方向の摩擦が小さくなって安定し、フレッチング摩耗を抑制できる。
Splines are formed on the outer peripheral surface of the
また、ピストン部73bと連結部21の基端部21Aとの間には油圧室75が形成され、ピストン部73bの油圧室75と反対側には、ピストン部73bと遠心油圧キャンセラー13aの側面によって油圧キャンセル室77が形成される。
Further, a
油圧室75と油圧キャンセル室77は、各室の内部に供給される潤滑油が漏れないように、ピストン部材73の外径部73aと連結部21のローラ保持部21Bとの間、及びピストン部材73の外径部73aと出力軸13の遠心油圧キャンセラー13aとの間、連結部21の基端部21Aの内周端と出力軸13との間、及びピストン部材73の内周端と出力軸13との間のそれぞれに、オイルシールSが配置される。
The
このピストン部材73は、軸方向に移動自在に配置される。出力軸13は、油圧室75に潤滑油を供給する潤滑油路79が形成され、潤滑油路79を通じて油圧室75に潤滑油が導入される。油圧室75内に充填される潤滑油は、ピストン部材73をリングローラ17側に押圧する軸方向推力を発生させる。
The
図15に軸方向推力の発生の様子を示す。各ローラの回転時には、ピストン部材73は、可動ローラ素子33側に移動して可動ローラ素子33に軸方向推力が負荷される。これにより、各ローラの転がり接触面における接触面圧を増加させることができる。
FIG. 15 shows how the axial thrust is generated. When each roller rotates, the
一方、油圧キャンセル室77は、中間ローラ19側から出力軸13に沿って流れる潤滑油が導入される。つまり、遠心油圧キャンセラー13aには貫通孔81が形成され、この貫通孔81を通じて潤滑油が油圧キャンセル室77に流れ込む。
On the other hand, in the oil
油圧室75内の潤滑油には、ピストン部材73とその周囲の連結部21や出力軸13の回転によって、遠心力が作用して、油圧室75内の油圧が増加する。この油圧の増加によって、ピストン部材73が潤滑油路79から供給される油圧と相まって、可動ローラ素子33に負荷される軸方向推力を強めようとする。ところが、油圧キャンセル室77においても、遠心力によって油圧キャンセル室77内の油圧が増加する。この油圧キャンセル室77の油圧増加分が、油圧室75内の油圧増加分をキャンセルして、発生する遠心油圧が相殺される。
Centrifugal force acts on the lubricating oil in the
上記のように遠心油圧が相殺されると、遠心力の影響が極めて少なくなる。よって、潤滑油路から供給される潤滑油圧がピストン部材73に発生させる軸方向力のみを考慮するだけで、可動ローラ素子33の軸方向推力(ローディング力)の調整が可能となる。
When the centrifugal hydraulic pressure is offset as described above, the influence of centrifugal force is extremely reduced. Therefore, it is possible to adjust the axial thrust (loading force) of the
なお、ピストン部材73と連結部21の基端部21Aの間には、ピストン部材73を可動ローラ素子33に向けて軸方向に付勢する予圧スプリング37が配置される。この予圧スプリング37は、油圧が発生しない減速機の停止状態における予圧を生成し、起動時の各ローラにグロススリップが生じることを防止する。
A
また、ピストン部材73は、油圧室75に面するピストン部材73の表面積が、油圧キャンセル室77に面するピストン部材73の表面積より大きい。このため、油圧室75側で発生する軸方向推力は、油圧キャンセル室77で発生する軸方向推力より大きくなり、ピストン部材73を可動ローラ素子33から遠ざける方向に駆動されることが防止される。
Further, the
上記構成のローディング駆動部71によれば、潤滑油圧が例えば約0.5MPa程度であっても、可動ローラ素子33に必要十分な軸方向推力を発生させることができる。このため、別途に油圧ポンプを増設する必要がなく、装置全体を小型化でき、装置コストを低減できる。
According to the
<変形例>
図16は第2構成例の摩擦ローラ式減速機の変形例を示す要部断面図である。
本変形例の摩擦ローラ式減速機は、前述のピストン部材73の外径部73aと、連結部21のローラ保持部21B及び遠心油圧キャンセラー13aとのスプライン嵌合される構成に代えて、連結部21の基端部21Aの内径部と、出力軸13の外径面とに、それぞれスプライン83を形成している。このスプライン83によって、リングローラ17とのトルク伝達が1箇所で行える。
<Modification>
FIG. 16 is a cross-sectional view of an essential part showing a modification of the friction roller type speed reducer of the second configuration example.
The friction roller type speed reducer according to the present modified example has a connecting portion instead of the spline-fitting configuration of the
このスプライン83は、基端部21Aと出力軸13との軸方向移動を可能に、且つ常に潤滑されているため、軸方向の摩擦が小さくなって安定し、フレッチング摩耗を抑制できる。
Since this spline 83 is capable of axial movement between the
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make changes and applications based on combinations of the configurations of the embodiments, descriptions in the specification, and well-known techniques. This is also the scope of the present invention, and is included in the scope of seeking protection.
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 入力軸と同心に配置され外周面に転がり接触面を有するサンローラと、前記サンローラの周囲に前記サンローラと同心に配置され、内周面に転がり接触面を有するリングローラと、前記サンローラと前記リングローラとの間に回転自在に支持され、前記サンローラ及び前記リングローラの前記転がり接触面にそれぞれ転がり接触する複数の中間ローラと、前記リングローラと出力軸とを連結する連結部と、前記転がり接触面における接触面圧を変更するローディングカム機構と、を備える摩擦ローラ式減速機であって、
前記リングローラは、前記入力軸の軸方向に並設された一対のローラ素子を有し、前記ローラ素子の転がり接触面は、一対の前記ローラ素子が互いに対向する対向側端面から該対向側端面の軸方向反対側の外側端面に向かって、前記中間ローラの自転軸中心線までの距離が短くなる傾斜面であり、
前記ローディングカム機構は、一対の前記ローラ素子のうち、いずれか一方のローラ素子の外側端面側に並設されたカムリングを有し、前記カムリングと前記いずれか一方のローラ素子には、軸方向に関する深さが円周方向に関して漸次変化するカム面がそれぞれ対面して形成され、前記カムリング側の前記カム面と前記一方のローラ素子側の前記カム面との間には、それぞれ転動体が挟持され、前記入力軸から前記カムリングに伝達される前記入力軸周りの回転動を、前記カム面によって前記一方のローラ素子の軸方向移動に変換するものであり、
前記一方のローラ素子と、前記カムリングとの間に潤滑油が充填される油圧室が形成され、前記油圧室に発生する遠心油圧によって前記一方のローラ素子に軸方向力が負荷され、
前記カムリングは、前記油圧室の室内外を連通する貫通孔が形成され、該貫通孔に、前記油圧室の油圧が所定圧力を超えた場合にのみ開弁するバルブが設けられたことを特徴とする摩擦ローラ式減速機。
この摩擦ローラ式減速機によれば、油圧室の油圧が所定圧力を超えた場合にバルブが開弁することで、各ローラの転がり接触面における接触面圧が過剰に高められることを防止でき、運転時の限界トラクション係数を最適にすることができる。その結果、減速機の動力伝達効率を向上できる。
(2) 入力軸と同心に配置され外周面に転がり接触面を有するサンローラと、前記サンローラの周囲に前記サンローラと同心に配置され、内周面に転がり接触面を有するリングローラと、前記サンローラと前記リングローラとの間に回転自在に支持され、前記サンローラ及び前記リングローラの前記転がり接触面にそれぞれ転がり接触する複数の中間ローラと、前記リングローラと出力軸とを連結する連結部と、前記転がり接触面における接触面圧を変更するローディング駆動部と、を備える摩擦ローラ式減速機であって、
前記リングローラは、前記入力軸の軸方向に並設された一対のローラ素子を有し、前記ローラ素子の転がり接触面は、一対の前記ローラ素子が互いに対向する対向側端面から該対向側端面の軸方向反対側の外側端面に向かって、前記中間ローラの自転軸中心線までの距離が短くなる傾斜面であり、
前記ローディング駆動部は、
一対の前記ローラ素子のうち、いずれか一方のローラ素子の外側端部を軸方向に押圧する押圧部を有し、前記一方のローラ素子と前記連結部との間に配置されるピストン部材と、
前記ピストン部材と前記連結部との間に形成され、前記一方のローラ素子に負荷する軸方向推力に応じて供給される油圧と遠心油圧とに応じた前記軸方向推力を発生する油圧室と、
前記ピストン部材の前記油圧室と反対側に形成され、前記油圧室に生じる遠心油圧による前記軸方向推力と逆向きの軸方向推力を発生する油圧キャンセル室と、
を有し、
前記油圧室に面するピストン部材の表面積は、前記油圧キャンセル室に面する前記ピストン部材の表面積より大きいことを特徴とする摩擦ローラ式減速機。
この摩擦ローラ式減速機によれば、油圧室に生じる遠心油圧を油圧キャンセル室に生じる遠心油圧でキャンセルできる。そのため、運転条件に応じたローディング力を油圧室に印加する油圧によって可変に調整できるため、最適なトラクション係数で摩擦ローラ式減速機を運転させることができる。その結果、動力伝達効率を向上できる。
(3) 前記ピストン部材を前記一方のローラ素子に向けて軸方向に付勢する予圧部を備えることを特徴とする(2)に記載の摩擦ローラ式減速機。
この摩擦ローラ式減速機によれば、入力軸にトルクが作用していない状態であっても、一方のローラ素子を他方のローラ素子に向けて押し付けることができ、各ローラの転がり接触面における接触面圧を確保できる。
As described above, the following items are disclosed in this specification.
(1) a sun roller disposed concentrically with the input shaft and having a rolling contact surface on an outer peripheral surface; a ring roller disposed concentrically with the sun roller around the sun roller and having a rolling contact surface on an inner peripheral surface; and the sun roller; A plurality of intermediate rollers that are rotatably supported between the ring roller and are in rolling contact with the rolling contact surfaces of the sun roller and the ring roller, respectively, and a connecting portion that connects the ring roller and the output shaft; A friction roller type speed reducer comprising a loading cam mechanism for changing a contact surface pressure on a rolling contact surface,
The ring roller has a pair of roller elements arranged side by side in the axial direction of the input shaft, and the rolling contact surface of the roller element is from the opposite end face where the pair of roller elements face each other to the opposite end face. Toward the outer end face on the opposite side in the axial direction of the intermediate roller is a sloped surface that reduces the distance to the rotation axis center line of the intermediate roller,
The loading cam mechanism has a cam ring arranged in parallel on the outer end face side of one of the pair of roller elements, and the cam ring and the one of the roller elements are related to an axial direction. Cam surfaces whose depths gradually change in the circumferential direction are formed to face each other, and rolling elements are sandwiched between the cam surface on the cam ring side and the cam surface on the one roller element side, respectively. The rotational movement around the input shaft transmitted from the input shaft to the cam ring is converted into axial movement of the one roller element by the cam surface,
A hydraulic chamber filled with lubricating oil is formed between the one roller element and the cam ring, and an axial force is applied to the one roller element by centrifugal hydraulic pressure generated in the hydraulic chamber,
The cam ring has a through-hole communicating with the inside and outside of the hydraulic chamber, and a valve that opens only when the hydraulic pressure in the hydraulic chamber exceeds a predetermined pressure is provided in the through-hole. Friction roller speed reducer.
According to this friction roller type speed reducer, when the hydraulic pressure in the hydraulic chamber exceeds a predetermined pressure, the valve opens to prevent the contact surface pressure on the rolling contact surface of each roller from being excessively increased, The critical traction coefficient during operation can be optimized. As a result, the power transmission efficiency of the reduction gear can be improved.
(2) a sun roller disposed concentrically with the input shaft and having a rolling contact surface on an outer peripheral surface; a ring roller disposed concentrically with the sun roller around the sun roller and having a rolling contact surface on an inner peripheral surface; and the sun roller; A plurality of intermediate rollers that are rotatably supported between the ring roller and are in rolling contact with the rolling contact surfaces of the sun roller and the ring roller, respectively, and a connecting portion that connects the ring roller and the output shaft; A friction roller type speed reducer comprising: a loading drive unit that changes a contact surface pressure in a rolling contact surface;
The ring roller has a pair of roller elements arranged side by side in the axial direction of the input shaft, and the rolling contact surface of the roller element is from the opposite end face where the pair of roller elements face each other to the opposite end face. Toward the outer end face on the opposite side in the axial direction of the intermediate roller is a sloped surface that reduces the distance to the rotation axis center line of the intermediate roller,
The loading drive unit includes:
A piston member that has a pressing portion that axially presses an outer end portion of any one of the pair of roller elements in an axial direction, and is disposed between the one roller element and the coupling portion;
A hydraulic chamber that is formed between the piston member and the connecting portion, and that generates the axial thrust according to the hydraulic pressure and centrifugal hydraulic pressure supplied according to the axial thrust applied to the one roller element;
A hydraulic cancel chamber formed on the opposite side of the hydraulic chamber of the piston member, and generating an axial thrust opposite to the axial thrust by the centrifugal hydraulic pressure generated in the hydraulic chamber;
Have
The friction roller type speed reducer according to claim 1, wherein a surface area of the piston member facing the hydraulic chamber is larger than a surface area of the piston member facing the hydraulic cancel chamber.
According to this friction roller type speed reducer, the centrifugal hydraulic pressure generated in the hydraulic chamber can be canceled by the centrifugal hydraulic pressure generated in the hydraulic cancel chamber. Therefore, since the loading force according to the operating conditions can be variably adjusted by the hydraulic pressure applied to the hydraulic chamber, the friction roller type speed reducer can be operated with the optimum traction coefficient. As a result, power transmission efficiency can be improved.
(3) The friction roller type speed reducer according to (2), further comprising a preload portion that urges the piston member in the axial direction toward the one roller element.
According to this friction roller type speed reducer, even when no torque acts on the input shaft, one roller element can be pressed against the other roller element, and the contact at the rolling contact surface of each roller Surface pressure can be secured.
11 入力軸
13 出力軸
15 サンローラ
17 リングローラ
19 中間ローラ
21 連結部
23ローディングカム機構
25 支持軸(自転軸)
31 固定ローラ素子(ローラ素子)
31a 内周面
31b 対向側端面
31c 外側端面
33 可動ローラ素子(ローラ素子)
33a 内周面
33b 対向側端面
33c 外側端面
37 予圧スプリング
39 リリーフバルブ(バルブ)
41 カムリング
43 玉(転動体)
47 油圧室
51 第1カム面
53 第2カム面
100 摩擦ローラ式減速機
DESCRIPTION OF
31 Fixed roller element (roller element)
31a Inner
33a Inner
41
47
Claims (1)
前記リングローラは、前記入力軸の軸方向に並設された一対のローラ素子を有し、前記ローラ素子の転がり接触面は、一対の前記ローラ素子が互いに対向する対向側端面から該対向側端面の軸方向反対側の外側端面に向かって、前記中間ローラの自転軸中心線までの距離が短くなる傾斜面であり、
前記ローディングカム機構は、一対の前記ローラ素子のうち、いずれか一方のローラ素子の外側端面側に並設されたカムリングを有し、前記カムリングと前記いずれか一方のローラ素子には、軸方向に関する深さが円周方向に関して漸次変化するカム面がそれぞれ対面して形成され、前記カムリング側の前記カム面と前記一方のローラ素子側の前記カム面との間には、それぞれ転動体が挟持され、前記入力軸から前記カムリングに伝達される前記入力軸周りの回転動を、前記カム面によって前記一方のローラ素子の軸方向移動に変換するものであり、
前記一方のローラ素子と、前記カムリングとの間に潤滑油が充填される油圧室が形成され、前記油圧室に発生する遠心油圧によって前記一方のローラ素子に軸方向力が負荷され、
前記カムリングは、前記油圧室の室内外を連通する貫通孔が形成され、該貫通孔に、前記油圧室の油圧が所定圧力を超えた場合にのみ開弁するバルブが設けられたことを特徴とする摩擦ローラ式減速機。 A sun roller disposed concentrically with the input shaft and having a rolling contact surface on the outer peripheral surface; a ring roller disposed concentrically with the sun roller around the sun roller and having a rolling contact surface on the inner peripheral surface; and the sun roller and the ring roller A plurality of intermediate rollers that are rotatably supported between the ring roller and the rolling contact surfaces of the sun roller and the ring roller, a connecting portion that connects the ring roller and the output shaft, and the rolling contact surface A friction roller type speed reducer comprising a loading cam mechanism for changing a contact surface pressure in
The ring roller has a pair of roller elements arranged side by side in the axial direction of the input shaft, and the rolling contact surface of the roller element is from the opposite end face where the pair of roller elements face each other to the opposite end face. Toward the outer end face on the opposite side in the axial direction of the intermediate roller is a sloped surface that reduces the distance to the rotation axis center line of the intermediate roller,
The loading cam mechanism has a cam ring arranged in parallel on the outer end face side of one of the pair of roller elements, and the cam ring and the one of the roller elements are related to an axial direction. Cam surfaces whose depths gradually change in the circumferential direction are formed to face each other, and rolling elements are sandwiched between the cam surface on the cam ring side and the cam surface on the one roller element side, respectively. The rotational movement around the input shaft transmitted from the input shaft to the cam ring is converted into axial movement of the one roller element by the cam surface,
A hydraulic chamber filled with lubricating oil is formed between the one roller element and the cam ring, and an axial force is applied to the one roller element by centrifugal hydraulic pressure generated in the hydraulic chamber,
The cam ring has a through-hole communicating with the inside and outside of the hydraulic chamber, and a valve that opens only when the hydraulic pressure in the hydraulic chamber exceeds a predetermined pressure is provided in the through-hole. Friction roller speed reducer.
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