专利名称：摩擦传动装置、旋转驱动装置及其系列和制造方法
技术领域：
本发明涉及配备了作为摩擦辊而具有太阳辊、行星辊及环辊的简单行星辊机构和制动所述摩擦辊转动的制动器的摩擦传动装置、摩擦传动装置中组装了电动机的摩擦传动式旋转驱驱动装置及其系列以及该摩擦传动装置的制造方法。
具有简单行星辊机构的摩擦传动装置早已是众所周知的。
在图8中，示意地画出了这种传统摩擦传动装置的例子。摩擦传动装置1作为摩擦辊而在简单行星辊机构10的外壳9(没有整个画出)中配备了太阳辊2、与太阳辊2的外周转动接触的行星辊6、行星辊6在其内圆周上转动接触、同时又限定自身转动的环辊8。另外，通过把支承销插入行星辊6而将齿轮4与简单行星辊机构10连接在一起。
摩擦传统装置1以太阳辊2或齿轮4为动力输入/输出元件并以环辊8为固定元件。在以太阳辊2为动力输入元件时，摩擦传动装置变成具有减速功能，而在以太阳辊2为动力输出元件时，摩擦传动装置变成具有加速功能。另外，环辊8被固定在外壳9一侧上。
图9更具体地示出了图8的结构，它示出了本发明人所设想(在申请时未公开)的摩擦传动式旋转驱动装置100。旋转驱动装置100配备有作为摩擦辊而具有太阳辊30、保持在齿轮32上的同时与太阳辊30的外周转动接触的行星辊34、行星辊34在其内圆周上转动接触的同时限制自身转动的环辊36的简单行星辊机构28、与太阳辊30相连、驱动太阳辊30的电动机102。
确切地说，电动机126的电机轴126A通过平行键与太阳辊30相连，电动机102本身通过螺栓被固定在安放简单行星辊机构28的外壳38的凸缘部38B上。
在凸缘部38B的内周面侧上，形成了径向内突的环状固定部38A，环辊36通过螺栓40被固定在那里。
简单行星辊机构28以太阳辊30为动力输入元件、以齿轮32为动力输出元件并以环辊32为固定元件，其整体具有减速功能。就是说，旋转驱动装置100将电动机102的旋转动力传给太阳辊30并又按照预定的减速比从齿轮32侧输出动力。
简单行星辊机构28利用在各摩擦辊间的接触面上产生的摩擦力或剪切力来传递电动机126的旋转动力(牵引力传递)，与利用齿轮等的传动结构相比，可以进行顺利而安静的运转。
因此，为了用简单行星辊机构28来确保预定的传动能力(可传递转矩)，必须在各摩擦辊之间产生足够的摩擦力。这个摩擦力一般是通过使环辊36的内径小于行星辊34直径的两倍与太阳辊30的直径之和，即通过施加紧固力而使环辊36产生弹性变形的方式产生的。当紧固力大时，摩擦辊之间的摩擦力也增大，简单行星辊机构28可通过摩擦力传递的转矩也增大。相反，当紧固力小时，可传递转矩降低。当可传递转矩高时(紧固力大)时，各摩擦辊的转动阻力也增大，旋转驱动装置100的传递效率降低，同时由转动疲劳引起的简单行星辊机构28的耐久性能降低也成问题。
当旋转驱动装置100采用上述简单行星辊机构28时，主要获得了以下两个优点。其中一个优点是，如上所述，与齿轮等传动结构相比，能够获得既顺利又肃静的传动并且能提高旋转动力的传递效率、降低电动机126的电耗，即有助于节能。另一个优点是，与齿轮等相比，制造摩擦辊比较容易，由于降低了生产成本，所以旋转驱动装置100变得廉价。
另一方面，因采用摩擦传动式简单行星辊机构28而带来的缺点是，由于它是通过摩擦力来传递旋转动力的，所以通常在各转动摩擦辊的接触面之间发生轻微打滑，太阳辊30的转速与齿轮32的转速也必然不能按照严格的减速比关系。所以，齿轮等传动结构在这方面要略胜一筹。
可是，当考虑到实际应用具有这种减速机结构的电动机(旋转驱动装置)的状况时，毕竟在使用感应电动机等的场合下在辊与旋转磁场之间产生一定打滑，所以，也就不一定要求这种减速机构本身有严格的减速比。就是说，为了使相连的被驱动机械的转速保持预定值，一般不得不测量被驱动机械侧等的转速来反馈控制电动机。与其是遵照严格减速比关系但价格昂贵的齿轮减速机构，还不如节能又廉价的简单行星辊机构更符合现在市场的需要。
过去，在齿轮传动式旋转驱动装置(所谓的齿轮减速马达)中，大多存在着事后在电动机等上加装制动器的情况。就本发明人所知，装有制动器的摩擦传动式旋转驱动装置尚未在市场上出现，而且目前也没有添设制动器的提案。这是因为预料到实际上存在以下诸多难点的缘故。
更确切地说，由于具有简单行星辊机构的摩擦传动式传动装置是通过在各摩擦辊接触面之间产生的摩擦力来传递动力的装置，所以在承受大转动负荷的情况下，在接触面上会产生打滑。另一方面，常用的制动器是利用闸轮和闸片之间的摩擦而将动能转变为热能的，也就是通过闸轮与闸片之间的滑动来产生制动力。
因此，由于摩擦传动装置及制动器都具有伴随滑动的可能性，所以设想出最适当的组合方式是困难的。另外，根据很多经验和直觉，不一定能确保制动器相对简单行星辊机构具有最适当的制动特性。
例如，当制动器所获制动转矩过小时，由于不能可靠地制动摩擦传动装置或与之相连的被驱动机械(负荷)，所以为安全起见而不得不将所获静摩擦转矩(制动能力)设定得相当大。然而，当如此设定的静摩擦转矩过大时，不仅由于制动器能力变得超强(相对必要制动能力而言)而使无用功损失上升，而且必要时要快速制动，所以产生了摩擦传动装置的各辊摩擦面不能完成保持被驱动机械(负荷)侧的惯性力(反作用力)任务的问题。就是说，如果在制动转矩适当并且速度稳妥地制动，则能够顺利制动，但情况并不全都是这样，由于制动转矩过强，在摩擦传动装置上恐怕会出现打滑。不用说，一旦发生一次打滑，摩擦传动装置的制动就变得困难了。
因此，如果为安全起见而又不能将制动器设计得大型化，则这种设计是有难度的。
另外，这种情况使设计更加复杂，即摩擦传动装置的可传递转矩(最大传递转矩)取决于过盈量，而当大于产品误差的实际过盈量与所设计的过盈量略微不吻合时，也会相当大地改变可传递转矩。
当制动器与摩擦传动装置组合在一起时，实际上存在着太多的不确定因素或不明确因素。因此，完成产品大多是在尝试制作并且设想出所有情况地试运转，而且必须进行在最佳范围内平衡摩擦传动装置的传动能力与制动器的制动能力的工作。
可是，当企业作为产品地给市场提供装有这种制动器的摩擦传动装置时，一般必须作为系列产品(产品族)地提供具有各种传动能力或各种减速比的装置。在这种情况下，只要不开发预定的设计和制造方法，整体地构建出一个统一的产品系列(由于一一的试行错误)是近乎不可能的。
对通过将制动器组装在齿轮等其它传动装置中而构成的产品来构成产品系列来说，这种情况意味着结果会对成本不利，而这又被认为是迄今尚不能将制动器组装到摩擦传动装置中的原由。
一般，与其对应于必要尺寸地采用1级或2级大型辊机构，不如使用特性已知的(不打滑)的齿轮机构，因为它可靠且成本低。
但另一方面，在摩擦传动装置中存在着在肃静性和同轴性优良特性，并且在结构紧凑的情况下容易获得比较高的减速比，并且存在着容易获得任意的减速比的优点。因此，鉴于这些事实而制定了本发明。它的一个目的是提供一种具有制动特性最适于简单行星辊机构的制动器的摩擦传动装置及其制造方法。其它目的是提供一种将这种摩擦传动装置与电动机组合起来而得到的摩擦传动式旋转驱动装置及其系列。
本发明为一种配备有作为摩擦辊而具有太阳辊、保持在传动齿轮上的同时在所述太阳辊的外周上转动接触的行星辊及该行星辊与其内圆周转动接触的环辊的简单行星辊机构、与所述太阳辊相连、制动太阳辊转动的制动器的摩擦传动装置，在以通过所述制动器获得的静摩擦转矩为Y，在固定所述传动齿轮及所述环辊的状态下，在所述太阳辊上逐渐增大地输入实验转矩，并以最初在任何一个摩擦辊上产生打滑转动时的所述实验转矩值为临界实验转矩Xd时，将所述静摩擦转矩Y设定为0.1Xd＜Y＜0.7Xd，从而达到上述目的。
首先，本发明人考虑到，作为摩擦传动装置的结构，采用这样的结构，即它具有以太阳辊为动力输入元件并以传动齿轮或环辊作为动力输出元件的减速功能，通过与太阳辊相连的制动器制动与传动齿轮或环辊一侧相连的外部负载(被驱动机械)的转动。这种结构具有与动力输入轴与动力输出轴同轴的特性并且肃静性能优越，并且在结构紧凑的同时获得了大减速比，而且其作为最常见的摩擦传动装置结构地具有通用性。
可是，这种摩擦传动装置因其通用性强而被考虑用于各种各样的用途并可以与各种被驱动机械组装在一起地使用。因此，不得不组合具有在预测所得的各种状况下最合理的特性的制动器。因此，本发明人假想地拟订出了针对简单行星辊机构进行制动的状况。就是说，现假设通过制动器完全固定太阳辊，并考虑利用制动器并通过简单行星辊机构来保持与传动齿轮或环辊侧连接的被驱动机械(外部负荷)的静止状态的情况。这样一来，如果利用通过被驱动机械本身的(由惯性力、自重等产生的)旋转动力而在制动器侧产生的反作用力转矩等于由制动器获得的转矩。本发明人发现，如果利用这个反作用力转矩，简单行星辊机构的传动能力与制动器制动能力的平衡表现为最佳状态。就是说，在本发明中，按照在太阳辊上所加“实验转矩”的形式逐渐增大这个反作用力，结果，观测到最初在任何摩擦辊上产生打滑转动时当前所加的值(以下称之为临界实验转矩Xd)。
不用说，这种状况必然与制动器的制动转矩实际上通过摩擦传动装置来制动被驱动机械的状态是不一致的。不过，许多追加实验的结果是以这个临界实验转矩Xd为基础的，如果制动器的静摩擦转矩Y被设定成位于其乘以所定标称率的范围(0.1Xd＜Y＜0.7Xd)且最好是(0.2Xd＜Y＜0.5Xd)内，则在连接各种负荷或连接各种驱动源(如电动机)的情况下，在再现性非常高地假定实际使用状况的基础上，可以想见到能适当设定制动器。
即，当相对临界实验转矩Xd而将制动器的静摩擦转矩Y设定在上述范围内时，制动器的能力相对偏高，即变成紧急制动状态，“简单行星辊机构在达到制动器保证的制动能力的极限以前滑出”这样的状况几乎不可能发生。
即使驱动源的驱动能力(驱动转矩)相对摩擦传动装置为接近实用上限的情况，也几乎不发生不制动的状况。
在具有如此设定的制动器的摩擦传动装置中，以太阳辊与制动器相连的连接轴作为其自身电机轴的电动机设置在连接轴外周上，并且将电动机的旋转动力传给连接轴地构成了摩擦传动式旋转驱动装置。
另外，在基于这个设想而制成的摩擦传动式旋转驱动装置中，也可以通过各自的传动能力与变速比不相同的许多个摩擦传动式旋转驱动装置来构成摩擦传动式旋转驱动装置系列。
另外，本发明人所提出的以上理论结果获得了制造上述摩擦传动装置的明确的制造方法。
确切地说，首先在固定传动齿轮及所述环辊的状态下，在所述太阳辊上逐渐增大地输入实验转矩，测定当最初在任何一个摩擦辊上产生打滑转动时的所述实验转矩值(临界实验转矩)Xd。
接着，如此设定和制作所述制动器的制动部，即所述制动器的静摩擦转矩Y相对所测定的临界实验转矩Xd为0.1Xd＜Y＜0.7Xd(最好为0.2xd＜Y＜0.5Xd)。
根据具有以上两个步骤的摩擦传动装置的制造方法，能够获得简单行星辊机构与制动器的最佳组合，并能够制造出确保制动性能的且性价比高的摩擦传动装置。这是由于在摩擦传动装置的制造过程中不仅引入了设计理论上的概念，而且引入了假定的使用状态(制动状态)。
一般，上述简单行星辊机构的动力传动形式与以下所述的固定、动力输入、动力输出有关。
1)在太阳辊为动力输入元件的场合下，存在着环辊为固定元件而保持行星辊的传动齿轮为动力输出元件的情况，以及环辊为动力输出元件而保持行星辊的传动齿轮为固定元件的情况。
2)在保持行星辊的传动齿轮为动力输入元件的场合下，存在着环辊为固定元件而太阳辊为动力输出元件的情况，以及环辊为动力输出元件而太阳辊为固定元件的情况。
3)在环辊为动力输入元件的场合下，存在着保持行星辊的传动齿轮为固定元件而太阳辊为动力输出元件的情况，以及保持行星辊的传动齿轮为动力输出元件而太阳辊为固定元件的情况。
本发明的简单行星辊机构是采用以上(1)的形式的简单行星辊机构，本发明也能够适用于环辊或传动齿轮的任一个为动力输出元件的情况。
不过，本发明人如上所述地在摩擦传动装置的制造方法中引入了“实验转矩的输入”的新概念。这个实验转矩就是直接输入实际(现实)的简单行星辊机构中的转矩。结果，由于所获得的数据不是理论值，所以如果将其引入制造过程中，必然能够克服制造误差影响而生产出平衡最适当的摩擦传动装置。
本发明的第二方面为一种摩擦传动装置的制造方法，具有作为摩擦辊而具有太阳辊、保持在传动齿轮上的同时在所述太阳辊的外周上转动接触的行星辊及该行星辊与其内圆周转动接触的环辊的简单行星辊机构、与所述太阳辊相连、制动太阳辊转动的制动器，其中，在固定所述齿轮及所述环辊的状态下，在所述太阳辊上逐渐增大地输入实验转矩，测定当最初在任何一个摩擦辊上产生打滑转动时的所述实验转矩值，以其作为临界实验转矩在这种情况下，设定所述环辊的紧固力，使临界实验转矩位于通过该制动器获得的静摩擦转矩的1.4倍-10.0倍的范围内，从而实现上述目的。
确切地说，“实验转矩的输入”所引起的实际数据收集是这样进行的。
首先，在固定传动齿轮及环辊的状态下，在太阳辊上逐渐增大地输入实验转矩。这样一来，由于最初通过摩擦辊之间的摩擦力而产生了反作用力转矩，所以实验转矩在各摩擦辊不转动的状态下增大。可是，当通过摩擦力产生的反作用力转矩达到极限时，在任何一个摩擦辊上产生打滑转动，反作用力转矩突然降低。测定在这个反作用力转矩突然降低时所加上的实验转矩值，这个值被认为是上述的“临界实验转矩”。
如上所述，“临界实验转矩”的检测状态必然与制动器制动转矩实际上通过摩擦传动装置而制动被驱动机械的状态不一致。但本发明人通过在多次追加实验的结果值上乘以预定增大率而能够预见可提供对制动器静摩擦转矩有效的指标。就是说，本发明人知道了，根据许多追加实验结果，如果临界实验转矩等于制动器静摩擦转矩的1.4倍-10.0倍，则在通用性高的摩擦传动装置中，几乎能够适用于所有使用状态并且确保高效率的传动性能及制动性能。
确切地说，在经过上述工序而制成的摩擦传动装置中，由于临界实验转矩结果位于上述范围内，所以能够获得制动器制动能力与简单行星辊机构传动能力(在这种情况下，也考虑保持能力)之间趋于平衡的摩擦制动装置。例如，简单行星辊机构的传动能力相对制动器制动能力过小，结果，可防止在制动器侧发挥充分的制动转矩的同时，因简单行星辊机构的传动能力过低而会出现打滑，制动转矩没有被可靠地传递到被驱动机械侧的状况。而当简单行星辊机构的传动能力相对制动器过高时(转动阻力过高)，能够防止损失很多能量(做无用功)。另外，还能够防止简单行星辊机构的耐久性能低于必要极限。
就是说，根据本发明，在获得了可靠地给被驱动机械传递动力的摩擦传动装置的同时，与在根据经验和直觉的基础上制成摩擦传动装置以后，设想所有状况地测定其动力性能等的场合相比，能够使制造过程中的摩擦传动装置的传动性能实验及制动性能实验人工操作化地实施，从而防止了制造、设计错误并实现了制造成本的大幅度降低。
另外，在所述摩擦传动装置的制造方法中，相对制动器静摩擦转矩，最好将临界实验转矩设定为静摩擦转矩的2.0倍-5.0倍。
另外，本发明的第三方面为一种摩擦传动式旋转驱动装置，它具有作为摩擦辊而具有太阳辊、保持在齿轮上的同时在所述太阳辊的外周上转动接触的行星辊及该行星辊与其内圆周转动接触的环辊的简单行星辊机构、与所述太阳辊相连、驱动太阳辊转动的电动机，其中，在将制动器设置在所述电动机上的同时，将通过所述制动器获得的静摩擦转矩Y，以及在固定所述传动齿轮及所述环辊的状态下，在所述太阳辊上逐渐增大地输入实验转矩，并当在所述任何一个摩擦辊上最初出现打滑转动时的实验转矩值Xd设定成Y＜Xd，并且将在所述马达额定转速下通过所述制动器获得的动摩擦转矩Ys，以及所述简单行星辊机构在所述太阳辊以所述额定转速转动时由所述太阳辊传递的极限传递转矩Xs设定成0.65Ys＜Xs＜3.4Ys，从而实现上述目的。
如上所述地，本发明人考虑到在组装有简单行星辊机构与电动机的摩擦传动式旋转驱动装置上新设制动器的情况下，实际使用这种旋转驱动装置的情况。在本发明的第三方面中，着眼于静止时的制动装置与转动时的制动装置之间的差异。
第三方面的技术方案的主题是这样的。
即，简单行星辊机构是通过在各摩擦辊的接触面之间产生的摩擦力或剪切力来传递动力的，在承受高转动负荷的情况下，在接触面上产生“打滑”。另一方面，常见的制动器是利用闸片紧压闸轮的摩擦将动能转变成热能的，就是说，它是利用闸片与闸轮之间的“滑动”来产生制动力的。
因此，由于简单行星辊机构及制动器具有伴随滑动的可能性，所以从可靠制动的角度出发，设想出最合适的组合方式是困难的。因此，在实际设计和制造场合中，需要因包含这样的不确定因素而将安全性设定得很高并且将简单行星辊机构(依赖于紧固力)的可传递转矩设计得比较大。
这样作是因为考虑到例如当简单行星辊的传动能力(可传递转矩)相对制动器的制动能力(制动时产生的制动转矩)过小时，不能可靠制动与旋转驱动装置相连的被驱动机械(外部机械)的缘故。
另一方面，必须高效地将电动机的旋转动力传递给简单行星辊机构。
就是说，在大型化(包括传动能力)地设计和制造简单行星辊机构的场合中，各摩擦辊的转动阻力增大，由此损失了“高效传递旋转动力”这种摩擦传动式简单行星辊机构的优点。另外，成本当然也要提高。因此，当从传动效率与成本角度出发时，必须尽可能小地设计简单行星辊机构(包括传动能力)。
由于相反的理由，过去不能轻松地将制动器添加到摩擦传动式旋转驱动装置中，结果认为无法采用制动器。而一般在本行业中，与其如上所述地对应于必要尺寸而利用1级或2级以上的辊机构，利用齿轮机构倒能够可靠且廉价地制造。
鉴于以上问题，本发明的第三方面的目的是提供一种性价比高的摩擦传动式旋转驱动装置，它在简单行星辊机构、电动机和制动器三者的平衡最适当的状态下进行组装并且保持制动能力，而且同时具有高效化和廉价化。
若更确切地说明第三方面，通常，制动器例如通过闸片压紧闸轮而发挥制动力。在制动器的场合中，由于其制动能力无法通过闸轮转速来改变，所以尽可能小地设定静止时的静摩擦转矩(所谓的保持转矩)与转动时的动摩擦转矩之差(超出静摩擦转矩之值)。
另一方面，简单行星辊机构在其功能上不是以产生转动负荷为目的的装置，重要的是要在各摩擦辊之间产生预定紧固力地顺利转动。因此，转动中的传递转矩相对静止时的传递转矩(保持转矩)相对地相当小。
本发明人着眼于静止时与转动时的传动能力的相对差异对制动器和简单行星辊机构来说有很大不同的事实。即，为了巧妙地利用这个差异，除了表示简单行星辊机构静止时的传动能力的“临界实验转矩Xd”之外，还引入了表示转动时传动能力的“极限传动转矩Xs”的新概念。这样一来，能够根据实际的简单行星辊机构所测定的这些数值来设定简单行星辊机构、制动器与电动机最佳平衡。
就是说，按照上述大小关系来设定上述临界实验转矩Xd、极限传递转矩Xs、制动器的制动转矩(静摩擦转矩、动摩擦转矩)。根据这样设定的摩擦传动式旋转驱动装置，静止时由制动器获得的静摩擦转矩被可靠地传递给通过简单行星辊机构相连的被驱动机械，并能够可靠地将被驱动机械保持在静止状态下。对正在转动的被驱动机械来说，通过简单行星辊机构可靠地如实传递制动器产生的动摩擦转矩，能够可靠地降低被驱动机械的转速。
就是说，尽管制动器的功能最后必须使被驱动机械静止下来，但由于要考虑制动器本身在转动中制动时一边滑动一边制动的状态，因而简单行星辊机构不一定要完全将其制动力传递给被驱动机械，有本身打滑的可能性也无妨。换句话说，在简单行星辊机构传递极限范围内，旋转驱动装置发挥预定制动力，可靠降低被驱动机械的转速。另外，随着被驱动机械侧转速因制动而逐渐降低，简单行星辊机构的极限传递能力也逐渐增大(本发明人已确认)，结果，最后必然能够可靠地制动被驱动机械，一旦停了下来，被驱动机械就不能随意开始转动。
另一方面，当考虑一般的电动机与制动器的组合关系时，按照本发明的旋转驱动装置结构，简单行星辊机构的传动能力不会相对在额定转速下的电动机驱动能力过大或过小，而是可被设定成最佳状态。就是说，尽管于如上所述地可靠发挥制动功能的情况，还充分维持了既肃静又顺利的旋转动力传递(高效传动)这种摩擦传动类型的特性。
结果，根据本发明，可获得最佳地设定了简单行星辊机构、制动器、电动机三者的能力平衡，性价比高的旋转驱动装置。
在这种旋转驱动装置中，最好将电动机的驱动能力设定成电动机额定转矩T相对所述简单行星辊机构的极限传递转矩Xs为T＜Xs。这样一来，在制动能力和驱动能力方面都能可靠地驱动与摩擦传动式旋转驱动装置相连的被驱动机械。
在本发明中，简单行星辊机构的极限传递转矩Xs被设定成0.65Ys＜Xs＜3.4Ys，最好是0.8Ys＜Xs＜1.7Ys，最佳地是Ys约等于Xs。
根据本发明，能够实现简单行星辊机构与制动器的平衡并且能够在降低成本的同时获得具有可靠制动能力的摩擦传动装置。另外，在将电动机组装到摩擦传动装置上的情况下，能够获得高效率的摩擦传动式旋转驱动装置。另外，能够获得能可靠地制造出具有上述效果的摩擦传动装置的制造方法。
图1是表示本发明第一实施例的摩擦传动装置的局部剖视图。
图2是表示测定同一摩擦传动装置的简单行星辊机构的临界实验转矩的状态的模式图。
图3是表示同一测定状态下的检测转矩数据的模式图。
图4是表示本发明第二实施例的摩擦传动式旋转驱动装置的局部剖视图。
图5是表示测定本发明的转动驱动装置的简单行星辊机构的实验转矩的其它状态的模式图。
图6是表示测定同一旋转驱动装置的简单行星辊机构的极限传递转矩的状态的模式图。
图7是表示同一测定状态下的检测转矩数据的模式图。
图8是表示过去的一般摩擦传动装置的概念9是表示具体的摩擦传动式旋转驱动装置的草图。
以下，参照图面来详细说明本发明的实施例。
图1是表示本发明实施例的摩擦传动装置20的局部剖视图。摩擦传动装置配备有作为摩擦辊而具有太阳辊30、保持在齿轮32上的同时与太阳辊30的外周转动接触的行星辊34、行星辊34与其内圆周转动接触的同时限制自身转动的环辊36的简单行星辊机构28以及与太阳辊30相连、制动所述太阳辊30转动的制动器22。
将通过所述制动器获得的静摩擦转矩Y设定成相对简单行星辊机构所具有的临界实验转矩Xd(以后详细描述)为0.1Xd＜Y＜0.7Xd，最好是0.2Xd＜Y＜0.5Xd，确切地说，将Y设定为等于0.3Xd。
简单行星辊机构28被安放在外壳38的内部，环辊36通过螺栓40固定在设置在外壳38的内圆周上的环状突起38A上。
外壳38在中心线方向的两端上具有径向外扩的凸缘部38B、38C，制动器22的壳体42一体地连接在太阳辊30侧的凸缘部38B上。制动器22具有一体地设置在所述壳体42上的环形励磁线圈44、在相对壳体42不可周向转动的状态下可轴向滑动的环形闸片46、通过连接轴48与太阳辊40相连并与太阳辊30成一体地转动的闸轮50，始终使闸片46具有移向闸轮50的趋势的卷簧52。
在励磁线圈44的励磁状态下，闸片46被吸向励磁线圈44，闸片46克服卷簧52的弹性力离开闸轮50，从而转变到非制动状态，在励磁线圈44的非励磁状态下，卷簧52将闸片46压向闸轮50，从而转变到制动状态。
接着，说明实验转矩X及临界实验转矩Xd。
如在图2中示意画出的那样，通过转矩检测器60将转矩发生器62(旋转动力发生器件)连接在太阳辊30上。另一方面，传动齿轮32被连接在固定部64上，其转动受到限制。另外，环辊36通过外壳38同样被固定在固定部64上。
在这种状态下，通过转矩发生器62逐渐增大地在太阳辊30上输入转矩。逐渐增大的输入转矩在本发明中就是“实验转矩X”。当这样操作时，通过各摩擦辊接触面的摩擦力，在简单行星辊机构28侧上产生了反作用力转矩Xo，转矩检测器60所检测出的转矩Xr也随之逐渐增大(X＝Xo＝Xr)。而当由摩擦力产生的反作用力转矩Xo达到极限时，在任何一个摩擦辊上产生了打滑转动，即使实验转矩增大了，反作用力转矩Xo因打滑而急剧降低，所以转矩检测器60所检测出的转矩Xr也快速降低。根据转矩检测器60所获的上述数据(见图3)，在检测转矩Xr快速降低时(对应于图3的P)，迄今为止所加的实验转矩X(等于检测转矩Xr)的值被定义为“临界实验转矩Xd”。
临界实验转矩Xd是将简单行星辊机构38能够保持外部负荷的极限转矩换算成太阳辊30侧的转矩值的转矩，换句话说，临界实验转矩Xd是在使固定太阳辊30地连接在传动齿轮32一侧的外部负荷转动时将简单行星辊机构38的忍耐极限能力在太阳辊30侧数值化的结果。
根据摩擦传动装置20，由于如上所述地将制动器22的制动能力(所获静摩擦转矩)Y设定得小于临界实验转矩Xd的0.7倍，所以制动器22的制动能力过大而倾向于紧急制动，而被驱动机械(负荷)的惯性力过度增大并因而在摩擦传动装置上会产生打滑这样的情况几乎不会发生。这在许多次性能追加实验中都得到了确认。
另外，根据摩擦传动装置20，由于制动器22的制动能力Y被设定得大于临界实验转矩Xd的0.1倍，所以几乎不会发生因制动器22的制动能力过小而无法制动驱动源或被驱动机械(负荷)的情况。这在多次性能追加实验中也得到了确认。
就是说，在最平衡状态下设定简单行星辊机构28的传动能力与制动器22的制动特性，结果，传动效率及制动能力都很出色，能够获得性价比高的摩擦传动装置。
这个范围最好是0.2Xd＜Y＜0.5Xd，最佳地是Y＝0.25Xd-0.35Xd的附近。
在这个实施例的摩擦传动装置20中，由于将简单行星辊机构28的传动能力与制动器22的制动特性设定在最平衡状态下，所以如果以制动器22为基准地设定传给摩擦传动装置20的动力(旋转驱动装置能力、配合侧机械的负荷等)，则能够防止在简单行星辊机构28上出现打滑。
参见图4来详细说明立足于这种思想的本发明第二实施例的摩擦传动式旋转驱动装置100。
旋转驱动装置100是这样的装置，以具有简单行星辊机构128与制动器122的摩擦传动装置120的连接轴148为自身电机轴的电动机26被组装到连接轴(电机轴)148的外周上，电动机126的旋转动力由此被传递给连接轴148。
确切地说，与第一实施例所示的摩擦传动装置20的连接轴48相比，采用了轴向长的连接轴148，同时在连接轴148四周的简单行星辊机构128与制动器122之间的位置上组装上了以连接轴148为电机轴的电动机126。
简单行星辊机构128的外壳138有两部分构成，在它们之间夹放着环辊136。就是说，环辊136也构成了外壳138的一部分。另外，在传动齿轮132的轴心位置上突设了一个输出轴133，它能够通过联轴器等与被驱动机械相连。
电动机126的电机壳126A的一端与制动器122的壳体142相连，其另一端与简单行星辊机构128的外壳138相连。摩擦传动装置120的其它结构与第一实施例所示的摩擦传动装置20几乎一样。相同或类似的部分用与摩擦传动装置20的后两位相同的标记来表示，并且省略了对其结构、作用等的详细说明。
在这里，电动机126的额定转矩P被设定成是制动器122的制动能力(静摩擦转矩)Y的1/1.5。因此，例如象所述实施例那样，在制动能力Y被设定为是临界实验转矩Xd的0.3倍时，额定转矩P是其1/1.5，即以临界实验转矩Xd为标准，将所述额定转矩P设定成等于0.3÷1.5≌0.2倍的值。
这个值(关系值)对装有制动器的摩擦传动式旋转驱动装置来说是最佳形式，即使在从实用方面考虑连接上多个负荷时，也能够无用功尽可能少地发挥良好的驱动特性和制动特性。
因此，如果满足这个数值地制造许多个装有传动能力不同、变速比不同的制动器的摩擦传动式旋转驱动装置，则能够获得这样的摩擦传动式旋转驱动装置系列，即它装有具有对于任何机种都是必需的且足够强的驱动特性和制动特性的制动器。
尽管在上述摩擦传动装置中设计得出的传动转矩不一定与实际提供的产品所获的传动转矩完全一样，但在这个方面，根据本发明，能够简单地确认通过在实际产品上加上实验转矩而获得的传动转矩。这也属于确认产品是否在预定公差内的实验的范畴，所以与根据试行错误来决定预定公差本身相比，只是量纲不同而已。
而在着眼于本发明第二方面地制造摩擦传动装置20时，将环辊36的紧固力设定成所测定的临界实验转矩在制动器22的制动转矩的1.4倍-10.0倍范围内。最好将上述范围设定为2.0倍-5.0倍，最佳地是3.3倍。
这种“紧固力”可通过从具有各种内径的环辊36中选择最适当的环辊36，或研磨环辊36的内圆周而调整过盈量。或者，通过调整各摩擦辊的半径(曲率)及宽度而使接触面积变化，并能够通过作用在该接触面上的压力使接触面弹性变形，以调整紧固力。由于上述紧固力的调整手段是利用最终辊材料的弹性变形的方法，所以改变材料本身的杨氏模量(即改变材料本身)来设定紧固力也无妨。
如上所述，改变环辊36的紧固力，再次测定临界实验转矩，反复改变紧固力，直至该值落入以上范围内。在这里，临界实验转矩过大时，沿减小紧固力的方向设定，临界实验转矩过小时，沿增大紧固力的方向设定，总之必须能够通过反复使所述临界实验转矩落入以上范围内。
实际上，一旦确定了紧固力并且即使有制造误差也能确认落入上述范围内时，随后可以大量生产具有同样紧固力的简单行星辊机构28，例如只需要对每一个简单行星辊机构进行临界实验转矩测定，就能几乎保证具有一定的传动能力。这样一来，在即使有制造误差也确认能够必然落入上述范围的基础上的大量生产与按照本发明方法逐个生产是同一个意思。
最后，将如上所述地制成的简单行星辊机构28与制动器22组装起来，由此完成了图1所示的摩擦传动装置20。
根据上述摩擦传动装置20的制造方法，能够大量生产出保证制动能力的摩擦传动装置20并大幅度降低成本。
另外，根据摩擦传动装置20，由于可以相对制动器22的制动能力而最佳地设定简单行星辊机构28的传动能力，所以如果以制动器22为基准地设定传给摩擦传动装置20的动力(例如旋转驱动装置的能力、配合侧机械的负荷)，则在防止了在简单行星辊机构28上打滑的同时，也能防止成本增加和耐久性能降低。
就是说，简单行星辊机构28的传动能力与制动器的制动特性被设定成在最平衡状态下，结果，能够获得在传动效率及制动能力两方面都很出色的且性价比高的摩擦传动装置。
接着，详细说明与本发明的第三方面有关的实施例。
再参见图4，在旋转驱动装置100的电动机126上设置了制动器122。通过制动器获得的静摩擦转矩Y和简单行星辊机构128所具有的临界实验转矩Xd被设定成Y＜Xd。在电动机126的额定转速下由制动器122获得的动摩擦转矩Ys与简单行星辊机构128在太阳辊130以额定转速转动时所具有的极限传递转矩Xs(以下详细描述)被设定成0.65Ys＜Xs＜3.4Ys。
极限传递转矩Xs最好可以被设定成0.8Ys＜Xs＜1.7Ys。电动机126的额定转矩Ts与所述极限传递转矩Xs被设定成T＜Xs。这个数值是在本发明人制作了许多个实验品并实际上在许多场合下进行适用实验的结果的基础上获得的。
在这里，说明“临界实验转矩Xd”和“极限传递转矩Xs”。
在图5中示出了测定临界实验转矩Xd的其它形式。转矩发生器62(旋转动力发生器件)通过转矩检测器60连接在太阳辊130上。另一方面，传动齿轮132被连接在固定部64上，其转动被完全限定。环辊136通过外壳138同样被固定在固定部64上。
这个结构的基本构架与图2的一样。临界实验转矩Xd也能利用与借助图2所述的方法一样的方式测得。因此，图中的相同部位用后两位相同的符号来表示并且省略了重复说明。
临界实验转矩Xd能够表现将简单行星辊机构128能够保持外部负荷的极限转矩换算为太阳辊130侧的转矩值的数值。换句话说(反过来考虑)，所述临界实验转矩是将当在太阳辊130固定状态下转动被连接在传动齿轮132一侧的外部负荷时简单行星辊机构128所忍耐(保持)的极限能力在太阳辊130一侧数值化表现的结果。
接着，参见图6来说明简单行星辊机构128的极限传递转矩Xs。
为测定极限传递转矩Xs，负荷发生器80(能够产生旋转负荷的器件)通过转矩检测器60被连接在太阳辊130上。另一方面，被固定在固定部(母材)64上的实验电动机84的电机轴84A通过联轴器与传动齿轮132相连。环辊136通过外壳139同样被固定在固定部64上。
首先，在没有产生负荷发生器80的转动负荷的状态下，实验电动机84使传动齿轮132转动，并以将要连接的电动机102(见图1)的额定转速使太阳辊130转动。
实验电动机84的驱动转矩与在这次要测定的简单行星辊机构128中可传递的转矩及制动器122的制动转矩相比要大许多，无论在太阳辊一侧出现了多少负荷变动，都只存在着使太阳辊130继续以预定转速(将要连接的电动机102的额定转速)转动的驱动力。在这个状态下，当负荷发生器80(制动转矩发生器)逐渐增大地输入太阳辊130的转动负荷(负荷转矩Xn1)时，由于实验电动机84不受这种负荷增大拘束地继续转动，所以恢复了对应于由负荷发生器80作用在太阳辊130上的负荷转矩Xn1的反作用力转矩Xo1，结果，在转矩检测器60上检测出了检测转矩Xr1。(Xn1＝Xo1＝Xr1)。检测转矩Xr1随着负荷转矩Xn1的增大而增大。但当由负荷发生器8输入的负荷转矩Xn1继续增大时，反作用力转矩Xo1因各摩擦辊之间的滑动而不随着负荷转矩Xn1的增大而增大，滑动加剧并达到产品所允许的极限滑动率(接近0.2％)(参照图7)。结果，转矩检测器60在达到这个极限时检测出的检测转矩值Xr1(对应于图7的Q点)就是“极限传递转矩Xs”。
在这个实施例中，表示传动齿轮132是动力输出元件，但在以环辊为动力输出元件的情况下，也可以连接上实验电动机84地测定环辊。
极限传递转矩Xs表现为当简单星星辊机构128被将要连接的电动机102驱动，以额定速度转动时能够驱动被驱动机械外部负荷的允许极限转矩值。就是说，所述极限传递转矩Xs是当从被驱动机械的制动方面考虑时简单行星辊机构128在太阳辊130以额定速度转动的情况下能够传递给被驱动机械侧的制动能力(转矩)的允许极限值。
由于如上所述地设定了象以上所述地测定的临界实验转矩值Xd、极限传递转矩Xs、制动器的静摩擦转矩Y、动摩擦转矩Ys，所以所述旋转驱动装置为简单行星机构128相对制动器122具有适当的尺寸(传动能力)，充分发挥了所谓的“最终使被驱动机械可靠静止下来”的基本功能。
当在转动制动时，简单行星辊机构128的各摩擦辊上可能会出现打滑，在这种情况下，通过可靠地将制动器122的制动转矩(动摩擦转矩)传递给被驱动机械侧(在简单行星辊机构128传递极限内)，能够降低被驱动机械的转速。当这种状态继续时，被驱动机械的转速不久就下降了，简单行星辊机构128的极限传递转矩也随之升高(本发明人的实验和证据)，由此更可靠地传达制动器122的制动转矩，从而最终必然能够使被驱动机械静止下来。
一旦被驱动机械静止下来，简单行星辊机构128的保持转矩(实验转矩值X)高于制动器122的制动转矩(静摩擦转矩Y)，所以在制动器122滑动前，简单行星辊机构128不会先滑开，从而能够可靠地保持被驱动机械。
另一方面，在这种旋转驱动装置126中，当从电动机126与制动器122的一般的能力平衡方面考虑时，根据上述极限传递转矩Xs与动摩擦转矩Ys之间的关系所示，简单行星辊机构128相对电动机126具有最适当尺寸(传动能力)，简单行星辊机构128不会过大。因此，能够高效率地将电动机126的旋转动力传递到被驱动机械一侧。
结果，由于在最佳状态下平衡了对简单行星辊机构128来说制动特性和传递效率是相反的要求，所以形成了从整体上讲性价比优良的旋转驱动装置。
尽管在上述例子中，简单行星辊机构的极限传递能力Xs、电动机额定转矩T被设定成T＜Xs，但最好是T＜0.8Xs，最佳地是T约等于0.6Xs。
尽管上述实施例中示出了将制动器安装在电动机后端的情况，但本发明不局限于此，本发明还包括将制动器设置在简单行星辊机构与电动机之间的情况，所述制动器的结构也不局限于上文所述的形式。例如，闸片径向压迫闸轮的鼓式制动器也是可行的。或者，启闭切换方法也能够采用油压方式、机械方式、气压方式等。
尽管在本发明的实施例中示出了将简单行星辊机构、电动机、制动器组装在一起而形成的旋转驱动装置，但是除此之外，在本发明适用精神范围内地可以设附加其它用途的减速器。
另外，在本发明中，不局限于制动器被直接连接在简单行星辊机构的太阳辊上的结构，本发明还包括在其间插入电动机的方式以及通过减速器间接连接的方式。在这种情况下的制动器静摩擦转矩可以采用换算到太阳辊一侧的值。
权利要求
1.一种摩擦传动装置，它配备有作为摩擦辊而具有太阳辊、保持在传动齿轮上的同时在所述太阳辊的外周上转动接触的行星辊及该行星辊与其内圆周转动接触的环辊的简单行星辊机构，与所述太阳辊相连、制动太阳辊转动的制动器，其特征在于，在以通过所述制动器获得的静摩擦转矩为Y，在固定所述传动齿轮及所述环辊的状态下，在所述太阳辊上逐渐增大地输入实验转矩，并以最初在任何一个摩擦辊上产生打滑转动时的所述实验转矩值为临界实验转矩Xd时，将所述静摩擦转矩Y设定为0.1Xd＜Y＜0.7Xd。
2.一种具有简单行星辊机构及制动器的摩擦传动式旋转驱动装置，其特征在于，将权利要求1所述摩擦传动装置中作为自身电机轴而具有连接摩擦传动装置中的太阳辊与所述制动器的连接轴的电动机设置在所述连接轴的外周上，并且将电动机的旋转动力传递给所述连接轴。
3.一种如权利要求2所述的摩擦传动式旋转驱动装置构成的系列，由各自的传动能量及变速比彼此不同的多个摩擦传动式旋转驱动装置构成。
4.一种具有简单行星辊机构及制动器的摩擦传动装置的制作方法，用于制造权利要求1所述的摩擦传动装置其特征在于，包括以下步骤在固定所述传动齿轮及所述环辊的状态下，在所述太阳辊上逐渐增大地输入实验转矩，并测定最初在任何一个摩擦辊上产生打滑转动时的所述实验转矩值Xd作为临界实验转矩；如此设定和制作所述制动器的制动部，即所述制动器的静摩擦转矩Y相对所测定的临界实验转矩Xd在0.1Xd＜Y＜0.7Xd的范围内。
5.一种摩擦传动装置的制造方法，其中所述摩擦传动装置具有作为摩擦辊而具有太阳辊、保持在传动齿轮上的同时在所述太阳辊的外周上转动接触的行星辊及对该行星辊和太阳辊施加紧固力。并且该行星辊与其内圆周转动接触的环辊的简单行星辊机构，与所述太阳辊相连、制动太阳辊转动的制动器，其特征在于，在固定所述传动齿轮及所述环辊的状态下，在所述太阳辊上逐渐增大地输入实验转矩，并且测定最初在任何一个摩擦辊上产生打滑转动时的所述实验转矩值作为临界实验转矩，在这种情况下，设定所述环辊的紧固力，以便该临界实验转矩位于通过该制动器获得的静摩擦转矩的1.4倍-10.0倍的范围内。
6.一种摩擦传动式旋转驱动装置，它配备有作为摩擦辊而具有太阳辊、保持在传动齿轮上的同时在所述太阳辊的外周上转动接触的行星辊及该行星辊与其内圆周转动接触的环辊的简单行星辊机构、与所述太阳辊相连、驱动太阳辊转动的电动机，其特征在于，在将制动器设置所述电动机上的同时，将通过所述制动器获得的静摩擦转矩Y，以及在固定所述传动齿轮及所述环辊的状态下，在所述太阳辊上逐渐增大地输入实验转矩，并当在所述任何一个摩擦辊上最初出现打滑转动时的实验转矩值Xd设定成Y＜Xd，并且将在所述马达额定转速下通过所述制动器获得的动摩擦转矩Ys，以及所述简单行星辊机构在所述太阳辊以所述额定转速转动时由所述太阳辊传递的极限传递转矩Xs设定成0.65Ys＜Xs＜3.4Ys。
7.如权利要求6所述的摩擦传动装置，其特征在于，将所述简单行星辊机构的所述极限传递转矩Xs与所述电动机的额定转矩T设定成T＜Xs。
全文摘要
一种具有太阳辊、行星辊及环辊的简单行星辊机构、制动器的摩擦传动装置,将静摩擦转矩Y和最初在任何一个摩擦辊上产生打滑转动时的实验转矩值Xd设定成0.1Xd<Y<0.7Xd。将环辊的紧固力设定成临界实验转矩Xd等于制动器的静摩擦转矩Yd的1.4－10.0倍。将静摩擦转矩Y、临界摩擦转矩Xd设定成Y<0.7Xd,将额定转速下的动摩擦转矩Ys、太阳辊以额定转速转动时简单行星辊机构的极限传递转矩Xs设定成0.65Ys<Xs<3.4Ys。
文档编号F16H13/08GK1308194SQ0013533
公开日2001年8月15日 申请日期2000年12月4日 优先权日1999年12月3日
发明者峰岸清次, 为永淳 申请人:住友重机械工业株式会社