JP2007198480A - Planetary gear type continuously variable transmission - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、はすば歯車を利用して動力を確実に伝達することができる遊星歯車式無段変速装置に関する。 The present invention relates to a planetary gear type continuously variable transmission that can transmit power reliably using a helical gear.
従来の無段変速機は、たとえば互いに平行な軸に、対称に配置された円錐ローラをそれぞれ設け、これら円錐ローラ間に伝動ベルトを巻張したベルト式や、入力軸に略円錐湾曲型の入力デスクを設けるとともに、出力軸に入力デスクに対向して略円錐湾曲型の出力ディスクを設け、入力デスクと出力ディスク間に、接線周りに傾動可能な伝動ローラを回転自在に配置したトロイダル式(特許文献1)であり、両方とも滑り摩擦を利用したものである。
従来の無段変速機は、滑り摩擦式であるため、滑りなどによる損失があり、伝達トルクが大きくなると、滑りが生じやすくなる傾向がある。
本発明は、変速比の変更時であっても、歯車を連続的に噛み合わせることで、回転トルクの大きさに関係なく動力を確実に伝達することができ、滑りのない遊星歯車式無段変速装置を提供することを目的とする。
Since the conventional continuously variable transmission is a sliding friction type, there is a loss due to slipping or the like, and when the transmission torque increases, slipping tends to occur easily.
Even when the gear ratio is changed, the present invention can transmit the power reliably regardless of the magnitude of the rotational torque by continuously meshing the gears, and is a planetary gear type continuously variable without slipping. An object is to provide a transmission.
請求項1記載の発明は、回転軸心上に設けられた太陽歯車と、当該太陽歯車の外周部に一定間隔をあけて固定された内歯車と、回転軸心に周りに回転自在に支持されたキャリア部材に設けられて太陽歯車および内歯車にそれぞれ噛み合う遊星ギヤとを具備した遊星歯車式無段変速装置であって、太陽歯車、遊星歯車および内歯車をそれぞれ所定のねじれ角を有するはすば歯車により構成し、キャリア部材に、複数の旋回軸を軸心方向にスライド自在に設けるとともに、前記各旋回軸に軸心方向の移動が規制された遊星歯車をそれぞれ設け、内歯車を回転軸心周りに180°の範囲にのみ設け、前記旋回軸は、前記各遊星歯車の少なくとも1個が前記内歯車に噛み合う位置に配置され、回転軸心に直交しかつ内歯車の二等分線に平行な傾動軸周りに傾動自在なカム板と、当該カム板を傾動可能な直線駆動機構とを有し、前記カム板の傾斜姿勢で回転軸心を中心とする遊星歯車の1回の旋回に対して前記旋回軸を介して遊星歯車をそれぞれ軸心方向に1往復移動させる変速調整手段を設けたものである。
The invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の構成において、旋回軸の両端部に当接部をそれぞれ形成し、前記当接部がそれぞれ当接するカム板を、旋回軸の両側に配置し、前記両カム板を平行リンク機構を介して連結連動し傾動するように構成したものである。 According to a second aspect of the present invention, in the configuration according to the first aspect, contact portions are formed at both ends of the pivot shaft, and cam plates with which the contact portions abut are disposed on both sides of the pivot shaft, The cam plates are configured to be linked and interlocked via a parallel link mechanism and tilted.
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の構成において、遊星歯車は、太陽歯車に噛み合う入力遊星歯車と、内歯車に噛み合う出力遊星歯車とで構成されたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the planetary gear includes an input planetary gear that meshes with the sun gear and an output planetary gear that meshes with the internal gear.
請求項1記載の発明によれば、カム板が回転軸心に対して傾斜した状態で、太陽歯車に対する遊星歯車の噛み合い位置を回転軸心方向に往復移動させる。これにより、カム板が回転軸心に垂直な中立姿勢における遊星歯車の回転数に対して、はすば歯車のねじれ角による噛み合い位置のずれ分だけ回転速度を変化させることができる。そして180°の範囲にのみ設けられた内歯車により、遊星歯車の回転力を180°ごとに交互にキャリア部材に伝達することで、遊星歯車の旋回を連続してキャリア部材に伝達し回転することができる。したがって、変速調整装置で直線駆動機構によりカム板を傾動させることにより、遊星歯車と太陽歯車、内歯車とが噛み合った状態で、遊星歯車を軸心方向にスライドさせて、軸心方向の移動量を変化させ、これにより変速比を変更することができる。したがって、歯車を連続的に噛み合わせた状態で無段変速操作が可能となり、入力軸からの十分に大きい回転トルクを出力軸に確実に伝達することができて滑りが生じることがない。また、変速比を変更するときであっても、回転トルクの大きさに関係なく動力を確実に伝達することができ、滑りのない遊星歯車式無段変速装置を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, the meshing position of the planetary gear with respect to the sun gear is reciprocated in the direction of the rotational axis while the cam plate is inclined with respect to the rotational axis. As a result, the rotational speed of the planetary gear can be changed by the shift amount of the meshing position due to the helical angle of the helical gear with respect to the rotational speed of the planetary gear when the cam plate is in a neutral posture perpendicular to the rotational axis. Then, the rotation of the planetary gear is alternately transmitted to the carrier member every 180 ° by the internal gear provided only in the range of 180 °, so that the rotation of the planetary gear is continuously transmitted to the carrier member and rotated. Can do. Therefore, by tilting the cam plate by the linear drive mechanism in the speed change adjusting device, the planetary gear is slid in the axial direction in a state where the planetary gear, the sun gear, and the internal gear are engaged with each other. Thus, the gear ratio can be changed. Therefore, a continuously variable transmission operation can be performed with the gears continuously meshed, and a sufficiently large rotational torque from the input shaft can be reliably transmitted to the output shaft, so that no slip occurs. Moreover, even when changing the gear ratio, power can be reliably transmitted regardless of the magnitude of the rotational torque, and a planetary gear type continuously variable transmission without slipping can be provided.
請求項2記載の発明によれば、旋回軸の両端側にそれぞれカム板を配置して平行リンク機構により連結連動したので、旋回軸をカム板に付勢する拘束部材が不要となり、カム板を容易に傾動できる。 According to the second aspect of the present invention, since the cam plates are arranged on both ends of the pivot shaft and connected and interlocked by the parallel link mechanism, a restraining member for urging the pivot shaft to the cam plate becomes unnecessary, and the cam plate is Can tilt easily.
請求項3記載の発明によれば、遊星歯車を入力遊星歯車と出力遊星歯車とで構成したので、出力遊星歯車や内歯車のピッチ円の直径や設置位置を、太陽歯車に拘束されることなく設定することができ、設計の自由度を向上させることができる。
According to the invention of
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(基本原理)
この無段変速装置の基本原理を図1に基づいて説明する。ピッチ円直径D、ねじれ角θで同一歯数のはすば歯車A,Bとを噛み合わせ、はすば歯車Bを回転させると同時に、はすば歯車Bをa→bまで回転軸心方向に距離:Lをスライドさせると、はすば歯車Bの回転量に対してはすば歯車Aの回転が、±δ(ずれ量)となり、このずれ量:δは、L・tanθで表される。この無段変速装置は、このように、互いに噛み合う一方のはすば歯車を回転軸心方向にスライドさせた時のはすば歯車の回転量の変化を利用したものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Basic principle)
The basic principle of this continuously variable transmission will be described with reference to FIG. The helical gears A and B having the same number of teeth with the pitch circle diameter D and the torsion angle θ mesh with each other to rotate the helical gear B, and at the same time, rotate the helical gear B from a to b in the direction of the rotation axis. When the distance L is slid, the rotation of the helical gear A becomes ± δ (deviation amount) with respect to the rotation amount of the helical gear B, and this deviation amount: δ is expressed by L · tanθ. The In this way, this continuously variable transmission utilizes the change in the amount of rotation of the helical gear when one of the helical gears that mesh with each other is slid in the direction of the rotational axis.
(基本構造)
この無段変速装置の基本構造は、図2に示すように、はすば歯車の回転軸心O方向の往復移動を連続的に行うために遊星歯車式としている。すなわち、回転軸心O上の入力軸1に歯幅の広い太陽歯車2が固定され、前記入力軸1の端部に軸受を介して出力軸3が同一の回転軸心O上に回転自在に配置されている。またこの出力軸3にはキャリア部材4が固定されており、このキャリア部材4に、回転軸心Oを中心として180°隔てて2本の旋回軸5,5が回転軸心Oに平行に配置され、これら旋回軸5,5はそれぞれ回転軸心O方向にスライド自在に支持されている。これら旋回軸5,5には、太陽歯車2に噛み合いその周囲を旋回する遊星歯車6,6が回転軸心O方向の移動を規制されて取り付けられている。そしてこれら遊星歯車6,6に外嵌されるリング体7には、遊星歯車6,6が噛み合う内歯車8が、回転軸心Oを中心とする180°の範囲に形成されている。
(Basic structure)
As shown in FIG. 2, the basic structure of the continuously variable transmission is a planetary gear type for continuously reciprocating the helical gear in the direction of the rotation axis O. That is, a
また旋回軸5,5の一端側に配置されたカム板9は、回転軸心Oに直交しかつ内歯車8の2等分線と平行な傾動軸心Oh周りに傾動自在に支持されている。このカム板9のカム面9aには、ばねなどのカム面9a側に付勢する拘束部材(図示せず)により旋回軸5,5の端部がそれぞれ当接されている。前記各歯車2,6,8は、それぞれ同一ピッチで同一のねじり角θのはすば歯車により構成されている。
The cam plate 9 disposed on one end side of the
上記構成において、図2(a)に一点鎖線で示すように、カム板9が回転軸心Oに対して90°となる中立姿勢とし、入力軸1を介して太陽歯車2を、図3に示す反時計方向に回転させると、両遊星歯車6,6がそれぞれ時計方向に回転され、内歯車8に噛み合う一方の遊星歯車6,6により旋回軸5,5およびキャリア部材4を介して出力軸3が反時計方向に回転される。そして、入力側の太陽歯車2の歯数:c、出力側の内歯車8の歯数(1周分):dとすると、変速比が(c+d)/cとなり、入力軸1に対して出力軸3が減速される。
2A, the cam plate 9 is in a neutral posture at 90 ° with respect to the rotational axis O, and the
次に、図2(a)に実線で示すように、カム板9をα°傾斜させると、旋回軸5が180°旋回される間に、遊星歯車6が内歯車8のP1からP2まで回転軸心O方向に距離Lだけ移動される。これにより、太陽歯車2の回転量は、カム板9の中立姿勢の時に対して、周方向にずれ量:δ=L・tanθだけずれることになる。そして遊星歯車6の1回の旋回ではその2倍だけずれる。したがって、先の変速比に対してずれ量:δ分により出力軸3が増速または減速される。そして、旋回軸5,5が180°旋回される毎に、P1からP2まで同一の回転軸心O方向に移動される遊星歯車6が内歯車8に順次噛み合い、増速状態または減速状態が継続される。
Next, as shown by a solid line in FIG. 2A, when the cam plate 9 is inclined by α °, the
ここで、カム板9の傾斜角αを変化させることにより、距離Lが変化して歯車2,6,8が噛み合った状態で変速比を連続的に変化させることができる。
[実施の形態1]
本発明に係る減速装置の実施の形態1を図3〜図7に基づいて説明する。なお、先の説明の同一部材には同一符号を付して説明する。
Here, by changing the inclination angle α of the cam plate 9, the gear ratio can be continuously changed in a state where the distance L is changed and the
[Embodiment 1]
A first embodiment of a speed reducer according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the same member of the previous description.
基部フレーム11には前後一対の前端板12および後端板13が垂設され、前端板12に入力軸1が回転軸心O上に軸受を介して回転自在に支持され、後端板13に出力軸3が回転軸心O上に軸受を介して回転自在に支持されている。前端板12と後端板13の間の基部フレーム11には、一対の板材からなり回転軸心Oに垂直なリング支持体14が立設固定され、このリング支持体14には、内歯車8が形成されたリング体7が固定され、前記内歯車8は回転軸心Oを中心に180度の範囲に形成されるとともに、上部と下部が出入口となるように配置されている。
A pair of front and rear
前記入力軸1には、リング体7と前端板12の間に太陽歯車2が固定されている。また出力軸3には、リング体7の両側にそれぞれキャリア部材4A,4Bが固定されている。そしてキャリア部材4A,4Bに回転軸心O周りに180°隔てて形成されたスライド穴4a,4bに、回転軸心Oに平行な2本の旋回軸5,5がそれぞれ回転軸心O方向にスライド自在に支持されている。これら旋回軸5,5には太陽歯車2に噛み合う入力遊星歯車6A,6Aと、内歯車8に噛み合う出力遊星歯車6B,6Bとがそれぞれ固定され互いに連結連動されている。
A
旋回軸5,5の前後側には、各旋回軸5,5の両端の受動部5a,5aが摺接する前後一対のカム板9A,9Bと、カム板9A,9Bを傾動させるためのアクチュエータまたはシリンダなどの直線駆動機構(図示せず)とを具備した変速調整装置(変速調整手段)10が配置されている。これらカム板9A,9Bは入力軸1および出力軸3がそれぞれ遊嵌する開口部9a,9bが形成され、前後端板12,13を連結する左右の側部フレーム15,15に、回転軸心Oに直交しかつ内歯車8の二等分線に平行な傾動軸心Oh上の傾動ピン16A,16Bを介して前後に傾動自在に支持されている。ここで、カム板9A,9Bのカム面9C,9Cは傾動軸心Oh上にある。
On the front and rear sides of the
そしてカム板9A,9Bから上方に突出されたアーム18A,18Bの先端部間に平行リンクアーム18Cが連結ピン18a,18bを介して回動自在に連結され、前記傾動ピン16A,16Bと連結ピン18a,18bとが連結点となる平行リンク機構が構成されている。そして平行リンクアーム18Cの前端部には、カム板9A,9Bを傾動させるためのアクチュエータまたはシリンダなどの直線駆動機構(図示せず)からなる変速調整装置(変速調整手段)10の出力ロッド10aが連結されている。
A
上記構成において、図1に示すように、変速調整装置10により、カム板9A,9Bが回転軸心Oに垂直な中立姿勢では、入力軸1により遊星歯車2が、図4,図5に矢印で示す反時計方向に回転されると、2つの入力遊星歯車6A,6Aは時計方向に回転される。そして入力遊星歯車6A,6Aにより旋回軸5,5を介して回転される2つの出力遊星歯車6B,6Bのうち、内歯車8に噛み合う一方の出力遊星歯車6Bによりキャリア部材4が反時計方向に旋回移動され、これにより出力軸3が回転される。この時の変速比は、入力側の太陽歯車2の歯数:c、出力側の内歯車8の歯数(1周分):dとすると、変速比は(c+d)/cとなり、入力軸1に対して出力軸3が減速される。
In the above configuration, as shown in FIG. 1, the
ついで、図7に実線で示すように、変速調整装置10によりカム板9A,9Bがα°で傾斜される変速姿勢とすると、カム板9A,9Bのカム面9C,9Cの傾斜に従って旋回軸6A,6Bが回転軸心O方向に相対して出退され、入力遊星歯車6A,6Aは太陽歯車2の外周面を楕円方向に沿って転動する。またそれに連動して出力遊星歯車6B,6Bもそれぞれ回転軸心O方向に相対移動され、半円状の内歯車8に噛み合う一方の出力遊星歯車6Bも楕円方向に沿って順次転動し、出力遊星歯車6B,6Bはそれぞれ往復移動する半分、たとえば往路側だけキャリア部材4を旋回駆動して旋回力を順次出力軸3に伝達し回転駆動する。この時、中立位置と比較して、遊星歯車6A,6Bの1回の旋回におけるずれ量δがL・tanθ×2となる。またカム板9A,9Bを、図3の仮想線で示すように、逆に方向に傾斜角−α°とした場合には、−δとなる。そしてカム板9A,9Bの傾斜角α°を変化させることにより、1回転における移動量:Lが変化してずれ量:δが連続的に変化するが、この時に太陽歯車2、遊星歯車6および内歯車8は互いに噛み合った状態で、無段階に変速させることができる。
Next, as shown by the solid line in FIG. 7, when the
なお、この変速範囲を、出力軸3の出力側に増速用歯車装置を介在させることにより、大きい変速範囲を得ることもできる。
上記実施の形態1によれば、変速調整装置10によりカム板9A,9Bを傾斜させることで、遊星歯車6A,6Bと太陽歯車2、内歯車8とが噛み合った状態で遊星歯車6A,6Bを回転軸心O方向にスライドさせて変速比を変更することができる。これにより無段変速操作が可能となり、変速比の変更時でも入力軸1から出力軸3に十分に大きい回転トルクを伝達することができる。したがって、伝達トルクの大きさに関係なく動力を確実に伝達することができ、滑りのない遊星歯車式無段変速装置を提供することができる。
It should be noted that this speed change range can be obtained by interposing a speed increasing gear device on the output side of the
According to the first embodiment, the
なお、変速調整装置10を手動レバーなどにより駆動する形式であってもよい。
[実施の形態2]
図8は、カム面を傾斜させた場合の太陽歯車2の歯面の展開面上における遊星歯車6Aの転動軌跡を示すグラフで、遊星歯車6Aが内歯8に噛み合う180°の範囲を示している。実施の形態1では、太陽歯車2が等速回転した場合、図8に一点鎖線で示すように、遊星歯車6A(受動部5a)が一定速度で回転軸心O方向に移動される直線の基準線Sに沿うことが望ましい。しかし、カム面9Cが平坦であるため、図8に実線で示すように、回転軸Oの回転に従って所定の変動距離:γで増減を繰り返す曲線上の変動軌跡Tとなり、これにより出力軸3の回転速度が変動する。
The
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a graph showing the rolling trajectory of the
ところで、図9に示すように、受動部5aは先尖り形に形成されてカム板9A,9Bのカム面9Cにそれぞれ摺接されるが、回転軸心Oに対してカム板9A,9Bの傾斜角が0°の姿勢では、受動部5aの摺接点は一点鎖線で示すように真円軌跡SLに沿って移動し、またカム板9A,9Bが傾動軸心Ohを中心に傾動されると、受動部5aの摺接点が実線で示すように上下に長い楕円軌跡ELとなる。したがって、カム板9A,9Bを傾動させると、旋回軸5,5の受動部5aがカム面9C上で、真円軌跡SLと楕円形軌跡ELの範囲で移動することになる。
By the way, as shown in FIG. 9, the
この実施の形態2では、上記回転速度の変動を解決するために、カム板9A,9B上で旋回軸5,5の受動部5a,5aが当接する部位を、内歯車8の回転角度位置に対応して、旋回軸5,5が一定速度で回転軸心O方向に移動するように形成したものである。すなわち、カム面9Cの真円軌跡SLと楕円形軌跡ELの範囲で回転軸心O方向の変動距離:γを補正して補正距離が−γとなるようにカム面9Cの起伏を形成している。これにより、受動部5aを基準線Sに沿って移動させることにより、出力軸3の回転がほぼ一定になるように回転速度を伝達することができる。
In the second embodiment, in order to solve the fluctuations in the rotational speed, the portion where the
上記構成によれば、旋回移動に従って旋回軸9A,9Bを回転軸心O方向に移動させるカム板9A,9Bのカム面9Cを、旋回軸9A,9Bが一定速度で回転軸心O方向に移動するように形成したので、出力軸3の回転速度の変動をほとんど無くすことができる。
According to the above configuration, on the cam surfaces 9C of the
なお、本発明に係る遊星歯車式無段変速機を、図10に示すように、上記基本構造に基づいて製造することもできる。上記基本構造および実施の形態1と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。これによれば、遊星歯車の個数を減らすことができ、全体をコンパクトに構成できるほか、先の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。 The planetary gear type continuously variable transmission according to the present invention can also be manufactured based on the basic structure as shown in FIG. The same members as those in the basic structure and the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. According to this, the number of planetary gears can be reduced, the whole can be configured compactly, and the same operational effects as in the previous embodiment can be achieved.
またキャリア部材4A,4Bに2本の旋回軸5,5を180°隔てて配置したが、内歯車8と出力側遊星歯車6Bの係合、離脱をスムーズに行うために、たとえば図11(a)に示すように、互いに接近された2本の旋回軸5,5を二組180°隔てた対称位置に配置してもよく、また図11(b)に示すように、120°ごとに3本の旋回軸5をそれぞれ配置することもできる。もちろん、図示しないが、90°ごとに3本の旋回軸を配置してもよい。
Further, although the two
さらに上記構成において、入力軸1を出力用として、出力軸3を入力用として使用することもできる。
Further, in the above configuration, the
O 回転軸心
Oh 傾動軸心
1 入力軸
2 太陽歯車
3 出力軸
4A,4B キャリア部材
5 旋回軸
5a 受動部
6A 入力遊星歯車
6B 出力遊星歯車
7 リング体
8 内歯車
9A,9B カム板
9C カム面
10 変速調整装置
11 基板フレーム
12 前端板
13 後端板
14 リング支持体
15 側部フレーム
16A,16B 傾動ピン
18C 平行リンクアーム
O rotational axis
Claims (3)
太陽歯車、遊星歯車および内歯車をそれぞれ所定のねじれ角を有するはすば歯車により構成し、
キャリア部材に、複数の旋回軸を軸心方向にスライド自在に設けるとともに、前記各旋回軸に軸心方向の移動が規制された遊星歯車をそれぞれ設け、
内歯車を回転軸心周りに180°の範囲にのみ設け、
前記旋回軸は、前記各遊星歯車の少なくとも1個が前記内歯車に噛み合う位置に配置され、
回転軸心に直交しかつ内歯車の二等分線に平行な傾動軸周りに傾動自在なカム板と、当該カム板を傾動可能な直線駆動機構とを有し、前記カム板の傾斜姿勢で回転軸心を中心とする遊星歯車の1回の旋回に対して前記旋回軸を介して遊星歯車をそれぞれ軸心方向に1往復移動させる変速調整手段を設けた
遊星歯車式無段変速装置。 A sun gear provided on a rotation axis, an internal gear fixed to the outer periphery of the sun gear at a predetermined interval, and a carrier member rotatably supported around the rotation axis. A planetary gear type continuously variable transmission comprising a planetary gear meshing with a gear and an internal gear,
Each of the sun gear, the planetary gear, and the internal gear is constituted by a helical gear having a predetermined twist angle,
The carrier member is provided with a plurality of pivot shafts slidably in the axial direction, and each of the pivot shafts is provided with a planetary gear whose movement in the axial direction is restricted,
The internal gear is provided only in the range of 180 ° around the rotation axis,
The pivot shaft is disposed at a position where at least one of the planetary gears meshes with the internal gear;
A cam plate that can be tilted around a tilting axis that is orthogonal to the rotation axis and parallel to the bisector of the internal gear, and a linear drive mechanism that can tilt the cam plate, A planetary gear type continuously variable transmission provided with shift adjusting means for reciprocating the planetary gears in the axial direction through the swivel shaft for one turn of the planetary gear centered on the rotation axis.
前記当接部がそれぞれ当接するカム板を、旋回軸の両側に配置し、
前記両カム板を平行リンク機構を介して連結連動し傾動するように構成した
請求項1記載の遊星歯車式無段変速装置。 Abutment parts are formed on both ends of the pivot shaft,
The cam plates with which the abutment portions abut each other are arranged on both sides of the pivot shaft,
The planetary gear type continuously variable transmission according to claim 1, wherein both the cam plates are connected and interlocked via a parallel link mechanism.
請求項1または2記載の遊星歯車式無段変速装置。
The planetary gear type continuously variable transmission according to claim 1 or 2, wherein the planetary gear is configured by an input planetary gear meshing with a sun gear and an output planetary gear meshing with an internal gear.
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