JP2007255595A

JP2007255595A - Continuously variable transmission device

Info

Publication number: JP2007255595A
Application number: JP2006081283A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Ito; 雄一伊藤; Ken Yamamoto; 山本　　憲
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact continuously variable transmission device capable of efficiently transmitting high torque. <P>SOLUTION: The continuously variable transmission device is composed of a first rotary shaft 7 rotatably supported on a casing 10, a second rotary shaft 6 rotatably supported on the casing 10, a V-pulley 4 supported on the first rotary shaft 7 in a state that its width is variable, a toothed ring 3 engaged with the V-pulley 4 and supported at its outer periphery, a pinion 2 secured to the second rotary shaft 6 and engaged with teeth of the toothed ring 3, and a mechanism for moving the toothed ring 3 about the second rotary shaft 6. The toothed ring 3 and the pinion 2 are double-helical gears and each has a double-split structure which is separated in two parts in such a manner that crests thereof are continuous with each other at the abutment portion therebetween. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、自動車や各種産業機械において利用される無段変速装置に関する。 The present invention relates to a continuously variable transmission used in automobiles and various industrial machines.

無段変速機（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）は昔から多くの考案がなされている（非特許文献１参照）。最近ではハーフトロイダル方式（図４）が注目を集めているが、実用化の方向は金属ベルト方式（図５）である。 Many ideas have been made for continuously variable transmissions (CVTs) (see Non-Patent Document 1). Recently, the half-toroidal method (FIG. 4) has attracted attention, but the direction of practical use is the metal belt method (FIG. 5).

トラクションドライブ装置の課題は、コンパクトで大きなトルクを効率よく伝達することである。コンパクトで大きな伝達トルクを得るには、大きな接触力を与えればよいが、接触応力が大きすぎると寿命が短くなる。接触応力を下げるために、接触面積が大きくなるように設計すると、接触部のスピン成分が増え、伝達効率が低下する。これらの課題をある程度解決しているのが、上述のハーフトロイダル式と金属ベルト方式である。しかし、完全ではなく、それぞれが欠点を持っている。ハーフトロイダル式は、パワーローラが入出力ディスク面に押し付けられた状態で揺動し変速する。ここには大きな接触圧力が作用し、油膜が形成されない場合、焼付きが生じる。これを避けるためには表面粗さを良くしなければならないが、大きな球面を高精度に加工するには高コストとならざるを得ない。さらに、構造上軸方向に長く、ＦＦ車に搭載するには無理がある。一方、金属ベルト方式は、多くのエレメントを積み重ねて曲がりやすくし、Ｖプーリに押し付けてトルクを伝達する。基本的にはプーリとベルトは金属接触するため摩耗が避けられない。 The problem of the traction drive device is to transmit a large torque efficiently with a compact size. In order to obtain a compact and large transmission torque, a large contact force may be applied. However, if the contact stress is too large, the life is shortened. If the contact area is designed to be large in order to reduce the contact stress, the spin component of the contact portion increases and the transmission efficiency decreases. The above-mentioned half toroidal type and metal belt type solve these problems to some extent. But not perfect, each has its own drawbacks. In the half toroidal type, the power roller swings and shifts while being pressed against the input / output disk surface. A large contact pressure acts here, and seizure occurs when an oil film is not formed. In order to avoid this, it is necessary to improve the surface roughness. However, in order to process a large spherical surface with high accuracy, the cost must be high. Furthermore, it is long in the axial direction because of its structure, and it is impossible to mount it on an FF vehicle. On the other hand, in the metal belt system, a large number of elements are stacked to facilitate bending, and the torque is transmitted by being pressed against the V pulley. Basically, wear is inevitable because the pulley and belt are in metal contact.

上述の問題点を解消した、コンパクトで大きなトルクを効率よく伝達することのできるものとして、伝達リングとＶプーリの組合せによる従来にない構造のトラクションドライブ式無段変速機を本出願人は先に提案している（特許文献１）。
特開２００４−２６３８５７号公報町田，今西，「トラクションドライブ式無段変速機パワートロスユニットの開発第２報−ハーフトロイダルＣＶＴとフルトロイダルＣＶＴの比較−」，NSK Technical Journal No. 670 (2000)，日本精工株式会社 The present applicant has previously proposed a traction drive type continuously variable transmission having a structure that has not been achieved by combining a transmission ring and a V pulley as a compact and capable of efficiently transmitting large torque, which has solved the above-mentioned problems. (Patent Document 1).
JP 2004-263857 A Machida, Imanishi, "Development of Traction Drive Type Continuously Variable Transmission Power Troth Unit 2nd Report-Comparison of Half Toroidal CVT and Full Toroidal CVT", NSK Technical Journal No. 670 (2000), NSK Ltd.

特許文献１に記載された無段変速装置では、歯付きリングと小歯車の歯車の種類について明示の記載はない。動力伝達する歯車において、平歯車を用いると騒音および振動が問題となる。はすば歯車は噛み合い率の増加による騒音および振動レベルの低下および負荷容量向上に効果がある。しかしながら、はすば歯車では軸方向力が作用するため、無段変速機の歯付きリングをはすば歯車とした場合に両側プーリと歯付きリングの接触部における左右の法線力に差異が生じるため耐久性または伝達効率の点から好ましくない。 In the continuously variable transmission described in Patent Document 1, there is no explicit description of the types of gears of the toothed ring and the small gear. When a spur gear is used as a gear for transmitting power, noise and vibration become a problem. Helical gears are effective in reducing noise and vibration levels and increasing load capacity due to increased meshing rate. However, since an axial force acts on a helical gear, when the toothed ring of a continuously variable transmission is a helical gear, there is a difference in the normal force on the left and right at the contact portion between the pulleys on both sides and the toothed ring. This is not preferable from the viewpoint of durability or transmission efficiency.

本発明の目的は、特許文献１に記載されたタイプの無段変速装置における上述の問題点を解消することにある。 An object of the present invention is to eliminate the above-described problems in the continuously variable transmission of the type described in Patent Document 1.

本発明の無段変速装置は、ケーシングに回転自在に支持された第一の回転軸と、ケーシングに回転自在に支持された第二の回転軸と、第一の回転軸に支持された溝幅が可変のＶプーリと、Ｖプーリと係合し、外周を支えられた歯付きリングと、第二の回転軸に固定され、歯付きリングの歯と噛み合う小歯車と、第二の回転軸回りに歯付きリングを移動させるための機構とから構成され、前記歯付きリングおよび前記小歯車がやまば歯車で、かつ、境目がやまばの頂点を結ぶように分割された構造であることを特徴とするものである。 The continuously variable transmission according to the present invention includes a first rotating shaft that is rotatably supported by a casing, a second rotating shaft that is rotatably supported by the casing, and a groove width that is supported by the first rotating shaft. Is a variable V pulley, a toothed ring engaged with the V pulley and supported on the outer periphery, a small gear fixed to the second rotating shaft and meshing with the teeth of the toothed ring, and around the second rotating shaft And a mechanism for moving the toothed ring, wherein the toothed ring and the small gear are a spur gear, and the boundary is divided so as to connect the tops of the splints. It is what.

本発明は、従来の技術と比較して次のような利点がある。ハーフトロイダル型に比べて接触面積を大きくしてもスピン成分が少なく、効率がよい。ハーフトロイダル型のような球面加工が不要であるため低コストである。ハーフトロイダル型より軸方向長さが短く、ＦＦ車への適用が容易である。また、金属ベルト式に比べて構造が簡単であり、低コストである。プーリとの間に油膜ができて金属ベルト式に比べて摩耗がない、したがって長寿命である。 The present invention has the following advantages over the prior art. Compared to the half toroidal type, even if the contact area is increased, the spin component is small and the efficiency is good. Since spherical processing like the half toroidal type is unnecessary, the cost is low. The axial length is shorter than that of the half toroidal type, and it is easy to apply to FF vehicles. In addition, the structure is simpler and lower in cost than the metal belt type. An oil film is formed between the pulleys and there is no wear compared to the metal belt type, and therefore the life is long.

また、歯付きリングと小歯車をやまば歯車としたことにより、当該歯車伝達部での騒音が低減し、負荷容量も増大する。さらに、歯付きリングと小歯車のやまば歯車が、境目がやまばの頂点を結ぶように分割された構造であるため、加工性が向上する。すなわち、これらの部材のやまばを成形する際、やまば（「く」の字）の一方の片を形成するために加工工具を当てると、やまば（「く」の字）の他方の片にも当たってしまうという問題が解消する。 In addition, since the toothed ring and the small gear are formed as spur gears, noise in the gear transmission portion is reduced and load capacity is also increased. Furthermore, since the toothed ring and the spur gear of the small gear are divided so that the boundary is connected to the top of the splint, workability is improved. In other words, when forming a batter of these members, if a processing tool is applied to form one piece of a bunch ("K"), the other piece of the Bama ("K") The problem of hitting is resolved.

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は本発明の実施の形態を示す無段変速装置の正面図、図２は縦断面図である。これらの図から理解できるように、軸方向に可動の一対のプーリ４でＶ溝を作り、歯付きリング３を挟み込んだ構造である。図２に示すように、ケーシング１０内に、互いに平行な回転軸６と回転軸７がそれぞれ軸受を介して回転自在に支持されている。この実施の形態では、これらの回転軸６，７間でトルク伝達を行い、一方の回転軸（６または７）を入力軸とすると、他方の回転軸（７または６）が出力軸となる関係にある。 FIG. 1 is a front view of a continuously variable transmission showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view. As can be understood from these drawings, a V-groove is formed by a pair of pulleys 4 that are movable in the axial direction, and a toothed ring 3 is sandwiched therebetween. As shown in FIG. 2, a rotary shaft 6 and a rotary shaft 7 that are parallel to each other are rotatably supported in the casing 10 via bearings. In this embodiment, torque is transmitted between the rotating shafts 6 and 7, and when one rotating shaft (6 or 7) is an input shaft, the other rotating shaft (7 or 6) is an output shaft. It is in.

第一の回転軸６には小歯車２が固定してある。小歯車２は歯付きリング３と噛み合っている。歯付きリング３は、小歯車２の歯と噛み合う歯と、平滑な円筒状ガイド面８を有し、前記ガイド面８にてガイドローラ１ａ，１ｂならびに小歯車２と接する。歯付きリング３のガイドには、図示するように歯付きリング３の外周面と接して転動するガイドローラを採用するほか、歯付きリング３との接触荷重は小さいため、歯付きリング３と滑り接触する滑り軸受（シュー）を採用してもよい。図１にガイドローラ１ａ，１ｂが示してあり、図２にはそのうちのガイドローラ１ａだけが現れている。なお、小歯車２はガイドローラの機能を兼ね備えている。したがって、この実施の形態では、実質的に３つのガイドローラが歯付リング３の外周に配置してある。 A small gear 2 is fixed to the first rotating shaft 6. The small gear 2 meshes with the toothed ring 3. The toothed ring 3 has teeth that mesh with the teeth of the small gear 2 and a smooth cylindrical guide surface 8, and contacts the guide rollers 1 a and 1 b and the small gear 2 at the guide surface 8. The guide of the toothed ring 3 employs a guide roller that rolls in contact with the outer peripheral surface of the toothed ring 3 as shown in the figure, and since the contact load with the toothed ring 3 is small, A sliding bearing (shoe) that makes sliding contact may be used. FIG. 1 shows guide rollers 1a and 1b, and FIG. 2 shows only the guide roller 1a. The small gear 2 also has a function of a guide roller. Therefore, in this embodiment, substantially three guide rollers are arranged on the outer periphery of the toothed ring 3.

ガイドローラ１ａ，１ｂはそれぞれ軸と軸受を介して回転自在にアーム１４に支持されている。したがって、ガイドローラ１ａ，１ｂならびに小歯車２の相互の位置関係は固定的である。言い換えれば、ガイドローラ１ａ，１ｂならびに小歯車２はアーム１４上の定点に位置している。図１の左端に現れているガイドローラ１ｂは歯付きリング３の振れ防止の役割を持たせる。アーム１４は回転軸６と同軸に、ケーシング１０のスリーブ１８に旋回自在に支持されている。 The guide rollers 1a and 1b are rotatably supported by the arm 14 through shafts and bearings, respectively. Therefore, the mutual positional relationship between the guide rollers 1a and 1b and the small gear 2 is fixed. In other words, the guide rollers 1 a and 1 b and the small gear 2 are located at fixed points on the arm 14. The guide roller 1b appearing at the left end of FIG. 1 has a role of preventing the toothed ring 3 from swinging. The arm 14 is pivotally supported by the sleeve 18 of the casing 10 coaxially with the rotating shaft 6.

第二の回転軸７は一対のプーリ４を支持している。各プーリ４はそれぞれボールスプライン１２を介して第二の回転軸７に嵌合させてあるため、各プーリ４は回転軸７の軸方向に移動可能で、回転方向には相対回転不能すなわちトルク伝達可能である。各プーリ４はプーリ幅調節機構３０を備えている。プーリ幅調節機構３０はボールねじタイプで、外周にねじ溝を形成したねじ軸３４と、内周にねじ溝を形成したナット３２と、ねじ軸３４のねじ溝とナット３２のねじ溝とで形成される循環路内を循環走行する複数のボール３６とで構成される。ねじ軸３４は軸受１６の外輪端面で接触しながら回転運動を行う。ここでは、軸受１６として、プーリ幅調節機構３０による軸方向力を受けることができるようにアンギュラ玉軸受を採用した場合が例示してある。 The second rotating shaft 7 supports a pair of pulleys 4. Since each pulley 4 is fitted to the second rotating shaft 7 via the ball spline 12, each pulley 4 can move in the axial direction of the rotating shaft 7 and cannot rotate relative to the rotating direction, that is, torque transmission. Is possible. Each pulley 4 includes a pulley width adjusting mechanism 30. The pulley width adjusting mechanism 30 is a ball screw type, and is formed by a screw shaft 34 having a screw groove on the outer periphery, a nut 32 having a screw groove on the inner periphery, a screw groove of the screw shaft 34, and a screw groove of the nut 32. And a plurality of balls 36 that circulate in the circulation path. The screw shaft 34 performs rotational movement while being in contact with the outer ring end surface of the bearing 16. Here, a case where an angular ball bearing is employed as the bearing 16 so as to receive an axial force by the pulley width adjusting mechanism 30 is illustrated.

ねじ軸３４は歯車３８を備えており、一対の歯車３８が図示しない連結軸に組み付けられており、したがって、一対の歯車３８は同期してのみ回転する。その結果、図２の左右のプーリ幅調節機構３０におけるねじ軸３４が同じ方向に回転する。ナット３２はケーシング１０に固定してあるため、図示しない外部駆動機構により連結軸を介して歯車３８を回転させると、その回転運動がねじ軸３４の軸方向移動に変換され、歯車３８の回転方向によって、軸受１６を介してプーリ４を押す向き、またはプーリ４から離れる向きの軸方向力が発生する。図２の右側のプーリ幅調節機構３０と左側のプーリ幅調節機構３０とでは逆ねじとしてあるため、ねじ軸３４が同じ方向に回転すると、それらは互いに逆方向に移動することになる。このようにして、一対のプーリ４が接近または離反する方向に移動し、Ｖ溝の幅が変化する。 The screw shaft 34 includes a gear 38, and the pair of gears 38 are assembled to a connecting shaft (not shown). Therefore, the pair of gears 38 rotate only in synchronization. As a result, the screw shafts 34 in the left and right pulley width adjusting mechanisms 30 in FIG. 2 rotate in the same direction. Since the nut 32 is fixed to the casing 10, when the gear 38 is rotated via the connecting shaft by an external drive mechanism (not shown), the rotational motion is converted into the axial movement of the screw shaft 34, and the rotational direction of the gear 38 is changed. As a result, an axial force is generated in a direction in which the pulley 4 is pushed through the bearing 16 or away from the pulley 4. Since the right pulley width adjusting mechanism 30 and the left pulley width adjusting mechanism 30 in FIG. 2 are reverse screws, when the screw shaft 34 rotates in the same direction, they move in opposite directions. In this way, the pair of pulleys 4 move in the direction of approaching or separating, and the width of the V groove changes.

歯車３８がアーム１４の旋回に連動して回転するように制御することで、プーリ４の軸方向移動に連動して、ガイドローラ群が回転軸６の中心周りに旋回し、歯付きリング３をプーリ４に接触させながら両者間の接触点を移動させることができる。 By controlling the gear 38 to rotate in conjunction with the turning of the arm 14, the guide roller group turns around the center of the rotating shaft 6 in conjunction with the axial movement of the pulley 4, and the toothed ring 3 is moved. The contact point between the two can be moved while contacting the pulley 4.

歯付きリング３はガイドローラ１ａ，１ｂならびに小歯車２によって外周から拘束されているため、中心軸がなくても回転が可能である（芯なしローラ）。ガイドローラ１ａ，１ｂはアーム１４で連結されており、アーム１４を旋回させることによって回転軸６の中心周りに歯付きリング３の回転中心を移動させることができる。したがって、歯付きリング３の外周に切られた歯は小歯車２と常に噛み合った状態にある。歯付きリング３とプーリ４間のすきまが生じないようにプーリ４とアーム１４を制御すれば、歯付きリング３が回転軸６の中心周りに移動することにより、プーリ４との接触点が変化し、一定のプーリ４の回転数に対し、小歯車２の回転数を連続的に変えることができる。このようにして、いわゆるＣＶＴが構成される。 Since the toothed ring 3 is constrained from the outer periphery by the guide rollers 1a and 1b and the small gear 2, it can be rotated without a central axis (coreless roller). The guide rollers 1 a and 1 b are connected by an arm 14, and the rotation center of the toothed ring 3 can be moved around the center of the rotation shaft 6 by turning the arm 14. Therefore, the teeth cut on the outer periphery of the toothed ring 3 are always in mesh with the small gear 2. If the pulley 4 and the arm 14 are controlled so that there is no gap between the toothed ring 3 and the pulley 4, the contact point with the pulley 4 changes as the toothed ring 3 moves around the center of the rotating shaft 6. In addition, the rotation speed of the small gear 2 can be continuously changed with respect to the fixed rotation speed of the pulley 4. In this way, a so-called CVT is configured.

プーリ４を支持する回転軸７を入力側とすると、歯付きリング３を押し込んだ状態が減速状態となる。伝達トルクが同じであれば、歯付きリング３を押し込んだときのプーリ４による挟みつけ力は大きくすべきで、逆に歯付きリング３とプーリ４との接触点が大径側にあるときは小さくてもよい。挟み込み力によるプーリ４の曲げ応力を考えた場合、大径接触時の挟み込み力を軽減できる、プーリ４を入力とするこの方法が、出力とするよりもベターである。 When the rotary shaft 7 that supports the pulley 4 is set as the input side, the state in which the toothed ring 3 is pushed becomes a deceleration state. If the transmission torque is the same, the clamping force by the pulley 4 when the toothed ring 3 is pushed in should be increased. Conversely, when the contact point between the toothed ring 3 and the pulley 4 is on the large diameter side, It may be small. When considering the bending stress of the pulley 4 due to the pinching force, this method using the pulley 4 as an input, which can reduce the pinching force at the time of large diameter contact, is better than the output.

図１に矢印で示す方向にプーリ４から回転力が入力されると、プーリ４から歯付きリング３に力が作用し、ほぼ同じ大きさの力が小歯車２へ作用する。小歯車２からの反力が歯付きリング３をプーリ４間に押し込む方向に働くため、伝達トルクの増大に伴い自動的に接触力が大きくなる。 When a rotational force is input from the pulley 4 in the direction indicated by the arrow in FIG. 1, a force acts on the toothed ring 3 from the pulley 4, and a force having substantially the same magnitude acts on the small gear 2. Since the reaction force from the small gear 2 acts in the direction of pushing the toothed ring 3 between the pulleys 4, the contact force automatically increases as the transmission torque increases.

歯付きリング３と小歯車２のように動力伝達する歯車において平歯車を用いると、騒音および振動が問題となる。はすば歯車ならば噛み合い率の増加による騒音および振動レベルの低下および負荷容量向上に効果がある。しかしながら、はすば歯車では軸方向分力が発生するため、歯付きリング３をはすば歯車とした場合、プーリ４と歯付きリング３との接触部における法線力が図の左側のプーリ４と右側のプーリ４とで差異が生じるため、耐久性または伝達効率の点から好ましくない。そこで、歯付きリング３の歯を、図３に示すように、２列に配置したはすば歯車とし、それぞれの歯のねじれ角を逆向きにしたやまば歯車とする。また、歯付きリング３と噛み合う小歯車２も同様にやまば歯車とすることにより、各はすば歯車の軸方向の分力を打ち消し合う。この場合、二つ割り構造の歯付きリング３のふらつきを抑えるため、図３の上部に現れているガイドローラ１ａも二つ割り構造のやまば歯車とし、歯付きリング３のはすば歯車と噛み合わせてある。二つ割り構造とは、境目がやまばの頂点を結ぶように分割された構造を意味する。 When spur gears are used in gears that transmit power, such as the toothed ring 3 and the small gear 2, noise and vibration become a problem. Helical gears are effective in reducing noise and vibration levels and increasing load capacity due to increased meshing rate. However, since the helical gear generates axial component force, when the toothed ring 3 is a helical gear, the normal force at the contact portion between the pulley 4 and the toothed ring 3 is the pulley on the left side of the figure. 4 and the right pulley 4 are not preferable in terms of durability or transmission efficiency. Therefore, as shown in FIG. 3, the teeth of the toothed ring 3 are helical gears arranged in two rows, and are helical gears in which the twist angles of the respective teeth are reversed. Similarly, the small gear 2 that meshes with the toothed ring 3 is also a helical gear, thereby canceling out the axial component forces of the helical gears. In this case, in order to suppress the wobbling of the toothed ring 3 having a split structure, the guide roller 1a appearing in the upper part of FIG. . The bipartite structure means a structure in which the boundary is divided so as to connect the vertices.

本発明の実施の形態を示す無段変速装置の正面図The front view of the continuously variable transmission which shows embodiment of this invention 図１のＡＯＣ断面図AOC sectional view of FIG. 図２におけるガイドローラと歯付きリングと小歯車の側面図Side view of guide roller, toothed ring and small gear in FIG. 従来の技術を示す断面図Sectional view showing conventional technology （Ａ）は従来の技術を示す断面図、（Ｂ）は斜視図(A) is sectional drawing which shows the prior art, (B) is a perspective view

符号の説明Explanation of symbols

１ａ，１ｂガイドローラ
２小歯車
３歯付きリング
４プーリ
６回転軸
７回転軸
８ガイド面
１０ケーシング
１２ボールスプライン
１４アーム
１６軸受
１８スリーブ
３０プーリ幅調節機構
３２ナット
３４ねじ軸
３６ボール
３８歯車 1a, 1b Guide roller 2 Small gear 3 Toothed ring 4 Pulley 6 Rotating shaft 7 Rotating shaft 8 Guide surface 10 Casing 12 Ball spline 14 Arm 16 Bearing 18 Sleeve 30 Pulley width adjusting mechanism 32 Nut 34 Screw shaft 36 Ball 38 Gear

Claims

ケーシングに回転自在に支持された第一の回転軸と、ケーシングに回転自在に支持された第二の回転軸と、第一の回転軸に支持された溝幅が可変のＶプーリと、Ｖプーリと係合し、外周を支えられた歯付きリングと、第二の回転軸に固定され、歯付きリングの歯と噛み合う小歯車と、第二の回転軸回りに歯付きリングを移動させるための機構とから構成され、前記歯付きリングおよび前記小歯車がやまば歯車で、かつ、境目がやまばの頂点を結ぶように分割された構造である無段変速装置。 A first rotary shaft rotatably supported by the casing; a second rotary shaft rotatably supported by the casing; a V pulley having a variable groove width supported by the first rotary shaft; and a V pulley A toothed ring supported on the outer periphery, a small gear fixed to the second rotating shaft and meshing with the teeth of the toothed ring, and a toothed ring for moving the toothed ring about the second rotating shaft A continuously variable transmission comprising: a mechanism, wherein the toothed ring and the small gear are spur gears, and the boundary is divided so as to connect the tops of the splints.