JP3911292B2 - 高速回転用遊星ギア - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、中心の回転可能な入力軸と、入力軸と同軸に伸びる中心に配置された太陽軸に対して弾性変形の下で半径方向に押しつけられるローラの形態の少なくとも三つの遊星ホイールを囲む可撓性外側リングとを含んでおり、前記遊星ホイールが中央孔を有してステーの上に回転可能に取り付けられ、その直径は遊星ホイールの孔より小さく、ステーの中心線が太陽軸と平行である遊星ギアに関する。
背景技術
米国特許第１，９８５，６４５号明細書から、ベアリングによりサポート内に回転可能に取り付けられ、軸の移動に対抗してフランジおよびカラーによって制御される駆動太陽軸を備えた遊星ギアは知られている。被駆動素子は、駆動太陽軸の伸延された円筒形の部分と同心円を成しており、機械にギアを接続することができる軸と一体である。
太陽軸の円筒形の部分と接触して、互いに距離を空けて配置された遊星ホイールの第１のシリーズがあり、半径方向に外側に、遊星ホイールの第１のシリーズと可撓性外側リングの内部の円周と接触している遊星ホイールの第２のシリーズがある。各々のシリーズは、好ましくは、半径方向に内側の第１のシリーズは、同じ直径である偶数の遊星ホイールを含む。半径方向に外側の第２のシリーズは、好ましくは、偶数の遊星ホイールの帰結として半径方向に対して反対側に配置される残りの半径方向に外側の遊星ホイールより僅かに大きな直径を有する二つの遊星ホイールを含む。外側リングは、好ましくは、その内径が、遊星ホイールを横切って測定された全体の寸法より僅かに小さく構成されており、これにより、組み立てられた状態の外側リングが僅かに変形され、僅かに大きい直径を有する二つの遊星ホイールを太陽軸の中心に向かって押しつけて、残りの全ての遊星ホイールを互いに、且つ、太陽軸に摩擦係合させる。
外側リングは、被駆動素子に対して摩擦付与表面を形成し、被駆動素子の溝によって駆動係合状態にあり、前記溝は、外側リング上の相補的なキーと摺動的に係合し、キーはギアの回転の間に溝の中へ半径方向に移動する。
遊星ギアの機能は、以下のように説明される。僅かに大きい直径を有する遊星ホイールとは反対側にある外側リングのキーの外側部分は、力を正しく伝達させるために可能な限り硬くすることができる被駆動素子を変形させることなく対応する溝の底部に押しつけられる一方、半径方向に外側のセットの残りの遊星ホイールの二つの間の空間に対向する外側リングのキーは僅かに内側に移動する。
僅かに大きい直径を有する遊星ホイールの少なくとも一つは、好ましくは、トルクに対する遊星ホイールの反作用を吸収するために、ベアリングのような堅固なサポートの上に回転可能に取り付けられる。
前記米国特許明細書においては、僅かに大きい直径を有して、堅固なサポートの上に取り付けられる少なくとも一つの遊星ホイールを半径方向にずらすことについては、何ら記述されていない。図において、開示された堅固に支持された遊星ホイールについて、ベアリングの回りの均一な厚さのスロットが示されているが、可撓性外側リングは円形形状であると見做そうとしており、したがって、ベアリングを内側に押しつけるという点で、そのスロットは不正確に描かれているということを理解しなければならない。
僅かに大きい直径を有する開示された遊星ホイールが、故意に半径方向にずらして懸架された場合には、以下に説明する、開示された遊星ホイールの外側に向けられた移動の帰結としての可撓性外側リングの大きな変形が、遊星ホイールの半径方向に外側のセットの残りの遊星ホイールにおける小さな変形で打ち消されるというランプ（ｒａｍｐ）効果を達成することができない。
遊星ホイールの半径方向に内側のセットと、遊星ホイールの半径方向に外側のセットの中の残りの遊星ホイールは、どのような高速サポートも全くないので、ここではどのようなランプ効果も生じることはなく、以下に説明されるように、高速サポートがランプ効果のためには間違いなく不可欠である。
駆動部分と被駆動部分は、必要に応じて入れ換えることができることは明らかである。
構造の外形に応じて、印加されたモーメントの大きさに無関係に、確実で一定の伝達可能なモーメントが達成され、遊星ギアの部品の間の法線方向の力は、一定になる。
これは、不必要な摩耗を招く結果となり、また、遊星ギアの伝達可能なモーメントを制限する。
更に、既知の遊星ギアは、２セットの遊星ホイールの帰結として高価である。
前置きのために記述されたこの種類の遊星ギアは、燃焼エンジン用の遠心チャージャーの駆動のために使用される米国特許第２，３４４，０７８号明細書で知られている。この遊星ギアは、１セットの遊星ホイールしか持たず、囲んでいる駆動体内の溝に係合する外側リング上のキーを持っていないので、上記の遊星ギアよりも単純である。太陽軸と遊星ホイールの直径は、入力軸と太陽軸の間で所望の変換比が達成されるようにされる。遊星ホイールのステーは、入力軸へ堅固に連結された駆動体の上に取り付けられ、ステーの中心線は、遊星ホイールが太陽軸に係合したときの、遊星ホイールの軸に一致するピッチ直径で置かれる。遊星ホイールと接触している太陽軸の長さは、それらの間の摩擦がモーメントの伝達を確実にするように寸法が決められる。遊星ホイールを固定したステーの回りで回転させることによって、一定の力が遊星ホイールと太陽軸の間で達成される。
遠心チャージャーは、回転数の増加に従ってモーメントの伝達を増加させる必要がある。しかしながら、既知の遊星ギアにおいては、遠心力のために、回転数の増加に従ってモーメントの伝達は減少し、高速回転における遊星ホイール上の遠心力は、上述した遊星ギアと同様に、太陽軸と遊星ホイールの間で利用可能な摩擦の量を減少させる。
発明の開示
本発明の目的は、その特別な外形により、高速回転においても、伝達可能なモーメントが必要に応じて自動的に調整されることを保証するギアを提供することである。
この目的は、前置きで開示された種類の遊星ギアで達成され、本発明による遊星ギアは、遊星ホイールが太陽軸に係合したときに、ステーの中心線が遊星ホイールの中心線よりも太陽軸に近接して配置されることを特徴としている。
本発明による遊星ギアにおいては、遊星ホイールと太陽軸の接触線（アイドリング位置においては、ギアの中央軸と遊星ホイールの軸を通った位置にある）は、太陽軸が回転抵抗が増加した場合には、回転の期間中に、ステーの表面に沿ってギアの中央軸から離れるように移動し、接触線は大きな抵抗で中心から更にずれる。ステーと接触線の近傍の遊星ホイールの内側との間の表面は、傾斜したランプを構成するので、遊星ホイールと太陽軸との間の増加された法線方向の力により、前記および以下の説明においてランプ（ｒａｍｐ）効果と呼ばれるモーメントの自己強化伝達（ｓｅｌｆ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｔｒａｎｓｆｅｒ）が達成される。太陽軸は、法線方向の力の影響の下で変形されるので、増加されたクリアランスが、ステーと中心に向かう遊星ホイールの内側表面との間に生じることになり、そのサイズは、接触線が外側に動いた量に依存することになる。これは、以下の説明の特別な部分で更に詳細に説明される。
外部の法線方向の力は、ギアボックスに充填されているトラクションオイルと共に、遊星のギアの構成要素の間の好都合な摩擦を確実なものにする。
本発明による遊星ギアにおいては、太陽軸は、更に自由に懸架され、遊星ホイールによってのみ制御され、これにより、太陽軸のためのベアリングが避けられる。本発明による遊星ギアは、このように既知の遊星ギアより一層簡単な方法で構成され、したがって、安価に製造できる。
好適な実施態様によれば、入力軸は、これに堅固に接続された円板形駆動体を含んでおり、その側部には、可撓性外側リングに備えられた円筒形のスタッドに係合するための円筒形の孔が備えられている。その孔は、外側リングのアイドリング状態において外側リングのスタッドについてのピッチ円直径より小さなピッチ円直径上に置かれる。
この実施態様では、スタッドが遊星ホイールとの接触線を通過するときに、それらは中心に向かって外側リングに影響を及ぼし、このようにしてランプ効果を強化することになる。これに相応して、スタッドが二つの連続する遊星ホイールの間を回転の方向に通過するときに、それらは外側に影響を受けることになり、これにより、外側リングは、接触線における後続する増加された法線方向の力で更にしっかりと締められる。
本発明の第２の実施態様によれば、駆動体は、外側リングの半径外側を囲み、スタッドと外側リングからなるエレメント即ち要素を支持するように構成され、外側リング上の位置は、前記外側リングのアイドリング状態において、外側リングの外径より小さいピッチ円直径上に置かれる。
本発明による遊星ギアの有利な実施態様においては、外側リング上の環状表面に溝が設けられ、これにより、外側リングと遊星ホイールの間にオイルを施すことが避けられる。
本発明による遊星ギアにおいては、ステーは、フレームによって位置決めされ、それに関連して駆動体、外側リング、遊星ホイールおよび太陽軸は回転することができる。これにより、遊星ギアのコンパクトで頑丈な構造が達成される。
代わりに減速を達成するために、入力軸を太陽軸を逆にすることができることがその構造から判るであろう。
本発明による遊星ギアは、図面を参照して以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
図１は、図３のＩ−Ｉ線によって示された本発明による遊星ギアの断面図を示す。
図２は、本発明による遊星ギアにおける外側リング、遊星ホイール、および、太陽軸の間の力を示す。
図３は、本発明による遊星ギアにおける外側リングおよび遊星ホイールの図である。
発明を実施するための最良の形態
図１には、本発明による遊星ギアの断面が示されている。このギアは、一方の側に入力軸を構成する突出する軸ジャーナル１ａを有する円形で円板形状の駆動体１を含む。その回転は、一方の端部がギアから外に伸びている太陽軸２の回転に変換されなければならない。その太陽軸２は入力軸ジャーナル１ａと同軸上にある。
駆動体１の円周の近傍には均等な距離で分散された多数の孔３がある。図３の例で示されたこれらの孔の数は１２である。駆動体１に面する側には、孔３の数に対応して前記孔３に係合する多数のスタッド５を有する可撓性外側リング４もある。
スタッド５は、可撓性外側リング４を移動させることができ、また、駆動体１に対して僅かに変形させることができるように、孔３より小さい直径を有する。スタッド５が孔３に係合しているときには、外側リング４は、駆動体１によってこれが回転しているときには駆動される。
外側リング４は、硬いブッシュあるいはローラとして形成された三つの遊星ホイール６を取り囲んでいる。それらのローラは遊星ホイールの中央に置かれた太陽軸２に対し係合している。
遊星ホイール６は中央孔を有し、遊星ホイール６の孔より僅かに小さい外径を有するステー７に緩く取り付けられる。遊星ホイール６についてのそれぞれのステー７の中心線は、このように遊星ホイール６の軸と平行ではあるが、一致はしていない。
ステー７は、第１のフレーム部分８ａおよび第２のフレーム部分８ｂから成るフレーム８の中で制御され、これにより、遊星ホイール６は可撓性外側リング４の中で制御される。
二つフレーム部分８ａ，８ｂは、ガイドボルト９によって組み立てられ、その円筒形の軸は、それらの相互の正確な位置を確実にするためにフレーム部分の中の穴にぴったり嵌合される。
ギアの中の太陽軸２の軸方向の位置を確実にするために、ギア内に伸びている太陽軸２の端部は、カラーを有する。このカラーは、その側部が摺動円板１０の一方の側の表面に対向し、その反対の第２の側の表面は、遊星ホイール６の軸方向の内側端部に対向する。
太陽軸２に対する制御のためのベアリングなどの他の形態がないことは、特に言及されるべきである。
取り付ける前は、外側リング４の内径は、三つの遊星ホイール６への接線である円の直径より僅かに小さい。外側リング４は、弾性変形して遊星ホイール６を中心に置かれた太陽軸２に押しつけることが理解されるであろう。
これにより、半径方向の力が、外側リング４、遊星ホイール６、および、太陽軸２の間に生じる。これらの法線方向の力は、ギアと共に充填されたトラクションオイルと一緒にギアの構成部品の間の摩擦を確実にし、これにより、外側リング４が駆動体１によって回転されるときに太陽軸２を回転させることができる。
図２は、外側リング４、遊星ホイール６、および、太陽軸２の間の力を示す。ギアが回転しておらず、且つ、全てがバランスしている状態が連続線で示される。動作の期間中は、遊星ホイール６は、破線で示された位置へ移動することになる。明瞭さのために、違いが図２では多少誇張されているが、遊星ホイール６が可撓性外側リング４の歪みによって太陽軸２に押しつけられること、および、遊星ホイール６の孔がステー７の直径より大きいことが、明瞭に示されている。
可撓性外側リング４の歪みにより、図２において生じる様々な成分は、次の通りに示される。
Ｆｎｒ＝外側リングから遊星ホイールへの法線方向の力
Ｆｎｓ＝太陽軸から遊星ホイールへの法線方向の力
Ｆｔｒ＝遊星ホイールと外側リングとの間の接線方向の力
Ｆｔｓ＝遊星ホイールと太陽軸との間の接線方向の力
力の平衡が遊星ギアに関して果たされなければならないので、法線方向の力（Ｆｎ）の方向の合成成分は、法線方向の力（Ｆｎｒ，Ｆｎｓ）の合計に等しくなければならず、接線方向の力（Ｆｔ）の方向の合成成分は接線方向の力（Ｆｔｒ，Ｆｔｓ）の合計に等しくなければならない。
合成求心力がないのが、遊星ホイール６が固定したステー７に緩く取り付けられる理由である。
以下は、二つの力の成分の間の関係である。

あるいは、Ｆｔｓ≒Ｆｔｒであるので、
Ｆｎｓ ≒ ｔａｎ ｖ・２Ｆｔｒ＋ＦＮｒ
図２における力成分を考えるとき、遊星ホイール６に対してのステー７の半径方向の位置は、伝達されるモーメントの決定に対して寄与し、摩擦力は、法線方向の力に比例する。
ステー７の中心線が遊星ホイール６の中心線と一致するように、ステー７の中心線が外側に移動される場合には、ｖ＝０となり、これは、Ｆｎｓ＝Ｆｎｒを意味し、そしてこのようにしてランプ効果がない。
図３は、アイドリング位置における駆動体１および可撓性外側リング４の図である。
回転期間中に、位置（Ａ）の駆動体１の孔３は、外側リング４のスタッド５を半径方向内側に押しつけることになり、また、回転期間中に、位置（Ｂ）の駆動体の孔３は、外側リング４のスタッド５を半径方向外側に引っ張ることになることが判るであろう。
述べられた第２のフレーム部分８ｂは、このフレーム部分８ｂが何らかの適当な方法で図面では図示されていないフレームにしっかり固定されるときに、ギアのためのサスペンションとして機能することができる。
太陽軸２の直径と遊星ホイール６についての直径は、入力軸ジャーナル１ａの回転数と太陽軸２についての回転数の間で所望の変換比が達成されるように寸法が決められる。
遊星ホイール６と接触する太陽軸２の表面のその部分には、摩擦を増加することができるコーティングを設けることができる。
外側リング４の半径方向の内側には、高速回転期間中のオイル供給を不要とする環状の溝１１を備えることが有利であり、したがって、幾つかの異なったタイプのオイルの使用の可能性がある。
図面では示されていない第２の実施態様においては、駆動体１は、外側リング４の半径方向の外側を囲むように構成されており、駆動体は、外側リング４に沿って伸延するカラーを備えている。カラーの半径方向の内側は、スタッド５と外側リング４からなるエレメント（要素）を支持し、外側リング４がアイドリングの状態にあるときに、外側リング４上のその位置が外側リング４の外径より小さいピッチ円直径の上に配置される。

Claims (4)

1. 中心の回転可能な入力軸（１ａ）と、ローラの形態の少なくとも三つの遊星ホイールを入力軸（１ａ）と同軸に伸びる中心に配置された太陽軸（２）に対して弾性変形の下で半径方向に押しつけるように三つの遊星ホイールを囲む可撓性外側リング（４）とを含んでおり、前記遊星ホイール（６）は、中央孔を有してステー（７）の上に回転可能に取り付けられ、ステーの直径は遊星ホイール（６）の孔より小さく、ステー（７）の中心線は太陽軸（２）と平行である遊星ギアにおいて、遊星ホイール（６）が太陽軸（２）に対して係合したときに、ステー（７）の中心線が遊星ホイール（６）の中心線よりも太陽軸（２）に近接して配置されることを特徴する遊星ギア。
2. 入力軸（１ａ）がこれに堅固に接続された円板形駆動体（１）を含んでおり、駆動体の周縁部には、可撓性外側リング（４）に設けられた円筒形のスタッド（５）に係合する円筒形の孔（３）が備えられており、孔（３）は、外側リング（４）が無負荷状態にあるときに、外側リング（４）のスタッド（５）のピッチ円直径より小さなピッチ円直径上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の遊星ギア。
3. 外側リング（４）が薄く、遊星ホイール（６）の回りで圧縮応力が与えられることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の遊星ギア。
4. 外側リング（４）の内部表面が環状の溝（１１）を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の遊星ギア。

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