WO2016190026A1 - 油圧式無段変速機用スラスト軸受 - Google Patents

油圧式無段変速機用スラスト軸受 Download PDF

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    • F16H39/14—Rotary fluid gearing using pumps and motors of the volumetric type, i.e. passing a predetermined volume of fluid per revolution with liquid motor and pump combined in one unit pump and motor being of the same type each with one main shaft and provided with pistons reciprocating in cylinders with cylinders arranged around, and parallel or approximately parallel to the main axis of the gearing with cylinders carried in rotary cylinder blocks or cylinder-bearing members

Definitions

  • This invention relates to a thrust bearing used in a hydraulic continuously variable transmission.
  • a hydraulic continuously variable transmission is used for an agricultural machine such as a lawn mower (see, for example, Patent Document 1).
  • thrust bearings are respectively used in portions that receive piston pressure when the rotational force of the shaft is converted into hydraulic pressure or when the hydraulic pressure is converted into rotational force of the shaft.
  • the cage in order to prevent breakage of the cage, is made of a synthetic resin containing glass fiber so as to absorb a shock to the cage due to delay or advance of the ball by making a specific pocket gap amount.
  • Proposed thrust bearings have been proposed.
  • thrust bearings are used with an axial load from one direction. Since the thrust bearing used in the hydraulic continuously variable transmission is loaded according to the inclination angle of the pump swash plate, there is a concern that the thrust bearing is subjected to an offset load and is damaged. In particular, there is a concern that the cage may be damaged due to the delay or advance of the ball due to the offset load.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thrust bearing for a hydraulic continuously variable transmission having a long life by reducing the load applied to the cage.
  • the present invention is incorporated in a hydraulic continuously variable transmission, an inner ring that comes into contact with a piston of a piston chamber of a variable displacement pump or a variable displacement motor, an outer ring that is fixed to a swash plate, A thrust bearing comprising a plurality of rolling elements held via a cage between an inner ring and an outer ring, wherein the cage is made of a synthetic resin made of polyamide 66, and the polyamide of the cage 66, the content of the glass fiber contained in 66 is 10% by mass or less.
  • the cage pocket has a cylindrical hole and a spherical surface, and the pocket clearance is 2 to 4% of the diameter (D) of the rolling element.
  • the retainer material is made of polyamide 66 having a glass fiber content of 10% or less, so that the elasticity of the retainer is increased and the pocket portion generated when the rolling element is delayed or advanced.
  • the applied load can be relaxed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a hydraulic continuously variable transmission mechanism.
  • a hydraulic continuously variable transmission 30 includes a variable displacement pump 32 that converts a rotational driving force transmitted from an engine (not shown) to an input shaft 31 into an oil pressure, and returns the oil pressure to the rotational driving force. And a variable displacement motor 42 that transmits to the output shaft 40.
  • the rotational driving force transmitted to the input shaft 31 is driven forward and backward. The force is steplessly changed and output from the output shaft 41, or the output is stopped.
  • the variable displacement pump 32 includes a cylinder block 33 that rotates integrally with the input shaft 31, a nose piston 35 that is reciprocated in the piston chamber 34, and a guide surface of the guide block 36. And a swash plate 37 that rotates along the axis.
  • the variable displacement pump 32 rotates the swash plate 37 to change the reciprocating stroke of the nose piston 35 and change the amount of oil discharged from the piston chamber 34.
  • the thrust bearing 10 is disposed on the swash plate 37 at a position where the thrust bearing 10 contacts the tip of the nose piston 35, and the thrust bearing 10 rotates together with the swash plate 37.
  • the variable capacity motor 42 includes a cylinder block 43 that rotates integrally with the output shaft 41, a nose piston 45 that is disposed at a plurality of locations in the circumferential direction of the cylinder block 43, and reciprocates in the piston chamber 44, and a swash plate 47. I have. On the swash plate 47, the thrust bearing 10 is disposed at a position where it comes into contact with the tip of the nose piston 45.
  • each nose piston 45 is reciprocated so as to enter and exit the piston chamber 44, whereby the output shaft 41 is driven at a speed determined by the amount of oil discharged from the variable displacement pump 32 in the forward or reverse drive direction. Rotate.
  • the thrust bearing 10 has an inner ring 12 having an inner ring raceway surface 11 and an outer ring 14 having an outer ring raceway surface 13 disposed so as to face each other, and between the inner ring raceway surface 11 and the outer ring raceway surface 13.
  • a plurality of balls 15 that are rolling elements are arranged so as to be freely rollable.
  • the thrust bearing 10 includes a cage 16 that holds a plurality of balls 15 at equal intervals in the circumferential direction.
  • the inner ring 12 is rotatable, and the tip of the nose piston 35 (45) contacts the end surface 21 opposite to the surface on which the inner ring raceway surface 11 is formed.
  • the outer ring 14 is fixed to the swash plate 37. Therefore, the thrust bearing 10 receives the high load received from the nose piston 35 (45) by the inner ring 12, and escapes to the outer ring 14 side fixed to the swash plate 37 (47) via the ball 15.
  • the shape of the cage 16 is not limited, but for example, the shape shown in FIGS. 2 to 3 can be used.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the ball 15 is removed from FIG.
  • the cage 16 of this embodiment has a plurality of pockets 17 formed in an annular base portion 16a.
  • the pockets 17 are formed in a cylindrical hole and a spherical surface. Yes.
  • claw part 16b which protruded outward rather than the base 16a is provided in the several places around the pocket 17, this example, and four places at equal intervals.
  • the pocket-side surface 16c of the claw portion 16b stands substantially vertically so as to be easily elastically deformed so that the balls 15 can be easily obtained during assembly.
  • the cage 16 made of synthetic resin is used.
  • polyamide 66 is used in consideration of durability and elasticity. Further, the polyamide 66 has a low material cost. Further, the cage 16 made of synthetic resin contains glass fibers for reinforcement.
  • the pocket gap is set to 2 to 4% of the diameter (D) of the ball 15. In other words, the ball load cannot be alleviated only by the gap between the pockets 17.
  • the cage 16 made of synthetic resin contains glass fibers for reinforcement. However, if the glass fiber content is increased, the tensile strength and rigidity of the cage 16 are improved. When the delay or advance occurs, the impact on the pocket 17 cannot be mitigated and is damaged. Therefore, in this embodiment, the content of the glass fiber contained in the polyamide 66 is reduced, and the breakage of the cage 16 is suppressed. In order to obtain an appropriate amount of the glass fiber content, a polyamide 66 having a different glass fiber content was prepared and subjected to a durability test.
  • Test 1 Cage is manufactured using four types of synthetic resin containing 0, 10%, 25%, and 40% by weight of glass fiber in polyamide 66. Durability tests were conducted under the moment load conditions assuming In the test, a thrust ball bearing having an inner diameter of 30 mm, an outer diameter of 52.5 mm, and a height of 12 mm was used, and turbine oil was used as a lubricant. The pocket clearance of the synthetic resin cage was 3%. The test conditions were an axial load of 4900 N, a radial load of 980 N, a rotational speed of 3000 min ⁇ 1 , and an ambient temperature of 20 ° C.
  • Table 1 shows the test results of Test 1.
  • the cage having glass fiber amounts of 0 and 10% by mass did not break.
  • the glass fiber content was 25% by mass or 40% by mass
  • the cage was extended due to the delay or advance of the ball, and a crack was generated at the extended part, and the crack was started from there. From the above, it is optimal to use a material of polyamide 66 having a glass fiber of 10% by mass or less. Further, the thrust bearing 10 is not suitable for high-speed rotation, and the strength can be maintained even when the glass fiber content is 10% by mass or less.

Abstract

本発明の油圧式無段変速機用スラスト軸受は、油圧式無段変速機（３０）に組み込まれ、可変容量ポンプ（３２）のピストン室（３４）のピストン（３５）と接触する内輪（１２）と、斜板（３７）に固定される外輪（１４）と、内輪（１２）と外輪（１４）との間に保持器（１６）を介して保持される複数の玉（１５）と、を備えるスラスト軸受であって、保持器（１６）がポリアミド６６からなる合成樹脂で形成され、且つ、含有されるガラス繊維の含有量を１０質量％以下としたスラスト軸受である。本発明は、これにより、ポンプ斜板（３７）の傾斜角度に応じ偏荷重が加わっても、玉（１５）の遅れや進みによる保持器（１６）の破損を防止し、長寿命とすることができる。

Description

油圧式無段変速機用スラスト軸受
　この発明は、油圧式無段変速機に用いられるスラスト軸受に関するものである。
　芝刈り機等の農業機械には、油圧式無段変速機が使用されている（例えば、特許文献１参照）。このような油圧式無段変速機では、軸の回転力を油圧に変換させる際、または油圧を軸の回転力に変換させる際のピストン圧力を受ける部分に、それぞれスラスト軸受が使用されている。
　ところで、油圧式無段変速機に組み込まれるスラスト軸受は、高荷重条件下で使用されるため、軌道輪、保持器の形状を改良した種々のものが提案されている。
　特許文献２には、保持器の破損を防止するために、保持器をガラス繊維含有合成樹脂製とし、特定のポケット隙間量にして、玉の遅れや進みによる保持器への衝撃を吸収するようにしたスラスト軸受が提案されている。
特開２００３－１９４１８３号公報 特開２０１３－６４４９５号公報
　通常、スラスト軸受は、一方向からのアキシアル荷重を負荷し使用される。油圧式無段変速機に使用されるスラスト軸受は、ポンプ斜板の傾斜角度に応じ荷重が負荷されるため、スラスト軸受に偏荷重が加わり、破損する懸念がある。特に、偏荷重により、玉の遅れや進みが発生し保持器が破損する懸念がある。
　この発明は上記の問題点を解消するためになされたものであり、保持器にかかる荷重を低減させ、長寿命の油圧式無段変速機用スラスト軸受を提供することを課題とする。
　前記の課題を解決するために、この発明は、油圧式無段変速機に組み込まれ、可変容量ポンプ又は可変容量モータのピストン室のピストンと接触する内輪と、斜板に固定される外輪と、内輪と外輪との間に保持器を介して保持される複数の転動体と、を備えるスラスト軸受であって、前記保持器がポリアミド６６からなる合成樹脂で形成され、且つ、前記保持器のポリアミド６６に含有されるガラス繊維の含有量を１０質量％以下にしたこと特徴とする。
　また、前記保持器のポケットが円筒穴と球面で構成されており、かつ、ポケット隙間を前記転動体の直径（Ｄ）の２～４％とするとよい。
　上記したように、この発明は、保持器材質にポリアミド６６のガラス繊維含有量１０％以下のものを使用することにより、保持器の弾性が増し、転動体の遅れや進み時に発生するポケット部に加わる荷重を緩和することができる。
油圧式無段変速機の一例を示す断面図である。 スラスト軸受の一例を示す断面図である。 保持器の一例を示す断面図である。
　以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は油圧式無段変速機構の一例を示す断面図である。
　図１に示すように、油圧式無段変速機３０は、図示しないエンジンから入力軸３１に伝達された回転駆動力を油圧力に変換する可変容量ポンプ３２と、油圧力を回転駆動力に戻して出力軸４０に伝達する可変容量モータ４２と、を備えており、可変容量ポンプ３２の斜板角変更を行うことにより、入力軸３１に伝達された回転駆動力を前進側、後進側の駆動力に無段階に変更して出力軸４１から出力したり、この出力を停止したりする。
　可変容量ポンプ３２は、入力軸３１と一体回動するシリンダブロック３３と、シリンダブロック３３の周方向複数箇所に配置され、ピストン室３４内を往復動するノーズピストン３５と、ガイドブロック３６のガイド面に沿って回動する斜板３７と、を備えている。可変容量ポンプ３２は、斜板３７が回動操作することで、ノーズピストン３５の往復動ストロークを変化し、ピストン室３４が吐出する油量を変化している。斜板３７には、スラスト軸受１０がノーズピストン３５の先端部と接触する位置に配置されており、スラスト軸受１０は斜板３７と共に回動する。
　可変容量モータ４２は、出力軸４１と一体回動するシリンダブロック４３と、シリンダブロック４３の周方向複数箇所に配置され、ピストン室４４内を往復動するノーズピストン４５と、斜板４７と、を備えている。斜板４７には、スラスト軸受１０がノーズピストン４５の先端部と接触する位置に配置されている。
　可変容量ポンプ３２の各ピストン室３４から油が吐出されると、シリンダブロック４３の各ピストン室４４に油が供給される。そして、各ノーズピストン４５がピストン室４４に対して出入りするように往復駆動され、これにより、前進側又は後進側の駆動方向に、可変容量ポンプ３２の吐出油量で決まる速度で出力軸４１が回転する。
　スラスト軸受１０は、図２に示すように、内輪軌道面１１を有する内輪１２と、外輪軌道面１３を有する外輪１４と、を対向配置し、内輪軌道面１１と外輪軌道面１３との間に、転動体である複数の玉１５を転動自在に配置したものである。さらに、スラスト軸受１０は、複数の玉１５を円周方向に亘って等間隔に保持する保持器１６を備える。
　また、内輪１２は回転可能であり、内輪軌道面１１が形成された面とは反対側の端面２１にノーズピストン３５（４５）の先端部が接触する。一方、外輪１４は、斜板３７に固定される 。そのため、スラスト軸受１０はノーズピストン３５（４５）から受ける高荷重を内輪１２で受け 、玉１５を介して、斜板３７（４７）に固定された外輪１４側へ逃がしている。
　この発明において、保持器１６の形状には制限はないが、例えば、図２～図３に示す形状とすることができる。図３は、図２から玉１５を除いた状態を示す断面図である。
　この実施形態の保持器１６は、例えば、図２及び図３に示すように、円環状の基部１６ａに複数のポケット１７が形成されており、このポケット１７は、円筒穴と球面に形成されている。そして、ポケット１７の周囲の複数箇所、この例では等間隔で４箇所に、基部１６ａよりも外方に突出した爪部１６ｂが設けられている。また、爪部１６ｂのポケット側の面１６ｃは、組立時に玉１５を得られやすいようにほぼ垂直に立って、弾性変形するようになっている。
　この発明の実施形態では、転動体としての玉１５の遅れや進みによりポケット面に衝撃が加わり、保持器１６が破損する虞があるので、保持器１６を合成樹脂製のものを用いている。その中でも、耐久性と弾性等を考慮して、ポリアミド６６を用いている。また、このポリアミド６６は、材料コストも低い。また、合成樹脂製の保持器１６は、補強用にガラス繊維を含有している。
　また、油圧式無段変速機のように、偏荷重がかかるスラスト軸受１０の保持器１６は、玉１５の遅れや進みにより、玉１５と玉１５の間の距離が長くなってしまう。そのため、ポケット１７にかかる荷重を減少させることが最も重要である。その手段として、ポケット１７の隙間を大きくすることも有効であるが、大きくするとポケット１７間の強度低下を招き適さない。そこで、この実施形態では、ポケット隙間を玉１５の直径（Ｄ）の２～４％にしている。すなわち、ポケット１７の隙間だけでは、玉の荷重を緩和することは出来ない。
　上記のように、合成樹脂製の保持器１６は、補強用にガラス繊維を含有しているが、ガラス繊維の含有量を多くすると、保持器１６の引張り強度と剛性が向上するため、玉１５の遅れや進みが発生したときに、ポケット１７にかかる衝撃を緩和できず、破損する。そこで、この実施形態では、ポリアミド６６に含有するガラス繊維の含有量を少なくし、保持器１６の破損を抑制している。このガラス繊維の含有量の適した量を求めるために、ガラス繊維の含有量が異なるポリアミド６６を準備して耐久試験を行った。
（試験１）
　ポリアミド６６にガラス繊維を０、１０質量％、２５質量％、４０質量％と含有した４種類の合成樹脂を用いて保持器を製作し、それぞれの合成樹脂製保持器に、玉の遅れや進みを想定したモーメント荷重条件下で耐久試験を行った。試験は、内径が３０ｍｍ、外径が５２．５ｍｍ、高さ１２ｍｍのスラスト玉軸受を用い、潤滑剤としてタービン油を用いた。また、合成樹脂製保持器のポケットすきまは、３％とした。試験条件は、アキシアル荷重４９００Ｎ、ラジアル荷重９８０Ｎ、回転数３０００ｍｉｎ-1、雰囲気温度２０℃とした。
　表１に、試験１の試験結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　試験した結果、ガラス繊維量０、１０質量％の保持器は破損しなかった。それに対し、ガラス繊維量が２５質量％、４０質量％のものは、玉の遅れや進みにより、保持器が伸び、伸びた箇所によりクラックが発生し、そこを起点に割れた。以上のことから、ポリアミド６６のガラス繊維１０質量％以下の材料を使用することが最適である。また、スラスト軸受１０は、高速回転には適しておらず、ガラス繊維の含有量は１０質量％以下でもその強度を保つことができる。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１０　　　：スラスト軸受
１１　　　：軌道面
１２　　　：内輪
１３　　　：軌道面
１４　　　：外輪
１５　　　：玉
１６　　　：保持器
１７　　　：ポケット
２１　　　：端面
３０　　　：油圧式無段変速機
３１　　　：入力軸
３２　　　：可変容量ポンプ
３３　　　：シリンダブロック
３４　　　：ピストン室
３５　　　：ノーズピストン
３６　　　：ガイドブロック
３７　　　：斜板
４０　　　：出力軸
４１　　　：出力軸
４２　　　：可変容量モータ
４３　　　：シリンダブロック
４４　　　：ピストン室
４５　　　：ノーズピストン
４７　　　：斜板

Claims (2)

  1. 　油圧式無段変速機に組み込まれ、可変容量ポンプ又は可変容量モータのピストン室のピストンと接触する内輪と、斜板に固定される外輪と、内輪と外輪との間に保持器を介して保持される複数の転動体と、を備えるスラスト軸受であって、
    　前記保持器がポリアミド６６からなる合成樹脂で形成され、且つ、ポリアミド６６に含有されるガラス繊維の含有量を１０質量％以下の割合としたことを特徴とする油圧式無段変速機用スラスト軸受。
  2. 　前記保持器のポケットが円筒穴と球面で構成されており、かつ、ポケット隙間を前記転動体の直径（Ｄ）の２～４％としたことを特徴とする請求項１に記載の油圧式無段変速機用スラスト軸受。
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