JP2007327603A - 歯車装置及び遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】かみあい位置による歯のばね定数変動を小さくして、かみあい振動を低減する。
【解決手段】駆動歯車と従動歯車の少なくともいずれか一方において、全かみあい率が概略整数となるよう歯すじに沿って歯たけを変化させる。または、歯すじに沿って歯たけを歯の端部へ向かって漸減させ、この歯たけが漸減する部位の歯先稜線を、同時接触線と略平行とする。または、かみあいの進行に伴う同時接触線の長さの総和の変化が最小となるよう、歯すじに沿って歯たけを変化させる。または、歯すじに沿って歯たけを変化させ、歯たけが小さい第１の領域においてはかみあい率を概略２又は３とし、歯たけが大きい第２の領域においてはかみあい率を第１の領域よりも大きくしかつ歯のばね定数を第１の領域における歯のばね定数と概略一致させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車装置の振動や騒音を低減するためのかみあい起振力低減構造に関わり、特にはすば歯車装置や平歯車装置、あるいはこれらにより構成される遊星歯車装置におけるかみあい振動を低減する歯車の形状に関する。

乗用車に使用される変速機や、エンジンの振動を低減するバランサ装置などに使用されている動力伝達用はすば歯車は、かみあい振動やこれに基づく騒音を低減する目的で、
ＪＩＳ標準値に対して圧力角を小さく、歯たけを大きく設計するのが一般的である。しかし、これだけでは十分ではなく、かみあい率を増大させるために、ねじれ角を３０度以上と極めて大きく設定することが多い。これにより、歯車のかみあい振動は大幅に低減される。

ところが、ねじれ角を大きく設定すると、動力伝達に際して発生する軸方向荷重も併せて増大するため、この軸方向荷重を分担するスラスト軸受の負荷容量はより大きいものが必要となる。自動車用歯車には高速回転が要求されることが多いため、スラスト軸受の負荷容量増加は、歯車装置のコストに対する大きな負担となっている。

以上のような問題に対し、例えば特許文献１に示すような構造が提案されている。すなわち、かみあいを開始する歯対、およびかみあいを終了する歯対の、各歯面に現れる同時接触線の長さが歯車の回転角に対してそれぞれ緩やかに増加および減少するように歯車外周部の形状を変化させ、歯対間に滑らかなかみあい移行を実現することで、平歯車においてもかみあい振動を低減することが可能となる。

特開２００５−２１４４０８号公報

歯車のかみあいにより生じる振動の起振力は、基本的には歯車自体が有する形状誤差に基づく角度伝達誤差と、かみあい位置により歯のばね定数が変化するという、ばねの非線形性に起因している。上述した方法によると、歯のばね定数の急変を緩和することは可能となるが、かみあい位置が変わることにより周期的に変化する、歯のばね定数の変動成分を除去することについては十分な配慮がなされていない。乗用車などにおいて高度な静粛性を要求される歯車装置に対しては、歯のばね定数の変動成分を除去して静粛性を高める必要がある。

本発明は、かみあい位置が変わることにより周期的に変化する、歯のばね定数の変動成分を除去し、かみあい起振力を低減することにより、歯車装置の振動や騒音を低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の歯車装置は、駆動歯車と従動歯車とを有する歯車装置において、前記駆動歯車と前記従動歯車とははすば歯車装置を構成する歯車であって、駆動歯車と従動歯車のいずれか一方、あるいは両方について、全かみあい率が概略整数となるように歯すじに沿って歯たけを変化させたものである。

また、上記目的を達成するために、本発明の歯車装置は、駆動歯車と従動歯車とを有する歯車装置において、前記駆動歯車と前記従動歯車とははすば歯車装置を構成する歯車であって、駆動歯車と従動歯車のいずれか一方、あるいは両方について、歯たけを歯すじに沿って歯の端部へ向けて漸減させ、この歯たけが漸減する部位の歯先稜線を同時接触線と略平行としたものである。

また、上記目的を達成するために、本発明の歯車装置は、駆動歯車と従動歯車とを有する歯車装置において、前記駆動歯車と前記従動歯車とははすば歯車装置を構成する歯車であって、駆動歯車と従動歯車のいずれか一方、あるいは両方について、かみあいの進行に伴う同時接触線の長さの総和の変化が最小となるように、歯すじに沿って歯たけを変化させたものである。

また、上記目的を達成するために、本発明の歯車装置は、駆動歯車と従動歯車とを有する歯車装置において、前記駆動歯車と前記従動歯車とは平歯車装置を構成する歯車であって、駆動歯車と従動歯車のいずれか一方、あるいは両方について、歯すじに沿って歯たけを変化させて歯たけが小さい第１の領域と歯たけが大きい第２の領域とを設け、前記第１の領域ではかみあい率を概略２又は３とし、前記第２の領域ではかみあい率を前記第１の領域よりも大きくしかつ歯のばね定数を前記第１の領域における歯のばね定数と概略一致させたものである。

本発明によれば、歯のばね定数は、かみあい位置によらず概略一定となるため、ばねの非線形性に基づく起振力が減少して歯車装置のかみあい振動は低減される。

以下、本発明に係る実施例を説明する。

本発明による第１の実施の形態の斜視図を図１に示し、これを用いて本実施の形態の構成および動作を説明する。

はすば歯車である駆動歯車１と従動歯車２とは、駆動歯車歯面３、および従動歯車歯面４上の同時接触線５において互いに接してかみあわされ、歯車装置９０を構成している。

ここで、従動歯車２の歯先稜線６において、かみあい開始側の端部７近傍の点８を起点として、歯たけが端部７に向かって漸減しているため、この領域においては、歯先稜線９は歯すじに対して傾斜している。また、駆動歯車１の歯先稜線１０においても同様に、かみあい終了側の端部１１近傍の点１２を起点として、歯たけが端部１１に向かって漸減しており、この領域においては、歯先稜線１３は歯すじに対して傾斜している。

以上のように歯車装置９０を構成して、駆動歯車１を矢１４の方向に回転させて運転すると、従動歯車２がこれに伴い回転することにより、かみあい開始側の端部７から歯のかみあいが開始される。このとき駆動歯車歯面３、および従動歯車歯面４上に生じる同時接触線１５は、歯すじに対して傾斜している従動歯車２の歯先稜線９と略平行となる。さらにかみあいが進むと、同時接触線はかみあい終了側の端部１１に向かって歯すじ方向に移動し、同時接触線１６の位置に至るが、歯すじに対して傾斜している駆動歯車１の歯先稜線１３は、この同時接触線１６と略平行に形成されているため、この歯先稜線１３においてかみあいは終了する。

以上のかみあいサイクルは１組の歯対のみに関するものであるため、同時にかみあう全ての歯のかみあい位置を図示できる作用平面図を図２に示し、かみあいサイクルをさらに詳細に説明する。

作用平面９１は、その四辺を従動歯車の歯先稜線６，駆動歯車の歯先稜線１０，かみあい開始側の端部７、およびかみあい終了側の端部１１により構成される矩形で表される。従来のはすば歯車であれば、従動歯車２の歯先稜線６とかみあい開始側の端部７の交点であるかみあい開始点２０からかみあいが開始され、同時接触線は矢２２で示す方向に移動し、駆動歯車の歯先稜線１０とかみあい終了側の端部１１の交点であるかみあい終了点
２１においてかみあいが終了する。

一方、本実施例においては、従動歯車２の歯すじに対して傾斜した歯先稜線９においてかみあいが開始されるが、この歯先稜線９は、かみあい開始直後に生じる同時接触線17ａと略平行に形成されているため、かみあいは点ではなく線の形態で開始されることになる。

このとき、作用平面上で矢１９で示す距離（１ピッチ）だけ離れた位置に、１歯先行する歯対による同時接触線１７ｂが、同時接触線１７ａと平行に存在し、さらに１ピッチずつ離れた位置に、同時接触線１７ｃ、および１７ｄが夫々存在しており、いわゆる４枚かみあい状態で荷重を伝達している。

同時接触線１７ｄを形成する歯対に対して１歯先行する歯対による同時接触線は、幾何学的には１７ｅの位置に存在するが、この歯対はかみあいが終了した直後であり、荷重を分担していない。

ここからかみあいが半ピッチ進行すると、同時接触線１７ａは１８ａの位置に移動する。１７ｂ，１７ｃ，１７ｄに関しても同様である。このかみあい位置においても４枚かみあい状態は維持されており、さらにかみあいが進んで、１８ｄが１７ｅの位置に至る直前まで、新たにかみあいに参加する歯対、あるいはかみあいが終了する歯対は存在しないため、４枚かみあい状態が続くことになる。このように、歯のかみあい開始と終了とをほぼ同時に行わせることによって、かみあいの全サイクルに亘って、同時にかみあう歯の数が変化しないと、かみあい位置による歯のばね定数の変動が小さくなり、これに基づく振動や騒音を低減することができる。

本実施の形態で示すように、歯のかみあい開始と終了とをほぼ同時に行わせるには、はすば歯車対の全かみあい率を整数にすればよい。しかし、前述したように、従来のはすば歯車においては、かみあいはある１点で開始、あるいは終了するため、このかみあい位置における歯のばね定数は低く、十分な効果が得られない。本実施の形態においては、歯先稜線を同時接触線と略平行に形成し、かみあいが線で始まるようにすることによって、かみあいの開始と終了とをより厳密に管理可能としている。なお簡単には、歯のばね定数は同時接触線の長さの総和に概略比例すると考えられるため、さらに望ましくは、かみあい位置による同時接触線の長さの総和の変動が最小となるよう、歯先稜線９，１３の起点８，１２の位置を決めるとよい。これは、比較的簡単な数値計算により得ることが可能である。

次に、本発明に係る第２の実施例の斜視図を図３に示し、これを用いて本実施例の構成および動作を説明する。

平歯車である駆動歯車１と従動歯車２とは、駆動歯車歯面３、および従動歯車歯面４上の同時接触線５において互いに接してかみあわされ、歯車装置９０を構成している。ここで、歯車対の歯幅中央部において、それぞれ矢で示す歯先の歯幅３３、および３１の領域に亘って、矢で示す３４、および３２の長さだけ、他の領域に比べて歯たけを大きく形成してある。

以上のように歯車装置９０を構成して、駆動歯車１を矢１４の方向に回転させて運転すると、従動歯車２がこれに伴い回転することにより、従動歯車の歯先稜線６から歯のかみあいが開始される。ここからわずかにかみあいが進んだ同時接触線１５が生じるかみあい位置において、従動歯車の歯先の歯幅３１は、全歯幅３５に対して小さいため、同時接触線５が生じるかみあい位置と比べて、歯のばね定数は低い。

さらにかみあいが進むと、同時接触線は駆動歯車１の歯先側へと歯たけ方向に移動し、同時接触線１６の位置に至る。このかみあい位置において、駆動歯車の歯先の歯幅３３は、全歯幅３５に対して小さいため、同時接触線５が生じるかみあい位置と比べて、歯のばね定数は低い。さらにわずかにかみあいが進むと、駆動歯車の歯先稜線１０においてかみあいは終了する。

以上のかみあいサイクルは１組の歯対のみに関するものであるため、同時にかみあう全ての歯のかみあい位置を図示できる作用平面図を図４に示し、かみあいサイクルをさらに詳細に説明する。

作用平面９１において、かみあい開始直後の歯対で形成される同時接触線１７ａは、従動歯車の歯先稜線６近傍に、これと平行に生じる。この同時接触線１７ａから矢１９で示す距離（１ピッチ）離れた位置に、先行する歯対による同時接触線１７ｂが存在し、さらに１ピッチ離れた位置に、さらに先行する歯対による同時接触線１７ｃが存在して、いわゆる３枚かみあい状態を構成している。

ここからかみあいが半ピッチ進行すると、同時接触線１７ａは１８ａの位置に、１７ｂは１８ｂの位置に移動する。同時接触線１７ｃを構成する歯対は、駆動歯車の歯先稜線
１０においてかみあいを終了するため、このときは２枚かみあい状態となる。

従来の平歯車装置においては、３枚かみあい状態の歯のばね定数は、２枚かみあい状態に対して概略１.５ 倍となるが、本実施の形態においては、全歯幅３５に対して、３枚かみあい状態における歯先の歯幅を駆動歯車側では３３、従動歯車では３１と小さくすることにより、３枚かみあい領域における歯のばね定数を従来よりも低減することで、２枚かみあい状態と概略一致させている。これにより、同時かみあい歯数の変化による歯のばね定数の変動が小さくなり、これに基づく振動や騒音を低減することができる。

本発明の第１の実施の形態による歯車装置の斜視図。 本発明の第１の実施の形態による歯車装置のかみあい説明図。 本発明の第２の実施の形態による歯車装置の斜視図。 本発明の第２の実施の形態による歯車装置のかみあい説明図。

符号の説明

１…駆動歯車、２…従動歯車、３…駆動歯車歯面、４…従動歯車歯面、５…同時接触線（かみあい途中）、６…従動歯車の歯先稜線、７…かみあい開始側の端部、８…従動歯車の歯たけ変更起点、９…従動歯車の歯たけ変更部歯先稜線、１０…駆動歯車の歯先稜線、１１…かみあい終了側の端部、１２…駆動歯車の歯たけ変更起点、１３…駆動歯車の歯たけ変更部歯先稜線、１４…駆動歯車回転方向、１５…かみあい開始時の同時接触線、１６…かみあい終了時の同時接触線、１７ａ〜１７ｅ，１８ａ〜１８ｄ…作用平面上の同時接触線、１９…１ピッチ、２０…従来はすば歯車のかみあい開始点、２１…従来はすば歯車のかみあい終了点、２２，３６…かみあいの進行方向、３１…従動歯車の歯先の歯幅、
３２…従動歯車の歯たけ延長量、３３…駆動歯車の歯先の歯幅、３４…駆動歯車の歯たけ延長量、３５…全歯幅、９０…歯車装置、９１…作用平面。

Claims (5)

1. 駆動歯車と従動歯車とを有する歯車装置において、前記駆動歯車と前記従動歯車とははすば歯車装置を構成する歯車であって、駆動歯車と従動歯車のいずれか一方、あるいは両方について、全かみあい率が概略整数となるように歯すじに沿って歯たけを変化させたことを特徴とする歯車装置。
2. 駆動歯車と従動歯車とを有する歯車装置において、前記駆動歯車と前記従動歯車とははすば歯車装置を構成する歯車であって、駆動歯車と従動歯車のいずれか一方、あるいは両方について、歯たけを歯すじに沿って歯の端部へ向けて漸減させ、この歯たけが漸減する部位の歯先稜線を同時接触線と略平行としたことを特徴とする歯車装置。
3. 駆動歯車と従動歯車とを有する歯車装置において、前記駆動歯車と前記従動歯車とははすば歯車装置を構成する歯車であって、駆動歯車と従動歯車のいずれか一方、あるいは両方について、かみあいの進行に伴う同時接触線の長さの総和の変化が最小となるように、歯すじに沿って歯たけを変化させたことを特徴とする歯車装置。
4. 駆動歯車と従動歯車とを有する歯車装置において、前記駆動歯車と前記従動歯車とは平歯車装置を構成する歯車であって、駆動歯車と従動歯車のいずれか一方、あるいは両方について、歯すじに沿って歯たけを変化させて歯たけが小さい第１の領域と歯たけが大きい第２の領域とを設け、前記第１の領域ではかみあい率を概略２又は３とし、前記第２の領域ではかみあい率を前記第１の領域よりも大きくしかつ歯のばね定数を前記第１の領域における歯のばね定数と概略一致させたことを特徴とする歯車装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の歯車装置からなる遊星歯車装置。
   

Images