JPH0672653B2 - トロイダル型無段変速機 - Google Patents

トロイダル型無段変速機

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JPH0672653B2
JPH0672653B2 JP11258586A JP11258586A JPH0672653B2 JP H0672653 B2 JPH0672653 B2 JP H0672653B2 JP 11258586 A JP11258586 A JP 11258586A JP 11258586 A JP11258586 A JP 11258586A JP H0672653 B2 JPH0672653 B2 JP H0672653B2
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JP
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cone
power roller
arc
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continuously variable
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正樹 中野
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はトロイダル型無段変速機に関するものである。
(従来の技術) この種トロイダル型無段変速機は通常、例えば特開昭56
-160453号公報に記載の如くに構成するのが普通であ
る、即ち第3図に示すように、同軸配置した入出力コー
ンディスク1,2と、これらコーンディスクの対向コーン
面1a,2aにころがり接触するパワーローラー3とを具え
る。そしてコーンディスク対向面1a,2aは、コーンディ
スク軸線Iを含む平面上における点Qを中心とした半径
r0の円弧をコーンディスク軸線Iの周りに回転させて得
られるコーン面とする。又パワーローラー3は、上記と
同じ平面内にあって中心Qからコーンディスク軸線Iに
下ろした垂線Vに関し対称で中心Qを通る2線S1,S2
対向コーン面1a,2aとの交点O1,O2を垂線Vの周りに回転
して得られる円Cを入出力コーンディスク1,2とのころ
がり接触軌跡として有する。
かかる構成において、入力軸4からドライブプレート5
及びローディングカム6を経由し、入力コーンディスク
1に達した動力はパワーローラー3の垂線V周りの回転
を介し出力コーンディスク2に伝わり、出力軸7より取
出すことができる。この動力伝達中ローディングカム6
は伝達トルクに応じたスラストFsを発生し、ドライブプ
レート5へのスラストをスラストベアリング8により変
速機ケース9で受止めると共に、入力コーンディスク1
へのスラストをパワーローラー3、出力コーンディスク
2及びスラストベアリング10を経て変速機ケース9によ
り受止める。かくて、パワーローラー3はコーンディス
ク1,2間に挟圧されてこれらの対向コーン面1a,2aに押付
けられ、上記の動力伝達を可能にする。
更に、中心Qを通り上記の平面に垂直な首振り軸線Zの
周りにパワーローラー3を首振り回動させると、パワー
ローラー3に対するコーンディスク1,2のころがり接触
円弧径r1,r1′が連続的に変化し、無段変速が可能であ
る。
この変速状態を線図的に示すと第4図の如くになり、更
にコーンディスク1(2)とパワーローラー3とはパワ
ーローラー押付力(スラスト)Fsにより両者の接面Y内
の第5図の如き楕円領域11で接していることがヘルツの
応力理論により知られている。
ところで、接触楕円11の中心O1からコーンディスク軸線
I及びパワーローラー軸線Vへの距離r1,r2、つまり接
触楕円中心点のコーンディスク側回転半径r1及びパワー
ローラー側回転半径r2は夫々、第4図に示す中心Qから
コーンディスク軸線Iに至る距離と前記円弧半径r0との
差e0に対する円弧半径r0の比e0/r0をkとし、線V及びS
1,S2の交角をθとし、パワーローラー首振り角をとす
ると、 r1=r+e0-r0cos =r0(1+k-cos) ………(1) r2=r0sinθ …………(2) で表わされる。そして接触楕円中心O1でのコーンディス
ク1及びパワーローラー3の回転速度は常時等しいか
ら、これらコーンディスク1及びパワーローラー3の回
転速度を夫々ω1,ω2とすると、 r1・ω1=r2・ω2 で表わされる。
しかして、接触楕円11の両端(中心O1から距離aの点)
においては、パワーローラー軸線Vとコーンディスク軸
線Iとの交点Xが、接面Yとコーンディスク軸線Iとの
交点Pに一致しない限り、コーンディスク1の周速とパ
ワーローラー3の周速とが異なり、両者間にスリップを
生じて接触楕円11に垂直な中心O1を通る軸線周りに回転
ベクトル(スピン)が発生する。
交点Pから遠い接触楕円11の端部についてスピンを求め
るに、この端部におけるコーンディスク回転半径r11
びパワーローラー回転半径r21は夫々 で表わされ、又当該接触楕円端部におけるコーンディス
クの周速r11・ω1及びパワーローラー周速r21・ω2は夫
で表わされる。
そして、上記接触楕円端部におけるコーンディスク及び
パワーローラー間のスリップVSは上記周速r11・ω1とr
21・ω2との差であるから、 で表わされる。ここで、スピンは接触楕円に垂直な軸線
周りの回転 に対する入力回転ω1の比であるから、このスピン は上式より次の如くに求めることができる。
なお、点X,Pが一致するパワーローラー首振り角(変速
比)で三角形の比例の法則から上記スリップVSはOにな
る。そして、例えば上記(7)式を設計上可能とされる
パワーローラー首振り角=20°〜(2θ‐20)°の範
囲につき特性図で表わすと第6図の如くになり、 は夫々(7)式に上記=20°又は=(2θ‐20)°
を代入して得られる次式から求めることができる。
一方、コーンディスク及びパワーローラー間のトラクシ
ョン力Ft、従ってトラクション係数μは第7図に示すよ
うに、両者間のスリップ量ΔUが或る値になるまでは上
昇して伝動効率が良くなり、それ以上のスリップ量では
トラクション係数μが低下することが知られている。加
えて、前記スピンがない時は同図に実線で示す如くスピ
ンが大きい時の点線特性より全域に亘りトラクションが
大きくなり、又最大トラクションを発生する理想スリッ
プ量ΔU1,ΔU2はスピンがない時のΔU1の方がスピンの
大きい時のΔU2より低いことも知られている。
従って従来は、この観点からトロイダル型無段変速機を
スピンができるだけ小さくなるよう構成することを狙っ
て、前記のθ及びkを小さくするのが常套であった。
(発明が解決しようとする問題点) しかしかかる従来の構成では、前記押付力FS(第3図参
照)にともなってパワーローラー3にその回転軸線
(V)方向へ加わるスラスト分力が極めて大きくなり、
これに耐え得るようパワーローラー3を回転自在に支持
するスラストベアリングを十分大きくせざるをえなかっ
た。
ところで、パワーローラー3を回転自在に支持する場所
はスペース上の制約が大きく、スラストベアリングの大
型化には限界がった。結果としてスラストベアリングの
十分な大型化がかなわず、その耐久性が悪いという問題
を生じていた。又、たとえスラストベアリングの大型化
が可能になったとしても、これにかかる大きなスラスト
はスラストベアリングの摩擦力を増して、スピンを小さ
くしたことによる効率の向上を相殺してしまい、狙い通
りの目的を十分達し得ていないのが実情であった。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、パワーローラーへのスラスト荷重許容限界値
からθを50度以上、又kを0.6以上にすべきであり、更
にスピンは0.3程度迄許容し得るとの事実認識に基づ
き、前記円弧中心からコーンディスク軸線に至る距離と
該円弧の半径との差に対する該半径の比を0.6以上と
し、前記垂線と、前記2線とのなす角度を50度以上と
し、前記交点におけるパワーローラーとコーンディスク
との接触面に生ずる該接触面に垂直な軸線周りの回転に
対するコーンディスクの回転の比で表わされるスピンの
最大絶対値が0.3以下となるよう構成したものである。
(作用) 入力コーンディスクへの動力はそのコーン面にころがり
接触するパワーローラーの回転を介し出力コーンディス
クに伝わり、これから取出すことができる。この動力伝
達中、パワーローラーを首振り軸線の周りに回動させる
と、両コーンディスクのパワーローラーに対するころが
り接触軌跡の半径が連続的に変化し、無段変速させるこ
とができる。
ところで、前記円弧中心からコーンディスク軸線に至る
距離と前記円弧半径との差に対する円弧半径の比を0.6
以上とし、且つ前記垂線と前記2線とのなす角度を50度
以上としたことから、パワーローラー押付力に起因して
このパワーローラーに加わるスラスト荷重を許容範囲内
の値とすることができ、これを回転自在に支持するスラ
ストベアリングを制約されたスペースに納まる大きさに
してもその耐久性が問題になることはない。
又、パワーローラーとコーンディスクの接触面に生ずる
該接触面に垂直な軸線周りの回転に対するコーンディス
クの回転の比で表わされるスピンの最大絶対値が0.3以
下となるよう構成したから、無段変速機の伝動効率を高
く保ち得ると共に、この高い伝動効率を大きな変速比幅
範囲内に亘って維持することができる。
(実施例) 以下、図示の実施例に基づき本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明により定めた領域を示す線図で、先ずこ
の線図の求め方について説明する。
第3図乃至第5図に示すトロイダル型無段変速機におい
て、変速比はパワーローラー3に対する出力コーンディ
スク2のころがり接触円半径r1′と、パワーローラー3
に対する入力コーンディスク1のころがり接触円半径r1
との比r1′/r1であり、r1′,r1は夫々前記(1)式に照
らして r1′=r0{1+k−cos(2θ−)} r1=r0(1+k−cos) であることが判る。ところで、設計上はは20°が許容
限界であることから、この許容限界に対応する一方向の
最大変速比jmaxで表わされ、従って変速比幅jmax 2となる。
この式から明らかなように、変速比幅jmax 2は第1図に
実線で示す如くkをパラメーアとしたθの関数で表わさ
れ、kの増大につれ大きくなり、θの増大につれ大きく
なる。ところで本発明においては、パワーローラー3に
加わるスラストを許容範囲内に納めるよう特に、kを0.
6以上とし、θを50度以上とする。加えて本発明におい
ては、無段変速機の伝動効率を許容範囲内に納めるた
め、前記スピン の最大絶対値 (第6図参照)が0.3以下となるようにする。
ところでスピンがこのように となる点を第1図上に示して結ぶと点線で示す如くにな
り、結果として従来は第1図中A1点に対応するようk,
θ, を定めていたのに対し、本発明においては同図中斜線領
域A2内に存在するようにk,θ, を定める。なお、第1図をkとθの座標系で表わすと第
2図の如くになり、この図中A1が従来の設定、斜線領域
A2が本発明の設定域を示す。
次に、具体的に第1図及び第2図中A3点の数値を当ては
めて本発明の第1実施例及び第2実施例とするに、これ
らを従来の場合(A1)と共に表で示すと以下の如くにな
る。
先ず第1実施例について説明する。従来と条件を同じに
すべく変速機の大きさ、つまり両パワーローラー(パワ
ーローラーの数2)の首振り軸線間間隔(ピッチ)を同
じ146mmにした状態で、kを0.824に設定し、θを65度に
設定する。kの増大によりr0が40mmに減少してヘルツ応
力が増大する傾向にあるが、この例ではパワーローラー
のコーン面曲率半径を大きくすることでヘルツ応力を従
来と同じにして比較する。この場合同じ入力トルク17kg
・m、同じ最大トラクション係数0.065及び同じ変速比
幅6に対して、ローディングカム6の発生力Fsが減少
し、出力コーンディスク2へのスラスト及びパワーロー
ラー3へのスラストも小さくなる。なお、スピン最大値 が0.25へと上昇するが、このスピンは0.3以下なら伝動
効率へほとんど影響することがなく、変速機の伝動効率
の悪化はほとんど見られなかった。
次に第2実施例を説明するに、この例は変速機の大きさ
を従来と同じに設定して比較するに当り、ディスク径を
従来と同じ160mmにしたもので、本例でも第1実施例に
合せてk=0.824・θ=65度に設定した。この場合もr0
がピッチと共に小さくなるが、ヘルツ応力が第1実施例
と同じ工夫により大きくならないようにして比較を行な
った。本例では、同じ入力トルク17kg・m、同じ最大ト
ラクション係数0.065及び同じ変速比幅6に対して、ロ
ーディングカム6の発生力Fs及び出力コーンディスク2
へのスラストが大きくなるが、パワーローラー3へのス
ラストを第1実施例と同様に小さくすることができる。
なお、スピン最大値 が第1実施例と同様0.25へと上昇するが、変速機の伝動
効率をほとんど悪化させるようなものでなく、問題はな
い。
(発明の効果) かくして本発明トロイダル型無段変速機は上述の如く、
円弧中心Qからコーンディスク軸線Iに至る距離r0+e0
と円弧半径r0との差e0に対する円弧半径r0の比e0/r0
0.6以上とし、垂線Vと2線S1,S2とのなす角度θを50度
以上としたから、パワーローラー3へのスラストを許容
範囲内の小さな値とすることができ、これを回転自在に
支持するスラストベアリングを制約されたスペースに納
まる大きさにしてもその耐久性が問題になることはな
い。
又、パワーローラー3とコーンディスク1,2との接触面1
1に生ずる該接触面に垂直な軸線周りの回転ωsに対する
コーンディスクの回転ω1の比で表わされるスピン の最大絶対値 が0.3以下となるよう構成したから、無段変速機の伝動
効率を高く保ち得ると共に、この高い伝動効率を大きな
変速比幅(前記の表では6)に亘って維持することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は夫々本発明により設定した領域を示
す線図、 第3図は一般的なトロイダル型無段変速機の略線図、 第4図及び第5図は夫々同じくその主要部寸法説明図、 第6図はスピンの変化特性図、 第7図はトラクション係数の変化特性図である。 1……入力コーンディスク 2……出力コーンディスク 1a,2a……対向コーン面、3……パワーローラー 4……入力軸、5……ドライブプレート 6……ローディングカム 7……出力軸 8,10……スラストベアリング

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同軸配置した入出力コーンディスクと、こ
    れらコーンディスクの対向コーン面にころがり接触する
    パワーローラーとを具え、前記両コーンディスクの対向
    コーン面が、これらコーンディスクの軸線を含む平面上
    における円弧をコーンディスク軸線の周りに回転させて
    得られる面であり、前記パワーローラーが、前記平面内
    にあり前記円弧の中心からコーンディスク軸線に下ろし
    た垂線に関し対称で前記円弧の中心を通る2線と前記対
    向コーン面との交点を前記垂線の周りに回転させて得ら
    れる円を入出力コーンディスクとのころがり接触軌跡と
    して有し、前記円弧中心を通り前記平面に垂直な首振り
    軸線の周りで前記パワーローラーを回動させて無段変速
    を行なうようにしたトロイダル型無段変速機において、 前記円弧中心からコーンディスク軸線に至る距離と前記
    円弧の半径との差に対する該半径の比を0.6以上とし、 前記垂線と前記2線とのなす角度を50度以上とし 前記交点におけるパワーローラーとコーンディスクとの
    接触面に生ずる該接触面に垂直な軸線周りの回転に対す
    るコーンディスクの回転の比で表わされるスピンの最大
    絶対値が0.3以下となるよう構成したことを特徴とする
    トロイダル型無段変速機。
JP11258586A 1986-05-19 1986-05-19 トロイダル型無段変速機 Expired - Lifetime JPH0672653B2 (ja)

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JPS62270856A JPS62270856A (ja) 1987-11-25
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