JP2006200984A - 遊星歯車機構の動特性測定装置及び動特性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 遊星歯車機構の動特性を正確に測定することができる遊星歯車機構の動特性測定装置を提供する。
【解決手段】 遊星歯車機構２の出力軸１１に負荷モータ３１によって負荷を付与し、第１及び第２入力軸３、９を駆動モータ２６によって分配ギヤボックス２５を介して駆動する。噛合い強制力測定装置３６によって、出力軸１１に生じる噛合い強制力を測定する。変位センサ４３によって遊星歯車機構２の構成要素の変位を測定する。噛合い強制力測定装置３６及び変位センサ４３の出力信号Ｓ１、Ｓ２を解析装置４６で処理して時間周波数解析し、その結果を対比することにより、出力軸１１に生じる噛合い強制力に影響を及ぼす遊星歯車機構２の構成要素の動特性を特定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動変速機等に使用される遊星歯車機構の振動、騒音の発生原因を解析するための遊星歯車機構の動特性測定装置に関するものである。

遊星歯車機構は、同軸上に入出力軸を配置することよって小型化が可能であり、入出力構成の多様性から、変速機の多段化やハイブリッド車のモータ充電機構への適用等、自動車の燃費向上アイテムとして注目されている。一方、遊星歯車機構は、平行２軸歯車機構に対して、構造が複雑であり、特有の噛合い強制力を発生し、この噛合い強制力が構成部品及びケースに伝達されて、振動、騒音の発生原因となるという問題を有している。

遊星歯車機構の振動、騒音に関する先行技術として、特許文献１には、遊星歯車機構を含む変速機（トランスアクスル）の入出力軸に静的トルク負荷をかけた状態でカウンタ軸に捩り振動を付与し、各部の振動レベルをセンサによって検出することにより、噛合い強制力によって発生する振動の各部における伝達感度を評価する歯車伝動機のギヤノイズの評価試験方法が記載されている。
特開２００３−９８００５号公報

しかしながら、遊星歯車機構の振動、騒音問題を解決するためには、遊星歯車特有の噛合い強制力の発生メカニズムを解析することが必要であるが、上記公報記載の従来技術では、ケースを含む完成品としての変速機について試験を行うため、遊星歯車以外の構成部品の影響によって測定精度が低下し、また、センサの取付スペース上の制約が大きいという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、遊星歯車機構の動特性を正確に測定することができる遊星歯車機構の動特性測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る遊星歯車機構の動特性測定装置は、入力軸、出力軸及び拘束軸となり得る複数の基本軸を有する遊星歯車の前記入力軸を駆動する駆動手段と、前記出力軸に負荷を付与する負荷手段と、前記駆動手段及び前記負荷手段を制御する制御手段と、前記拘束軸を選択的に拘束及び解放可能な拘束手段と、前記遊星歯車機構の出力部に生じる荷重を検出する第１検出手段と、前記遊星歯車機構の構成要素に生じる変位又は荷重を検出する第２検出手段とを備え、前記第１及び第２検出手段による検出値に基づいて、前記遊星歯車機構の動特性を測定することを特徴とする。
請求項２の発明に係る遊星歯車機構の動特性測定装置は、上記請求項１の構成において、前記遊星歯車機構は、複数の入力軸を有していることを特徴とする。
請求項３の発明に係る遊星歯車機構の動特性測定装置は、上記請求項１又は２の構成において、前記第１検出手段は、前記出力部を支持する測定ブロックを備え、該測定ブロックの変形に基づいて荷重を検出することを特徴とする。
請求項４の発明に係る遊星歯車機構の動特性測定装置は、上記請求項１乃至３のいずれかの構成において、前記第１検出手段及び前記第２検出手段による検出値を時間周波数解析し、その解析結果を対比することによって前記遊星歯車機構の動特性を測定することを特徴とする。
請求項５の発明に係る遊星歯車機構の動特性測定方法は、遊星歯車機構の出力軸に負荷
を付与した状態で入力軸を駆動し、前記前記遊星歯車機構の出力部に作用する荷重及び前記遊星歯車機構の構成要素に生じる変位又は荷重を検出し、これらの検出値を時間周波数解析し、その解析結果を対比することによって前記遊星歯車機構の動特性を測定することを特徴とする。

本発明によれば、遊星歯車機構の入力軸を駆動し、出力軸に負荷を付与した状態で、遊星歯車機構の出力部に生じる荷重及び遊星歯車機構の構成要素に生じる変位又は荷重を検出することによって、遊星歯車機構の動特性を正確に測定することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の第１実施形態について、図１乃至図１３を参照して説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る遊星歯車機構の動特性測定装置１は、入力軸、出力軸、拘束軸となり得る４つの基本軸を有するいわゆるラビニヨ式の遊星歯車機構２の動特性を測定するためのものである。遊星歯車機構２は、第１入力軸３を有する第１サンギヤ４の周囲に複数の第１遊星ギヤ５が噛合わされ、複数の第１遊星ギヤ５の周囲にリングギヤ６が噛合わされている。第１遊星ギヤ５を自転及び公転可能に支持するキャリア７には、更に、複数の第２遊星ギヤ８が支持されており、第２遊星ギヤ８は、第１サンギヤ４と同軸上に配置された第２入力軸９を有する第２サンギヤ１０の周囲に噛合わされている。キャリア７には、円筒状の出力軸１１が結合されており、第２入力軸９は、出力軸１１（出力部）に挿通されてその外部へ延出されている。そして、第１及び第２入力軸３、９、リングギヤ６及び出力軸１１によって４つの基本軸が形成されている。

動特性測定装置１は、遊星歯車機構２を収容するケース１２内の中間壁１３に、遊星歯車機構２の出力軸１１を支持するための軸受１４が設けられ、ケース１２の両端壁に、第１及び第２入力軸３、９をそれぞれ支持するための軸受１５、１６が設けられている。動特性測定装置１には、カップリング１７によって第１入力軸３に連結される第１入力プーリ１８及びカップリング１９によって第２入力軸９に連結される第２入力プーリ２０が設けられており、第１及び第２入力プーリ１８、２０は、それぞれベルト２１、２２を介してプーリ２３、２４に駆動連結されている。２つのプーリ２３及び２４は、分配ギヤボックス２５を介して１つの駆動モータ２６（駆動手段）によって駆動され、更に、一方のプーリ２４は、分配ギヤボックス２５との間に変速ギヤボックス２７が介装されて、所定の変速比をもって駆動される。

中間壁１３には、遊星歯車機構２の出力軸１１に軸方向、径方向及び回転方向に緊密なはめあいで嵌合される円筒状の軸受部材２８が軸受１４によって支持されている。軸受部材２８には、出力プーリ２９が取付けられており、出力プーリ２９は、ベルト３０を介して、負荷モータ３１（負荷手段）の軸に取付けられたプーリ３２に駆動連結されている。また、ケース１２内には、遊星歯車機構２のリングギヤ６の回転を選択的に拘束及び解放可能な拘束治具３３（拘束手段）が設けられている。

これにより、図３に示すように、駆動モータ２６によって遊星歯車機構２の第１サンギヤ４及び第２サンギヤ１０を駆動し、リングギヤ６を解放することにより、出力軸１１を第１変速比で駆動し、また、図４に示すように、リングギヤ６を拘束して、出力軸１１を第２変速比で駆動することができる。更に、図５に示すように、第１入力プーリ１８から第１サンギヤ４を切離し、代わりに、入力部材３４によってリングギヤ６を連結して、リングギヤ６及び第２サンギヤ１０を駆動することによって、出力軸１１を第３変速比で駆動することができる。このとき、負荷モータ３１によって、出力軸１１の回転に対して所定の負荷を付与することができる。なお、特性測定装置１には、遊星歯車機構２及び軸受
１４、１５、１６等に潤滑油を供給するための潤滑油供給装置３５が設けられている。

ケース１２の中間壁１３には、出力軸１１から軸受１４に作用する径方向及び軸方向の荷重を測定する噛合い強制力測定装置３６（第１検出手段）が設けられている。
噛合い強制力測定装置３６について、図６乃至図１０を参照して説明する。中間壁１３には、出力軸１１が挿通される開口が設けられ、その縁部に矩形のフレーム３７が固定されている。フレーム３７の中には、軸受１４を保持する矩形の保持プレート３８が上下左右に隙間をもって配置され、それぞれの隙間の中央に直方体の測定ブロック３９が挿入されており、測定ブロック３９に挿通されたボルト４０によって保持プレート３８がフレーム３７に測定ブロック３９を介して固定されている。測定ブロック３９は、例えば鋼材又はアルミニウム材とすることができる。図１０に示すように、測定ブロック３９の４つの側面には、測定ブロックに作用する軸力及び曲げモーメントをそれぞれ測定するための歪ゲージ４１、４２が貼着されている。

また、ケース１２内には、図１に示すように、リングギヤ６、第１及び第２遊星ギヤ５、６、キャリア７、第１及び第２サンギヤ４、１０等の各構成要素に生じる変位を検出する非接触式の変位センサ４３（第２検出手段）が設けられている。

駆動モータ２６、負荷モータ３１及び潤滑油供給装置３５は、制御装置４４（制御手段）に接続されている。駆動モータ２６には、回転速度センサが設けられており、駆動モータ２６の回転速度をフィードバックして、制御装置４４によって、定回転制御、スィープ制御（後述のトラッキング解析に使用）等を行うことができる。負荷モータ３１には、トルクセンサが設けられており、制御装置４４によって、負荷モータ３１のトルクをフィードバック制御することができる。また、潤滑油供給装置３５には、油温センサ及び流量センサが設けられており、制御装置４４によって、遊星歯車機構２及び軸受１４、１５、１６等に供給する潤滑油の温度及び流量をフィードバック制御することができる。動特性測定装置１には、信号記録装置４５及び解析装置４６が設けられており、噛合い強制力測定装置３６の歪ゲージ４１、４２及び変位センサ４３の出力信号Ｓ１、Ｓ２を信号記録装置４５によって受信して記録し、信号記録装置４５に記録された出力信号Ｓ１、Ｓ２を解析装置４６によって処理して、遊星歯車機構２の動特性を解析することができる。

次に、遊星歯車機構２の動特性を測定する方法について説明する。
図７に示すように、遊星歯車機構２の出力軸１１を噛合い強制力測定装置３６の軸受部材２８に挿入、嵌合し、第１及び第２入力軸３、９を軸受１５、１６で支持する。図３乃至図５に示すように、入出力軸及び拘束軸を設定して、測定すべき変速比を選択する。制御装置４４によって駆動モータ２６、負荷モータ３１及び潤滑油供給装置３５をフィードバック制御して、第１及び第２入力軸３、９を所定の回転速度で駆動し、負荷モータ３１によって出力軸１１に所定の負荷を付与し、また、潤滑油供給装置３５によって各部に所定量の潤滑油を供給する。

噛合い強制力測定装置３６及び変位センサ４３の出力信号Ｓ１、Ｓ２を信号記録装置４５によって記録し、これらの出力信号Ｓ１、Ｓ２に基づいて解析装置４６によって遊星歯車機構２の動特性を解析する。解析装置４６による解析方法について次に説明する。

図８に示すように、噛合い強制力測定装置３６の上下左右に配置された４つの測定ブロック３９に貼着された歪ゲージ４１、４２の出力信号Ｓ１をＳ１（α、β、γ、δ）とし、これらの時間波形をＸ−Ｙ直交座標のＸ軸、Ｙ軸上で合成してＳ１（α＋β、γ＋δ）を得る。また、図１１に示すように、変位センサ４３の出力信号Ｓ２をＳ２（α´、β´、γ´、δ´）とし、これらの時間波形をＸ−Ｙ直交座標のＸ軸、Ｙ軸上で合成して（α´＋β´、γ´＋δ´）を得る。出力信号Ｓ１、Ｓ２の時間波形の一例を図１２に示す。
これらの合成されたＸ軸時間波形及びＹ軸時間波形をそれぞれウェーブレット変換、ショートＦＦＴ（高速フーリエ変換）、トラッキング解析等を用いて時間周波数解析する。時間周波数解析結果の一例を図１３に示す。この時間周波数解析結果に基づいて、時間（位相）及び周波数特性を対比することにより、遊星歯車機構２の出力軸１１に生じる荷重（噛合い強制力）に影響している構成要素の動特性を特定する。

その結果に基づいて、遊星歯車機構２の構成要素の加工、組付状態を調整し、動特性測定装置１による測定と調整を繰返すことにより、振動、騒音の原因を解消して遊星歯車機構２の製造品質を向上させることができる。このとき、ケース等を含まない遊星歯車機構自体の動特性を測定できるので、他の構成要素の影響を受けることなく、高精度の測定を行うことができる。また、遊星歯車機構２の周囲に変位センサ４３等を設置するためのスペースを容易に確保することができる。

なお、上記解析装置４５による解析方法において、合成されたＸ軸時間波形及びＹ軸時間波形を更に極座標（ｔａｎ^-1（α＋β／γ＋δ）、ｔａｎ^-1（α´＋β´／γ´＋δ´））の時間的な変化とすることもでき、あるいは、出力波形を合成することなく使用することも可能である。また、上記実施形態では、１つの駆動モータ２６の駆動力を分配ギヤボックス２５によって第１入力軸３と第２入力軸９に分配しているが、第１入力軸３と第２入力軸９とを別々のモータによって駆動してもよい。

さらに、上記実施形態では、リングギヤ６については、変位センサ４３によって、その変位を出力信号Ｓ２としているが、出力軸１１の噛合い強制力測定装置３６と同様の荷重測定装置を用いてリングギヤ６に生じる荷重（噛合い強制力）を検出して出力信号Ｓ２とすることもできる。ここで、リングギヤ６は、その軸受又は拘束手段を介して変速機のケースに振動、騒音を伝達する出力部となるので、リングギヤ６に生じる荷重を検出して、遊星歯車装置２の他の構成要素の動特性との関係を解析することにより、振動、騒音の発生原因を特定することが可能となる。また、第１遊星ギヤ５、第２遊星ギヤ６の軸部に荷重センサを設け、これらに作用する荷重を検出して、解析ファクタとして用いることもできる。

次に、本発明の第２実施形態について、図１４乃至図１６を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態に対して、同様の部分には同一の符号を付して異なる部分についてのみ詳細に説明する。

図１４に示すように、第２実施形態に係る動特性測定装置４７では、上記第１実施形態に対して、遊星歯車機構４８は、第２サンギヤ１０及び第２遊星ギヤ８が省略されて、基本軸が３つとなっており、第２入力軸９が省略されてキャリア７に出力軸４９（出力部）が連結されている。また、第１入力軸３及び出力軸４９には、それぞれ駆動モータ２６及び負荷モータ３１が直接、連結されている。

これにより、図１４に示すように、駆動モータ２６によって遊星歯車機構４８の第１サンギヤ４を駆動し、リングギヤ６を解放することにより、出力軸４９を第１変速比で駆動し、また、図１５に示すように、リングギヤ６を拘束して、出力軸４９を第２変速比で駆動することができる。更に、図１６に示すように、駆動モータ２６から第１サンギヤ４を切離し、代わりに、入力部材３４によって駆動モータ２６にリングギヤ６を連結することにより、出力軸４９を第３変速比で駆動することができる。

そして、上記第１実施形態と同様、各変速比において、遊星歯車機構４８を負荷モータ３１による負荷の下で駆動モータ２６によって駆動して、噛合い強制力測定装置３６によって出力軸４９に生じる噛合い強制力を測定し、また、変位センサ４３によって、遊星歯
車機構４８の各構成要素の変位を測定することができる。これらの測定結果を解析することにより、遊星歯車機構４８の出力軸４９に生じる噛合い強制力に影響している構成要素の動特性を特定して、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態に係る遊星歯車機構の動特性測定装置の概略構成を示す横断面図である。 図１に示す装置を破断してその要部を示す斜視図である。 図１に示す装置において、遊星歯車機構を第１変速比とした状態を示す横断面図である。 図１に示す装置において、遊星歯車機構を第２変速比とした状態を示す横断面図である。 図１に示す装置において、遊星歯車機構を第３変速比とした状態を示す横断面図である。 図１に示す装置の噛合い強制力測定装置を拡大して示す概略斜視図である。 図６に示す噛合い強制力測定装置と遊星歯車機構との着脱状態を示す概略斜視図である。 図６に示す噛合い強制力測定装置における歪ゲージの出力信号とＸ−Ｙ直交座標との関係を示す図である。 図６に示す噛合い強制力測定装置のフレーム、測定ブロック及び保持プレートの結合部を拡大して示す縦断面図である。 図６に示す噛合い強制力測定装置の測定ブロックを拡大して示す斜視図である。 図１に示す装置の変位センサの出力信号とＸ−Ｙ直交座標との関係を示す図である。 図６に示す噛合い強制力測定装置の出力信号の時間波形を示すグラフ図である。 図１２に示す時間波形を時間周波数解析した結果を示すグラフ図である。 本発明の第２実施形態に係る第１変速比とした遊星歯車機構及びその動特性測定装置の概略構成を示す図である。 図１４に示す装置において、遊星歯車機構を第２変速比とした状態を示す横断面図である。 図１４に示す装置において、遊星歯車機構を第３変速比とした状態を示す横断面図である。

符号の説明

１ 動特性測定装置、２ 遊星歯車機構、３ 第１入力軸（基本軸）、９ 第２入力軸（基本軸）、１１ 出力軸（基本軸、出力部）、６ リングギヤ（基本軸）、２６ 駆動モータ（駆動手段）、３１ 負荷モータ（負荷手段）、３３ 拘束治具（拘束手段）、３６ 噛合い強制力測定装置（第１検出手段）、４３ 変位センサ（第２検出手段）、４４
制御装置（制御手段）

Claims (5)

1. 入力軸、出力軸及び拘束軸となり得る複数の基本軸を有する遊星歯車の前記入力軸を駆動する駆動手段と、前記出力軸に負荷を付与する負荷手段と、前記駆動手段及び前記負荷手段を制御する制御手段と、前記拘束軸を選択的に拘束及び解放可能な拘束手段と、前記遊星歯車機構の出力部に生じる荷重を検出する第１検出手段と、前記遊星歯車機構の構成要素に生じる変位又は荷重を検出する第２検出手段とを備え、前記第１及び第２検出手段による検出値に基づいて、前記遊星歯車機構の動特性を測定することを特徴とする遊星歯車機構の動特性測定装置。
2. 前記遊星歯車機構は、複数の入力軸を有していることを特徴とする請求項１に記載の遊星歯車機構の動特性測定装置。
3. 前記第１検出手段は、前記出力部を支持する測定ブロックを備え、該測定ブロックの変形に基づいて荷重を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の遊星歯車機構の動特性測定装置。
4. 前記第１検出手段及び前記第２検出手段による検出値を時間周波数解析し、その解析結果を対比することによって前記遊星歯車機構の動特性を測定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の遊星歯車機構の動特性測定装置。
5. 遊星歯車機構の出力軸に負荷を付与した状態で入力軸を駆動し、前記前記遊星歯車機構の出力部に作用する荷重及び前記遊星歯車機構の構成要素に生じる変位又は荷重を検出し、これらの検出値を時間周波数解析し、その解析結果を対比することによって前記遊星歯車機構の動特性を測定することを特徴とする遊星歯車機構の動特性測定方法。