JP2009070192A - Gear design support method, gear design support device, program, and recording medium - Google Patents

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JP2009070192A JP2007238583A JP2007238583A JP2009070192A JP 2009070192 A JP2009070192 A JP 2009070192A JP 2007238583 A JP2007238583 A JP 2007238583A JP 2007238583 A JP2007238583 A JP 2007238583A JP 2009070192 A JP2009070192 A JP 2009070192A
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Yasunari Kawashima
康成 川島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gear design support method capable of supporting gear design highly precisely and easily. <P>SOLUTION: The gear design support method comprises: a basic input process 101 for inputting basic items of a target gear and its driving condition; a gear shape difference input process 103 for giving shape difference information about a gear; an assembly difference input process 105 for giving a deviation difference between a base circle center and a rotation center of the gear and information about the respective shafts inclinations; a pre-equation of motion derivation process 109 for obtaining a line of action in contact with base circles of the gears, setting a force balance equation to every pair of gears in contact on the line of action, and generating the equation of motion; a pre-calculation process 111 for solving the equation of motion time serially; an excitation extraction process 115 for calculating excitation for vibrating the gear during the calculation; a main equation of motion derivation process 117 for switching to the equation of motion using the calculated excitation; a main calculation process 119 for solving the equation of motion time serially; and an output process 123 for outputting an analysis result of a drive shaft and a driven shaft calculated by the main calculation process. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、精密機械製品の歯車機構系における歯車の設計を支援する歯車設計支援装置、歯車設計支援方法、プログラムおよび記録媒体に関し、特に、歯車の持つ基本諸元と駆動条件と誤差条件(歯車形状誤差と偏心及び組付け誤差)を与えることで、実稼動に近い状態での歯車機構系の伝達特性を推定して、事前に歯車機構系に関する問題がないか確認できる歯車設計支援装置、歯車設計支援方法プログラムおよび記録媒体に関する。   The present invention relates to a gear design support device, a gear design support method, a program, and a recording medium that support the design of a gear in a gear mechanism system of a precision machine product, and more particularly to basic specifications, drive conditions, and error conditions (gears) of a gear. Gear design support device, gears that can estimate the transmission characteristics of the gear mechanism system in a state close to actual operation and confirm whether there is a problem related to the gear mechanism system in advance by giving a shape error, eccentricity, and assembly error) The present invention relates to a design support method program and a recording medium.

一般に、複写機、プリンタ等の精密機械製品の歯車機構系における歯車の設計にあたっては、コンピュータを適用した歯車設計支援装置が用いられている。
従来では、無負荷での回転特性(モーションカーブ)と負荷時のたわみ特性を個別に求め、これらを組み合わせることで、計算時間の短縮を図るものが提案されている(特許文献1)。すなわち、歯車の所定の負荷時のかみあい伝達誤差を算出し、該負荷時のかみあい伝達誤差を考慮して歯車を設計するため、歯面形状に基づいて無負荷時における1歯分のかみあい伝達誤差と回転角度との関係を表すモーションカーブを計算によって求めるモーションカーブ算出工程と、前記負荷時の歯のたわみ量を計算によって求めるたわみ量算出工程と、前記モーションカーブおよび前記負荷時の歯のたわみ量に基づいて、前記負荷時のかみあい伝達誤差を計算によって求める負荷時かみあい伝達誤差算出工程と、を有するようになっている。
In general, a gear design support device using a computer is used in designing a gear in a gear mechanism system of a precision machine product such as a copying machine or a printer.
Conventionally, a technique has been proposed in which a rotation characteristic (motion curve) under no load and a deflection characteristic under load are individually obtained and combined to reduce calculation time (Patent Document 1). That is, since the gear transmission error at the time of a predetermined load of the gear is calculated and the gear is designed in consideration of the gear transmission error at the time of the load, the gear transmission error for one tooth when there is no load based on the tooth surface shape. Curve calculation step for calculating a motion curve representing the relationship between the rotation angle and the rotation angle, a deflection amount calculation step for calculating the deflection amount of the tooth under load, and a deflection amount of the tooth under load with the motion curve And a load-on-load meshing transmission error calculating step for obtaining the load-on meshing transmission error by calculation.

また、他には、歯車部とこれを支持するケース部に分割し、歯車を駆動させたときの軸受け荷重を求め、この荷重をケース軸受け部に与えてケースの変形解析も行うものが提案されている(特許文献2)。すなわち、複数の歯車軸を有する歯車列と、歯車軸を軸受部で支持して歯車列を収納するケースと、を備える動力伝達機構の動力伝達解析方法において、歯車列とケースとを分離し、歯車列のメッシュモデルと、ケースのメッシュモデルと、を別々に構築し、そして、歯車列の歯車軸の支持位置を与えた上で、所定の入力トルクに対応する歯車軸の支持位置の荷重を算出し、この算出した荷重をケースの軸受部に入力して、軸受部の変形後の位置を算出し、その後、ケースの各軸受部の位置と、歯車列の各歯車軸の支持位置と、を一致させて荷重の受け渡しを行いつつ、歯車列の伝達特性解析及びケースの変形解析を行うようになっている。   In addition, it is proposed to divide the gear part and the case part that supports the gear part, obtain the bearing load when the gear is driven, and apply the load to the case bearing part to perform deformation analysis of the case. (Patent Document 2). That is, in a power transmission analysis method of a power transmission mechanism including a gear train having a plurality of gear shafts, and a case for housing the gear train by supporting the gear shafts by bearings, the gear train and the case are separated, The mesh model of the gear train and the mesh model of the case are constructed separately, and after giving the support position of the gear shaft of the gear train, the load of the support position of the gear shaft corresponding to the predetermined input torque is set. Calculate and input this calculated load to the bearing portion of the case to calculate the position after deformation of the bearing portion, and then the position of each bearing portion of the case, the support position of each gear shaft of the gear train, The transmission characteristic analysis of the gear train and the deformation analysis of the case are performed while delivering the load while making them coincide with each other.

また、他には、ギヤの取付偏心によって変化する作用線(面)を逐次算出し、この線上(面上)での力の釣り合い方程式を解くことで、噛合い周期の回転ムラと偏心による回転ムラを同時に算出することができるものが提案されている(特許文献3)。すなわち、歯車設計支援装置は駆動軸と被駆動軸間に設置された歯車伝達機構系をモデル化して駆動軸の動作に対する被駆動軸の動的挙動を解析・算出する際、歯車の基本諸元である諸元情報と駆動条件情報及び歯車の歯形誤差、歯筋誤差等の形状誤差と歯車の基礎円中心と回転軸中心との偏心誤差の情報を与えて歯車の基礎円中心と回転軸中心の偏心により変化する作用線を求め、作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成して時系列的に運動方程式を解き駆動軸と被駆動軸の動作結果を出力するようになっている。
特許第3642274号公報 特開2004−258697公報 特開2003−240064公報
In addition, by sequentially calculating the action line (surface) that changes due to gear mounting eccentricity and solving the force balance equation on this line (on the surface), rotation due to uneven rotation of the meshing cycle and eccentricity There has been proposed one that can calculate unevenness simultaneously (Patent Document 3). That is, the gear design support device models the gear transmission mechanism system installed between the drive shaft and the driven shaft, and analyzes and calculates the dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the drive shaft. Giving information on specifications, drive conditions, gear tooth profile errors, tooth trace errors, etc., and information on eccentric errors between the basic center of the gear and the center of the rotation shaft, and the center of the rotation center of the gear The line of action that changes due to the eccentricity of the axis is obtained, a force balance equation is set for each pair of teeth that are in contact with the line of action, a motion equation is generated, and the equation of motion is solved in a time series to solve the drive shaft and the driven shaft. The operation result is output.
Japanese Patent No. 3642274 JP 2004-258697 A JP 2003-240064 A

しかしながら、上記従来方法(特許文献1)の場合、無負荷での回転特性(モーションカーブ)と負荷時のたわみ特性から算出するため、静的解析となり、慣性項や回転速度の影響(動的挙動)を解析することができない問題があった。
また、上記従来方法(特許文献2)では、歯車やケースをメッシュモデルで解析(FEM)し、弾性変形量を求めているため、解析に時間がかかる問題があった。
また、上記従来方法(特許文献3)では、一歯一歯毎に噛合っている歯の形状誤差や組み立て誤差、歯対剛性、負荷トルクなどを考慮して運動方程式を構築しているため、より厳密な解析が可能となっているが、その分、計算に時間がかかる問題があった。特に、感光体ドラムが複数あるカラーコピー機やカラープリンタでは、その分、ギヤ駆動系の数も多くなり、設計者に時間的負担を強いることになる。また、低コスト機など動力源であるモータ数を減らし、その分、ギヤを多数用いて駆動している機器に関しても同様のことがいえる。
本発明は、上記従来の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、歯車機構系に関して問題がないか確認し、歯車駆動系を試作し評価するといった作業を無くして、高精度にかつ容易に歯車設計支援をおこなうことのできる歯車設計支援装置、歯車設計支援方法、プログラムおよび記録媒体を提供することである。
However, in the case of the conventional method (Patent Document 1), since it is calculated from the rotation characteristic (motion curve) under no load and the deflection characteristic under load, it becomes a static analysis, and the influence of the inertia term and the rotation speed (dynamic behavior) ) Could not be analyzed.
Moreover, in the said conventional method (patent document 2), since the gear and the case were analyzed (FEM) with the mesh model and the amount of elastic deformation was calculated | required, there existed a problem that analysis required time.
In the conventional method (Patent Document 3), since the equation of motion is constructed in consideration of the shape error and assembly error of each tooth meshed with each tooth, the tooth pair rigidity, the load torque, etc., Although more rigorous analysis is possible, there is a problem that the calculation takes time. In particular, in a color copier or color printer having a plurality of photosensitive drums, the number of gear drive systems is increased correspondingly, which imposes a time burden on the designer. The same can be said for devices that are driven by using a large number of gears by reducing the number of motors as power sources, such as low-cost machines.
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to confirm whether there is a problem with the gear mechanism system, and to eliminate the work of making a prototype and evaluating the gear drive system with high accuracy. Another object of the present invention is to provide a gear design support device, a gear design support method, a program, and a recording medium that can easily support gear design.

上述の目的を達成するために、請求項1記載の発明は、駆動軸と被駆動軸間に設置された歯車伝達機構系をモデル化して、前記駆動軸の動作に対する前記被駆動軸の動的挙動を解析・算出する歯車設計支援方法であって、基本入力部によって対象となる歯車の基本諸元情報及びその駆動条件情報を入力する基本入力工程と、歯車形状誤差入力部によって前記歯車の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力工程と、組み付け誤差入力部によって前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差、その各軸の傾きの情報を与える組み付け誤差入力工程と、前運動方程式導出部によって、前記基本入力工程と前記組み付け誤差入力工程で与えられた情報から前記歯車同士の基礎円に接する作用線を求め、前記歯車形状誤差入力工程と前記組付け誤差入力工程から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成する前運動方程式導出工程と、前計算部によって時系列的に前記運動方程式を解く前計算工程と、起振力抽出部によって計算の途中で歯車を振動させる起振力を算出する起振力抽出工程と、本運動方程式導出部によって、この算出した起振力を用いた運動方程式に切り替える本運動方程式導出工程と、本計算部によって時系列的にこの運動方程式を解く本計算工程と、出力部によって当該本計算工程の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力する出力工程と、を備えていることを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 models a gear transmission mechanism system installed between the drive shaft and the driven shaft, so that the dynamics of the driven shaft with respect to the operation of the drive shaft are modeled. A gear design support method for analyzing and calculating a behavior, a basic input step of inputting basic specification information and driving condition information of a target gear by a basic input unit, and a shape of the gear by a gear shape error input unit Gear shape error input step for giving error information, assembly error input step for giving information on the eccentric error between the basic circle center and the rotation center of the gear and the inclination of each axis by the assembly error input unit, and derivation of the previous equation of motion A working line in contact with the basic circle between the gears from the information given in the basic input step and the assembly error input step, and the gear shape error input step and the assembly error A pre-motion equation derivation step for generating a motion equation by setting a force balance equation for each tooth pair in contact on the action line based on information obtained from the force step, and a time series by the pre-calculation unit The pre-calculation step for solving the equation of motion, the excitation force extraction step for calculating the excitation force to vibrate the gear in the middle of the calculation by the excitation force extraction unit, and the calculated excitation force by the equation of motion derivation unit This equation of motion derivation step for switching to the equation of motion used, this calculation step for solving this equation of motion in time series by this calculation unit, and the drive shaft and the driven shaft calculated by this calculation step by the output unit And an output process for outputting the analysis result.

また、請求項2記載の発明は、前記歯車伝達機構系は、回転体ドラムを駆動する回転体ドラム駆動用の歯車伝達機構系であり、前記出力工程処理で前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力するに際して、前記被駆動軸の出力に前記回転体半径を乗じて、当該回転体ドラム表面上の特性値に換算して出力することを特徴とする。
また、請求項3記載の発明は、前記起振力を算出し、これを用いた簡略化した運動方程式にする場合、起振力を歯車の回転角の関数とすることを特徴とする。
また、請求項4記載の発明は、前記起振力を算出し、これを用いた簡略化した運動方程式にする場合、起振力の振幅を歯車の負荷トルクの関数とすることを特徴とする。
また、請求項5記載の発明は、前記起振力の算出に関して、噛合っているギヤ歯の歯対力の総和データと噛合い周波数から直交検波を用いて起振力の振幅と位相を求めることを特徴とする。
また、請求項6記載の発明は、前記起振力の算出に関して、噛合っているギヤ歯の歯対力の総和データと噛合い周波数から高速フーリエ変換を用いて起振力の振幅と位相を求めることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the gear transmission mechanism system is a gear transmission mechanism system for driving a rotating drum that drives the rotating drum, and the output shaft process includes a drive shaft and a driven shaft. When outputting the analysis result, the output of the driven shaft is multiplied by the radius of the rotating body, and converted into a characteristic value on the surface of the rotating body drum.
The invention according to claim 3 is characterized in that, when the excitation force is calculated and a simplified equation of motion using the calculation is made, the excitation force is a function of the rotation angle of the gear.
The invention according to claim 4 is characterized in that, when the excitation force is calculated and a simplified equation of motion using this is obtained, the amplitude of the excitation force is a function of the load torque of the gear. .
In the invention according to claim 5, regarding the calculation of the excitation force, the amplitude and phase of the excitation force are obtained by using quadrature detection from the total data of the tooth counterforces of the meshing gear teeth and the engagement frequency. It is characterized by that.
In the invention according to claim 6, regarding the calculation of the excitation force, the amplitude and phase of the excitation force are calculated from the total data of the tooth-to-forces of the meshing gear teeth and the engagement frequency using a fast Fourier transform. It is characterized by seeking.

また、請求項7記載の発明は、噛合い周波数の帯域に応じて起振力を算出する際の精度を調整することを特徴とする。
また、請求項8記載の発明は、前記運動方程式の切り替え時には、運動方程式の粘性項の値を通常よりも大きく設定することを特徴とする。
また、請求項9記載の発明は、駆動軸と被駆動軸間に設置された歯車伝達機構系をモデル化して、前記駆動軸の動作に対する前記被駆動軸の動的挙動を解析・算出する歯車設計支援方法であって、基本入力部によって対象となる歯車の基本諸元情報及びその駆動条件情報を入力する基本入力工程と、歯車形状誤差入力部によって前記歯車の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力工程と、組み付け誤差入力部によって前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差、その各軸の傾きの情報を与える組み付け誤差入力工程と、前運動方程式導出部によって、前記基本入力工程と前記組み付け誤差入力工程で与えられた情報から前記歯車同士の基礎円に接する作用線を求め、前記歯車形状誤差入力工程と前記組付け誤差入力工程から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成する前運動方程式導出工程と、前計算部によって時系列的に前記運動方程式を解く前計算工程と、起振力抽出部によって計算の途中で歯車を振動させる起振力を算出する起振力抽出工程と、本運動方程式導出部によって、この算出した起振力を用いた運動方程式に切り替える本運動方程式導出工程と、本計算部によって時系列的にこの運動方程式を解く本計算工程と、出力部によって当該本計算工程の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力する出力工程と、を備える歯車設計支援方法をコンピュータにおいて実行するためのプログラムを特徴とする。
The invention described in claim 7 is characterized in that the accuracy in calculating the excitation force is adjusted according to the band of the meshing frequency.
The invention according to claim 8 is characterized in that the value of the viscosity term of the equation of motion is set larger than usual when the equation of motion is switched.
According to a ninth aspect of the present invention, the gear transmission mechanism system installed between the drive shaft and the driven shaft is modeled to analyze and calculate the dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the drive shaft. A design support method, a basic input step of inputting basic specification information and driving condition information of a target gear by a basic input unit, and a gear shape which gives information on the shape error of the gear by a gear shape error input unit An error input step, an assembly error input step that gives information on the eccentric error between the basic circle center and the rotation center of the gear and the inclination of each axis by the assembly error input unit, and the basic input step by the previous motion equation derivation unit Then, an action line in contact with the basic circle between the gears is obtained from the information given in the assembly error input step, and the information obtained from the gear shape error input step and the assembly error input step is obtained. Pre-motion equation derivation step for generating a motion equation by setting a force balance equation for each tooth pair contacting on the action line based on the above, and a pre-calculation step for solving the motion equation in time series by a pre-calculation unit And an excitation force extraction step for calculating an excitation force that vibrates the gear in the middle of the calculation by the excitation force extraction unit, and a book for switching to the equation of motion using the calculated excitation force by the equation of motion derivation unit. Equation of motion derivation step, main calculation step for solving the equation of motion in time series by the present calculation unit, and output step for outputting the analysis result of the drive shaft and the driven shaft calculated by the output unit by the output unit And a program for executing on a computer a gear design support method.

また、請求項10記載の発明は、駆動軸と被駆動軸間に設置された歯車伝達機構系をモデル化して、前記駆動軸の動作に対する前記被駆動軸の動的挙動を解析・算出する歯車設計支援方法であって、基本入力部によって対象となる歯車の基本諸元情報及びその駆動条件情報を入力する基本入力工程と、歯車形状誤差入力部によって前記歯車の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力工程と、組み付け誤差入力部によって前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差、その各軸の傾きの情報を与える組み付け誤差入力工程と、前運動方程式導出部によって、前記基本入力工程と前記組み付け誤差入力工程で与えられた情報から前記歯車同士の基礎円に接する作用線を求め、前記歯車形状誤差入力工程と前記組付け誤差入力工程から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成する前運動方程式導出工程と、前計算部によって時系列的に前記運動方程式を解く前計算工程と、起振力抽出部によって計算の途中で歯車を振動させる起振力を算出する起振力抽出工程と、本運動方程式導出部によって、この算出した起振力を用いた運動方程式に切り替える本運動方程式導出工程と、本計算部によって時系列的にこの運動方程式を解く本計算工程と、出力部によって当該本計算工程の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力する出力工程と、を備える歯車設計支援方法をコンピュータにおいて実行するためのプログラムが記録されている記録媒体を特徴とする。   The invention according to claim 10 models a gear transmission mechanism system installed between the drive shaft and the driven shaft, and analyzes and calculates the dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the drive shaft. A design support method, a basic input step of inputting basic specification information and driving condition information of a target gear by a basic input unit, and a gear shape which gives information on the shape error of the gear by a gear shape error input unit An error input step, an assembly error input step that gives information on the eccentric error between the basic circle center and the rotation center of the gear and the inclination of each axis by the assembly error input unit, and the basic input step by the previous motion equation derivation unit And an action line in contact with the basic circle between the gears from the information given in the assembly error input step, obtained from the gear shape error input step and the assembly error input step Based on the information, a pre-motion equation derivation step that generates a motion equation by setting a force balance equation for each pair of teeth contacting on the action line, and a pre-calculation that solves the motion equation in time series by the pre-calculation unit The process and the excitation force extraction step for calculating the excitation force to vibrate the gear in the middle of the calculation by the excitation force extraction unit, and the equation of motion using this calculation equation derivation unit are switched to the equation of motion using the calculated excitation force. This equation of motion derivation step, this calculation step that solves this equation of motion in time series by this calculation unit, and the output unit that outputs the analysis results of the drive shaft and the driven shaft calculated by the calculation step And a recording medium storing a program for executing the gear design support method in a computer.

また、請求項11記載の発明は、駆動軸と被駆動軸間に設置された歯車伝達機構系をモデル化して、前記駆動軸の動作に対する前記被駆動軸の動的挙動を解析・算出する歯車設計支援装置であって、対象となる歯車の基本諸元情報及びその駆動条件情報を入力する基本入力部と、前記歯車の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力部と、前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差、その各軸の傾きの情報を与える組み付け誤差入力部と、前記基本入力部と前記組み付け誤差入力部で与えられた情報から前記歯車同士の基礎円に接する作用線を求め、前記歯車形状誤差入力部と前記組付け誤差入力部から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成する前運動方程式導出部と、時系列的に前記運動方程式を解く前計算部と、計算の途中で歯車を振動させる起振力を算出する起振力抽出部と、この算出した起振力を用いた運動方程式に切り替える本運動方程式導出部と、時系列的にこの運動方程式を解く本計算部と、当該本計算部の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力する出力部と、を備えていることを特徴とする。   The invention according to claim 11 models a gear transmission mechanism system installed between the drive shaft and the driven shaft, and analyzes and calculates the dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the drive shaft. A design support device, a basic input unit for inputting basic specification information and driving condition information of a target gear, a gear shape error input unit for providing information on the shape error of the gear, and a basic circle of the gear An assembly error input unit that gives information on the eccentricity error between the center and the rotation center and the inclination of each axis, and an action line that touches the basic circle between the gears from the information provided by the basic input unit and the assembly error input unit Pre-motion for generating an equation of motion by setting a force balance equation for each tooth pair in contact on the action line based on information obtained from the gear shape error input unit and the assembly error input unit Equation deriving section and time series A pre-calculation unit that solves the equation of motion, an excitation force extraction unit that calculates an excitation force that vibrates the gear in the middle of calculation, and an equation-of-motion equation derivation unit that switches to the equation of motion using the calculated excitation force And a main calculation unit that solves the equation of motion in time series, and an output unit that outputs an analysis result of the drive shaft and the driven shaft calculated by the main calculation unit. .

本発明によれば、歯車シミュレーションで計算時間のかかる噛合い周期の起振力計算を、近似化した簡略式を用いて、繰り返し計算を行い、その収束状態を確認しながら計算を進める計算工程での解析効率(計算時間の短縮化、計算コストの低減)を高めることになるので、歯車の回転伝達特性に影響を与えるパラメータの歯車形状誤差(歯形誤差、歯筋誤差、累積ピッチ誤差)と偏心誤差と組付け誤差の影響を事前にかつ短時間の解析によって予測することができる。
その際、解析は動的挙動(慣性項や回転速度の影響:共振現象など)を考慮して行い、これによって歯車機構系に関して問題がないか確認し、歯車駆動系を試作し評価するといった作業を無くして、高精度にかつ容易に歯車設計支援をおこなうことができる。
According to the present invention, the calculation of the excitation force of the meshing cycle, which takes time for calculation in the gear simulation, is repeatedly performed using an approximated simplified formula, and the calculation is performed while checking the convergence state. Analysis efficiency (reduction of calculation time, reduction of calculation cost), parameters of gear shape errors (tooth profile error, tooth trace error, accumulated pitch error) and eccentricity that affect the rotation transmission characteristics of gears. The effects of errors and assembly errors can be predicted in advance and with a short analysis.
At that time, the analysis is performed in consideration of dynamic behavior (influence of inertial term and rotation speed: resonance phenomenon, etc.), thereby confirming that there is no problem with the gear mechanism system, and making a prototype and evaluating the gear drive system. The gear design can be supported with high accuracy and ease.

以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明による歯車設計支援装置の一実施形態の概略構成ブロック図である。
図1に示すように、この歯車設計支援装置は、パソコン等のコンピュータ1に適用されるものであり、内部バス2を介して、総合的な制御を行うCPU(Central Processing Unit)3、解析結果を一時的に記憶させるRAM(Random Access Memory)5、表示ディスプレイであるCRT(Cathode Ray Tube)7、この表示ディスプレイを利用する入力用のキーボード9とマウス11、直接データを入出力するFDD(Floppy(登録商標) Disk Drive)13、解析結果を出力するプリンタ15、CPU3の基本制御を行うOS(Operating System)と歯車設計支援のための歯車設計支援プログラムが蓄積された磁気ディスク装置(HDD:Hard Disk Drive)17、が接続された構成となっている。
なお、FDD(Floppy(登録商標) Disk Drive)13には、歯車形状誤差データ、偏心誤差データや組付け誤差データ(軸平行度誤差データ)、歯車諸元データ等が記憶されたFD(Floppy(登録商標) Disk)19が挿入され読み込まれるようになっている。なお、入出力用のキーボード9やマウス11を用いて歯車形状誤差データ、偏心誤差データや組付け誤差データ(軸平行度誤差データ)、歯車諸元データを入力しても良い。
また、FD(Floppy(登録商標) Disk)19だけでなく、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)やCD−R/RW(Compact Disc Recordable/ReWritable)等の可搬性の記録媒体を用いてもかまわない。このように可搬性の記録媒体(外部記憶装置)に設計支援プログラムを格納しておくことにより、持ち運びが可能となり、様々な場所でシミュレーションが容易にできる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic block diagram of an embodiment of a gear design support apparatus according to the present invention.
As shown in FIG. 1, this gear design support apparatus is applied to a computer 1 such as a personal computer, and has a CPU (Central Processing Unit) 3 that performs comprehensive control via an internal bus 2 and an analysis result. RAM (Random Access Memory) 5 for temporarily storing data, CRT (Cathode Ray Tube) 7 as a display, input keyboard 9 and mouse 11 using this display, FDD (Floppy) for directly inputting / outputting data (Registered trademark) Disk Drive) 13, a printer 15 for outputting analysis results, an OS (Operating System) for basic control of the CPU 3, and a magnetic disk device (HDD: Hard) in which a gear design support program for gear design support is stored Disk Drive) 17 is connected.
In the FDD (Floppy (registered trademark) Disk Drive) 13, gear shape error data, eccentricity error data, assembly error data (axial parallelism error data), gear specification data, and the like are stored. (Registered trademark) Disk) 19 is inserted and read. Note that gear shape error data, eccentricity error data, assembly error data (axis parallelism error data), and gear specification data may be input using the input / output keyboard 9 and mouse 11.
Further, not only the FD (Floppy (registered trademark) Disk) 19 but also a portable recording medium such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) or a CD-R / RW (Compact Disc Recordable / ReWritable) is used. It doesn't matter. By storing the design support program in the portable recording medium (external storage device) in this way, it is possible to carry it, and simulation can be easily performed in various places.

このような構成により、磁気ディスク装置(HDD:Hard Disk Drive)17に記憶された歯車設計支援プログラムを実行させることで、後述するように歯車の動的な解析結果から得られ、設計時に有効な情報をCRTやプリントアウトした紙から供給することができる。
なお、上記実施形態では、CPU(Central Processing Unit)の基本制御を行うOS(Operating System)及び歯車の動的な回転特性を算出して設計支援するプログラムを磁気ハードディスク装置(HDD:Hard Disk Drive)17がコンピュータ1内に設けられていたが、図2のように磁気ハードディスク装置(HDD:Hard Disk Drive)17を外部記憶装置にして、HDDインターフェース21を介して外部記憶装置からOSと解析プログラムを読み込むようにしても良い。図2は、図1に示した歯車設計支援装置の変形例の概略構成ブロック図である。
With such a configuration, a gear design support program stored in a magnetic disk device (HDD: Hard Disk Drive) 17 is executed, which is obtained from the dynamic analysis result of the gear as will be described later, and is effective at the time of design. Information can be supplied from CRT or printed paper.
In the above-described embodiment, an OS (Operating System) that performs basic control of a CPU (Central Processing Unit) and a program that supports design by calculating dynamic rotation characteristics of gears are included in a magnetic hard disk drive (HDD: Hard Disk Drive). 17 is provided in the computer 1, but the hard disk drive (HDD: Hard Disk Drive) 17 is an external storage device as shown in FIG. 2, and the OS and analysis program are transferred from the external storage device via the HDD interface 21. You may make it read. FIG. 2 is a schematic block diagram of a modified example of the gear design support apparatus shown in FIG.

このように、本実施形態によれば、様々なコンピュータ等の情報処理装置にインストールでき、歯車形状誤差(歯形誤差、歯筋誤差、累積ピッチ誤差)と偏心誤差と組付け誤差(駆動軸と従動軸の平行度誤差)の影響を事前に短時間の解析によって予測することができるとともに、記録媒体を様々な場所に持ち込んでシミュレーションが行える。
その結果、歯車機構系に関して問題がないか確認し、歯車駆動系を試作し評価するといった作業を無くして、高精度にかつ容易に歯車設計支援をおこなうことのできる記録媒体の提供ができる。
As described above, according to the present embodiment, it can be installed in various information processing apparatuses such as computers, gear shape errors (tooth profile errors, tooth trace errors, accumulated pitch errors), eccentric errors, and assembly errors (driving shaft and follower). The effect of the parallelism error of the axis can be predicted in advance by a short analysis, and the recording medium can be brought into various places for simulation.
As a result, it is possible to provide a recording medium that can easily support gear design with high accuracy by eliminating the work of checking whether there is a problem with the gear mechanism system, making a prototype and evaluating the gear drive system.

また、CPU3の基本制御を行うOS(Operating System)に基づいて歯車設計支援プログラムを実行することにより、CPU3は、図14に示すような機能ブロックを有するようになる。図14は、図1に示したコンピュータ1により歯車設計支援プログラムを実行した場合の機能ブロック図である。
図14に示すように、この歯車設計支援装置は、対象となる歯車の基本諸元である諸元情報及び目標速度や負荷トルクなどの駆動条件情報を与える基本入力部31と、歯車の歯形誤差、歯すじ誤差、累積ピッチ誤差、等の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力部33と、歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差、その各軸の傾きの情報を与える組み付け誤差入力部35と、基本入力部31と組み付け誤差入力部35で与えられた情報から歯車の基礎円中心と回転軸中心との偏心によって変化する作用線を求め、歯車形状誤差入力部33と組付け誤差入力部35から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成する前運動方程式導出部37と、時系列的にこの運動方程式を解く前計算部39と、計算の途中で歯車を振動させる起振力を算出する起振力抽出部41と、この算出した起振力を用いた運動方程式に切り替える本運動方程式導出部43と、時系列的にこの運動方程式を解く本計算部45と、本計算部45の計算した駆動軸と被駆動軸の解析結果を出力する出力部47と、を有している。
Further, by executing a gear design support program based on an OS (Operating System) that performs basic control of the CPU 3, the CPU 3 has functional blocks as shown in FIG. FIG. 14 is a functional block diagram when the gear design support program is executed by the computer 1 shown in FIG.
As shown in FIG. 14, this gear design support device includes a basic input unit 31 that provides basic information of a target gear and information on driving conditions such as target speed and load torque, and a tooth profile error of the gear. Gear shape error input unit 33 that gives information on shape errors such as tooth trace error, cumulative pitch error, etc., and an assembly error input that gives information on the eccentricity error between the basic circle center and rotation center of the gear and the inclination of each axis. From the information given by the unit 35, the basic input unit 31 and the assembly error input unit 35, an action line that changes due to the eccentricity between the center of the basic circle of the gear and the center of the rotation shaft is obtained, and the error of the gear shape error input unit 33 and the assembly error Based on the information obtained from the input unit 35, a pre-motion equation deriving unit 37 for generating a motion equation by setting a force balance equation for each tooth pair contacting on the action line, and this motion equation in time series Calculate before solving 39, an excitation force extraction unit 41 that calculates an excitation force that vibrates the gear in the middle of the calculation, a motion equation deriving unit 43 that switches to an equation of motion using the calculated excitation force, and time series The calculation unit 45 that solves the equation of motion, and the output unit 47 that outputs the analysis result of the drive shaft and the driven shaft calculated by the calculation unit 45 are provided.

次に、図3のフローチャートを参照して、図1に示した歯車設計支援装置における設計支援のための解析処理について説明する。図3は、図1に示した歯車設計支援装置における設計支援のための解析処理のフローチャートである。
図3のステップ101において、まず、対象となる歯車の基本諸元情報とその駆動条件情報を入力する。
ここで、基本諸元情報としては、歯車の歯数、モジュール、圧力角、ねじれ角、歯幅、材質、慣性モーメント、軸間距離などがある。また、駆動条件情報としては、例えば駆動歯車と従動歯車の初期角度(どの歯とどの歯から噛合い始めるのか)と駆動軸に与える目標速度、被駆動軸に加わる負荷トルクである。
次に、ステップ103において、歯車誤差入力工程で歯車の形状誤差(歯形誤差、歯筋誤差、累積ピッチ誤差、歯溝の振れ)の情報を与え、次に、ステップ105において、組付け誤差入力工程で偏心誤差(基礎(ピッチ)円中心と回転軸中心の距離)と、駆動軸と被駆動軸の平行度誤差(軸の傾き)の情報を加える。
これらのデータを与えた後、ステップ107において、解析条件の設定工程で、解析条件として、歯車駆動系の解析対象動作時間と解析ステップ(解析時間間隔)等の設定をする。
Next, analysis processing for design support in the gear design support apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 3 is a flowchart of an analysis process for design support in the gear design support apparatus shown in FIG.
In step 101 of FIG. 3, first, basic specification information of the target gear and its driving condition information are input.
Here, basic specification information includes the number of gear teeth, module, pressure angle, torsion angle, tooth width, material, moment of inertia, distance between axes, and the like. The driving condition information includes, for example, initial angles of the driving gear and the driven gear (which tooth starts to engage with which tooth), a target speed applied to the driving shaft, and a load torque applied to the driven shaft.
Next, in step 103, information on the gear shape error (tooth profile error, tooth trace error, cumulative pitch error, tooth gap runout) is given in the gear error input process, and then in step 105, the assembly error input process. To add information on the eccentricity error (distance between the center of the base (pitch) circle and the center of the rotating shaft) and the parallelism error (shaft inclination) between the driving shaft and the driven shaft.
After giving these data, in step 107, in the analysis condition setting step, the analysis target operation time of the gear drive system and the analysis step (analysis time interval) are set as the analysis conditions.

ここで、歯車駆動系は、駆動側の歯と被駆動側の歯を噛合わせて動力を伝達しており、この歯の噛合いは、それぞれの回転角度に応じて(一定速度の場合は時間に応じて)、常に変化している。動力伝達に関わる歯同士の接触力は接触剛性(歯対剛性)値とその撓み量の積として求められる。歯車形状誤差の影響は、歯面位置が形状誤差のない場合に比べ接触する位置(作用線上の位置)をオフセットさせることで対応できる。また、組付け誤差によって軸平行度誤差が生じた場合、誤差のない場合に比べ、歯幅の位置に応じて歯面位置が変化するのでこの変化した分を更にオフセットに加えることで、歯車形状誤差と組付け誤差のモデル化が可能となる。
次に、ステップ109において、前運動方程式導出工程処理で、この作用線上に噛合い力が働き、偏心回転した場合、回転角で変化するこの作用線を幾何学的に逐次求めて解析を行う(図4参照)と共に、各歯車ごとに式をたてて、それを連立させて解析する(図5参照)。すなわち、基本入力工程処理と前記組み付け誤差入力工程処理で与えられた情報から歯車同士の基礎円に接する作用線を求め、歯車形状誤差入力工程処理と組付け誤差入力工程処理から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成するようにしている。
図4は、噛合っている歯車の基礎円とそれに接する作用線の関係を示す説明図であり、図5は、各歯車ごとに式をたてて、それを連立させて解析する場合に運動方程式の説明図である。
Here, the gear drive system meshes the drive-side teeth and the driven-side teeth to transmit the power, and the meshing of these teeth depends on the respective rotation angles (in the case of constant speed, the time Is always changing). The contact force between teeth involved in power transmission is obtained as the product of the contact stiffness (tooth-to-stiffness) value and the amount of deflection. The influence of the gear shape error can be dealt with by offsetting the contact position (position on the action line) as compared with the case where the tooth surface position has no shape error. Also, when an axial parallelism error occurs due to an assembly error, the tooth surface position changes according to the position of the tooth width compared to the case where there is no error, so by adding this changed amount to the offset, the gear shape Error and assembly error can be modeled.
Next, in step 109, when the meshing force acts on the action line in the process of deriving the previous equation of motion and the shaft rotates eccentrically, the action line that changes with the rotation angle is geometrically obtained sequentially for analysis ( In addition, a formula is established for each gear, and it is analyzed simultaneously (see FIG. 5). That is, an action line in contact with the basic circle between the gears is obtained from the information given in the basic input process and the assembly error input process, and the information obtained from the gear shape error input process and the assembly error input process is obtained. An equation of motion is generated by setting a force balance equation for each tooth pair originally contacting on the action line.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the basic circles of the meshing gears and the action lines in contact therewith, and FIG. 5 shows the motion when formulating each gear and analyzing it in combination. It is explanatory drawing of an equation.

図5に示すように、この作用線上で歯面同士の力の釣り合いを求める際、歯面の形状誤差(歯車形状誤差:歯形誤差や歯筋誤差等)と組付け誤差(軸平行度誤差)によるオフセットを与えた場合のたわみ量を算出する。そしてこの力の釣り合いを微小時間毎(解析ステップ毎)に求め、計算を進めていく。数値解法としては、微分方程式を解く一般的なオイラー法やルンゲクッタ法、ニューマークβ法などで対応できる。
すなわち、ある任意のギヤに関して、図5の記号を用いて回転方向(θ)と並進方向(x,y)で運動方程式をたてる。

Figure 2009070192

Figure 2009070192

Figure 2009070192

Figure 2009070192
(1)
ただし、m、Jは歯車の質量と慣性モーメント、θは回転角、cは粘性係数、rbは基礎円半径、Ftは噛合い接触力、Tは駆動トルクや負荷トルク、Ogは基礎円中心(ギヤ重心)、Ojは回転軸、Fjx、Fjyは軸受け反力、αwは噛合い圧力角、φは偏心角、εは偏心量、Ktは接触剛性(歯対剛性)、ξは歯面同士の接触位置、nは噛合っている歯数、iはその何番目かを示す。ψは作用線方向の歯面変形量、eは噛合っている歯面位置での駆動側と従動側の形状誤差と軸平行度誤差の和である。
この式において、偏心して回転する場合変化する、φ、αwを逐次求めて運動方程式を修正し、時系列的に解いていく。歯面変形量ψは、駆動歯車と従動歯車の噛合っている歯面の移動量の差分から求められる。 As shown in FIG. 5, when calculating the balance of forces between tooth surfaces on this line of action, the tooth surface shape error (gear shape error: tooth shape error, tooth trace error, etc.) and assembly error (axis parallelism error) The amount of deflection when the offset is given is calculated. And the balance of this force is calculated | required for every minute time (every analysis step), and calculation is advanced. As a numerical solution method, a general Euler method, a Runge-Kutta method, a Newmark β method, etc. for solving a differential equation can be used.
That is, with respect to a certain arbitrary gear, an equation of motion is established in the rotational direction (θ) and the translational direction (x, y) using the symbols in FIG.
Figure 2009070192

Figure 2009070192

Figure 2009070192

Figure 2009070192
(1)
Where m and J are the gear mass and moment of inertia, θ is the rotation angle, c is the viscosity coefficient, rb is the basic circle radius, Ft is the meshing contact force, T is the driving torque and load torque, and Og is the center of the basic circle ( Gear center of gravity), Oj is the rotation axis, Fjx, Fjy is the bearing reaction force, αw is the meshing pressure angle, φ is the eccentric angle, ε is the eccentricity, Kt is the contact stiffness (tooth-to-rigidity), and ξ is between the tooth surfaces The contact position, n is the number of meshed teeth, and i is the number. ψ is the amount of tooth surface deformation in the action line direction, and e is the sum of the shape error and the axis parallelism error on the driving and driven sides at the meshing tooth surface positions.
In this equation, φ and αw, which change when rotating eccentrically, are successively obtained to correct the equation of motion, and are solved in time series. The tooth surface deformation amount ψ is obtained from the difference in the amount of movement of the tooth surfaces engaged with the drive gear and the driven gear.

上記の運動方程式を解く前計算処理で噛合い接触力Ftを求め、それを次式のように設定する。

Figure 2009070192
(2)
ここで、Ftcは一定値で負荷トルクなどによって決まる値、Ftvは噛合い周期の変動成分(起振力)、fmは噛合い周波数、tは時間、ζは変動成分の位相である。
次に、ステップ111において、定常状態で所定の時間を解析(時系列的に前記運動方程式を解く前計算工程)すると、図6のように噛合っている歯ごとの接触力が得られる。これらの総和が歯車を駆動する力(トルク)となる(図7参照)。図6は、噛合っている歯ごとの接触力を示す図であり、図7は、噛合っている歯ごとの接触力の総和を示す図である。
そして、この噛合い周期の変動成分が、回転ムラを生じさせる起振力(トルクムラ)である。そこで、ステップ113において、前計算工程が終了すると、ステップ115、117において、起振力抽出工程および本運動方程式導出工程で定常状態の解析データからこの起振力の周波数と振幅、位相を求め、運動方程式の噛合い接触力Ftを、上記(2)式のように定常値Ftcと変動成分(起振力成分Ftv)に振り分けて設定し、上記(1)式を上記(2)式へと切り替える(簡略化した起振力;図8参照)。図8は、簡略化した起振力(トルクムラ)を示す図である。 The meshing contact force Ft is obtained by pre-calculation processing for solving the above equation of motion, and is set as the following equation.
Figure 2009070192
(2)
Here, Ftc is a constant value determined by the load torque and the like, Ftv is the meshing cycle fluctuation component (vibration force), fm is the meshing frequency, t is time, and ζ is the phase of the fluctuation component.
Next, in step 111, when a predetermined time is analyzed in a steady state (pre-calculation step for solving the equation of motion in time series), the contact force for each meshed tooth is obtained as shown in FIG. The sum of these becomes the force (torque) for driving the gear (see FIG. 7). FIG. 6 is a diagram showing the contact force for each meshed tooth, and FIG. 7 is a diagram showing the total contact force for each meshed tooth.
And the fluctuation component of this meshing cycle is an excitation force (torque unevenness) that causes rotation unevenness. Therefore, when the pre-calculation process is completed in step 113, in steps 115 and 117, the frequency, amplitude, and phase of this excitation force are obtained from the analysis data in the steady state in the excitation force extraction step and the motion equation derivation step. The meshing contact force Ft in the equation of motion is set by dividing into the steady value Ftc and the fluctuation component (vibration force component Ftv) as in the above equation (2), and the above equation (1) is converted into the above equation (2). Switching (simplified vibration force; see FIG. 8). FIG. 8 is a diagram showing a simplified vibration force (torque unevenness).

次に、簡略化した運動方程式を導出した後に、ステップ119において、本計算工程で高速に解析を実施し、時系列的にこの運動方程式を解く。その後、ステップ121において、解析時間が終了した場合、ステップ123において、ここまで時系列にステップ時間毎に蓄積してきた解析結果(回転特性:駆動軸と被駆動軸の時間に対する角度伝達誤差、角速度伝達誤差)を、図9は、(a)、(b)、(c)に示すように、グラフや表として表示ディスプレイ7やプリンタ15に出力したり、データとして記録媒体(FD)19に保存する。図9は、時系列にステップ時間毎に蓄積してきた解析結果を示す図であり、(a)は角度伝達誤差、(b)、(c)は角速度伝達誤差を示す図である。
これにより、例えば、1対のギヤで1秒間の解析に要する時間が従来方法では98秒だったものが、本発明による方法ならば、13秒となり重要な周波数領域(噛合い周波数など)での解析精度を下げることなく、計算時間が短縮化できたことがわかる。
Next, after deriving a simplified equation of motion, in step 119, analysis is performed at high speed in this calculation process, and this equation of motion is solved in time series. Thereafter, when the analysis time ends in step 121, in step 123, the analysis results accumulated so far in time series for each step time (rotation characteristics: angular transmission error and angular velocity transmission with respect to the time of the drive shaft and the driven shaft) 9 are output to the display display 7 and the printer 15 as graphs and tables as shown in FIGS. 9A, 9B, and 9C, or are stored in the recording medium (FD) 19 as data. . FIG. 9 is a diagram showing analysis results accumulated in time series for each step time, where (a) shows angular transmission errors, and (b) and (c) show angular velocity transmission errors.
As a result, for example, the time required for an analysis for one second with a pair of gears was 13 seconds in the conventional method, compared with 98 seconds in the conventional method, but in an important frequency region (such as mesh frequency). It can be seen that the calculation time can be shortened without lowering the analysis accuracy.

このように、本実施形態によれば、歯車シミュレーションで計算時間のかかる噛合い周期の起振力計算を、近似化した簡略式を用いて、繰り返し計算を行い、その収束状態を確認しながら計算を進める計算工程での解析効率(計算時間の短縮化、計算コストの低減)を高めることになるので、歯車の回転伝達特性に影響を与えるパラメータの歯車形状誤差(歯形誤差、歯筋誤差、累積ピッチ誤差)と偏心誤差と組付け誤差の影響を事前にかつ短時間の解析によって予測することができる。
その際、解析は動的挙動(慣性項や回転速度の影響:共振現象など)を考慮して行い、これによって歯車機構系に関して問題がないか確認し、歯車駆動系を試作し評価するといった作業を無くして、高精度にかつ容易に歯車設計支援をおこなうことができる。
As described above, according to the present embodiment, the excitation force calculation of the meshing period, which takes time to calculate in the gear simulation, is repeatedly performed using the approximate simplified formula, and the calculation is performed while checking the convergence state. This increases the analysis efficiency (reduction of calculation time and reduction of calculation cost) in the calculation process, so that the gear shape errors (tooth profile error, tooth trace error, cumulative) of parameters that affect the gear rotation transmission characteristics The effects of pitch error), eccentricity error, and assembly error can be predicted in advance and in a short time analysis.
At that time, the analysis is performed in consideration of dynamic behavior (influence of inertial term and rotation speed: resonance phenomenon, etc.), thereby confirming that there is no problem with the gear mechanism system, and making a prototype and evaluating the gear drive system. The gear design can be supported with high accuracy and ease.

上記実施形態は、図10に示すような回転体ドラム(例えば感光体ドラムや印刷用のドラム、画像形成用のドラム等)駆動用の歯車伝達機構系に適用することができ、その際の出力工程で、歯車1回転周期の回転体ドラム表面上の位置ずれと歯車噛合い周期での回転体ドラム表面上の速度ムラを出力する。図10は、本発明が適用される回転体ドラム駆動用の歯車伝達機構系を示す概略図である。
これにより、回転体表面上の位置ずれや速度ムラは角度伝達誤差や角速度伝達誤差に回転体半径を乗することで求めることができる。
このように、本実施形態によれば、歯車伝達機構系は、回転体ドラムを駆動する回転体ドラム駆動用の歯車伝達機構系であり、前記出力工程処理で、前記駆動軸と前記被駆動軸の動作結果を出力するに際して、前記被駆動軸の出力に前記回転体ドラム半径を乗じて、当該回転体ドラム表面上の特性値(位置ずれ、速度ムラ)に換算して出力することで、実際に画像が形成される回転体ドラム表面上における歯車の形状誤差と偏心誤差と組付け誤差に対する特性値(位置ずれや速度ムラ)が得られる。
その結果、歯車の形状誤差と偏心誤差と組付け誤差が、回転体ドラム表面上の特性値である位置ずれ(多色重ね合わせでの色ずれ)と噛合い周期での速度変動(濃度ムラであるバンディング)にどのように影響を与えるかを事前解析によって短時間で明らかにすることができる。
The above embodiment can be applied to a gear transmission mechanism system for driving a rotating drum (for example, a photosensitive drum, a printing drum, an image forming drum, etc.) as shown in FIG. In the process, the positional deviation on the surface of the rotating drum with one rotation period of the gear and the speed unevenness on the surface of the rotating drum with the gear meshing period are output. FIG. 10 is a schematic diagram showing a gear transmission mechanism system for driving a rotating drum to which the present invention is applied.
Thereby, the positional deviation and the speed unevenness on the surface of the rotating body can be obtained by multiplying the angle transmission error and the angular speed transmission error by the rotating body radius.
Thus, according to the present embodiment, the gear transmission mechanism system is a gear transmission mechanism system for driving a rotating drum that drives the rotating drum, and the drive shaft and the driven shaft are output in the output process. When the operation result is output, the output of the driven shaft is multiplied by the radius of the rotating drum, and converted into a characteristic value (positional deviation, speed unevenness) on the surface of the rotating drum. Characteristic values (positional deviation and speed unevenness) with respect to the shape error, eccentricity error and assembly error of the gear on the surface of the rotating drum on which an image is formed are obtained.
As a result, the gear shape error, eccentricity error, and assembly error are caused by positional deviation (color misregistration in multi-color superposition), which is a characteristic value on the surface of the rotating drum, and speed fluctuation (density unevenness) in the meshing cycle. How it affects a certain banding) can be revealed in a short time by pre-analysis.

また、図3のステップ111における前計算処理工程から求めた起振力の振幅と位相を用いて数式化する際に、正弦関数の独立変数には時間tではなく、歯車の回転角θを用いて、以下の式(3)のように設定する。

Figure 2009070192
(3)
すなわち、歯車の噛合い周期の振動は、歯車の歯が衝突することで発生するので、回転角の変数とした方が、より厳密となる。これにより、解析精度の向上が期待でき、また、低周期での速度ムラが重なった場合でも変調され、実測に即した計算結果が得られる。
このように、本実施形態によれば、起振力を算出し、これを用いた簡略化した運動方程式にする場合、起振力を歯車の回転角の関数とすることで、歯車の回転位置(速度)に対応した起振力波形が設定される。
その結果、高速計算をするために必要な起振力に関して、時間軸(周波数)に関して精度よく設定することで解析の信頼性の向上を図ることができる。 In addition, when formulating using the amplitude and phase of the excitation force obtained from the pre-calculation process in step 111 of FIG. 3, the rotation angle θ of the gear is used as the independent variable of the sine function instead of the time t. Thus, the following equation (3) is set.
Figure 2009070192
(3)
That is, since the vibration of the meshing period of the gear is generated by the collision of the gear teeth, it becomes more strict when the rotation angle is set as a variable. As a result, an improvement in analysis accuracy can be expected, and even when speed irregularities in low cycles overlap, a modulation result is obtained and a calculation result based on actual measurement is obtained.
As described above, according to the present embodiment, when the excitation force is calculated and a simplified equation of motion using the calculated excitation force, the rotation position of the gear is obtained by using the excitation force as a function of the rotation angle of the gear. A vibration force waveform corresponding to (speed) is set.
As a result, it is possible to improve the reliability of the analysis by accurately setting the excitation force necessary for high-speed calculation with respect to the time axis (frequency).

また、図3のステップ111における前計算処理工程から求めた起振力の振幅と位相を用いて数式化する際に、その振幅(起振力)を負荷トルクの関数として定義する。
すなわち、前計算工程で使用した負荷トルクなら得られた振幅をそのまま使用しても問題ないが、本計算工程中で、負荷トルクが変化する場合、それに合わせて一定値Ftcと変動成分(起振力)Ftvの大きさを変えるようにする。具体的には、以下の式(4)に示すように負荷トルクTの関数としてFtcとFtvを定義し、その詳細な関係は事前に解析評価を行って求めておき、設定することになる。

Figure 2009070192
(4)
このように、本実施形態によれば、起振力を算出し、これを用いた簡略化した運動方程式にする場合、起振力の振幅を負荷トルクの関数とすることで、本計算工程中で、負荷トルクが変化する場合でも、それに合わせて一定値Ftcと変動成分(起振力)Ftvの大きさを変えるようになる。
その結果、高速計算をするために必要な起振力に関して、負荷トルクが変化した場合でも精度よく設定することで解析の信頼性の向上を図ることできる。 Further, when formulating using the amplitude and phase of the excitation force obtained from the pre-calculation process in step 111 of FIG. 3, the amplitude (vibration force) is defined as a function of the load torque.
That is, if the load torque used in the previous calculation process is used as it is, the obtained amplitude can be used as it is. However, if the load torque changes during this calculation process, the constant value Ftc and the fluctuation component (vibration) Force) Change the size of Ftv. Specifically, as shown in the following formula (4), Ftc and Ftv are defined as a function of the load torque T, and the detailed relationship is obtained by performing analysis and evaluation in advance and set.
Figure 2009070192
(4)
As described above, according to the present embodiment, when the excitation force is calculated and a simplified equation of motion using this is calculated, the amplitude of the excitation force is used as a function of the load torque. Thus, even when the load torque changes, the magnitudes of the constant value Ftc and the fluctuation component (vibration force) Ftv are changed accordingly.
As a result, the reliability of the analysis can be improved by accurately setting the excitation force necessary for high-speed calculation even when the load torque changes.

また、図3のステップ111における前計算工程で得られた時間VS接触力の総和の関係から、噛合い周期の変動成分である起振力をどのように求めるかということに関し、図11に示すように、直交検波を用いて算出するようにする。図11は、直交検波を用いて噛合い周期の変動成分である起振力を求める場合の説明図である。
これは、直交検波とは周知技術のひとつで、主に電波の検波方式の一種で、一つの信号を4分の1サイクルだけずらして復調する検波方式である。噛合い周波数というように周期が予めわかっているものに活用でき、ここの処理に必要な計算負荷も比較的少なくて済み、高速化に有利である。
このように、本実施形態によれば、起振力の算出に関して、噛合っているギヤ歯の歯対力の総和データと噛合い周波数から直交検波を用いて起振力の振幅と位相を求めることで、噛合い周波数というように周期が予めわかっているものに適用される。
その結果、高速計算をするために必要な起振力に関して、起振力の振幅値を計算負荷をかけることなく簡単に精度よく設定することで、解析の信頼性の向上を図ることができる。
Further, FIG. 11 shows how to determine the excitation force, which is a variable component of the meshing cycle, from the relationship of the sum of the time VS contact forces obtained in the previous calculation step in step 111 of FIG. As described above, calculation is performed using quadrature detection. FIG. 11 is an explanatory diagram in the case of obtaining the excitation force, which is a variation component of the meshing cycle, using quadrature detection.
This is one of the well-known techniques for quadrature detection, which is mainly a type of radio wave detection method, and is a detection method that demodulates one signal by shifting it by a quarter cycle. This method can be used for a mesh whose frequency is known in advance, such as the meshing frequency, and the calculation load required for the processing is relatively small, which is advantageous for speeding up.
As described above, according to the present embodiment, regarding the calculation of the excitation force, the amplitude and phase of the excitation force are obtained from the total data of the tooth-to-forces of the meshing gear teeth and the engagement frequency using orthogonal detection. Thus, the present invention is applied to a mesh whose frequency is known in advance, such as a meshing frequency.
As a result, the reliability of the analysis can be improved by simply and accurately setting the amplitude value of the excitation force without applying a calculation load for the excitation force necessary for high-speed calculation.

また、図3のステップ111における前計算工程で得られた時間VS接触力の総和の関係から、噛合い周期の変動成分である起振力をどのように求めるかということに関し、図12に示すように、高速フーリエ変換を用いて算出するようにする。図12は、高速フーリエ変換を用いて噛合い周期の変動成分である起振力を求める場合の説明図である。
これは、高速フーリエ変換は周知技術のひとつで、信号の中にどの周波数成分がどれだけ含まれているかを抽出する処理を行う。これにより、噛合い周期はもちろん、その2次成分や3次成分などの高調波の検出も可能となるので、簡略化した数式の精度が向上する。
このように、本実施形態によれば、起振力の算出に関して、噛合っているギヤ歯の歯対力の総和データと噛合い周波数から高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform、 FFT)を用いて起振力の振幅と位相を求めることで、信号の中にどの周波数成分がどれだけ含まれているかを抽出する処理を行う。
その結果、高速計算をするために必要な起振力に関して、起振力の振幅値を精度よく設定することで解析の信頼性の向上を図ることができる。
Further, FIG. 12 shows how to determine the excitation force that is the fluctuation component of the meshing cycle from the relationship of the sum of the time VS contact force obtained in the previous calculation step in step 111 of FIG. Thus, the calculation is performed using the fast Fourier transform. FIG. 12 is an explanatory diagram in the case of obtaining the excitation force that is the fluctuation component of the meshing cycle by using the fast Fourier transform.
This is a fast Fourier transform, which is a well-known technique, and performs processing for extracting how many frequency components are included in a signal. As a result, not only the meshing period but also harmonics such as the secondary component and tertiary component can be detected, so that the accuracy of the simplified mathematical formula is improved.
As described above, according to the present embodiment, the calculation of the excitation force is performed using the fast Fourier transform (FFT) from the total data of the tooth pair forces of the meshing gear teeth and the meshing frequency. By obtaining the amplitude and phase of the vibration force, processing is performed to extract how many frequency components are included in the signal.
As a result, it is possible to improve the reliability of analysis by accurately setting the amplitude value of the excitation force with respect to the excitation force necessary for high-speed calculation.

また、図3のステップ115の起振力算出工程において、噛合い周波数の帯域に応じて起振力を算出する際の精度を調整するようにする。これは、歯車が高速になったり、小モジュールの歯を用いるなどして、噛合い周波数が大きくなった場合、それが及ぼす影響度が低下する(回転ムラの許容値が大きくなる)ので、必要以上に厳密に起振力を算出しなくても良いこと意味する。
一般的に、図13に示すような傾向が見られるので、噛合い周波数の帯域に応じて起振力の抽出精度をコントロールすることにより、解析時間の短縮化が図られる。図13は、噛合い周波数の帯域に応じた回転ムラの許容値を示す図である。
このように、本実施形態によれば、噛合い周波数の帯域に応じて起振力を算出する際の精度を調整することで、噛合い周波数が大きくなった場合、それが及ぼす影響度が低下する(回転ムラの許容値が大きくなる)ので、必要以上に厳密に起振力を算出しなくても良い。その結果、解析コスト(解析所要時間など)を低減することができる。
Further, in the excitation force calculation step of step 115 in FIG. 3, the accuracy in calculating the excitation force is adjusted according to the band of the meshing frequency. This is necessary because if the meshing frequency increases due to the gears becoming faster or using small module teeth, etc., the effect of this will decrease (the tolerance for rotational unevenness will increase). This means that it is not necessary to calculate the vibration force strictly.
In general, since a tendency as shown in FIG. 13 is observed, the analysis time can be shortened by controlling the extraction accuracy of the excitation force according to the band of the meshing frequency. FIG. 13 is a diagram showing an allowable value of rotation unevenness according to the mesh frequency band.
As described above, according to the present embodiment, when the meshing frequency is increased by adjusting the accuracy in calculating the excitation force according to the meshing frequency band, the degree of influence of the meshing frequency decreases. Therefore, it is not necessary to calculate the vibration force more strictly than necessary. As a result, the analysis cost (required analysis time etc.) can be reduced.

また、図3のステップ111の前計算工程(詳細な運動方程式に基づく計算)からステップ119の本計算工程(簡略化した運動方程式に基づく計算)へ切り替える際、その近傍だけ運動方程式の粘性項の値を大きくするようにしている。それにより、詳細な計算結果と簡略化した計算結果の不連続な変数が発生した場合、そこで、振動が発生しないように通常よりも粘性項を高くして制振させるようにする。ただし、起振力成分は、直接的に与えているので、このときだけ粘性項を高くしてもその影響は少ない。
このように、本実施形態によれば、運動方程式の切り替え時には、運動方程式の粘性項の値を通常よりも大きく設定することをで、詳細な計算結果(前計算工程)と簡略化した計算結果(本計算工程)で不連続な変数が発生した場合、そこで、振動が発生しないよう抑制する。
その結果、高速計算をするために必要な運動方程式の切り替えをスムーズに行えるようにして、計算が途中で停止するような状態(収束困難による発散)を防ぐことができる。
Further, when switching from the pre-calculation step (calculation based on the detailed equation of motion) of step 111 in FIG. 3 to the main calculation step (calculation based on the simplified equation of motion) of step 119, only the vicinity of the viscosity term of the equation of motion. I try to increase the value. As a result, when a discontinuous variable between the detailed calculation result and the simplified calculation result is generated, the vibration is suppressed by increasing the viscosity term so that vibration does not occur. However, since the vibration generating force component is given directly, even if the viscosity term is increased only at this time, the influence is small.
As described above, according to this embodiment, when the equation of motion is switched, the value of the viscosity term of the equation of motion is set to be larger than usual, so that a detailed calculation result (pre-calculation step) and a simplified calculation result are obtained. If a discontinuous variable occurs in (this calculation step), the vibration is suppressed from occurring there.
As a result, it is possible to smoothly switch the equations of motion necessary for high-speed calculation, and to prevent a state where the calculation stops in the middle (divergence due to difficulty in convergence).

本発明による歯車設計支援装置の一実施形態の概略構成ブロック図である。It is a schematic block diagram of an embodiment of a gear design support device according to the present invention. 図1に示した歯車設計支援装置の変形例の概略構成ブロック図である。It is a schematic block diagram of the modification of the gear design support apparatus shown in FIG. 図1に示した歯車設計支援装置における設計支援のための解析処理のフローチャートである。It is a flowchart of the analysis process for the design support in the gear design support apparatus shown in FIG. 噛合っている歯車の基礎円とそれに接する作用線の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the basic | foundation circle | round | yen of the meshing gear and the action line which touches it. 各歯車ごとに式をたてて、それを連立させて解析する場合に運動方程式の説明図である。It is explanatory drawing of an equation of motion, when formula is created for every gear and it is made simultaneous and it analyzes. 噛合っている歯ごとの接触力を示す図である。It is a figure which shows the contact force for every tooth | gear engaged. 噛合っている歯ごとの接触力の総和を示す図である。It is a figure which shows the sum total of the contact force for every tooth | gear engaged. 簡略化した起振力(トルクムラ)を示す図である。It is a figure which shows the simplified vibration force (torque nonuniformity). 時系列にステップ時間毎に蓄積してきた解析結果を示す図であり、(a)は角度伝達誤差、(b)、(c)は角速度伝達誤差を示す図である。It is a figure which shows the analysis result accumulate | stored for every step time in time series, (a) is an angle transmission error, (b), (c) is a figure which shows an angular velocity transmission error. 本発明が適用される回転体ドラム駆動用の歯車伝達機構系を示す概略図である。It is the schematic which shows the gear transmission mechanism system for the rotary body drum to which this invention is applied. 直交検波を用いて噛合い周期の変動成分である起振力を求める場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of calculating | requiring the excitation force which is a fluctuation | variation component of a meshing period using a quadrature detection. 高速フーリエ変換を用いて噛合い周期の変動成分である起振力を求める場合の説明図である。It is explanatory drawing in the case of calculating | requiring the excitation force which is a fluctuation | variation component of a meshing period using a fast Fourier transform. 噛合い周波数の帯域に応じた回転ムラの許容値を示す図である。It is a figure which shows the allowable value of the rotation nonuniformity according to the zone | band of the meshing frequency. 図1に示したコンピュータ1により歯車設計支援プログラムを実行した場合の機能ブロック図である。It is a functional block diagram at the time of running a gear design support program by the computer 1 shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…コンピュータ、2…内部バス、3…CPU、7…表示ディスプレイ、9…キーボード、11…マウス、15…プリンタ、17…HDD、21…HDDインターフェース、31…基本入力部、33…歯車形状誤差入力部、35…誤差入力部、37…前運動方程式導出部、39…前計算部、41…起振力抽出部、43…本運動方程式導出部、45…本計算部、47…出力部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Computer, 2 ... Internal bus, 3 ... CPU, 7 ... Display display, 9 ... Keyboard, 11 ... Mouse, 15 ... Printer, 17 ... HDD, 21 ... HDD interface, 31 ... Basic input part, 33 ... Gear shape error Input part 35 ... Error input part 37 ... Pre-motion equation deriving part 39 ... Pre-computation part 41 ... Excitation force extraction part 43 ... This motion equation deriving part 45 ... This calculation part 47 ... Output part

Claims (11)

駆動軸と被駆動軸間に設置された歯車伝達機構系をモデル化して、前記駆動軸の動作に対する前記被駆動軸の動的挙動を解析・算出する歯車設計支援方法であって、
基本入力部によって対象となる歯車の基本諸元情報及びその駆動条件情報を入力する基本入力工程と、
歯車形状誤差入力部によって前記歯車の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力工程と、
組み付け誤差入力部によって前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差、その各軸の傾きの情報を与える組み付け誤差入力工程と、
前運動方程式導出部によって、前記基本入力工程と前記組み付け誤差入力工程で与えられた情報から前記歯車同士の基礎円に接する作用線を求め、前記歯車形状誤差入力工程と前記組付け誤差入力工程から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成する前運動方程式導出工程と、
前計算部によって時系列的に前記運動方程式を解く前計算工程と、
起振力抽出部によって計算の途中で歯車を振動させる起振力を算出する起振力抽出工程と、
本運動方程式導出部によって、この算出した起振力を用いた運動方程式に切り替える本運動方程式導出工程と、
本計算部によって時系列的にこの運動方程式を解く本計算工程と、
出力部によって当該本計算工程の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力する出力工程と、を備えていることを特徴とする歯車設計支援方法。
A gear design support method for modeling a gear transmission mechanism system installed between a drive shaft and a driven shaft, and analyzing and calculating a dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the driving shaft,
A basic input process for inputting basic specification information of the gear to be processed and its driving condition information by the basic input unit;
A gear shape error input step for providing information on the shape error of the gear by a gear shape error input unit;
An assembly error input step for giving information on the eccentricity error between the basic circle center and the rotation center of the gear and the inclination of each axis by the assembly error input unit;
From the information given in the basic input step and the assembly error input step, a line of action in contact with the basic circle of the gears is obtained by the front motion equation derivation unit, and from the gear shape error input step and the assembly error input step A pre-motion equation derivation step for generating a motion equation by setting a force balance equation for each tooth pair in contact on the action line based on the obtained information;
A pre-calculation step of solving the equation of motion in time series by a pre-calculation unit;
An excitation force extraction step for calculating an excitation force for vibrating the gear in the middle of the calculation by the excitation force extraction unit;
This motion equation derivation unit switches this motion equation to the motion equation using the calculated excitation force,
This calculation process for solving this equation of motion in time series by this calculation unit,
A gear design support method comprising: an output step of outputting an analysis result of the drive shaft and the driven shaft calculated in the calculation step by an output unit.
前記歯車伝達機構系は、回転体ドラムを駆動する回転体ドラム駆動用の歯車伝達機構系であり、前記出力工程処理で前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力するに際して、前記被駆動軸の出力に前記回転体半径を乗じて、当該回転体ドラム表面上の特性値に換算して出力することを特徴とする請求項1に記載の歯車設計支援方法。   The gear transmission mechanism system is a gear transmission mechanism system for driving a rotating drum that drives a rotating drum, and when the analysis result of the driving shaft and the driven shaft is output in the output process, the driven shaft is driven. The gear design support method according to claim 1, wherein the output of the shaft is multiplied by the radius of the rotating body to convert to a characteristic value on the surface of the rotating drum and output. 前記起振力を算出し、これを用いた簡略化した運動方程式にする場合、起振力を歯車の回転角の関数とすることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の歯車設計支援方法。   3. The gear design support method according to claim 1, wherein when the excitation force is calculated and a simplified equation of motion using the calculation is made, the excitation force is a function of a rotation angle of the gear. . 前記起振力を算出し、これを用いた簡略化した運動方程式にする場合、起振力の振幅を歯車の負荷トルクの関数とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の歯車設計支援方法。   The said excitation force is calculated, and when making it into the simplified equation of motion using this, the amplitude of an excitation force is made into a function of the load torque of a gearwheel, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Gear design support method. 前記起振力の算出に関して、噛合っているギヤ歯の歯対力の総和データと噛合い周波数から直交検波を用いて起振力の振幅と位相を求めることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の歯車設計支援方法。   5. The amplitude and phase of the excitation force are obtained by using orthogonal detection from the sum total data of the tooth-to-forces of the meshing gear teeth and the engagement frequency with respect to the calculation of the excitation force. The gear design support method according to any one of the above. 前記起振力の算出に関して、噛合っているギヤ歯の歯対力の総和データと噛合い周波数から高速フーリエ変換を用いて起振力の振幅と位相を求めることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の歯車設計支援方法。   With respect to the calculation of the excitation force, the amplitude and phase of the excitation force are obtained from the total data of the tooth-to-forces of the meshing gear teeth and the engagement frequency by using a fast Fourier transform. 5. The gear design support method according to any one of 4 above. 噛合い周波数の帯域に応じて起振力を算出する際の精度を調整すること特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の歯車設計支援方法。   The gear design support method according to any one of claims 1 to 6, wherein the accuracy in calculating the excitation force is adjusted according to the band of the meshing frequency. 前記運動方程式の切り替え時には、運動方程式の粘性項の値を通常よりも大きく設定することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の歯車設計支援方法。   The gear design support method according to any one of claims 1 to 7, wherein the value of the viscosity term of the equation of motion is set larger than usual when the equation of motion is switched. 駆動軸と被駆動軸間に設置された歯車伝達機構系をモデル化して、前記駆動軸の動作に対する前記被駆動軸の動的挙動を解析・算出する歯車設計支援方法であって、基本入力部によって対象となる歯車の基本諸元情報及びその駆動条件情報を入力する基本入力工程と、歯車形状誤差入力部によって前記歯車の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力工程と、組み付け誤差入力部によって前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差、その各軸の傾きの情報を与える組み付け誤差入力工程と、前運動方程式導出部によって、前記基本入力工程と前記組み付け誤差入力工程で与えられた情報から前記歯車同士の基礎円に接する作用線を求め、前記歯車形状誤差入力工程と前記組付け誤差入力工程から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成する前運動方程式導出工程と、前計算部によって時系列的に前記運動方程式を解く前計算工程と、起振力抽出部によって計算の途中で歯車を振動させる起振力を算出する起振力抽出工程と、本運動方程式導出部によって、この算出した起振力を用いた運動方程式に切り替える本運動方程式導出工程と、本計算部によって時系列的にこの運動方程式を解く本計算工程と、出力部によって当該本計算工程の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力する出力工程と、を備える歯車設計支援方法をコンピュータにおいて実行するためのプログラム。   A gear design support method for modeling a gear transmission mechanism system installed between a drive shaft and a driven shaft, and analyzing and calculating a dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the driving shaft. A basic input step of inputting basic specification information and driving condition information of the target gear, a gear shape error input step of providing information on the shape error of the gear by a gear shape error input unit, and an assembly error input unit. An eccentricity error between the basic circle center and the rotation center of the gear, an assembly error input step that gives information on the inclination of each axis, and a basic motion equation derivation unit, given by the basic input step and the assembly error input step From the information, an action line in contact with the basic circle between the gears is obtained, and contact is made on the action line based on the information obtained from the gear shape error input step and the assembly error input step. A pre-equation equation derivation step for generating a motion equation by setting a force balance formula for each tooth pair, a pre-calculation step for solving the equation of motion in a time series by a pre-calculation unit, and a vibration force extraction unit An excitation force extraction step for calculating an excitation force that vibrates the gear in the middle, an equation for derivation of the equation of motion for switching to an equation of motion using the calculated excitation force, and a calculation unit for calculating the equation of motion A gear design support method comprising: a main calculation step for solving the equation of motion in time series; and an output step for outputting an analysis result of the drive shaft and the driven shaft calculated by the output unit by an output unit. A program to run on. 駆動軸と被駆動軸間に設置された歯車伝達機構系をモデル化して、前記駆動軸の動作に対する前記被駆動軸の動的挙動を解析・算出する歯車設計支援方法であって、基本入力部によって対象となる歯車の基本諸元情報及びその駆動条件情報を入力する基本入力工程と、歯車形状誤差入力部によって前記歯車の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力工程と、組み付け誤差入力部によって前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差、その各軸の傾きの情報を与える組み付け誤差入力工程と、前運動方程式導出部によって、前記基本入力工程と前記組み付け誤差入力工程で与えられた情報から前記歯車同士の基礎円に接する作用線を求め、前記歯車形状誤差入力工程と前記組付け誤差入力工程から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成する前運動方程式導出工程と、前計算部によって時系列的に前記運動方程式を解く前計算工程と、起振力抽出部によって計算の途中で歯車を振動させる起振力を算出する起振力抽出工程と、本運動方程式導出部によって、この算出した起振力を用いた運動方程式に切り替える本運動方程式導出工程と、本計算部によって時系列的にこの運動方程式を解く本計算工程と、出力部によって当該本計算工程の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力する出力工程と、を備える歯車設計支援方法をコンピュータにおいて実行するためのプログラムが記録されている記録媒体。   A gear design support method for modeling a gear transmission mechanism system installed between a drive shaft and a driven shaft, and analyzing and calculating a dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the driving shaft. A basic input step of inputting basic specification information and driving condition information of the target gear, a gear shape error input step of providing information on the shape error of the gear by a gear shape error input unit, and an assembly error input unit. An eccentricity error between the basic circle center and the rotation center of the gear, an assembly error input step that gives information on the inclination of each axis, and a basic motion equation derivation unit, given by the basic input step and the assembly error input step From the information, an action line in contact with the basic circle between the gears is obtained, and contact is made on the action line based on the information obtained from the gear shape error input step and the assembly error input step. A pre-equation equation derivation step for generating a motion equation by setting a force balance formula for each tooth pair, a pre-calculation step for solving the equation of motion in a time series by a pre-calculation unit, and a vibration force extraction unit An excitation force extraction step for calculating an excitation force that vibrates the gear in the middle, an equation for derivation of the equation of motion for switching to an equation of motion using the calculated excitation force, an equation for derivation of the equation of motion, A gear design support method comprising: a main calculation step for solving the equation of motion in time series; and an output step for outputting an analysis result of the drive shaft and the driven shaft calculated by the output unit by an output unit. A recording medium on which a program to be executed is recorded. 駆動軸と被駆動軸間に設置された歯車伝達機構系をモデル化して、前記駆動軸の動作に対する前記被駆動軸の動的挙動を解析・算出する歯車設計支援装置であって、
対象となる歯車の基本諸元情報及びその駆動条件情報を入力する基本入力部と、
前記歯車の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力部と、
前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差、その各軸の傾きの情報を与える組み付け誤差入力部と、
前記基本入力部と前記組み付け誤差入力部で与えられた情報から前記歯車同士の基礎円に接する作用線を求め、前記歯車形状誤差入力部と前記組付け誤差入力部から得られた情報を元に作用線上で接触している歯対毎に力の釣り合い式を設定して運動方程式を生成する前運動方程式導出部と、
時系列的に前記運動方程式を解く前計算部と、
計算の途中で歯車を振動させる起振力を算出する起振力抽出部と、
この算出した起振力を用いた運動方程式に切り替える本運動方程式導出部と、
時系列的にこの運動方程式を解く本計算部と、
当該本計算部の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の解析結果を出力する出力部と、を備えていることを特徴とする歯車設計支援装置。
A gear design support device that models a gear transmission mechanism system installed between a drive shaft and a driven shaft and analyzes and calculates the dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the drive shaft,
A basic input unit for inputting basic specification information of the target gear and its driving condition information;
A gear shape error input unit for giving information on the shape error of the gear;
An eccentricity error between the basic circle center and the rotation center of the gear, and an assembly error input unit that gives information on the inclination of each axis;
An action line in contact with the basic circle between the gears is obtained from information given by the basic input unit and the assembly error input unit, and based on information obtained from the gear shape error input unit and the assembly error input unit. A pre-motion equation derivation unit that generates a motion equation by setting a force balance equation for each tooth pair in contact on the action line;
A pre-calculation unit for solving the equation of motion in time series,
An excitation force extraction unit for calculating an excitation force for vibrating the gear in the middle of the calculation;
This motion equation derivation unit that switches to the equation of motion using the calculated excitation force,
This calculator that solves this equation of motion in time series,
A gear design support apparatus, comprising: an output unit that outputs an analysis result of the drive shaft and the driven shaft calculated by the calculation unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011052818A (en) * 2009-09-04 2011-03-17 Ricoh Co Ltd Gear design support method, gear design support program, recording medium, and gear design support device
JP2011185290A (en) * 2010-03-04 2011-09-22 Ricoh Co Ltd Gear design support method, recording medium recording gear design support program, and gear design support device

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