JP3661377B2 - ハーフトロイダル形無段変速機 - Google Patents
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- F16H15/32—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line
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- F16H15/38—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a curved friction surface formed as a surface of a body of revolution generated by a curve which is neither a circular arc centered on its axis of revolution nor a straight line with concave friction surface, e.g. a hollow toroid surface with two members B having hollow toroid surfaces opposite to each other, the member or members A being adjustably mounted between the surfaces
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Friction Gearing (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車用の変速機として用いるハーフトロイダル形無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハーフトロイダル形無段変速機は、図４に示すように、エンジン等の駆動源 （図示しない）に連結される入力軸１には入力ディスク２と出力ディスク３がニードルベアリングを介して回転自在に支持されている。入力ディスク２の背面側にはカム板４が入力軸１に対してスプライン係合しており、カム板４と入力ディスク２との間にはローラ５が介在され、入力ディスク２を出力ディスク３側に押し付けるローディングカム式の押圧機構６が設けられている。
【０００３】
入力ディスク２と出力ディスク３との間には枢軸７を中心として揺動するトラニオン８が設けられ、トラニオン８の中心部には変位軸９が設けられている。そして、この変位軸９にはパワーローラ１０が回転自在に支持され、このパワーローラ１０は入力ディスク２及び出力ディスク３と接するトラクション部を有し、入力ディスク２と出力ディスク３との間に傾転自在に転接されている。
【０００４】
また、トラニオン８とパワーローラ１０との間にはパワーローラ軸受としてのスラスト玉軸受１１が設けられている。このスラスト玉軸受１１はパワーローラ１０に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、パワーローラ１０の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受１１の複数個の玉１２はトラニオン８側に設けられた円環状の外輪１３と回転部としてのパワーローラ１０との間に設けられた円環状の保持器１４によって保持されている。
【０００５】
そして、入力ディスク２の回転をパワーローラ１０を介して出力ディスク３に伝達させており、両ディスク２，３とパワーローラ１０にはヘルツの理論により高い圧力が発生するため、両ディスク２，３は高い圧力に耐え得るように肉厚を厚く形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハーフトロイダル形無段変速機は、最近の小型化及び軽量化の要求に伴い、両ディスク２，３の肉厚が薄くなり、ヘルツの接触理論状態での使用が困難になることがあった。また、両ディスク２，３に曲げ応力も加わった状態では両ディスク２，３とパワーローラ１０との接触点近くの応力域が曲げ応力により乱れてしまい、より大きな応力となってしまい、ディスク２，３の破壊につながるという問題がある。また、両ディスク２，３に作用する引張り応力により両ディスク２，３が割れることがあった。
【０００７】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、入力ディスク及び出力ディスクに作用する面圧や引張り応力を緩和させることにより、ディスクの破損を防止でき、耐久性の向上を図ることができるハーフトロイダル形無段変速機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、入力ディスクおよび出力ディスクを備えかつ前記入力ディスクと出力ディスクとの間にパワーローラが傾転自在に転接されるハーフトロイダル形無段変速機において、前記入力ディスクおよび出力ディスクは、各ディスクの小径側の端面から大径側の背面にわたって貫通する孔を有し、前記入力ディスク及び出力ディスクのキャビティ径Ｄ、前記キャビティの曲率半径をＲ、前記両ディスクの前記孔の前記小径側の端面に開口する部分の内径をｄ、前記両ディスクの肉厚すなわち各ディスクの軸線方向に沿う断面において前記曲率半径Ｒの面から前記背面までの距離が最小となる部位の肉厚をｔとしたとき、
【数２】
としたことを特徴とするハーフトロイダル形無段変速機。
【０００９】
【数２】
としたことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
ハーフトロイダル形無段変速機のディスクにおいて、接触面圧は、
【００１１】
【数３】
次に、入力ディスク及び出力ディスクのキャビティ径Ｄを大きくすると、接触点での接触力が小さくなり、面圧を小さくすることができるため、
【００１２】
【数４】
【００１３】
と考えることができる。
一方、入力ディスク及び出力ディスクの軽量化や小形化などのため、ディスクの肉厚ｔを薄くしたり、ディスクの内径ｄを大きくするなどの設計がなされている。しかしながら、図３に示すように、ディスク２１のキャビティ２２における外周部Ａ点や内周部Ｂ点の接触点においてディスク２１の肉厚ｔが薄くなってしまう。
【００１４】
ディスク２１の肉厚ｔが薄くなることにより、ヘルツの接触理論がなりたたない状態での使用する可能性がある。つまり、ディスク２１の肉厚ｔが薄い場合には、ヘルツの応力分布が変形による曲げ応力などにより乱れてしまい増加することが予測される。
【００１５】
したがって、ディスク２１の外周部Ａ点ではディスク２１の肉厚ｔを大きくすることによりＰmax は安定する。また、ディスク２１の内周部Ｂ点ではディスク２１の内径ｄを小さくすることによりディスク２１の肉厚ｔが大きくなるためＰmax は安定する。
よって、
【００１６】
【数５】
上記の式（４）、（５）、（６）を考慮すると面圧は、
【００１７】
【数６】
【００１８】
と考えることができる。
次に、ディスク２１に発生する引張り応力について荷重Ｆｃが作用する場合、ｄ点では、
【００１９】
【数７】
【００２０】
Ｘは定数
また、ｅ点において発生する引張り応力を低下させるためには、内径ｄを小さくすればよい。
したがって、
【００２１】
【数８】
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はハーフトロイダル形無段変速機の入力ディスクまたは出力ディスクとして用いるディスクの縦断側面図及び正面図である。ディスク２１のキャビティ２２の径をＤ、キャビティ２２の曲率半径をＲ、ディスク２１の内径をｄ、ディスク２１の肉厚をｔとしたとき、
【００２３】
【数９】
【００２４】
としたことを特徴とする。
図２は、横軸にＲ・ｄ／Ｄ・ｔを、左縦軸に接触面圧（ＧＰａ）を、右縦軸に最大引張り応力（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を示し、実線曲線は接触面圧（ＧＰａ）であり、破線曲線は最大引張り応力（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）である。
【００２５】
【表１】
図２に示すように、
【００２６】
【数１０】
【００２７】
トラクション面の面圧が４．０ＧＰａ以上になってしまい、４．０ＧＰａはディスク２１やパワーローラの圧痕限界である。
また、引張り応力は、表１の最大負荷耐久実験結果に示すように、
【００２８】
【数１１】
【００２９】
８０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越え、２００時間未満でディスク２１が破損し、最大負荷の上限であると判断した。
以上により、
【００３０】
【数１２】
【００３１】
の範囲であれば、最大負荷耐久実験において、目標の２００時間をクリアし、上記範囲が最適値である。なお、この２００時間は、自動車用として実用上必要な耐久性に相当する時間である。
【００３２】
ディスク２１のキャビティ２２の径Ｄやキャビティ２２の曲率半径Ｒが大きくなると、定格トルクも大きくなり、接触面での押し付け力が大きくなるが、Ｒ・ｄ／Ｄ・ｔの無次元量を使用すると、応力が略等しくなる。故に、ディスク２１のトルク容量によってサイズが変わっても同様の結果が得られる。
【００３３】
なお、前記実施形態においては、シングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速機について説明したが、この発明は、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル無段変速機においても同様な効果がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項の発明によれば、入力ディスク及び出力ディスクのキャビティ径Ｄ、キャビティの曲率半径をＲ、両ディスクの内径をｄ、両ディスクの肉厚をｔとしたとき、
【００３５】
【数１３】
【００３６】
としたことにより、入力ディスク及び出力ディスクに作用する面圧や引張り応力を緩和させることができ、ディスクの破損を防止でき、耐久性の向上を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態におけるハーフトロイダル形無段変速機のディスクの縦断側面図及び正面図。
【図２】同実施形態を示し、Ｒ・ｄ／Ｄ・ｔにおける接触面圧（ＧＰａ）及び最大引張り応力（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を示す図。
【図３】同実施形態を示し、ディスクの縦断側面図。
【図４】ハーフトロイダル形無段変速機の一部を示す縦断側面図。
【符号の説明】
２１…ディスク
２２…キャビティ
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば自動車用の変速機として用いるハーフトロイダル形無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハーフトロイダル形無段変速機は、図４に示すように、エンジン等の駆動源 （図示しない）に連結される入力軸１には入力ディスク２と出力ディスク３がニードルベアリングを介して回転自在に支持されている。入力ディスク２の背面側にはカム板４が入力軸１に対してスプライン係合しており、カム板４と入力ディスク２との間にはローラ５が介在され、入力ディスク２を出力ディスク３側に押し付けるローディングカム式の押圧機構６が設けられている。
【０００３】
入力ディスク２と出力ディスク３との間には枢軸７を中心として揺動するトラニオン８が設けられ、トラニオン８の中心部には変位軸９が設けられている。そして、この変位軸９にはパワーローラ１０が回転自在に支持され、このパワーローラ１０は入力ディスク２及び出力ディスク３と接するトラクション部を有し、入力ディスク２と出力ディスク３との間に傾転自在に転接されている。
【０００４】
また、トラニオン８とパワーローラ１０との間にはパワーローラ軸受としてのスラスト玉軸受１１が設けられている。このスラスト玉軸受１１はパワーローラ１０に加わるスラスト方向の荷重を支承しつつ、パワーローラ１０の回転を許容するものである。このようなスラスト玉軸受１１の複数個の玉１２はトラニオン８側に設けられた円環状の外輪１３と回転部としてのパワーローラ１０との間に設けられた円環状の保持器１４によって保持されている。
【０００５】
そして、入力ディスク２の回転をパワーローラ１０を介して出力ディスク３に伝達させており、両ディスク２，３とパワーローラ１０にはヘルツの理論により高い圧力が発生するため、両ディスク２，３は高い圧力に耐え得るように肉厚を厚く形成している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハーフトロイダル形無段変速機は、最近の小型化及び軽量化の要求に伴い、両ディスク２，３の肉厚が薄くなり、ヘルツの接触理論状態での使用が困難になることがあった。また、両ディスク２，３に曲げ応力も加わった状態では両ディスク２，３とパワーローラ１０との接触点近くの応力域が曲げ応力により乱れてしまい、より大きな応力となってしまい、ディスク２，３の破壊につながるという問題がある。また、両ディスク２，３に作用する引張り応力により両ディスク２，３が割れることがあった。
【０００７】
この発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、入力ディスク及び出力ディスクに作用する面圧や引張り応力を緩和させることにより、ディスクの破損を防止でき、耐久性の向上を図ることができるハーフトロイダル形無段変速機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、前記目的を達成するために、請求項１は、入力ディスクおよび出力ディスクを備えかつ前記入力ディスクと出力ディスクとの間にパワーローラが傾転自在に転接されるハーフトロイダル形無段変速機において、前記入力ディスクおよび出力ディスクは、各ディスクの小径側の端面から大径側の背面にわたって貫通する孔を有し、前記入力ディスク及び出力ディスクのキャビティ径Ｄ、前記キャビティの曲率半径をＲ、前記両ディスクの前記孔の前記小径側の端面に開口する部分の内径をｄ、前記両ディスクの肉厚すなわち各ディスクの軸線方向に沿う断面において前記曲率半径Ｒの面から前記背面までの距離が最小となる部位の肉厚をｔとしたとき、
【数２】
【０００９】
【数２】
【００１０】
【作用】
ハーフトロイダル形無段変速機のディスクにおいて、接触面圧は、
【００１１】
【数３】
【００１２】
【数４】
と考えることができる。
一方、入力ディスク及び出力ディスクの軽量化や小形化などのため、ディスクの肉厚ｔを薄くしたり、ディスクの内径ｄを大きくするなどの設計がなされている。しかしながら、図３に示すように、ディスク２１のキャビティ２２における外周部Ａ点や内周部Ｂ点の接触点においてディスク２１の肉厚ｔが薄くなってしまう。
【００１４】
ディスク２１の肉厚ｔが薄くなることにより、ヘルツの接触理論がなりたたない状態での使用する可能性がある。つまり、ディスク２１の肉厚ｔが薄い場合には、ヘルツの応力分布が変形による曲げ応力などにより乱れてしまい増加することが予測される。
【００１５】
したがって、ディスク２１の外周部Ａ点ではディスク２１の肉厚ｔを大きくすることによりＰmax は安定する。また、ディスク２１の内周部Ｂ点ではディスク２１の内径ｄを小さくすることによりディスク２１の肉厚ｔが大きくなるためＰmax は安定する。
よって、
【００１６】
【数５】
【００１７】
【数６】
と考えることができる。
次に、ディスク２１に発生する引張り応力について荷重Ｆｃが作用する場合、ｄ点では、
【００１９】
【数７】
Ｘは定数
また、ｅ点において発生する引張り応力を低下させるためには、内径ｄを小さくすればよい。
したがって、
【００２１】
【数８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はハーフトロイダル形無段変速機の入力ディスクまたは出力ディスクとして用いるディスクの縦断側面図及び正面図である。ディスク２１のキャビティ２２の径をＤ、キャビティ２２の曲率半径をＲ、ディスク２１の内径をｄ、ディスク２１の肉厚をｔとしたとき、
【００２３】
【数９】
としたことを特徴とする。
図２は、横軸にＲ・ｄ／Ｄ・ｔを、左縦軸に接触面圧（ＧＰａ）を、右縦軸に最大引張り応力（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を示し、実線曲線は接触面圧（ＧＰａ）であり、破線曲線は最大引張り応力（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）である。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【数１０】
トラクション面の面圧が４．０ＧＰａ以上になってしまい、４．０ＧＰａはディスク２１やパワーローラの圧痕限界である。
また、引張り応力は、表１の最大負荷耐久実験結果に示すように、
【００２８】
【数１１】
８０ｋｇｆ／ｍｍ2 を越え、２００時間未満でディスク２１が破損し、最大負荷の上限であると判断した。
以上により、
【００３０】
【数１２】
の範囲であれば、最大負荷耐久実験において、目標の２００時間をクリアし、上記範囲が最適値である。なお、この２００時間は、自動車用として実用上必要な耐久性に相当する時間である。
【００３２】
ディスク２１のキャビティ２２の径Ｄやキャビティ２２の曲率半径Ｒが大きくなると、定格トルクも大きくなり、接触面での押し付け力が大きくなるが、Ｒ・ｄ／Ｄ・ｔの無次元量を使用すると、応力が略等しくなる。故に、ディスク２１のトルク容量によってサイズが変わっても同様の結果が得られる。
【００３３】
なお、前記実施形態においては、シングルキャビティ式ハーフトロイダル形無段変速機について説明したが、この発明は、ダブルキャビティ式ハーフトロイダル無段変速機においても同様な効果がある。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項の発明によれば、入力ディスク及び出力ディスクのキャビティ径Ｄ、キャビティの曲率半径をＲ、両ディスクの内径をｄ、両ディスクの肉厚をｔとしたとき、
【００３５】
【数１３】
としたことにより、入力ディスク及び出力ディスクに作用する面圧や引張り応力を緩和させることができ、ディスクの破損を防止でき、耐久性の向上を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態におけるハーフトロイダル形無段変速機のディスクの縦断側面図及び正面図。
【図２】同実施形態を示し、Ｒ・ｄ／Ｄ・ｔにおける接触面圧（ＧＰａ）及び最大引張り応力（ｋｇｆ／ｍｍ2 ）を示す図。
【図３】同実施形態を示し、ディスクの縦断側面図。
【図４】ハーフトロイダル形無段変速機の一部を示す縦断側面図。
【符号の説明】
２１…ディスク
２２…キャビティ
Claims (1)
- 入力ディスクおよび出力ディスクを備えかつ前記入力ディスクと出力ディスクとの間にパワーローラが傾転自在に転接されるハーフトロイダル形無段変速機において、
前記入力ディスクおよび出力ディスクは、各ディスクの小径側の端面から大径側の背面にわたって貫通する孔を有し、
前記入力ディスク及び出力ディスクのキャビティ径をＤ、前記キャビティの曲率半径をＲ、前記両ディスクの前記孔の前記小径側の端面に開口する部分の内径をｄ、前記両ディスクの肉厚すなわち各ディスクの軸線方向に沿う断面において前記曲率半径Ｒの面から前記背面までの距離が最小となる部位の肉厚をｔとしたとき、
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31527697A JP3661377B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | ハーフトロイダル形無段変速機 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31527697A JP3661377B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | ハーフトロイダル形無段変速機 |
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|---|---|
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| JP3661377B2 true JP3661377B2 (ja) | 2005-06-15 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31527697A Expired - Fee Related JP3661377B2 (ja) | 1997-11-17 | 1997-11-17 | ハーフトロイダル形無段変速機 |
Country Status (3)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3661377B2 (ja) |
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| JP3629773B2 (ja) * | 1995-09-29 | 2005-03-16 | マツダ株式会社 | トロイダル型無段変速機 |
| JPH09126288A (ja) * | 1995-10-30 | 1997-05-13 | Nissan Motor Co Ltd | トロイダル型無段変速機 |
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- 1997-11-17 JP JP31527697A patent/JP3661377B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1998
- 1998-11-12 US US09/190,950 patent/US6036618A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-11-16 DE DE19852875A patent/DE19852875C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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|---|---|
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| US6036618A (en) | 2000-03-14 |
| JPH11148544A (ja) | 1999-06-02 |
| DE19852875C2 (de) | 2003-03-13 |
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