JP4367333B2

JP4367333B2 - Torque limiter

Info

Publication number: JP4367333B2
Application number: JP2004368192A
Authority: JP
Inventors: 宏明村上; 啓太郎音在
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-12-20
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2024-12-20
Also published as: JP2006177382A

Description

本発明は、一般産業機器、航空機等の動力伝達系に係わり、規定値を超えるトルクが作用しようとする場合にそのトルクの伝達を抑制するトルク制限装置に関する。 The present invention relates to a power transmission system for general industrial equipment, aircraft, and the like, and relates to a torque limiting device that suppresses transmission of torque when a torque exceeding a specified value is about to act.

従来より周知のトルク制限装置の例として、下記特許文献に示されているものを挙げることができる。従来例のトルク制限装置の概要を、図４を参照して述べる。この種のトルク制限装置は、入力軸Ｅ１側より出力軸Ｅ２側へ伝達されるトルクを感知するボールランプ部（ボールＥ３及びボールＥ３を収めるボールランプＥ４を要素とする）と、ボールランプ部が規定値以上のトルクを感知した場合に出力軸Ｅ２を制動するブレーキ板Ｅ５とを具備して構成される。規定値を超えるトルクが入力されると、ボールランプ部で発生する軸力がスプリングＥ８によるプリロード力を超越し、ボールＥ３がボールランプＥ４に乗り上げるようにしてプレートＥ７をブレーキ板Ｅ５の方へ変位させる。結果、このプレートＥ７がブレーキ板Ｅ５を押圧し、制動トルクを生起せしめる。ブレーキ板Ｅ５は、出力軸Ｅ２にスプライン結合（キー結合）するロータＥ５１と、ハウジングＥ９にスプライン結合するステータＥ５２とが交互に重なり合うように配列されてなるもので、これらロータＥ５１及びステータＥ５２がプレートＥ７により押圧されることで摩擦力を発揮して出力軸を制動する。そして、入力軸Ｅ１側から出力軸Ｅ２側へ伝達されるトルクがハウジングＥ６に吸収されることとなる。
特許２７５６４５６号公報 Examples of conventionally known torque limiting devices include those shown in the following patent documents. An outline of a conventional torque limiting device will be described with reference to FIG. This type of torque limiting device includes a ball ramp portion that senses torque transmitted from the input shaft E1 side to the output shaft E2 side (the ball ramp E4 that houses the ball E3 and the ball E3 is an element), and a ball ramp portion. And a brake plate E5 that brakes the output shaft E2 when a torque greater than a specified value is sensed. When a torque exceeding the specified value is input, the axial force generated at the ball ramp exceeds the preload force by the spring E8, and the plate E7 is displaced toward the brake plate E5 so that the ball E3 rides on the ball ramp E4. Let As a result, the plate E7 presses the brake plate E5 and causes braking torque. The brake plate E5 is configured such that a rotor E51 that is spline-coupled (key-coupled) to the output shaft E2 and a stator E52 that is spline-coupled to the housing E9 are alternately arranged so that the rotor E51 and the stator E52 are plates. When pressed by E7, the friction force is exerted to brake the output shaft. The torque transmitted from the input shaft E1 side to the output shaft E2 side is absorbed by the housing E6.
Japanese Patent No. 2756456

上記例のトルク伝達装置では、規定値以上のトルクが入力された場合に出力軸を制動して、過大なトルクが出力軸側に作用することを抑止する。しかしながら、このようなものであると、入力トルクが規定値を超えた場合に高速回転している出力軸が急制動されてしまう点は否めない。従って、慣性で回転し続ける入力軸その他の要素と急減速（または、急停止）する出力軸との齟齬により、入力軸の回転数が急落して甚大なサージトルクが発生する。このサージトルクは、システムを構成する部材に致命的なダメージを与えてしまう可能性がある。故に、システムを構成する部材の設計に際して過度の強度対策を施す必要性が生じ、結果として部材及びシステム全体の重量化や高コスト化を招くこととなっていた。 In the torque transmission device of the above example, the output shaft is braked when a torque greater than a specified value is input, and excessive torque is prevented from acting on the output shaft side. However, in such a case, it cannot be denied that the output shaft rotating at high speed is suddenly braked when the input torque exceeds a specified value. Therefore, due to the failure of the input shaft and other elements that continue to rotate due to inertia and the output shaft that suddenly decelerates (or stops suddenly), the rotational speed of the input shaft drops sharply and a tremendous surge torque is generated. This surge torque may cause fatal damage to members constituting the system. Therefore, it becomes necessary to take an excessive strength measure when designing the members constituting the system, resulting in an increase in weight and cost of the members and the entire system.

以上に鑑みてなされた本発明は、サージトルクの発生を回避しつつ、規定値を超えるトルクの伝達を抑制し得るトルク制限装置を実現しようとするものである。 The present invention made in view of the above is intended to realize a torque limiting device capable of suppressing transmission of torque exceeding a specified value while avoiding occurrence of surge torque.

本発明では、入力軸と出力軸との間に介在し摩擦によってトルクを伝達する摩擦板と、前記摩擦板を押圧して摩擦板にトルクを伝達可能な摩擦力を発揮させる押圧部と、前記押圧部に前記摩擦板を押圧するためのスプリング力を付加するスプリングと、前記入力軸側から前記出力軸側に伝達される過大なトルクを感知してこれを前記スプリング力に抗し得る方向への機械的変位に変換するトルク変換機構とを具備してなり、規定値以上のトルクを感知した前記トルク変換機構が機械的変位を惹起することを通じて前記スプリング力に対抗する力を生じさせ、前記摩擦板における摩擦力を低減して伝達されるトルクを抑制するトルク制限装置を構成した。 In the present invention, a friction plate that is interposed between the input shaft and the output shaft and transmits torque by friction, a pressing portion that presses the friction plate and exerts a friction force capable of transmitting torque to the friction plate, A spring for applying a spring force for pressing the friction plate to the pressing portion, and an excessive torque transmitted from the input shaft side to the output shaft side is sensed and this can be resisted against the spring force. A torque conversion mechanism for converting the mechanical displacement into a mechanical displacement, and the torque conversion mechanism that senses a torque greater than a specified value causes a mechanical displacement to generate a force that opposes the spring force, A torque limiting device that reduces the transmitted torque by reducing the frictional force in the friction plate is configured.

即ち、規定値を超える過大なトルクが入力された場合に、出力軸を制動するのではなく、入力軸側から出力軸側へトルクを伝達する摩擦板における摩擦力を低減してすべりを発生させるようにしたのである。このようなものであれば、入力軸の回転数が急落せず、サージトルクの発生を回避できる。 That is, when an excessive torque exceeding the specified value is input, the output shaft is not braked, but the friction force on the friction plate that transmits torque from the input shaft side to the output shaft side is reduced to generate a slip. I did it. With such a configuration, the rotation speed of the input shaft does not drop rapidly, and the generation of surge torque can be avoided.

本発明によれば、サージトルクの発生を回避しつつ、規定値を超えるトルクの伝達を抑制し得るトルク制限装置が実現される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the torque limiting device which can suppress transmission of the torque exceeding a regulation value, avoiding generation | occurrence | production of surge torque is implement | achieved.

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態のトルク制限装置Ｄは、入力軸１に入力されるトルクが出力軸２に伝達されてこれらが軸Ａ回りに回転駆動されるものであって、図１に示すように、入力軸１と出力軸２との間に介在し摩擦によってトルクを伝達する摩擦板３と、摩擦板３を押圧して摩擦板３にトルクを伝達可能な摩擦力を発揮させる押圧部４と、押圧部４に摩擦板３を押圧するためのスプリング力を付加するスプリング５１、５２と、入力軸１側から出力軸２側に伝達される過大なトルクを感知してこれをスプリング力に抗し得る方向への機械的変位に変換するトルク変換機構６とを具備する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the torque limiting device D of the present embodiment, torque input to the input shaft 1 is transmitted to the output shaft 2 and these are rotationally driven around the axis A. As shown in FIG. A friction plate 3 interposed between 1 and the output shaft 2 for transmitting torque by friction; a pressing portion 4 for pressing the friction plate 3 to exert a frictional force capable of transmitting torque to the friction plate 3; 4, springs 51 and 52 for applying a spring force for pressing the friction plate 3, and a direction in which excessive torque transmitted from the input shaft 1 side to the output shaft 2 side can be sensed and resisted against the spring force And a torque conversion mechanism 6 for converting into a mechanical displacement.

摩擦板３は、入力軸１の内周にスプライン結合している摩擦板要素３１と、入力軸１の内周に相対して配置されるプレート７の外周にスプライン結合している摩擦板要素３２とが、軸Ａ方向に交互に重なり合うように配列されてなる。 The friction plate 3 includes a friction plate element 31 that is spline-coupled to the inner periphery of the input shaft 1 and a friction plate element 32 that is spline-coupled to the outer periphery of the plate 7 that is disposed relative to the inner periphery of the input shaft 1. Are arranged so as to alternately overlap in the direction of the axis A.

押圧部４は、スプリング５１、５２よりスプリング力の付与を受けて摩擦板３を軸Ａ方向に押圧する。 The pressing portion 4 receives the spring force from the springs 51 and 52 and presses the friction plate 3 in the direction of the axis A.

スプリング５１、５２は、押圧部４を介して摩擦板３を押圧する役割を担う。本実施形態では、プレート７に軸Ａ方向に対向する出力軸２をプレート７側に押しつけるスプリング５１と、出力軸２と押圧部４との間に介設されるスプリング５２とが存在している。 The springs 51 and 52 play a role of pressing the friction plate 3 through the pressing portion 4. In the present embodiment, there are a spring 51 that presses the output shaft 2 facing the plate 7 in the direction of the axis A toward the plate 7, and a spring 52 that is interposed between the output shaft 2 and the pressing portion 4. .

トルク変換機構６は、入力軸１側から出力軸２側に伝達されるトルクを感知するボール６１、及び、このボール６１を収めるボールランプ６２を要素とする。ボールランプ６２は、プレート７、出力軸２の双方に形成されており、ボールランプ６２に収められたボール６１はプレート７と出力軸２とに挟まれた状態にある。なお、ボールランプ６２の断面形状を、図２に示す。 The torque conversion mechanism 6 includes a ball 61 that senses torque transmitted from the input shaft 1 side to the output shaft 2 side, and a ball lamp 62 that houses the ball 61. The ball lamp 62 is formed on both the plate 7 and the output shaft 2, and the ball 61 accommodated in the ball lamp 62 is sandwiched between the plate 7 and the output shaft 2. A cross-sectional shape of the ball lamp 62 is shown in FIG.

入力軸１に入力されるトルクは、摩擦板３を介してプレート７に伝達され、さらにボール６１を介して出力軸２に伝達される。図２に示しているように、断面視略Ｖ字溝状をなすボールランプ６２の形状から、プレート７から出力軸２へ伝達されるトルクによって出力軸２には軸Ａに平行な軸力が作用する。この軸力は、出力軸２をプレート７より離反させようとする。軸Ａからボールランプ６２までの距離をＲ、トルクをＴ、軸力をＷ、プレート７及び出力軸２の対向面とボールランプ６２の内側面とがなす角をθとおくと、トルクＴと軸力Ｗとの間には
Ｗ＝Ｔ/Ｒtanθ
なる関係が成立する。また、ボール６１に対しては、スプリング５１が及ぼすスプリング力とスプリング５２が及ぼすスプリング力との差分がプリロードとして作用する。 Torque input to the input shaft 1 is transmitted to the plate 7 via the friction plate 3 and further transmitted to the output shaft 2 via the balls 61. As shown in FIG. 2, the axial force parallel to the axis A is applied to the output shaft 2 due to the torque transmitted from the plate 7 to the output shaft 2 due to the shape of the ball lamp 62 having a substantially V-shaped groove shape in cross section. Works. This axial force tends to move the output shaft 2 away from the plate 7. When the distance from the axis A to the ball lamp 62 is R, the torque is T, the axial force is W, and the angle between the opposing surface of the plate 7 and the output shaft 2 and the inner surface of the ball lamp 62 is θ, the torque T Between the axial force W and W = T / Rtanθ
This relationship is established. Further, the difference between the spring force exerted by the spring 51 and the spring force exerted by the spring 52 acts on the ball 61 as a preload.

規定値（許容される伝達トルクの上限）のトルクが入力された場合における軸力の大きさは上式より算出できる。そして、この算出される軸力と同等のプリロードがボール６１に付加されるように、スプリング５１、５２のばね定数や寸法等を設計しておく。 The magnitude of the axial force when a torque having a specified value (the upper limit of the allowable transmission torque) is input can be calculated from the above equation. The spring constants and dimensions of the springs 51 and 52 are designed so that a preload equivalent to the calculated axial force is applied to the ball 61.

規定値以上の過大なトルクが入力軸１に入力され、摩擦板３、プレート７及びボール６１を介して出力軸２に伝達されようとすると、ボール６１がボールランプ６２に対し相対的に変位する。即ち、ボール６１がボールランプ６２の内側面を乗り上げはじめる。よって、より大きな軸力が出力軸２に作用して、出力軸２をプレート７より離反する方向に変位させることとなる。プレート７より離反する出力軸２が押圧部４に接触すると、押圧部４に作用していたスプリング力の少なくとも一部が出力軸２に肩代わりされ、結果的に摩擦板３を押圧する圧力が減少する。従って、入力軸１側の摩擦板要素３１とプレート７側（つまり、出力軸２側）の摩擦板要素３２との摩擦が低減してすべりが発生し、摩擦板３によって伝達されるトルクも低下する。このとき、ボール６１がボールランプ６２の内側面を乗り上げる変位量が維持されることから、摩擦板３によって伝達されるトルクはすべりが発生した時点での大きさに保たれる。 When an excessive torque exceeding the specified value is input to the input shaft 1 and transmitted to the output shaft 2 via the friction plate 3, the plate 7 and the ball 61, the ball 61 is displaced relative to the ball lamp 62. . That is, the ball 61 starts to ride on the inner surface of the ball lamp 62. Therefore, a larger axial force acts on the output shaft 2 and the output shaft 2 is displaced in a direction away from the plate 7. When the output shaft 2 that is separated from the plate 7 comes into contact with the pressing portion 4, at least a part of the spring force acting on the pressing portion 4 is replaced by the output shaft 2, and as a result, the pressure that presses the friction plate 3 decreases. To do. Accordingly, the friction between the friction plate element 31 on the input shaft 1 side and the friction plate element 32 on the plate 7 side (that is, on the output shaft 2 side) is reduced to cause a slip, and the torque transmitted by the friction plate 3 is also reduced. To do. At this time, since the displacement amount that the ball 61 rides on the inner surface of the ball ramp 62 is maintained, the torque transmitted by the friction plate 3 is maintained at the magnitude when the slip occurs.

本実施形態のトルク制限装置Ｄは、例えば、図３に示すような航空機の操舵面駆動システムに実装することができる。各翼に配置される舵面Ｘ１は、トルクシャフトＸ２によって駆動される。トルクシャフトＸ２がトルク制限装置Ｄの出力軸２に接続されることは言うまでもない。両翼にトルクを均等に分配する必要上、駆動源（モータ等）Ｘ３は両翼の中間に配置される。 The torque limiting device D of this embodiment can be mounted on an aircraft steering surface drive system as shown in FIG. 3, for example. The control surface X1 disposed on each wing is driven by a torque shaft X2. Needless to say, the torque shaft X2 is connected to the output shaft 2 of the torque limiting device D. In order to distribute the torque evenly between the two blades, the drive source (such as a motor) X3 is disposed between the two blades.

しかして、故障その他の不具合が発生した場合には、片側のトルクシャフトＸ２に対してのみ伝達されるトルクを制限しなければならないことがあり得る。本実施形態のトルク制限装置Ｄでは、摩擦板３、押圧部４、ボール６１、ボールランプ６２及び出力軸２が軸Ａ方向の両側に対称的に配置されており、単一の入力軸１より入力されるトルクを左右二方向に分配でき、しかも左右個別にトルク制限を行うことが可能である。但し、摩擦板３、押圧部４、ボール６１、ボールランプ６２及び出力軸２が片側にのみ配置される態様、言い換えるならばトルクを複数方向に分配しない態様を妨げない。 Thus, when a failure or other malfunction occurs, it may be necessary to limit the torque transmitted only to the torque shaft X2 on one side. In the torque limiting device D of the present embodiment, the friction plate 3, the pressing portion 4, the ball 61, the ball lamp 62, and the output shaft 2 are symmetrically arranged on both sides in the direction of the axis A, and from the single input shaft 1. The input torque can be distributed in the left and right directions, and the torque can be limited separately on the left and right. However, the aspect in which the friction plate 3, the pressing portion 4, the ball 61, the ball lamp 62, and the output shaft 2 are arranged only on one side, in other words, the aspect in which the torque is not distributed in a plurality of directions is not disturbed.

本実施形態のトルク制限装置Ｄは、前記入力軸１と前記出力軸２との間に介在し摩擦によってトルクを伝達する摩擦板３と、前記摩擦板３を押圧して摩擦板３にトルクを伝達可能な摩擦力を発揮させる押圧部４と、前記押圧部４に前記摩擦板３を押圧するためのスプリング力を付加するスプリング５１、５２と、前記入力軸１側から前記出力軸２側に伝達されるトルクを感知するボール６１及びボール６１を収めるボールランプ６２を有したトルク変換機構６たるボールランプ部とを具備してなり、規定値以上のトルクを感知したボール６１がボールランプ６２に対し相対変位することを通じて前記スプリング力に対抗する力を生じさせ、前記摩擦板３における摩擦力を低減して伝達されるトルクを抑制するものである。規定値を超える過大トルクが入力された際には、摩擦板３が通常のトルク伝達からすべりを伴うすべり摩擦伝達に移行して伝達されるトルクを低減する。従って、入力軸１の回転数が急落することはなく、回転の角加速度に変動が生じないためサージトルクの発生が回避される。本実施形態のトルク制限装置Ｄは、軽量、低コストで高い信頼性を有すものとなり得る。さらには、システムに別途サージトルク緩衝装置を設けておく必要性からも解放される。 The torque limiting device D of the present embodiment includes a friction plate 3 that is interposed between the input shaft 1 and the output shaft 2 and transmits torque by friction, and presses the friction plate 3 to apply torque to the friction plate 3. A pressing portion 4 that exerts a transmittable frictional force; springs 51 and 52 that apply a spring force to press the friction plate 3 against the pressing portion 4; and from the input shaft 1 side to the output shaft 2 side. A ball ramp portion that is a torque conversion mechanism 6 having a ball 61 that senses the transmitted torque and a ball ramp 62 that houses the ball 61. In contrast, a force against the spring force is generated through relative displacement, and the frictional force in the friction plate 3 is reduced to suppress the transmitted torque. When an excessive torque exceeding the specified value is input, the friction plate 3 shifts from a normal torque transmission to a sliding friction transmission with a slip to reduce the transmitted torque. Therefore, the rotational speed of the input shaft 1 does not drop sharply, and fluctuations in the angular acceleration of rotation do not occur, so that generation of surge torque is avoided. The torque limiting device D of the present embodiment can be lightweight, low cost and highly reliable. Furthermore, it is also freed from the need to provide a separate surge torque damper in the system.

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. The specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の一実施形態のトルク制限装置を示す図。The figure which shows the torque limiting apparatus of one Embodiment of this invention. 同実施形態におけるボールランプの断面形状を示す図。The figure which shows the cross-sectional shape of the ball lamp in the embodiment. 同実施形態のトルク制限装置の利用例を示す図。The figure which shows the usage example of the torque limiting device of the embodiment. 従来のトルク制限装置を示す図。The figure which shows the conventional torque limiting apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１…入力軸
２…出力軸
３…摩擦板
４…押圧部
５１、５２…スプリング
６…トルク変換機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input shaft 2 ... Output shaft 3 ... Friction plate 4 ... Press part 51, 52 ... Spring 6 ... Torque conversion mechanism

Claims

入力軸に入力されるトルクを、軸方向の両側に対称的に配置した第一の出力軸及び第二の出力軸に伝達し、これらを回転駆動するものであって、
摩擦によってトルクを伝達する摩擦板と、
前記摩擦板を介してトルクの伝達を受け、そのトルクを前記第一の出力軸、前記第二の出力軸の各々に伝達するプレートと、
前記摩擦板の両側に所在し、摩擦板を両側から押圧してトルクを伝達可能な摩擦力を発揮させる押圧部の対と、
前記押圧部の対のうち一方を他方に向けて付勢するスプリング力を付与する第一のスプリングと、
前記押圧部の対のうち他方を一方に向けて付勢するスプリング力を付与する第二のスプリングと、
前記プレートと前記第一の出力軸との間に介在し、前記入力軸側から第一の出力軸側に伝達される過大なトルクを感知して、これを前記第一のスプリングのスプリング力に抗し得る方向への機械的変位に変換する第一のトルク変換機構と、
前記プレートと前記第二の出力軸との間に介在し、前記入力軸側から第二の出力軸側に伝達される過大なトルクを感知して、これを前記第二のスプリングのスプリング力に抗し得る方向への機械的変位に変換する第二のトルク変換機構と
を具備してなり、
規定値以上のトルクを感知した前記トルク変換機構が機械的変位を惹起することを通じて前記スプリング力に対抗する力を生じさせ、前記摩擦板における摩擦力を低減して伝達されるトルクを抑制することを特徴とするトルク制限装置。 Torque input to the input shaft is transmitted to a first output shaft and a second output shaft that are symmetrically arranged on both sides in the axial direction, and these are rotated,
A friction plate for transmitting torque by friction;
A plate that receives torque via the friction plate and transmits the torque to each of the first output shaft and the second output shaft;
A pair of pressing portions that are located on both sides of the friction plate and exert a friction force that can transmit torque by pressing the friction plate from both sides;
A first spring that applies a spring force that biases one of the pair of pressing portions toward the other;
A second spring that applies a spring force that biases the other of the pair of pressing portions toward one side;
An excessive torque that is interposed between the plate and the first output shaft and is transmitted from the input shaft side to the first output shaft side is detected, and this is used as the spring force of the first spring. A first torque conversion mechanism that converts mechanical displacement in a direction that can be resisted;
An excessive torque that is interposed between the plate and the second output shaft and is transmitted from the input shaft side to the second output shaft side is detected, and this is used as the spring force of the second spring. A second torque conversion mechanism that converts mechanical displacement in a direction that can be resisted , and
The torque conversion mechanism that senses a torque exceeding a specified value generates a force that opposes the spring force through causing mechanical displacement, and reduces the frictional force in the friction plate to suppress the transmitted torque. A torque limiting device characterized by the above.

前記第一のスプリング、前記第二のスプリングがそれぞれ、The first spring and the second spring are respectively
前記出力軸を前記プレートに向けて付勢するスプリングと、当該出力軸を足場として前記押圧部を相手方に向けて付勢するスプリングとを要素として構成されている請求項１記載のトルク制限装置。2. The torque limiting device according to claim 1, wherein the torque limiting device includes a spring that biases the output shaft toward the plate and a spring that biases the pressing portion toward the other side using the output shaft as a scaffold.