WO2014033818A1 - 非可逆機構 - Google Patents

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    • F16D41/10—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface with provision for altering the freewheeling action with self-actuated reversing

Definitions

  • the present invention relates to a power transmission system for general industrial machines, aircraft equipment, etc., and relates to a non-reciprocal mechanism that does not transmit rotation to an input shaft even when a load acts on the output shaft.
  • the nonreciprocal mechanism a1 includes a ball ramp portion a4 interposed between the input shaft a2 and the output shaft a3, and the load torque acting on the output shaft a3 by the ball ramp portion a4. It has a configuration for generating a brake torque by converting the rotational driving force into an axial load and applying the load to the multi-plate brake a5 (see, for example, Patent Document 1).
  • the multi-plate brake a5 for generating the brake torque is formed by arranging a large number of friction plates a6 in the axial direction, so that the irreversible mechanism including such a multi-plate brake a5 is used.
  • the total length in the axial direction of a1 becomes long and the number of parts increases.
  • the total length of the nonreciprocal mechanism a1 in the axial direction becomes long, the total length of the housing a8 that accommodates the input shaft a2, the output shaft a3, the friction plate a6, and the like becomes long.
  • disadvantages occur in terms of weight and cost.
  • the present invention focuses on the above points, and an object of the present invention is to provide an irreversible mechanism having a short overall length, a small number of parts, and a light weight.
  • the irreversible mechanism according to the present invention performs the following control. That is, the irreversible mechanism according to the present invention has an input shaft that receives an input of rotational driving force, an output shaft that receives torque from the input shaft, and a radial force when load torque acts on the output shaft. A ball ramp portion to be generated, a brake lining that receives the radial force from the ball ramp portion, and a brake drum that presses against the brake lining when the brake lining receives the radial force from the ball ramp portion And a housing that houses the input shaft, the output shaft, the ball ramp portion, the brake lining, and the brake drum.
  • the ball ramp portion when a load torque is applied to the output shaft, the ball ramp portion generates a radial force, and this radial force is used to press the brake lining against the brake drum for input. Since the transmission of rotation to the shaft can be prevented, the overall length can be shortened and the number of parts and weight can be reduced as compared with the conventional nonreciprocal mechanism using other plate brakes.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA according to FIG. 1. Schematic which shows the conventional irreversible mechanism.
  • the irreversible mechanism 1 is used for an aircraft flap drive mechanism or the like, and as shown in FIGS. 1 and 2, an input shaft 2 that receives input of rotational driving force, and torque from the input shaft 2 An output shaft 3 that receives the transmission, a ball ramp portion 4 that generates a radial force when a load torque acts on the output shaft 3, and a brake lining 5 that receives the radial force from the ball ramp portion 4 A brake drum 6 that presses against the brake lining 5 when the brake lining 5 receives the radial force from the ball ramp portion 4, the input shaft 2, the output shaft 3, the ball ramp portion 4, the brake And a housing 8 for accommodating the lining 5 and the brake drum 6 therein.
  • the input shaft 2 includes an input end 2a connected to a drive source at one end in the axial direction, and the output shaft 3 is engaged with the output shaft 3 at the other end.
  • a key 2b for driving is integrally provided.
  • the keys 2b are provided at three locations in the present embodiment, and the keys 2b adjacent to each other are separated from each other by 120 ° in the circumferential direction.
  • a gap is interposed between the key 2b and the first plate 9 provided integrally with the output shaft 3.
  • the output shaft 3 includes an output end 3 a connected to an object to be driven at one axial end, and a circumferential end at the other end is a key 2 b of the input shaft 2.
  • the first plate 9 that receives the rotational driving force from the input shaft 2 and collides with the ball ramp portion 4 is integrally provided.
  • the ball lamp portion 4 is provided integrally with the output shaft 3 as described above, and has the first ball lamp 9a radially outward at the center in the circumferential direction.
  • the first plate 9 is provided at three locations in the present embodiment, and the key 2 b of the input shaft 2 is disposed between the first plates 9 adjacent to each other.
  • the second plate 10 is provided at three places in the present embodiment, and the key 2b of the input shaft 2 is arranged between the second plates 10 adjacent to each other.
  • the ball 11 is arranged between the first and second ball lamps 9a and 10a in the circumferential center of the first and second plates 9 and 10, and the first plate 9 and the second plate The plate 10 is closest to the radial direction.
  • the ball 11 is By rolling and moving on the first and second ball lamps 9a and 10a, the second plate 10 is urged and moved in a direction away from the first plate 9 in the radial direction, that is, outward in the radial direction. Then, a radially outward force is transmitted to the brake lining 5.
  • the brake lining 5 is provided on the outer side of the second plate 10 and can be engaged with a positioning protrusion 10 b provided on the outer surface of the second plate 10. It has a recess 5a. In the present embodiment, the brake lining 5 is also provided at three locations.
  • a compression coil spring 7 is disposed between the brake lining 5 and the second plate 10 as an urging means for applying a preload force radially outward to the brake lining 5. .
  • Carriers 12 are arranged on both sides of the brake lining 5 in the axial direction to prevent the brake lining 5 from falling off.
  • the brake lining 5 receives the transmission of the outward force in the radial direction and receives the force transmitted to the brake drum 6. Crimp.
  • the brake drum 6 has a substantially cylindrical shape as shown in FIGS. 1 and 2, and the inner surface thereof faces the outer surface of the brake lining 5.
  • the brake drum 6 is fixed to the housing 8.
  • the load torque and the brake torque are in a proportional relationship.
  • Tout load torque
  • Tbrk brake torque
  • Rbrk, Rb, q are fixed parameters, so by specifying the friction coefficient m, The relationship of Tout ⁇ Tbrk can be maintained regardless of the value of Tout.
  • Rbrk Effective brake radius
  • Rb Effective ball ramp radius
  • s Ball ramp angle
  • the second plate is driven by the key 2b.
  • the plate 10 is pushed by the input shaft key 2b, and the plate 9 is rotated by the load torque. Therefore, the output shaft 3, the plate 10, and the brake lining 5 always rotate while maintaining the phase difference S1.
  • the ball ramp portion 4 when a load torque is applied to the output shaft 3, the ball ramp portion 4 generates a radial force, and the brake lining 5 is utilized using the radial force. Is prevented from being transmitted to the input shaft 2 by being pressed against the brake drum 6. Therefore, the overall length can be shortened and the number of parts and the weight can be reduced as compared with the conventional nonreciprocal mechanism using other plate brakes.
  • the second plate of the ball ramp portion and the brake lining are configured separately, and a compression coil spring as an urging means is interposed between them.
  • the second plate of the part and the brake lining may be integrally formed, and the urging means may be interposed between the first plate and the second plate of the ball ramp part.
  • the number of keys of the ball ramp unit and the input shaft is set to three.
  • the number of keys of the ball ramp unit and the input shaft may be set to any number other than three. Good.
  • non-reciprocal mechanism of the present invention is not limited to the aircraft flap drive mechanism exemplified in the description of the above-described embodiment, and may of course be used in general power transmission systems such as general industrial machines and aircraft equipment.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

非可逆機構
　本発明は、一般産業機械、航空機器等の動力伝達系に係わり、出力軸に負荷が作用しても入力軸に回転を伝達しない非可逆機構に関する。
　従来より、回転駆動力の入力を受け付ける入力軸と、この入力軸からトルクの伝達を受ける出力軸とを備え、この出力軸に負荷トルクが作用した際にブレーキトルクを発生させて出力軸から入力軸への負荷トルクの伝達を阻止する非可逆機構が種々考えられてきている。
　このような非可逆機構として従来一般的なものは、以下のような構成を有する。すなわち、図３に示すように、この非可逆機構ａ１は、入力軸ａ２と出力軸ａ３との間にボールランプ部ａ４を介在させ、このボールランプ部ａ４により出力軸ａ３に作用する負荷トルクの回転駆動力を軸方向の荷重に変換し、この荷重を多板ブレーキａ５に印加することによりブレーキトルクを発生させる構成を有する（例えば、特許文献１を参照）。
　しかして、このような構成においては、以下に述べるような不具合が存在する。すなわち、ブレーキトルクを発生させるための多板ブレーキａ５は、多数の摩擦板ａ６を軸方向に積層させた状態で配置してなるものであるため、このような多板ブレーキａ５を含む非可逆機構ａ１の軸方向の全長が長くなり、部品点数が多くなるという不具合が存在する。さらに、非可逆機構ａ１の軸方向の全長が長くなることから、入力軸ａ２、出力軸ａ３、摩擦板ａ６等を収納するハウジングａ８の全長もつれて長くなり、このような非可逆装置ａ１全体としても重量やコストなどの点で不利が生じるという不具合も存在する。
特開２００６－２１４５２３号公報
　本発明は以上の点に着目したものであり、全長が短く、部品点数が少なくかつ軽量である非可逆機構を提供することを所期の目的とする。
　以上の課題を解決すべく、本発明に係る非可逆機構は、以下に述べるような制御を行う。すなわち本発明に係る非可逆機構は、回転駆動力の入力を受け付ける入力軸と、この入力軸からトルクの伝達を受ける出力軸と、この出力軸に負荷トルクが作用した際にラジアル方向の力を発生させるボールランプ部と、このボールランプ部から前記ラジアル方向の力を受けるブレーキライニングと、このブレーキライニングが前記ボールランプ部から前記ラジアル方向の力を受けた際に前記ブレーキライニングと圧着するブレーキドラムと、これら入力軸、出力軸、ボールランプ部、ブレーキライニング及びブレーキドラムを内部に収納するハウジングとを備えている。
　このような構成によれば、出力軸に負荷トルクが作用した際にボールランプ部がラジアル方向の力を発生させ、このラジアル方向の力を利用してブレーキライニングをブレーキドラムに圧着させることにより入力軸への回転の伝達を阻止することができるので、従来の他板ブレーキを用いた非可逆機構と比較して、全長を短くできるとともに、部品点数や重量の削減を図ることもできる。
　本発明によれば、全長が短く、部品点数が少なくかつ軽量である非可逆機構を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る非可逆機構を示す概略図。 図１に係るＡ－Ａ断面図。 従来の非可逆機構を示す概略図。
　以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
　本実施形態に係る非可逆機構１は、航空機のフラップの駆動機構等に用いられ、図１及び図２に示すように、回転駆動力の入力を受け付ける入力軸２と、この入力軸２からトルクの伝達を受ける出力軸３と、この出力軸３に負荷トルクが作用した際にラジアル方向の力を発生させるボールランプ部４と、このボールランプ部４から前記ラジアル方向の力を受けるブレーキライニング５と、このブレーキライニング５が前記ボールランプ部４から前記ラジアル方向の力を受けた際に前記ブレーキライニング５と圧着するブレーキドラム６と、これら入力軸２、出力軸３、ボールランプ部４、ブレーキライニング５及びブレーキドラム６を内部に収納するハウジング８とを備えている。
　前記入力軸２は、図２に示すように、軸方向一端部に駆動源に接続される入力端２ａを備えており、他端側には前記出力軸３と係り合って該出力軸３を駆動するためのキー２ｂが一体に設けられている。前記キー２ｂは、図１に示すように、本実施形態では３箇所に設けられていて、互いに隣接するキー２ｂ同士が１２０°ずつ周方向に離間している。そして、入力軸２及び出力軸３が回転トルクを一切受けていない状態では、このキー２ｂと前記出力軸３に一体に設けられた第１のプレート９との間に隙間が介在している。
　前記出力軸３は、図２に示すように、軸方向一端部に駆動対象物に接続される出力端３ａを備えており、他端側には周方向端部が前記入力軸２のキー２ｂと衝き当たることにより入力軸２から回転駆動力の伝達を受け、前記ボールランプ部４を構成する第１のプレート９が一体に設けられている。
　前記ボールランプ部４は、図１及び図２に示すように、前記出力軸３に上述したように一体に設けられ周方向中央部にラジアル方向外向きの第１のボールランプ９ａを有する前記第１のプレート９と、第１のプレート９の外方に設けられ周方向中央部にラジアル方向内向きの第２のボールランプ１０ａを有する第２のプレート１０と、これら第１及び第２のプレート９、１０の第１及び第２のボールランプ９ａ、１０ａ間に配されたボール１１とを備えている。前記第１のプレート９は、図１に示すように、本実施形態では３箇所に設けられており、互いに隣接する第１のプレート９間に前記入力軸２のキー２ｂが配されている。一方、第２のプレート１０は、本実施形態では３箇所に設けられており、互いに隣接する第２のプレート１０間に前記入力軸２のキー２ｂが配されている。通常はこれら第１、第２のプレート９、１０の第１及び第２のボールランプ９ａ、１０ａの周方向中央の間に前記ボール１１が配されており、第１のプレート９と第２のプレート１０とがラジアル方向に最も接近した状態となっている。そして、前記第１のプレート９と前記第２のプレート１０とが第１及び第２のボールランプ９ａ、１０ａとボール１１との間のころがり抵抗に抗して相対回転移動すると、ボール１１が前記第１及び第２のボールランプ９ａ、１０ａ上をころがり移動することにより、第２のプレート１０は第１のプレート９からラジアル方向に離間する方向すなわちラジアル方向外向きに付勢され移動することとなり、前記ブレーキライニング５にラジアル方向外向きの力を伝達する。
　前記ブレーキライニング５は、図１及び図２に示すように、前記第２のプレート１０の外方に設けられており、第２のプレート１０の外面に設けた位置決め突起１０ｂと係合可能な位置決め凹部５ａを有する。本実施形態では、このブレーキライニング５も３箇所に設けられている。また、このブレーキライニング５と前記第２のプレート１０との間には、このブレーキライニング５にラジアル方向外向きのプリロード力を負荷するための付勢手段である圧縮コイルばね７を配している。また、このブレーキライニング５の軸心方向両側には、このブレーキライニング５の脱落を防ぐべくキャリア１２を配している。そして、前述したようにボールランプ部４の第２のプレート１０がラジアル方向外向きに付勢され移動すると、このブレーキライニング５はラジアル方向外向きに向かう力の伝達を受けて前記ブレーキドラム６に圧着する。
　前記ブレーキドラム６は、図１及び図２に示すように、略円筒状をなし、その内面が前記ブレーキライニング５の外面に対向している。また、このブレーキドラム６は、ハウジング８に固定して設けられている。
　以下、この非可逆機構１の各部の動作及び作用について述べる。
　出力軸３に負荷トルクが作用した際には、まず出力軸３と第１のプレート９とが一体に回転する。このとき、ボールランプ９ａ、１０ａとボール１１との間のころがり抵抗トルクよりも負荷トルクが大きく、且つ、ばね７の付勢力により発生するブレーキライニング５とドラム６間の摩擦トルクがころがり抵抗トルクより大きい場合、第１のプレート９と第２のプレート１０が相対回転移動し、第２のプレート１０がラジアル方向外向きに付勢され移動する。さらに、この第２のプレート１０がラジアル方向外向きに移動すると、前記圧縮コイルばね７が圧縮されて前記ブレーキライニング５がさらなる付勢力を受けブレーキトルクが増加し最終的にプレート１０とブレーキライニング５が圧着する。換言すれば、図１に示すプレート１０とブレーキライニング５との間の隙間Ｇａｐが食いつぶされる。すなわち、出力軸３は、プレート１０とブレーキライニング５の間に設けた隙間Ｇａｐを食いつぶすのに必要な位相Ｓ１だけ回転した後、回転が阻止される。この相対回転が阻止された後は、負荷トルクが増加されても、この状態を維持したままとなり、入力側に負荷トルクが伝達されることはなく、「ブレーキ状態」となる。負荷トルクと、ブレーキトルクは、比例関係にあり、その簡易関係式は、
Tbrk = Tout *m *Rbrk / (Rb *tan (q) ) = k * Tout   (k = m *Rbrk / (Rb *tan (q) ))
（Tout：負荷トルク、Tbrk：ブレーキトルク）
と表され、Rbrk、Rb、qは、固定パラメータであるため、摩擦係数mを規定することで、
Tout< Tbrkの関係をToutの値に関係なく維持することができる。
（Rbrk:有効ブレーキ半径、Rb：有効ボールランプ半径、s：ボールランプ角）
（図１、２を参照）
ここで、入力軸キー２ｂと、プレート９、１０との隙間は、この回転位相以上にする必要がある。
　一方、上述したような非可逆機構１が作動している場合において入力軸２に負荷トルクと逆方向の回転駆動力が入力された際には、キー２ｂが出力軸３に衝き当たり、出力軸３がさらに回転駆動力の伝達を受けて回転することにより出力軸３と第２のプレート１０及びブレーキライニング５との相対位相差が非可逆機構１が作動する以前に戻り、ブレーキライニング５に作用するラジアル方向の力が小さくなり、出力軸３、第２のプレート１０及びブレーキライニング５が一体的に回転する。また、入力軸２に負荷トルクと同方向の回転駆動力が入力された際には、キー２ｂが第２のプレート１０に衝き当たり、入力軸２に入力されたトルクがブレーキトルクと負荷トルクとの差分に達すると第２のプレートがキー２ｂに押圧されて駆動される。このとき、プレート１０は、入力軸キー２ｂに押され、プレート９は、負荷トルクにより回転させられる。したがって、出力軸３と、プレート１０及びブレーキライニング５は、常に、前記位相差Ｓ１を保ったまま回転する。
　以上に述べたように、本実施形態によれば、出力軸３に負荷トルクが作用した際にボールランプ部４がラジアル方向の力を発生させ、このラジアル方向の力を利用してブレーキライニング５をブレーキドラム６に圧着させることにより入力軸２への回転の伝達が阻止される。従って、従来の他板ブレーキを用いた非可逆機構と比較して、全長を短くできるとともに、部品点数や重量の削減を図ることもできる。
　なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らず、種々に変形してよい。
　例えば、上述した実施形態では、ボールランプ部の第２のプレートとブレーキライニングとを別体に構成し、これらの間に付勢手段である圧縮コイルばねを介在させるようにしているが、ボールランプ部の第２のプレートとブレーキライニングとを一体に構成し、ボールランプ部の第１のプレートと第２のプレートとの間に付勢手段を介在させるようにしてもよい。
　また、ボールランプ部及び入力軸のキーの数は、上述した実施形態では３つに設定しているが、ボールランプ部及び入力軸のキーの数は３以外の任意の数に設定してもよい。
　そして、本発明の非可逆機構は、上述した実施形態の説明において例示した航空機のフラップの駆動機構に限らず、一般産業機械、航空機器等の動力伝達系一般に用いてももちろんよい。
　その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。
　本発明の構成を採用すれば、全長が短く、部品点数が少なくかつ軽量である非可逆機構を提供することができる。
　１…非可逆機構
　２…入力軸
　３…出力軸
　４…ボールランプ部
　５…ブレーキライニング
　６…ブレーキドラム
　８…ハウジング

Claims (2)

  1. 回転駆動力の入力を受け付ける入力軸と、この入力軸からトルクの伝達を受ける出力軸と、この出力軸に負荷トルクが作用した際にラジアル方向の力を発生させるボールランプ部と、このボールランプ部から前記ラジアル方向の力を受けるブレーキライニングと、このブレーキライニングが前記ボールランプ部から前記ラジアル方向の力を受けた際に前記ブレーキライニングと圧着するブレーキドラムと、これら入力軸、出力軸、ボールランプ部、ブレーキライニング、ブレーキドラム及び付勢手段を内部に収納するハウジングとを備えていることを特徴とする非可逆機構。
  2. 前記ブレーキライニング５が前記ボールランプ部を構成する第２のプレートの外方に設けられており、前記第２のプレートの外面に設けた位置決め突起と係合可能な位置決め凹部を有する請求項１記載の非可逆機構。
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