JP2005321004A - Gear shaft support structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、変速機出力部よりの駆動力を減速して差動装置等の車軸装置に伝達する減速歯車装置の歯車軸を、プリロードを付与したテーパローラ軸受で支持する歯車軸支持構造に関するものである。 The present invention relates to a gear shaft support structure for supporting a gear shaft of a reduction gear device that decelerates a driving force from a transmission output unit and transmits the reduced force to an axle device such as a differential gear with a tapered roller bearing provided with a preload. is there.
従来から変速機出力部よりの駆動力を減速歯車装置により減速して差動装置等の車軸装置に伝達する減速歯車装置の歯車軸を軸方向から規定したプリロードを加えた一対のテーパローラ軸受により支持させ、減速歯車同士の噛合いにより発生する半径方向のラジアル荷重および軸方向のスラスト荷重に対して良好な噛合い状態を維持させ、ギヤノイズ等の発生を抑制し、減速歯車の耐久性を向上させるものが知られている(特許文献1参照)。
ところで、このような歯車軸を支持するテーパローラ軸受にプリロードを加える場合に、発進から高速走行までの運転領域全域に亘る伝達トルク範囲をカバーするよう軸受剛性を高めて、噛合い部分のガタ発生を抑制してギヤノイズ抑制や耐久性を向上させるためには、ある程度高いプリロードを設定する必要がある。 By the way, when preloading is applied to such a tapered roller bearing that supports the gear shaft, the bearing rigidity is increased so as to cover the entire transmission torque range from the start to the high-speed running, and rattling of the meshing portion is generated. In order to suppress and improve gear noise suppression and durability, it is necessary to set a high preload to some extent.
しかしながら、このように運転領域全域に対応するようにある程度高いプリロードを設定する場合には、テーパローラ軸受の転動面の面圧が高まり、回転に対するフリクショントルクが大きくなり、動力伝達効率が低下して、車両の燃料消費が増加する不具合を生ずる。特に、伝達トルクが小さい中高速走行時に必要以上にフリクションロスを発生させる不具合があった。 However, when setting a somewhat high preload so as to cover the entire operation region in this way, the surface pressure of the rolling surface of the tapered roller bearing increases, the friction torque against rotation increases, and the power transmission efficiency decreases. This causes a problem that the fuel consumption of the vehicle increases. In particular, there is a problem that friction loss is generated more than necessary during medium and high speed traveling with a small transmission torque.
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、伝達トルクに応じた最適な軸受剛性を付与可能な歯車軸支持構造を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a gear shaft support structure capable of imparting optimum bearing rigidity in accordance with transmission torque.
本発明は、減速歯車を備える歯車軸を対向する一対のテーパローラ軸受により支持する歯車軸支持構造において、歯車軸の一端の軸部を一方のテーパローラ軸受のインナレースに対して相対回転および軸方向に相対移動可能に支持させ、歯車軸と一方のテーパローラ軸受との間の歯車軸の軸部の周囲に、両者の回転位相のずれに対応して歯車軸と一方のテーパローラ軸受のインナレースとを互いに離反させる軸方向力を発生するカムプレートおよびカムローラからなる推力カム機構を配置し、推力カム機構を含めて一対のテーパローラ軸受同士にプリロードを付与するようにした。 The present invention provides a gear shaft support structure in which a gear shaft including a reduction gear is supported by a pair of taper roller bearings facing each other, and a shaft portion at one end of the gear shaft is rotated relative to an inner race of one taper roller bearing in an axial direction. The gear shaft and the inner race of one taper roller bearing are mutually supported around the shaft portion of the gear shaft between the gear shaft and one taper roller bearing so as to correspond to the rotational phase shift between them. A thrust cam mechanism including a cam plate and a cam roller that generate an axial force to be separated is disposed, and a preload is applied between a pair of tapered roller bearings including the thrust cam mechanism.
したがって、本発明では、歯車軸と一方のテーパローラ軸受との間の歯車軸の軸部の周囲に、両者の回転位相のずれに対応して歯車軸と一方のテーパローラ軸受のインナレースとを互いに離反させる軸方向力を発生するカムプレートおよびカムローラからなる推力カム機構を備えるため、プリロードを伝達トルクに応じて増減でき、走行時の運転領域に応じた最適な軸受剛性を得ることができる。即ち、発進走行や低速走行時における比較的高い伝達トルクに対しては高い軸受剛性により減速歯車の噛合いアライメントを良好に維持してギヤノイズの発生を抑制し、ギヤの耐久性を向上させることができる。また、中高速走行時における比較的低い伝達トルクに対しては低い軸受剛性によりテーパローラ軸受の転動面の面圧を下げ、回転に対するフリクショントルクを低下させて動力伝達効率を向上させ、車両の燃料消費を低減させることができる。 Therefore, in the present invention, the gear shaft and the inner race of the one taper roller bearing are separated from each other around the shaft portion of the gear shaft between the gear shaft and the one taper roller bearing in accordance with the rotational phase shift between the two. Since the thrust cam mechanism including the cam plate and the cam roller that generates the axial force to be generated is provided, the preload can be increased or decreased according to the transmission torque, and the optimum bearing rigidity can be obtained according to the operating region during traveling. That is, for relatively high transmission torque during start-up and low-speed running, high bearing rigidity maintains good meshing alignment of the reduction gears to suppress gear noise and improve gear durability. it can. Also, for relatively low transmission torque during medium and high speed driving, the bearing pressure on the rolling surface of the tapered roller bearing is lowered due to low bearing rigidity, and the friction torque against rotation is reduced to improve power transmission efficiency, thereby Consumption can be reduced.
以下、本発明の歯車軸支持構造を一実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, a gear shaft support structure of the present invention will be described based on an embodiment.
図1〜図4は、本発明を適用した歯車軸支持構造の第1実施形態を示し、図1は歯車軸支持構造の概略構成図、図2はカム機構を構成するコロおよび保持器の正面図、図3はカム機構の側面図、図4は歯車軸支持構造の別の実施例の概略構成図、図5は歯車軸支持構造の適用例のギヤトレーンを示すスケルトン図である。 1 to 4 show a first embodiment of a gear shaft support structure to which the present invention is applied, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the gear shaft support structure, and FIG. 2 is a front view of a roller and a cage constituting a cam mechanism. FIG. 3 is a side view of the cam mechanism, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of another embodiment of the gear shaft support structure, and FIG. 5 is a skeleton diagram showing a gear train of an application example of the gear shaft support structure.
本実施形態における歯車軸支持構造は、例えば、図5に示す車両用駆動装置に適用できる。即ち、図5に示す車両用駆動装置は、エンジンEからの動力を導入するトルクコンバータTC等の発進要素1と、遊星歯車組Pと前進クラッチFCおよび後進ブレーキRBからなる前後進切換機構2と、前後進切換機構2からの出力を変速、例えば、無段変速して出力する無段変速機CVTからなる変速装置3と、最終減速装置FDを含んで前記変速装置3の出力を減速して出力する減速歯車組4と、減速歯車組4の出力により左右駆動車輪5のドライブシャフト6に差動的に駆動する差動機構DGとを備えて構成している。
The gear shaft support structure in the present embodiment can be applied to, for example, the vehicle drive device shown in FIG. 5 includes a starting element 1 such as a torque converter TC for introducing power from the engine E, a forward /
本実施形態の歯車軸支持構造は、変速装置3の出力を減速して、左右駆動輪5に連なるドライブシャフト6を差動的に駆動する差動装置DGに伝達するよう、変速装置3の出力歯車7と噛合うアイドラギヤ8と、差動装置DGに連結されたファイナルギヤ10と噛合うリダクションギヤ9と、を一体に備える歯車軸の支持構造に適用した図1〜図4に基づいて説明する。
The gear shaft support structure of the present embodiment decelerates the output of the
図1に示す歯車軸支持構造は、上述したように、変速装置3の出力歯車7と噛合うアイドラギヤ8と、差動装置DGに連結されたファイナルギヤ10と噛合うリダクションギヤ9と、を一体とした歯車軸11を備える。歯車軸11の一端は一方のテーパローラ軸受12により変速機ケース3Aに支持され、歯車軸11の他端の軸部11Aは、ニードル軸受13を介して他方のテーパローラ軸受14により変速機ケース3Aに支持されている。そして、前記一方のテーパローラ軸受12側に隣接させてリダクションギヤ9およびアイドラギヤ8をこの順に配置している。
As described above, the gear shaft support structure shown in FIG. 1 integrally includes the
前記リダクションギヤ9とファイナルギヤ10との噛合いにより発生する軸方向およびラジアル方向の噛合い反力は、アイドラギヤ8とアウトプットギヤ7との噛合いにより発生する反力より大きいことから、上記配置関係とすることにより、一方のテーパローラ軸受12の荷重受け方向(ガタ詰め方向)に効果的に受持たせることができる。また、リダクションギヤ9とファイナルギヤ10との噛合いにより発生する軸方向反力とアイドラギヤ8とアウトプットギヤ7との噛合いにより発生する軸方向反力とは、互いに相殺する方向に、リダクションギヤ9とアイドラギヤ8とのはす歯のねじれ方向が設定されており、また、リダクションギヤ9の軸方向反力がアイドラギヤ8の軸方向反力より大きいことから、相殺し切れない軸方向反力は、車両前進走行時に一方のテーパローラ軸受12の荷重受け方向で受持たせるよう前記はす歯のねじれ方向を設定している。
Since the axial and radial meshing reaction forces generated by the engagement between the
前記歯車軸11には、他方のテーパローラ軸受14に対面する環状の端面に、カム溝15Aを等角度間隔に配置したカムプレート15を一体に備える。前記各カム溝15Aは、中央位置で端面を軸方向に大きく窪ませており、中央位置から周方向に移るにつれて窪みの深さが浅くなる傾斜面による広角度のV溝に形成されている。
The
前記カムプレート15のカム溝15Aに対面する他方のテーパローラ軸受14には、リング状の円板16が歯車軸11の軸部11Aに緩く嵌合させて配置され、カムプレート15のカム溝15Aと円板16の端面との間には、保持器17で互いの角度位置が変化しないように保持されたカムローラ18が挿入されている。前記保持器17は、図2に示すように、リング状の円板で形成され、カムローラ18を保持する保持穴17Aを等角度間隔に備え、保持穴17Aにカムローラ18を回転および軸方向移動可能に保持した状態で、内周穴17Bをカムプレート15と円板16との間の歯車軸11の軸部11A外周に嵌合させて位置決めしている。
The other tapered roller bearing 14 facing the
前記カムプレート15とカムローラ18および円板16とは常時接触し且つ所定の接触圧に保持されてそれ以下の接触圧に低下しないよう、左右のテーパローラ軸受12、14同士の間隔およびプリロードを設定している。付与するプリロードは、変速機3のケース3Aの温度が定常運転温度まで上昇された暖機状態で、車速が比較的高い中高速走行中における比較的低い駆動トルクを伝達している場合において、歯車軸11に発生しているラジアル荷重およびスラスト荷重を支持可能な軸受剛性を備えるように設定している。
The interval between the left and right
以上の構成になる歯車軸支持構造における車両走行中においては、変速機3のアウトプットギヤ7によりアイドラギヤ8が回転駆動されて歯車軸11はアウトプットギヤ7の回転に対してギヤ比に対応した減速された回転数で回転し、一体となっているリダクションギヤ9はファイナルギヤ10をギヤ比に対応した減速比で減速回転させる。歯車軸11は一対のテーパローラ軸受12、14に回転支持されており、一体となっているカムプレート15も同一回転数で回転する。
While the vehicle is running on the gear shaft support structure having the above configuration, the
前記円板16を通してプリロードによりカムプレート15のカム溝15Aに押付けられているカムローラ18は、前記アイドラギヤ8およびリダクションギヤ9に発生する軸方向反力およびラジアル方向反力が一対のテーパローラ軸受12、14に付与している前記プリロードを超えない範囲においては、カム溝15Aの中央位置から転動移動しない。この状態においては、カムローラ18(保持器17付き)、円板16、ニードル軸受13も共にカムプレート15および歯車軸11と共に一体となって回転する。
The
このように歯車軸11とカムローラ18(保持器17付き)、円板16、ニードル軸受13とが一体回転する状態は、伝達する駆動トルクが比較的低い中高速走行時に実現される。この状態においては、一対のテーパローラ軸受12、14に付与しているプリロードが比較的低いため、一対のテーパローラ軸受12、14に発生するフリクショントルクが低く抑制されており、伝達トルクの消費も小さく抑えられ、動力伝達効率を高く保持して、車両の燃料消費を低減させることができる。
Thus, the state in which the
車速が比較的低い低車速走行時および車両発進時等においては、円板16を通してプリロードによりカムプレート15のカム溝15Aに押付けられているカムローラ18は、前記アイドラギヤ8およびリダクションギヤ9に発生する軸方向反力およびラジアル方向反力が一対のテーパローラ軸受12、14に付与している前記プリロードを超える範囲となり、円板16および他方のテーパローラ軸受14のインナレースはニードル軸受13を介して相対的に回転移動を許容されているため、これらを相対回転移動させてカムローラ18がカム溝15Aの中央位置から伝達トルクに応じて転動移動する。
The
前記カムローラ18のカム溝15Aの傾斜面上の転動移動は、カムプレート15と円板16との間隔を増加させ、一対のテーパローラ軸受12、14のインナレース同士の間隔を増加させ、設定プリロードに加えて伝達トルクの上昇に応じたロードが付加されて、一対のテーパローラ軸受12、14の軸受剛性を増加させる。この状態においては、軸受剛性が、設定プリロードに加えて伝達トルクの上昇に応じたロードが付加されて増加するため、一対のテーパローラ軸受12、14に発生するフリクショントルクが大きくなり、伝達トルクの消費も大きく、動力伝達効率が若干低下して、車両の燃料消費も増加する。しかしながら、上記軸受剛性の増加は、アイドラギヤ8およびリダクションギヤ9とアウトプットギヤ7およびファイナルギヤ10との噛合いアライメントを良好に維持してギヤノイズの発生を抑制し、ギヤの耐久性を向上させるよう作用させることができる。
The rolling movement of the
この場合の軸受剛性の増加は、アイドラギヤ8およびリダクションギヤ9で伝達する伝達トルクに応じて増加されるものであるため、フリクショントルクが無駄に増加する訳ではなく、トルク伝達上必要とする量だけ増加されて、アイドラギヤ8およびリダクションギヤ9とアウトプットギヤ7およびファイナルギヤ10との噛合いアライメントを良好に維持してギヤノイズの発生を抑制し、ギヤの耐久性を向上させるものである。もちろん、車両速度が上昇して伝達トルクが低下された場合には、円板16およびニードル軸受13により回転許容された円板16を相対回転させて、プリロードによりカムローラ18が中央位置に転動復帰して、軸受剛性をプリロードに応じた分まで低下させ、再び、低フリクショントルクに復帰される。
The increase in bearing rigidity in this case is increased in accordance with the transmission torque transmitted by the
図3は、前進走行時における軸受剛性の増加特性と後進走行時の軸受剛性の増加特性を異ならせるよう、カム溝15Aの前進走行時に利用される傾斜面15A1の傾斜角と後進走行時に利用される傾斜面15A2の傾斜角とを相違させたものである。図示状態のカム溝15Aにおいては、矢印は回転方向を示し、前進時における転動傾斜角θ1は後進時での転動傾斜角θ2よりも小さく形成して、車両前進時の軸受剛性の増大特性を大きくして、振動および騒音に対する抑制要求が高い前進時の騒音・振動の低減性能を向上させるようにしている。
FIG. 3 is used for the reverse travel and the inclination angle of the inclined surface 15A1 used for the forward travel of the
図4は、歯車軸支持構造の別の実施例であり、一対のテーパローラ軸受12、14の外側に歯車軸11を延長し、延長部分にアイドラギヤ8とリダクションギヤ9とを配置するようにしたものである。この場合においては、歯車軸11と一体となったカムプレート15、保持器17で保持されたカムローラ18、円板16およびニードル軸受13は一対のテーパローラ軸受12、14で挟まれる部位に配置される。なお、歯車軸11を図示したアイドラギヤ8およびリダクションギヤ9の外側まで延長して、変速機ケース3Aに支持させた図示しないニードル軸受でラジアル方向に軸受支持すると、更に歯車軸11の支持剛性は向上させることができる。この実施例においても、前記した図1〜図4に示す実施例と同様に作用させて同様の効果を発揮させることができる。
FIG. 4 shows another embodiment of the gear shaft support structure in which the
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。 In the present embodiment, the following effects can be achieved.
(ア)減速歯車8、9を備える歯車軸11を対向する一対のテーパローラ軸受12、14により支持する歯車軸支持構造において、歯車軸11の一端の軸部11Aを一方のテーパローラ軸受14のインナレースに対して相対回転および軸方向に相対移動可能に支持させ、歯車軸11と一方のテーパローラ軸受14との間の歯車軸11の軸部11Aの周囲に、両者の回転位相のずれに対応して歯車軸11と一方のテーパローラ軸受14のインナレースとを互いに離反させる軸方向力を発生するカムプレート15およびカムローラ18からなる推力カム機構15〜18を配置し、推力カム機構15〜18を含めて一対のテーパローラ軸受12、14同士にプリロードを付与するようにした。
(A) In a gear shaft support structure in which a
このため、プリロードを伝達トルクに応じて増減でき、走行時の運転領域に応じた最適な軸受剛性を得ることができる。即ち、発進走行や低速走行時における比較的高い伝達トルクに対しては高い軸受剛性により減速歯車の噛合いアライメントを良好に維持してギヤノイズの発生を抑制し、ギヤの耐久性を向上させることができる。また、中高速走行時における比較的低い伝達トルクに対しては低い軸受剛性によりテーパローラ軸受の転動面の面圧を下げ、回転に対するフリクショントルクを低下させて動力伝達効率を向上させ、車両の燃料消費を低減させることができる。 For this reason, the preload can be increased / decreased according to the transmission torque, and the optimum bearing rigidity can be obtained according to the operating region during traveling. That is, for relatively high transmission torque during start-up and low-speed running, high bearing rigidity maintains good meshing alignment of the reduction gears to suppress gear noise and improve gear durability. it can. Also, for relatively low transmission torque during medium and high speed driving, the bearing pressure on the rolling surface of the tapered roller bearing is lowered due to low bearing rigidity, and the friction torque against rotation is reduced to improve power transmission efficiency, thereby Consumption can be reduced.
前記推力カム機構15〜18は、端面に傾斜面で形成したカム溝15Aを円周方向に等間隔に備える歯車軸11と一体のカムプレート15と、カム溝15Aの傾斜面上を円周方向に転動可能なカムローラ18と、一方のテーパローラ軸受14のインナレースに背面が当接し、カムローラ18に転動可能に背面から接触する円板16と、から構成することができる。
The
(イ)減速歯車8、9は、推力カム機構15〜18が配置された側とは反対側の他方のテーパローラ軸受12の荷重受け方向に、前進走行時のハスバ歯車による噛合い反力としての軸方向スラスト力を発生するよう構成しているため、推力カム機構15〜18と軸方向スラスト力とが合成されて、前進走行時のガタ詰め推力を効果的に増大でき、騒音・振動抑制の要求が高い前進走行時の騒音・振動が低減できる。
(A) The reduction gears 8 and 9 are used as a meshing reaction force by the helical gear during forward travel in the load receiving direction of the other tapered
(ウ)減速歯車8、9は、外部歯車7から駆動回転されるアイドラギヤ8と別の外部歯車10を駆動回転するリダクションギヤ9とからなり、他方のテーパローラ軸受12にアイドラギヤ8より隣接させてリダクションギヤ9を配置して備えるため、噛合い反力の大きい歯車であるリダクションギヤ9の支持剛性を高くでき、騒音・振動の低減に対して有利となる。
(C) The reduction gears 8 and 9 comprise an
(エ)推力カム機構15〜18のカムローラ18は、カムプレート15と円板16との間に位置する歯車軸11の軸部11A外周に遊嵌する保持器17に円周方向等間隔に保持されているため、保持器17の支持を廉価にできる。
(D) The
(オ)推力カム機構15〜18の円板16は、カムローラ18に背面から平坦な面により転動可能に接触するため、カム溝15Aがカムプレート15の一方のみでよく、廉価に構成できる。
(E) Since the
(カ)推力カム機構15〜18のカム溝15Aは、前進走行時にカムローラ18と接触する斜面15A1の傾斜角を後進走行時にカムローラ18と接触する斜面15A2の傾斜角に対して小さい傾斜角とすることで、前進走行時のガタ詰め推力を増大でき、騒音・振動の要求が高い前進走行時の騒音・振動を低減できる。
(F) The
なお、上記実施形態において、カム機構15〜18として、カム溝15Aを備えたカムプレート15と平板状の円板16とでカムローラ18を挟むものについて説明したが、図示はしないが、円板のカムローラと接する端面にもカムプレートと同様にカム面を設けるものであってもよい。
In the above-described embodiment, the
1 発進要素
2 前後進切換機構
3 変速機
4 減速歯車組
5 駆動車輪
6 ドライブシャフト
7 アウトプットギヤ
8 アイドラギヤ
9 リダクションギヤ
10 ファイナルギヤ
11 歯車軸
12、14 テーパローラ軸受
13 ニードル軸受
15 カムプレート
15A カム溝
16 円板
17 保持器
18 カムローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記歯車軸の一端の軸部を一方のテーパローラ軸受のインナレースに対して相対回転および軸方向に相対移動可能に支持させ、
前記歯車軸と一方のテーパローラ軸受との間の歯車軸の軸部の周囲に、両者の回転位相のずれに対応して歯車軸と一方のテーパローラ軸受のインナレースとを互いに離反させる軸方向力を発生するカムプレートおよびカムローラからなる推力カム機構を配置し、
前記推力カム機構を含めて一対のテーパローラ軸受同士にプリロードを付与するようにしたことを特徴とする歯車軸支持構造。 In a gear shaft support structure in which a gear shaft including a reduction gear is supported by a pair of tapered roller bearings facing each other,
The shaft portion at one end of the gear shaft is supported so as to be relatively rotatable and relatively movable in the axial direction with respect to the inner race of one taper roller bearing,
Around the shaft portion of the gear shaft between the gear shaft and the one taper roller bearing, an axial force that separates the gear shaft and the inner race of the one taper roller bearing from each other in response to a shift in the rotational phase of the two. Place the thrust cam mechanism consisting of the cam plate and cam roller to generate,
A gear shaft support structure characterized by preloading a pair of tapered roller bearings including the thrust cam mechanism.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070402 |
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A762 | Written abandonment of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 Effective date: 20081211 |