JPS63176855A - 牽引ローラ変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は牽引表面が運動の伝達のために互いに係合して
いる固定比遊星型牽引ローラ変速機に関する。

一般に変速機を介して伝達されるトルクに依存する軸方
向力を発生する軸方向カム構体が設けられ、そのように
発生した軸方向力は円錐形レースリングまたは円錐形太
陽構体に加えられて適切な牽引表面接触力を与える。

牽引リングが互いに向けて強制されて両者間で牽引ロー
ラを係合させる２つの僅かに円錐形のリングから成る配
置は例えば米国特許第４，０５２゜９１５号に示されて
いる。しかし最も近い技術文献と考えられるものはアメ
リカ合衆国、テキサス州オースチン、エフセラマチイッ
ク社から入手可な、本件出願人の書蕗「軸受およびころ
がり転勤、解析および設計」であり、この書籍は第２０
−４図において、太陽が牽引ローラと牽引リングおよび
太陽構体との間にトルク依存性をもった保合をさせるべ
く互いに向けて強制される２つの僅かに円錐形の太陽構
体部から成る固定比牽引ローラ変速機を記載し図示して
いいる。

しかし、これらすべての配置においては、ローラとリン
グの牽引表面は十分に円筒形ではなく、牽引表面に若干
のスピンが生じるので大きな接触力下では牽引表面の若
干の摩耗がある。

また、太陽ローラ構体の小さな円錐角度では、例えば与
えられた配置においては円錐形太陽構体部に比較的大き
な軸方向たわみが必然的に生じるので、太陽ローラ構体
の両側にカムを必要とする。

より大きな軸方向カム運動は米国特許第４，０５２．９
１５号に示されるような大径牽引リングに関連したカム
構体により得られるが、これらの変速機、特にスプリッ
ト・トルクまたは動力循環型遊星駆動装置が高速回転を
する場合には牽引ローラにはリング構体上のカム力に打
勝つほど大きな遠心力を発生し牽引ローラと太陽ローラ
との係合が不充分となって太陽ローラと遊星ローラとの
間に滑りを招来する。

本発明の目的はこのような従来の配置の欠点を克服する
ことにある。

太陽ローラと、牽引リングと、該牽引リングと太陽ロー
ラとの間の空間内にそれらと保合状態に配置された遊星
ローラとから成るＭ星型牽引ローラ変速機において、太
陽ローラと遊星ローラと牽引リングの各部材の牽引表面
はすべてやや円錐形であり前記各部材はその軸線および
牽引表面のすべての軸方向接線が変速機の軸線上の一点
において交差するように配列され、遊星ローラを太陽ロ
ーラおよび牽引リングと係合させるように遊星ローラ間
で押し付けるために太陽部材を前記交点に向けて強制す
る手段が設けられる。

好ましくは、遊星ローラはその円錐形牽引表面上に僅か
な曲率を有するが、これは表面応力ピークを大幅に低下
させかつ低負荷作動条件下での滑りを防止することが判
明したからである。

太陽ローラを遊星ローラ間で押し付けるための手段は好
ましくは太陽ローラの軸と同心状ボール受はカム構体を
形成することにより形成される軸方向ボール・カム構体
である。

第１図に示すごとく、遊星型牽引ローラ変速機は牽引リ
ング２内に中央に配置され且つ与えられた配置において
は一回転に関する限り一静止している太陽ローラ１と、
太陽ローラ１と牽引リング２との間の環状空間内に配列
された遊星ローラ３とを含んでいる。太陽ローラ１は中
空であり、ハウジング５内に軸受６により回転可能に支
持された入力軸４は太陽ローラ１を貫通しその内端に牽
引リング２を支持する人力支持円板７を担持している。

出力支持円板８はハウジング５内に出力軸軸受１０によ
り回転可能に装着された出力軸９に関連せしめられてお
りそしてその上にローラキャリヤニ１が装着され、該ロ
ーラキャリヤｌｌ上には軸Ｉ２により好ましくは針状こ
ろ軸受１３および軸方向スラスト軸受１４により遊星ロ
ーラ３が回転可能に支持されている。その反対側ではロ
ーラ軸１２が安定性を高めるために支持リング１５によ
り係合されている。入力支持円板７は好ましくは出力軸
９内の中央空洞１７内に延入する支持トラニオンを有し
軸受１８によりその中に支持されている。入力支持円板
７と出力支持円板８との間にはスラスト軸受１９が配置
されている。

太陽ローラ１は遊星ローラにより太陽ローラ１に加えら
れたトルクが太陽ローラ１を太陽ローラ支持体から軸方
向にまた遊星ローラ３間で半径方向に互いに離反せしめ
るように係属中の米国出願番号第９４６，８９５号に開
示されている型式の軸方向カム配置１９を含む。遊星ロ
ーラ３と太陽ローラ１および牽引リング２とのより良好
な保合を与えるために、太陽ローラ１は僅かに円錐状で
ある。またａ星ローラ３も僅かに円錐状でありその軸線
は太陽ローラの円錐角よりも僅かに大きい角度で配置さ
れている。牽引リングの牽引レース表面はそれよりも大
きい角度で配列され、このように画成されたすべての円
錐の頂点は入力および出力軸の軸線上で一致している。

太陽ローラ表面のその軸線に関しての角度は好ましくは
約１°である。遊星ローラが太陽ローラとほぼ同じ直径
を有するとすれば、その円錐表面角度も約１０であり変
速機軸線と遊星ローラの軸線との角度は約２″である。

牽引リングのレース表面の円錐角度は約３″である。

一定の係合力、即ち、変速機を介して伝達されるトルク
とは無関係の係合力が所望される場合には、軸方向荷重
構体はばねであってもよいが、前述したように、好まし
くは軸方向カム構体である。

このカム構体の回動角は主に太陽ローラのために選択さ
れた円錐角に依存する。正確な製造技術で円錐角はきわ
めて小さくしうるし、所望とあれば、太陽ローラｌと支
持円板７との間に円板７と衝合する太陽ローラ戻しばね
２０を設けて変速機を介して伝達されるトルクが減少す
る時に太陽ローラ１を遊星ローラ３の間から押し戻すよ
うにしてもよい。

本発明に係る装置では、即ち、僅かに傾斜したローラお
よび僅かに円錐形の牽引表面により、すべての牽引表面
の真の転勤係合をもって、即ち、係合した表面のいずれ
においてもスピンなしに、すべての牽引表面間の確固た
る係合が達成される。

その結果、牽引表面の摩耗はほとんど無く変速機はすぐ
れた効率で作動する。また、僅かに円錐形の表面は円筒
形表面と全く同じく廉価に製造しうるのでかかる変速機
の製造コストはその大きく増大した効率および耐久性に
もかかわらず増大することはない。

第２図は特にスプリット・トルク駆動用の二重遊星構造
装置を示し、２つの遊星駆動装置２５および２６をただ
１個の荷重カム構体２７と関連して設けたものである。

第１の遊星駆動装置２５の遊星ローラのためのキャリヤ
２９をそなえた中央入力軸２８と、第１の駆動装置２５
の太陽ローラ３１をそれと関連せしめた第２の入力軸３
０とが設けられている。第１の駆動装置２５の牽引リン
グ３２と第２の駆動装置２６の牽引リング３３は共に回
転可能な遊動リングハウジング３４により支持されてい
る。第２の遊星駆動装置の太陽ローラ３５は静止した変
速機ハウジング３６と関連せしめられているが、第２の
遊星駆動装置２６のキャリヤ３７は支持ベル３８により
変速機出力軸３９に連結されている。

もちろん、所望の結果いかんによって、どちらの軸が入
力または出力軸であってもよい。一つの出力軸を高速に
するために、軸２８および３９を互いに反対方向に回転
する入力軸として選らんでよく、この装置は軸３０のき
わめて高い出力速度を与えるであろう。いずれにせよ、
軸３０において有効なトルクは太陽ローラ３１を更に右
方へ移動させ（第２図に示すごとく）第１の遊星駆動装
置２５の遊星ローラとしっかり係合させると共に遊動リ
ングハウジング３４を経て第２の遊星駆動装置２６に伝
達される軸方向力を第１の遊星駆動装置２５に加えてそ
の牽引表面をしっかり係合させる。

第３図は３つの遊星駆動装置５０．５１．５２すべてを
単一の負荷カム構体５４により係合状態に保った変速機
を示す。即ち、第１の入力軸５５には第２の駆動装置５
１の遊星ローラ５９を支持する遊動キャリヤ５８上に遊
星ローラ５７を装着させた第１の駆動装置５０の牽引リ
ング５６が連動せしめられている。第２の駆動装置５１
の太陽ローラ６０は静止したハウジング６１と関連せし
められているが、その牽引リング６２は出力軸６３に連
結されている。第３の駆動装置５２はハウジング６１に
より支持された静止軸６５上に支持された遊星ローラ６
４を有するが、その牽引リング６６は第２の入力軸６７
に連結されている。

第３の駆動装置５２の太陽ローラ６８は太陽ローラ６０
を貫通してその反対端６９と共に第１の駆動装置５０内
に延入し、第１および第２の駆動装置内の両端は互いに
逆方向に円錐状に傾斜しその円錐状の太陽ローラ両＃ｉ
６８．６９間に負荷カム構体５４が配置されている。

第３の遊星駆動装置は太陽ローラ６８の回転速度および
方向を制御するようになされている。しかし、この装置
は単一の軸方向負荷カム構体により３つの遊星駆動装置
のすべての牽引表面のトルク依存性牽引表面係合を与え
ることが可能であることを指示するものとして示されて
いる。負荷カム構体の設計および複雑さは牽引ローラ変
速機における主要なコスト事項である。複雑な多数の駆
動構成に単一のカムを用いる可能性は歯車型変速機と競
争する努力における主要な突破口である。

第４図は本発明に係る装置のスピンの無い牽引ローラ係
合の概念を明確にするために最も簡単な装置を概略的に
示す。図示のごとく、変速機ハウジング８０はレース表
面８２を有するレースリング８１をそなえている。僅か
に円錐形の太陽ローラ８３は入力軸８４上にカム構体８
５を経て支持され、僅かに円錐形の遊星ローラ８６は出
力軸８７と共に旋回するように支持され且つレースリン
グ８Ｉおよび太陽ローラ８３と係合している。

カム構体８５は太陽ローラ８３を遊星ローラ８６間で強
制して伝達されるトルク量に依存する牽引表面係合力を
与えるようになされている。図示のごとく、すべての牽
引表面に対して真の転勤状態が与えられるようにすべて
の牽引表面のすべての軸方向接線は変速機軸上の単一の
点Ｐにおいて交差している。この結果、変速機の高効率
作動が得られると共に牽引表面はほとんど摩耗しない。

牽引表面の円錐角は限度内で変化してよい。好ましくは
、太陽ローラの円錐角は約１０である。

残りの牽引表面の角度は軸方向接線がすべて点Ｐで交差
するから太陽ローラの円錐角と共に与えられる。数百時
間にわたるコンピュータ解析において、現在の遊星型牽
引ローラ変速機に関連した多（の問題を解決する設計が
展開した。そして、変速機サイズによっては、太陽ロー
ラ表面と太陽ローラ軸との間の角度は０．５°と１．５
°の間にすべきだということが明らかになった。接触荷
重の研究をも含んだ同じ解析は付加的な予期せざる結果
を生んだ。即ち、太陽ローラおよび牽引リング表面は軸
方向曲率を持たない状態で遊星ローラの軸方向全長にわ
たってのごく僅かな軸方向曲率をまたは遊星ローラは軸
方向曲率を持たない状態で太陽ローラおよび牽引リング
の僅かな軸方向曲率を与えることによって変速機の牽引
表面のすべての表面ピーク荷重を実質的に減少させるこ
とが判明した。その理由は接触面圧が軸方向ローラ端の
近傍ではそれほど急激に変化しないようになることにあ
る。牽引表面の僅かな軸方向曲率は、なんらかの理由で
ローラが完全な心合位置から外れる場合、特に牽引表面
の曲率が′ｔ１星ローラ上に与えられる場合に、ローラ
縁での負荷を低下させる。それ故、好ましい装置は、太
陽ローラおよび牽引リングは軸方向に真っ直ぐな表面を
有し遊星ローラの牽引表面は僅かに湾曲するものである
。

かかる僅かな軸方向曲率から生じるもう１つの実質的な
利益は、トルク依存性の負荷カム構体付きの変速機にお
いては、軽い負荷によるトラクション係数の危険な低下
が防止されるということにあることが判明した。即ち、
負荷の低下は接触長を減少させるが、ローラの係合中心
における接触面圧はその負荷減少に比例して減少しない
ためである。

しかし、与えられる曲率はごく僅かで、一般には約１２
フイー）　（３，６６ｍ）の半径を有するにすぎない。

第１図はこのような曲率を、その曲率の存在を明瞭に見
えるようにするために大きく誇張した形で示す。

更に、特に小型の変速機用のカム構体の代わりに、また
大型の変速機用としてはばねの代わりに、太陽ローラを
遊星ローラ間で押し付けるための手段として油圧手段を
利用してもよい。またねじ等の機械的手段を利用しても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る遊星型牽引ローラ変速機の断面図
、 第２図は２つの遊星構体をそなえるが単一の負荷カム構
体だけで両遊星構体を係合させるようにしたスプリット
・トルク駆動装置を示す図、第３図は単一の負荷カム構
体を用いた３つの遊星駆動構体をそなえ、そのうちの第
３の遊星構体が太陽ローラの回転速度および方向を制御
するようにした装置を示す図、 第４図は本発明の主要な特徴を明確に示すための概略図
である。 〔主要部分の符号の説明〕 １；３１．３５；６０．６８；８３−・太陽ローラ２；
３３；５６；６２，６６−・・牽引リング３；５７．５
９−−・遊星ローラ ４；２８，３０；５５，６７；８４−一人力軸９；３９
；６３；８７−−出力軸 １１；２９；３Ｌ−−キャリヤ ２７；５４−カム構体 出　願　人　：　エクセラマテインク インコーポレーテソド ・・−７、）− 代　理　人　　：　　岡　　　部　　　正　　　夫　　
□−一〇

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、太陽ローラと、該太陽ローラと同心状でかつそれか
   ら離した牽引リングと、前記太陽ローラと前記牽引リン
   グとの間の空間内に回転可能に支持された運動伝達用遊
   星ローラとから成り、前記太陽ローラと前記遊星ローラ
   と前記牽引リングはすべてその軸線に関して、やや円錐
   形の牽引表面を有すると共に、これらすべての牽引表面
   の軸方向接線が変速機の軸線上の一点において交差する
   ように配置され、前記太陽ローラにはそれを前記点に向
   けて且つ前記遊星ローラ間で軸方向に強制し遊星ローラ
   を前記太陽ローラおよび前記牽引リングと係合せしめる
   ための手段が設けられている遊星型牽引ローラ変速機。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記太陽ローラを
   前記遊星ローラ間に軸方向に強制するための前記手段は
   変速機を介して伝達されるトルクに依存する係合力を与
   えるようになされた軸方向カム構体である遊星型牽引変
   速機。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記太陽ローラは
   静止し、前記変速機は入力軸と出力軸を有し、前記遊星
   ローラは前記入力軸および出力軸の一方と一体回転可能
   に連結されたキャリヤにより支持され、前記牽引リング
   は前記入力軸および出力軸の他方と一体回転可能に連結
   されている遊星型牽引ローラ変速機。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記変速機は太陽
   ローラおよび牽引リングを各々有する第１および第２の
   遊星型牽引ローラ変速機ユニットを含み、それぞれの太
   陽ローラと牽引リングとの間の環状空間的には遊星ロー
   ラが回転可能に支持され、前記各牽引リングは共通のキ
   ャリヤ上にしっかりと離隔した関係に装着され、前記牽
   引ローラ変速機ユニットは互いに逆に傾斜した牽引表面
   を有し、前記軸方向カム構体は前記各太陽ローラを互い
   に逆方向に強制するように前記牽引ローラ変速機ユニッ
   ト間に配列されている遊星型牽引ローラ変速機。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記太陽ローラの
   円錐角度は約１°である遊星型牽引ローラ変速機。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記遊星ローラは
   僅かな軸方向曲率を有する遊星型牽引ローラ変速機。 ７、特許請求の範囲第６項において、前記軸方向曲率は
   約１２フィート（３．６６ｍ）の曲率半径に基づいてい
   る遊星型牽引ローラ変速機。 ８、太陽ローラと、該太陽ローラと同心状でかつそれか
   ら離隔した牽引表面を有する牽引リングと、前記太陽ロ
   ーラと前記牽引リングとの間の空間内に回転可能に支持
   された運動伝達用遊星ローラとから成り、少なくとも前
   記遊星ローラは軸方向に僅かに湾曲した牽引表面と、該
   遊星ローラを前記牽引リングと前記太陽ローラとに両者
   間での運動伝達のために係合せしめる手段とを有する遊
   星型牽引ローラ変速機。 ９、特許請求の範囲第８項において、前記遊星ローラの
   軸方向曲率半径は約１２フィート （３．６６ｍ）である遊星型牽引ローラ変速機。