JP2007040788A

JP2007040788A - かみあい伝達誤差の測定装置および測定方法

Info

Publication number: JP2007040788A
Application number: JP2005224125A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Imaizumi; 知巳今泉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】所定の負荷トルクを安定して付与できるとともに装置をコンパクトに維持しつつかみあい伝達誤差を連続測定でき、且つ負荷トルクの向きが異なる場合のかみあい伝達誤差を簡単に測定できるようにする。
【解決手段】駆動用電動モータ２８により第１回転軸２０を一定の回転速度で回転駆動する一方、摩擦係合部材３２上に負荷錘３８を載置するとともに、その負荷錘３８の重量に応じて摩擦係合部材３２と摩擦回転体１２との間に生じる摩擦力により第２回転軸２２に付与される負荷トルクをトルクセンサ３０によって検出し、所定の負荷トルクが付与されるように負荷錘３８の重量を調節する。そして、所定の負荷トルクが付与されるようになったら、第１回転軸２０および第２回転軸２２の回転角をそれぞれロータリエンコーダ２４、２６により検出し、その負荷トルクにおけるかみあい伝達誤差を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明はかみあい伝達誤差の測定装置および測定方法に係り、特に、所定の負荷トルクを安定して付与できるとともに装置をコンパクトに維持しつつかみあい伝達誤差を連続測定でき、且つ負荷トルクの向きが異なる場合のかみあい伝達誤差を簡単に測定できる測定装置および測定方法に関するものである。

互いに噛み合う複数の歯車を有する歯車装置を介して連結された第１回転軸および第２回転軸に所定の負荷トルクを付与した状態で、その第１回転軸を回転駆動して前記歯車装置を噛合い回転させるとともに、第１回転軸および第２回転軸の回転角をそれぞれロータリエンコーダにより検出して歯車装置のかみあい伝達誤差を測定する装置が知られている。特許文献１に記載の装置はその一例で、負荷用電動モータで第２回転軸に負荷トルクを付与しつつ、駆動用電動モータで第１回転軸を回転駆動してかみあい伝達誤差を測定するようになっており、負荷トルクを付与する負荷用電動モータが起こす回転変動の測定値への影響を排除するために流体継手や慣性体が設けられている。

一方、このように流体継手や慣性体が設けられると、その背反として負荷トルクに変動が生じてしまうことから、負荷錘の重力で負荷トルクを付与することが提案されている。特許文献２に記載の装置はその一例で、第１回転軸や第２回転軸に一体的に設けられた回転体に負荷錘を吊り下げて負荷トルクを付与するようになっており、このようにすれば一定の負荷トルクを安定して付与することができる。

なお、「かみあい伝達誤差」は、互いに噛み合う一対の歯車等の歯車装置を介して連結された第１回転軸および第２回転軸が、ギヤ比等に応じて相対回転させられる際に、歯面の形状誤差や歯のたわみなどに起因して生じる相互の回転角のずれであり、互いに噛み合う歯が異なれば相違するとともに、負荷トルクによっても変化する。
特開平６−７４８６８号公報特開平７−１２０３５３号公報

しかしながら、このように負荷錘を吊り下げて負荷トルクを付与する場合には、第１回転軸や第２回転軸の回転に伴って負荷錘が上昇或いは下降するため、歯車装置を何回転もさせてかみあい伝達誤差を連続測定することができないという問題があった。すなわち、例えば歯数が５０と５３の一対の歯車から成る歯車装置の場合、１回転当たりのかみあい伝達誤差パターンは５０×５３＝２６５９通りあり、その総てのかみあい伝達誤差パターンを測定するためには２６５０回転させる必要があるが、負荷錘を付け替えることなく連続して測定するためには装置が極めて大型になり、実質的に不可能である。特に、大きな負荷トルクを付与するためには、負荷錘を吊るす回転体の径寸法を大きくする必要があり、１回転当たりの負荷錘の上下動が一層大きくなって、装置が一層大型になるとともに、連続測定可能な回転数が少なくなる。

また、駆動状態と被駆動状態、或いは正回転駆動と逆回転駆動などのように反対側の歯面が接触する動力伝達時のかみあい伝達誤差を測定する場合には、負荷錘の吊り下げ位置を変更するか歯車装置を反対向きに付け替えるという面倒な作業が必要であった。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、所定の負荷トルクを安定して付与できるとともに装置をコンパクトに維持しつつかみあい伝達誤差を連続測定でき、且つ負荷トルクの向きが異なる場合のかみあい伝達誤差を簡単に測定できるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、第１発明は、互いに噛み合う複数の歯車を有する歯車装置を介して連結された第１回転軸および第２回転軸に所定の負荷トルクを付与した状態で、その第１回転軸を回転駆動して前記歯車装置を噛合い回転させるとともに、第１回転軸および第２回転軸の回転角をそれぞれロータリエンコーダにより検出してその歯車装置のかみあい伝達誤差を測定する装置であって、(a) 前記第１回転軸を回転駆動する駆動用電動モータと、(b) 前記第２回転軸の回転に伴って機械的に回転させられる摩擦回転体と、(c) 前記摩擦回転体に押圧されることにより摩擦力でその摩擦回転体に回転抵抗を与え、前記第２回転軸に負荷トルクを付与する摩擦係合部材と、(d) その摩擦係合部材を前記摩擦回転体に押圧する押圧手段と、を有することを特徴とする。

第２発明は、互いに噛み合う複数の歯車を有する歯車装置を介して連結された第１回転軸および第２回転軸に所定の負荷トルクを付与した状態で、その第１回転軸を回転駆動して前記歯車装置を噛合い回転させるとともに、第１回転軸および第２回転軸の回転角をそれぞれロータリエンコーダにより検出してその歯車装置のかみあい伝達誤差を測定する方法であって、(a) 前記第２回転軸の回転に伴って機械的に回転させられる摩擦回転体を備えており、(b) 前記第１回転軸を回転駆動して前記歯車装置を噛合い回転させる際に、前記摩擦回転体に摩擦係合部材を押圧することにより、摩擦力でその摩擦回転体に回転抵抗を与えるとともに前記第２回転軸に負荷トルクを付与することを特徴とする。

このようなかみあい伝達誤差の測定装置或いは測定方法においては、第２回転軸の回転に伴って機械的に回転させられる摩擦回転体に摩擦係合部材が押圧されることにより、摩擦力でその摩擦回転体に回転抵抗が与えられるとともに第２回転軸に負荷トルクが付与されるため、その摩擦力すなわち摩擦回転体に対する摩擦係合部材の押圧力によって定まる一定の負荷トルクを安定して付与することが可能で、かみあい伝達誤差を高い精度で測定することができる。かみあい伝達誤差に伴う摩擦回転体の回転速度変化によって動摩擦係数が変化し、厳密には摩擦力更には負荷トルクが変動する可能性があるが、かみあい伝達誤差による回転変動は極微小であるため、そのような動摩擦係数の変化による影響は無視できる。

また、このように摩擦係合部材を摩擦回転体に押圧することにより負荷トルクが付与されるため、第１回転軸や第２回転軸を何回転もさせてかみあい伝達誤差を連続測定することが可能で、例えば歯車装置の総てのかみあい伝達誤差パターンを連続測定することができるとともに、そのような装置をコンパクトに構成できる。

また、第１回転軸を逆回転させれば負荷トルクも反対向きになるため、例えば駆動状態と被駆動状態、或いは正回転駆動と逆回転駆動などのように反対側の歯面が接触する動力伝達時のかみあい伝達誤差を容易に測定することができる。

本発明は、歯の噛み合い状態を解析するものであるため、例えば歯車の１ピッチ分だけ噛合い回転させてかみあい伝達誤差を測定するだけでも良く、必ずしも１回転させる必要はないが、１回転させれば全ての噛合い歯のかみあい伝達誤差を解析することができる。また、互いに噛み合う一対の歯車の歯数が相違する場合には、１回転毎に互いに噛み合う噛合い歯が変化するため、その１回転毎のかみあい伝達誤差パターンが相違し、そのかみあい伝達誤差パターンを総て測定する場合には、例えば一対の歯車の歯数を掛け算した回転数だけ回転させてかみあい伝達誤差を測定すれば良い。

かみあい伝達誤差を測定すべき歯車装置は、第１回転軸および第２回転軸にそれぞれ取り付けられるとともに互いに噛み合わされた一対の歯車であっても良いが、互いに噛み合う２対以上の歯車や遊星歯車装置、或いは傘歯車式の差動歯車装置等を有するものでも良く、例えば車両用の変速装置など種々の歯車装置のかみあい伝達誤差測定に本発明は適用できる。

第２回転軸の回転に伴って機械的に回転させられる摩擦回転体は、第２回転軸に直接取り付けられて一体的に回転させられるものでも良いし、ベルトおよびプーリや複数の噛合い歯車等から成る連動装置を介して機械的に連結され、第２回転軸の回転に連動して回転させられるものでも良い。連動装置は、変速機のように回転速度変化を伴うものでも良く、これにより摩擦回転体の回転抵抗（摩擦力）を増幅して第２回転軸に伝達することもできる。

摩擦回転体は、例えば円板形状のように円筒外周面を有して構成され、その円筒外周面に摩擦係合部材が押圧されるようにすることが望ましいが、板状の回転体の平坦な側面に摩擦係合部材を押圧して摩擦力を発生させることもできる。摩擦回転体および摩擦係合部材は、互いに押圧されることによって所定の摩擦力を発生する種々の摩擦材料にて構成される。

摩擦回転体に摩擦係合部材を押圧する押圧手段は、例えば摩擦回転体の上方に配置された摩擦係合部材の上に載置され、重力の作用で押圧する負荷錘や、スプリング、或いは油圧やエア圧で押圧するものなど、種々の態様が可能であるが、重力の作用で押圧する負荷錘は、各部の回転による振動の影響を受けにくいため、負荷トルクが一層安定する。負荷錘による押圧は、負荷錘の重力で摩擦係合部材を直接押圧するものでも良いが、負荷錘の重力で油圧やエア圧等の流体圧を発生させ、その流体圧で摩擦係合部材を押圧することもできる。

押圧手段による押圧力、すなわち負荷トルクの大きさは、例えば上記負荷錘の重量を変更することによって適宜変更できるが、一定の重量の負荷錘を使用しながら、てこの原理を利用するなどして押圧力を変更できるようにすることも可能である。

駆動用電動モータと第１回転軸との間には、必要に応じて減速装置を設けることが可能で、その第１回転軸を減速回転させることができるとともに、その減速でトルクが増幅されるため、駆動用電動モータとしてトルクが小さい小型の電動モータを採用することができる。

摩擦回転体と摩擦係合部材との摩擦によって第２回転軸に付与される負荷トルクは、押圧手段による押圧力だけでは正確に求めることが難しいため、第２回転軸と摩擦回転体との間に磁歪式等のトルクセンサを設けて実際の負荷トルクを検出し、所定の負荷トルクが付与されるように押圧力（負荷錘の重量など）を調節することが望ましい。但し、かみあい伝達誤差の測定に際しては、必ずしも正確な負荷トルクは必要ない場合もあり、予め負荷トルクと押圧力との関係を調べておくなどしてトルクセンサを省略することもできる。

かみあい伝達誤差は、駆動用電動モータにより第１回転軸を一定の回転速度で連続回転させながら測定すれば良いが、各部の回転振動による影響を排除する上で、回転速度としては例えば１ｒｐｍ以下、或いは２〜３ｒｐｍ程度以下のゆっくりした回転速度が望ましい。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例であるかみあい伝達誤差測定装置１０を説明する概略図で、(a) は上方から見た平面図、(b) は(a) におけるＢ矢視図で負荷トルクを付与する摩擦回転体１２の正面図であり、歯車装置１４のかみあい伝達誤差を測定する場合である。歯車装置１４は、はすば歯車等の互いに噛み合わされた一対の平行軸歯車１６、１８を備えており、それ等の平行軸歯車１６、１８はそれぞれ第１回転軸２０、第２回転軸２２に一体的に取り付けられている。第１回転軸２０と第２回転軸２２との軸間距離は、一対の平行軸歯車１６、１８の中心距離に設定されており、平行軸歯車１６、１８はそれぞれ第１回転軸２０、第２回転軸２２に着脱可能に取り付けられるようになっている。また、第１回転軸２０および第２回転軸２２には、それぞれ光学式等のロータリエンコーダ２４、２６が配設され、それ等の回転角を検出するようになっているとともに、第１回転軸２０には駆動用電動モータ２８が連結され、軸心まわりに回転駆動されるようになっている。

前記摩擦回転体１２は、第２回転軸２２と同軸上に回転可能に配設されているとともに、磁歪式等のトルクセンサ３０を介してその第２回転軸２２に連結され、その第２回転軸２２と一体的に回転させられるようになっている。摩擦回転体１２は円板形状を成しているとともに、その上方には摩擦係合部材３２が上下方向の移動可能に配設され、摩擦回転体１２の円筒外周面３４に接触させられている。摩擦係合部材３２は、ガイド３６により摩擦回転体１２の上方位置に一定の姿勢で位置決めされているとともに、その摩擦係合部材３２上には更に所定の重量の負荷錘３８が載置されている。この負荷錘３８の重力で、摩擦係合部材３２は摩擦回転体１２に押圧されて所定の摩擦力を発生し、この摩擦力で摩擦回転体１２に回転抵抗が付与されるとともに、この回転抵抗に基づいて第２回転軸２２、更には歯車装置１４に負荷トルクが付与される。負荷錘３８は押圧手段に相当する。

そして、このようなかみあい伝達誤差測定装置１０においては、先ず、駆動用電動モータ２８により第１回転軸２０を例えば２〜３ｒｐｍ以下の一定の回転速度で回転駆動する一方、摩擦係合部材３２上に負荷錘３８を載置するとともに、その負荷錘３８の重量に応じて摩擦係合部材３２と摩擦回転体１２との間に生じる摩擦力により第２回転軸２２に付与される負荷トルクをトルクセンサ３０によって検出し、所定の負荷トルクが付与されるように負荷錘３８の重量を調節する。そして、所定の負荷トルクが付与されるようになったら、駆動用電動モータ２８による第１回転軸２０の回転駆動を継続することにより、歯車装置１４をその所定の負荷トルクで噛合い回転させつつ、第１回転軸２０および第２回転軸２２の回転角をそれぞれロータリエンコーダ２４、２６により検出し、その負荷トルクにおけるかみあい伝達誤差を測定する。その場合に、かみあい伝達誤差に伴う摩擦回転体１２の回転速度変化で動摩擦係数が変化し、厳密には摩擦係合部材３２との間の摩擦力更には負荷トルクが変動する可能性があるが、かみあい伝達誤差による回転変動は極微小であるため、そのような動摩擦係数の変化による影響は無視できる。

また、第１回転軸２０を逆回転させれば、第２回転軸２２や摩擦回転体１２の回転方向も逆になるため、摩擦係合部材３２との摩擦で摩擦回転体１２に付与される回転抵抗も逆向きになる。このため、その回転抵抗に基づいて第２回転軸２２、更には歯車装置１４に付与される負荷トルクも反対向きになり、駆動状態と被駆動状態、或いは正回転駆動と逆回転駆動などのように反対側の歯面が接触する動力伝達時のかみあい伝達誤差についても、駆動用電動モータ２８による第１回転軸２０の回転方向を逆転させるだけで容易に測定することができる。

ここで、本実施例では第２回転軸２２と一体的に回転させられる摩擦回転体１２に摩擦係合部材３２が押圧されることにより、摩擦力でその摩擦回転体１２に回転抵抗が与えられるとともに第２回転軸２２に負荷トルクが付与されるため、その摩擦力すなわち摩擦回転体１２に対する摩擦係合部材３２の押圧力（この実施例では負荷錘３８の重量）によって定まる一定の負荷トルクを安定して付与することが可能で、かみあい伝達誤差を高い精度で測定することができる。

また、このように摩擦係合部材３２を摩擦回転体１２に押圧することにより負荷トルクが付与されるため、第１回転軸２０や第２回転軸２２を何回転もさせてかみあい伝達誤差を連続測定することが可能で、例えば歯車装置１４の総てのかみあい伝達誤差パターンを連続測定することができるとともに、そのような装置をコンパクトに構成できる。

また、駆動用電動モータ２８による第１回転軸２０の回転方向を逆転させれば負荷トルクも反対向きになるため、例えば駆動状態と被駆動状態、或いは正回転駆動と逆回転駆動などのように反対側の歯面が接触する動力伝達時のかみあい伝達誤差を容易に測定することができる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図２のかみあい伝達誤差測定装置５０は、第１実施例のかみあい伝達誤差測定装置１０に比較して、駆動用電動モータ２８に減速装置５２が設けられており、その駆動用電動モータ２８を制御精度が高い通常の回転速度範囲内で回転駆動しつつ、第１回転軸２０を１ｒｐｍ以下のゆっくりした速度で回転させることができる。また、減速装置５２によって減速されることによりトルクが増幅されるため、負荷錘３８によって大きな負荷トルクを付与する場合でも、駆動用電動モータ２８として小型の電動モータを採用できる。図２の(a) 、(b) は、それぞれ図１の(a) 、(b) に相当する。以下の図３〜図６においても、各図の(a) 、(b) はそれぞれ図１の(a) 、(b) に相当する。

図３のかみあい伝達誤差測定装置６０は、第１実施例のかみあい伝達誤差測定装置１０に比較して、摩擦回転体１２を第２回転軸２２の軸心に対して直角な方向へ平行移動させた場合で、ベルトおよびプーリや複数の噛合い歯車等から成る連動装置６２を介して第２回転軸２２と摩擦回転体１２とを連結し、第２回転軸２２の回転に伴って機械的に摩擦回転体１２が回転させられるようになっている。このように連動装置６２が設けられることにより、摩擦回転体１２や第２回転軸２２の配設位置の自由度が高くなり、例えば第２回転軸２２を摩擦回転体１２の軸心を中心とする円弧に沿って平行移動可能とすることにより、連動装置６２による連結状態を維持したまま第１回転軸２０と第２回転軸２２との軸間距離を変更することが可能で、平行軸歯車１６、１８の大きさすなわち中心距離が異なる種々の歯車装置１４のかみあい伝達誤差を容易に測定できるようになる。

図４のかみあい伝達誤差測定装置７０は、傘歯車やハイポイドギヤのように一対の噛合い歯車７２、７４の軸心が直角に交差したり食い違っていたりする歯車装置７６のかみあい伝達誤差を測定するためのもので、それ等の歯車７２、７４の軸心に応じて第１回転軸２０および第２回転軸２２が所定の角度で交差或いは食い違うように配設されている。

図５のかみあい伝達誤差測定装置８０は、差動歯車装置８２を含む複数の歯車が噛み合わされた車両用変速装置等の歯車装置８４のかみあい伝達誤差を測定するためのもので、前記第２回転軸２２は入力軸８６に連結される一方、前記第１回転軸２０は差動歯車装置８２の一方の出力軸（サイドシャフト）に連結される。また、差動歯車装置８２の他方の出力軸（サイドシャフト）には第３回転軸９０が連結され、駆動用電動モータ９２によって軸心まわりに回転駆動されるとともに、ロータリエンコーダ９４により回転角が検出されるようになっている。そして、この駆動用電動モータ９２は、差動歯車装置８２の一対の出力軸を一体回転させるように駆動用電動モータ２８と同期して制御され、例えばロータリエンコーダ２４、９４によって検出される両側の出力軸の回転角の平均値を用いて、ロータリエンコーダ２６によって検出される入力軸８６の回転角と比較することにより、歯車装置８４の全体のかみあい伝達誤差を測定することができる。また、周波数分析等でノイズを除去すれば、ロータリエンコーダ２４によって検出される一方の出力軸の回転角とロータリエンコーダ２６によって検出される入力軸８６の回転角とを比較して、その一方の出力軸と入力軸８６との間のかみあい伝達誤差を測定したり、ロータリエンコーダ９４によって検出される他方の出力軸の回転角とロータリエンコーダ２６によって検出される入力軸８６の回転角とを比較して、その他方の出力軸と入力軸８６との間のかみあい伝達誤差を測定したりすることも可能である。第３回転軸９０は、請求項１および請求項２の第１回転軸に相当する。

なお、差動歯車装置８２の一対の出力軸が一体的に回転するように、連結装置等を介して機械的に連結すれば、上記第３回転軸９０や駆動用電動モータ９２、ロータリエンコーダ９４を省略することができる。また、このように一対の出力軸を機械的に連結した場合には、その出力軸側に第２回転軸２２や摩擦回転体１２等を配設して負荷トルクを付与する一方、入力軸８６側に第１回転軸２０や駆動用電動モータ２８を配設して回転駆動することにより、かみあい伝達誤差測定を行うこともできる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例であるかみあい伝達誤差測定装置を説明する概略図で、(a) は平面図、(b) は(a) におけるＢ矢視図に相当する摩擦回転体の正面図である。本発明の他の実施例を説明する図で、駆動用電動モータに減速装置を設けた場合であり、(a) は平面図、(b) は(a) におけるＢ矢視図に相当する摩擦回転体の正面図である。本発明の更に別の実施例を説明する図で、連動装置を介して摩擦回転体を接続した場合であり、(a) は平面図、(b) は(a) におけるＢ矢視図に相当する摩擦回転体の正面図である。本発明の更に別の実施例を説明する図で、交差軸歯車や食い違い軸歯車のかみあい伝達誤差を測定する場合であり、(a) は平面図、(b) は(a) におけるＢ矢視図に相当する摩擦回転体の正面図である。本発明の更に別の実施例を説明する図で、車両用変速機等の差動歯車装置を有する歯車装置のかみあい伝達誤差を測定する場合であり、(a) は平面図、(b) は(a) におけるＢ矢視図に相当する摩擦回転体の正面図である。

符号の説明

１０、５０、６０、７０、８０：かみあい伝達誤差測定装置１２：摩擦回転体１４、７６、８４：歯車装置２０：第１回転軸２２：第２回転軸２４、２６、９４：ロータリエンコーダ２８、９２：駆動用電動モータ３２：摩擦係合部材３８：負荷錘（押圧手段）９０：第３回転軸（第１回転軸）

Claims

互いに噛み合う複数の歯車を有する歯車装置を介して連結された第１回転軸および第２回転軸に所定の負荷トルクを付与した状態で、該第１回転軸を回転駆動して前記歯車装置を噛合い回転させるとともに、該第１回転軸および第２回転軸の回転角をそれぞれロータリエンコーダにより検出して該歯車装置のかみあい伝達誤差を測定する装置であって、
前記第１回転軸を回転駆動する駆動用電動モータと、
前記第２回転軸の回転に伴って機械的に回転させられる摩擦回転体と、
前記摩擦回転体に押圧されることにより摩擦力で該摩擦回転体に回転抵抗を与え、前記第２回転軸に負荷トルクを付与する摩擦係合部材と、
該摩擦係合部材を前記摩擦回転体に押圧する押圧手段と、
を有することを特徴とするかみあい伝達誤差の測定装置。
互いに噛み合う複数の歯車を有する歯車装置を介して連結された第１回転軸および第２回転軸に所定の負荷トルクを付与した状態で、該第１回転軸を回転駆動して前記歯車装置を噛合い回転させるとともに、該第１回転軸および第２回転軸の回転角をそれぞれロータリエンコーダにより検出して該歯車装置のかみあい伝達誤差を測定する方法であって、
前記第２回転軸の回転に伴って機械的に回転させられる摩擦回転体を備えており、
前記第１回転軸を回転駆動して前記歯車装置を噛合い回転させる際に、前記摩擦回転体に摩擦係合部材を押圧することにより、摩擦力で該摩擦回転体に回転抵抗を与えるとともに前記第２回転軸に負荷トルクを付与する
ことを特徴とするかみあい伝達誤差の測定方法。