JP2009192022A - Gear device - Google Patents

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Akinori Morohashi
昭徳 諸橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration control device for suppressing the friction loss of teeth by applying vibration to a gear. <P>SOLUTION: This gear device uses a driving gear 10 and a driven gear 12 meshing with the driving gear 10 for transmitting torque. It comprises a piezoelectric element 20 laid between supporting parts 6, 13 of at least one of the driving gear 10 and the driven gear 12 and adapted to be urged to apply vibration to one gear with a change in the volume, and a controller for urging the piezoelectric element 20 to vibrate one gear while reducing the friction coefficient of the tooth faces of the driving gear 10 and the driven gear 12 meshing with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、動力源から出力された動力を入力側の歯車から出力側の歯車に伝達する動力伝達機構の振動を制御する歯車装置に関し、センサを用いて振動制御装置の状態を測定して、発生する振動を制御する歯車装置に関するものである。   The present invention relates to a gear device that controls vibration of a power transmission mechanism that transmits power output from a power source from an input side gear to an output side gear, and measures the state of the vibration control device using a sensor, The present invention relates to a gear device that controls generated vibrations.

動力の伝達に関する一般的な装置として、歯車が知られている。歯車による動力伝達は、動力源から出力された動力により入力側の歯車が回転され、この入力側の歯車が出力側の歯車と噛み合うことにより、動力源から出力された動力が出力側の歯車に伝達される。しかしながら、歯車による動力伝達は、歯車同士の噛み合いにより動力が伝達されるため、振動や騒音が生じる。   A gear is known as a general device related to power transmission. In the power transmission by the gear, the input side gear is rotated by the power output from the power source, and the input side gear meshes with the output side gear, so that the power output from the power source is transmitted to the output side gear. Communicated. However, in the power transmission by the gear, since the power is transmitted by the meshing of the gears, vibration and noise are generated.

歯車の振動を抑制する制御装置において、歯車の振動に同期する振動を歯車に伝達することにより、歯車の振動を抑制する発明が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された装置では、圧電素子片がハウジングの一部であって、この圧電素子片が共振を生じやすい部位に貼り付けられている。そのため、圧電素子片に通電することにより圧電素子が振動されて、この振動が共振を生じやすい部位に伝達される。したがって、共振している部位の振動が抑制される。   Patent Document 1 discloses an invention that suppresses gear vibration by transmitting a vibration synchronized with the gear vibration to the gear in a control device that suppresses the gear vibration. In the apparatus described in Patent Document 1, the piezoelectric element piece is a part of the housing, and the piezoelectric element piece is attached to a site where resonance easily occurs. Therefore, when the piezoelectric element piece is energized, the piezoelectric element is vibrated, and this vibration is transmitted to a site where resonance easily occurs. Therefore, the vibration of the resonating part is suppressed.

特開2005−344836公報JP 2005-344836 A

一方、歯車の歯が噛み合う際には、噛み合う歯同士の相対すべりが発生する。その際、噛み合う歯同士の相対速度は歯の先端部及び根本部で最も速くなり、ピッチ点でゼロとなる。これにより、ピッチ点付近では相対すべり速度が小さくなり、歯同士の摩擦状態はストライベック線図の境界潤滑域となるため、摩擦係数が大きくなる。したがって、ピッチ点付近では、歯車の摩擦損失が大きくなる。   On the other hand, when the gear teeth mesh with each other, a relative slip of the meshing teeth occurs. At that time, the relative speed between the meshing teeth becomes the fastest at the tip and root of the teeth and becomes zero at the pitch point. As a result, the relative sliding speed is reduced in the vicinity of the pitch point, and the friction state between the teeth becomes the boundary lubrication region of the Stribeck diagram, so that the friction coefficient is increased. Therefore, the friction loss of the gear increases near the pitch point.

この摩擦係数は、歯車を浸しているオイルの粘度と歯車の相対すべり速度と歯車の接触面の面圧とにより定められる。そのため、歯車の相対すべり速度を調節することにより、歯車とその周辺部の機構を調節することなく、歯車同士の摩擦係数を調節することができる。歯車の相対すべり速度を調節する手段の一つとしては、歯車に振動を与える手段が考えられ、歯車に与えられる振動を生じさせる手段としては圧電素子に通電することにより振動を発生させる手段が考えられる。   This coefficient of friction is determined by the viscosity of the oil immersed in the gear, the relative sliding speed of the gear, and the surface pressure of the contact surface of the gear. Therefore, by adjusting the relative sliding speed of the gears, it is possible to adjust the friction coefficient between the gears without adjusting the gears and the mechanisms around the gears. One means for adjusting the relative sliding speed of the gear is a means for applying vibration to the gear, and a means for generating the vibration applied to the gear is a means for generating vibration by energizing the piezoelectric element. It is done.

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、歯車の相対すべり速度を制御することにより歯車の摩擦損失を低減する歯車装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made by paying attention to the above technical problem, and an object of the present invention is to provide a gear device that reduces the friction loss of the gear by controlling the relative sliding speed of the gear.

上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、駆動歯車と該駆動歯車に噛み合っている従動歯車とによってトルクを伝達する歯車装置において、前記駆動歯車と従動歯車との少なくとも一方の歯車の支持部に介在され、通電されることにより体積が変化して該一方の歯車に振動を与える圧電素子と、前記駆動歯車と従動歯車とが噛み合っている歯面の摩擦係数が小さくなるように前記圧電素子に通電して前記一方の歯車を振動させるコントローラとを備えていることを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a gear device for transmitting torque by a driving gear and a driven gear meshing with the driving gear, and at least one of the driving gear and the driven gear. The friction coefficient of the tooth surface where the drive gear and the driven gear mesh with each other and the piezoelectric element that changes the volume when energized and vibrates to the one gear is reduced. And a controller for energizing the piezoelectric element to vibrate the one of the gears.

請求項2の発明は、請求項1の構成に加えて、前記コントローラは、前記歯面の滑り速度および面圧ならびに前記歯面のオイルの粘度とから前記摩擦係数を推定するように構成されていることを特徴とするものである。   According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the controller is configured to estimate the friction coefficient from a sliding speed and a surface pressure of the tooth surface and an oil viscosity of the tooth surface. It is characterized by being.

請求項3の発明は、請求項2の構成に加えて、前記コントローラは、前記摩擦係数を小さくするように前記電流を制御して構成されていることを特徴とするものである。   According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the second aspect, the controller is configured to control the current so as to reduce the friction coefficient.

請求項1の発明によれば、歯車の支持部に介在されている圧電素子が振動して、この振動が歯車に伝達されるため、駆動歯車と従動歯車との歯面の摩擦係数を小さくすることができる。そのため、駆動歯車と従動歯車との動力伝達効率が向上する。   According to the first aspect of the present invention, since the piezoelectric element interposed in the support portion of the gear vibrates and this vibration is transmitted to the gear, the friction coefficient of the tooth surfaces of the drive gear and the driven gear is reduced. be able to. Therefore, power transmission efficiency between the drive gear and the driven gear is improved.

また、請求項2の発明によれば、請求項1の効果を得られる他に、歯面の滑り速度と面圧と歯面のオイルの粘度とから駆動歯車と従動歯車との歯面の摩擦係数を推定することができる。そのため、駆動歯車と従動歯車との動力伝達効率を向上させることが可能となる。   According to the invention of claim 2, in addition to the effect of claim 1, the friction of the tooth surface between the driving gear and the driven gear can be obtained from the sliding speed of the tooth surface, the surface pressure, and the viscosity of the oil on the tooth surface. The coefficient can be estimated. Therefore, it is possible to improve the power transmission efficiency between the drive gear and the driven gear.

そして、請求項3の発明によれば、請求項2の効果を得られる他に、推定された歯面の摩擦係数に基づいて圧電素子の振動を制御することができる。そのため、歯面の摩擦係数が最小となるように圧電素子の振動を制御することが可能となり、駆動歯車と従動歯車との動力伝達効率が向上する。   According to the invention of claim 3, in addition to the effect of claim 2, the vibration of the piezoelectric element can be controlled based on the estimated friction coefficient of the tooth surface. Therefore, the vibration of the piezoelectric element can be controlled so that the friction coefficient of the tooth surface is minimized, and the power transmission efficiency between the drive gear and the driven gear is improved.

つぎにこの発明をより具体的に説明する。図2には、動力源から出力された動力を入力側の歯車から出力側の歯車に伝達する動力伝達機構の一例として、トランスミッションの概要図が示されている。この動力伝達機構に用いられる歯車は、平歯車、はすば歯車、遊星歯車、ラック、かさ歯車など歯同士が噛み合うものであればよい。   Next, the present invention will be described more specifically. FIG. 2 shows a schematic diagram of a transmission as an example of a power transmission mechanism that transmits power output from a power source from an input side gear to an output side gear. The gear used for the power transmission mechanism may be any gear that engages teeth such as a spur gear, a helical gear, a planetary gear, a rack, and a bevel gear.

トランスミッション1は、図示せぬ動力源に連結されるフロントケース2と、このフロントケース2に対してエンジンとは反対側に取り付けられ、歯車機構3等を内装するミドルケース4とから構成される。また、前記フロントケース2においては、図示しないエンジンのアウトプットシャフトに対してインプットシャフト6が連結されている。   The transmission 1 includes a front case 2 connected to a power source (not shown), and a middle case 4 that is attached to the front case 2 on the opposite side of the engine and that houses a gear mechanism 3 and the like. In the front case 2, an input shaft 6 is connected to an output shaft of an engine (not shown).

インプットシャフト6は、ベアリング11を介してミドルケース4に対して支持されているため、軸線に沿った回転運動が可能となる。また、前記ミドルケース4内において、ドライブギア10が一体化されており、このドライブギヤ10にドリブンギア12が噛合している。このドリブンギア12が被駆動歯車に該当する。このドリブンギア12は、カウンターシャフト13に取り付けられている。このカウンターシャフト13が前記被駆動歯車の支持部に該当する。このカウンターシャフト13には複数の歯車が取り付けられており、そのうちの一つの歯車がディファレンシャルギア14(差動歯車装置)のリングギア15と噛合している。また、ディファレンシャルギア14の出力は、左右のドライブシャフト16L,16Rに出力される。   Since the input shaft 6 is supported with respect to the middle case 4 via the bearing 11, the rotational movement along the axis is possible. A drive gear 10 is integrated in the middle case 4, and a driven gear 12 is engaged with the drive gear 10. This driven gear 12 corresponds to a driven gear. The driven gear 12 is attached to the counter shaft 13. This countershaft 13 corresponds to the support portion of the driven gear. A plurality of gears are attached to the counter shaft 13, and one of the gears meshes with a ring gear 15 of a differential gear 14 (differential gear device). The output of the differential gear 14 is output to the left and right drive shafts 16L and 16R.

次に、ドライブギア10とドリブンギア12との噛み合い部分、またはカウンターシャフト13に取り付けられた歯車とリングギア15との噛み合い部分における、歯車同士の噛み合い部17を図3に模式的に示す。図3では、上部の歯車7が反時計方向に回転運動し、下部の歯車8が時計方向に回転運動している例を用いて、以下の説明を行う。なお、歯面の太線部(黒塗り部分)は、歯車同士の接触部分(噛み合い点)からピッチ点までの距離を表している。   Next, FIG. 3 schematically shows the meshing portion 17 between the gears in the meshing portion between the drive gear 10 and the driven gear 12 or the meshing portion between the gear attached to the counter shaft 13 and the ring gear 15. In FIG. 3, the following description will be given using an example in which the upper gear 7 rotates counterclockwise and the lower gear 8 rotates clockwise. In addition, the thick line part (black part) of a tooth surface represents the distance from the contact part (meshing point) of gears to a pitch point.

歯車の歯の形状は、歯の根本よりも先端部分の方が狭くなるように構成されている。そのため、歯車の回転運動に際して生じる歯車同士の接触は、下側の歯車8の先端部18aと上側の歯車7の根本部19bとで開始する。この時の接触状態が図3(a)に相当し、上側の歯車7の根本部と下側の歯車8の先端部とが接触する接触点Aにおいて歯車同士の相対すべり速度が最大となる。   The tooth shape of the gear is configured so that the tip portion is narrower than the root of the tooth. Therefore, the contact between the gears that occurs during the rotational movement of the gears starts at the tip end portion 18 a of the lower gear 8 and the root portion 19 b of the upper gear 7. The contact state at this time corresponds to FIG. 3A, and the relative sliding speed between the gears becomes maximum at a contact point A where the root portion of the upper gear 7 and the tip end portion of the lower gear 8 are in contact.

図3(a)の状態からそれぞれの歯車7,8が回転運動をすることにより、歯車同士の接触部分が各々のピッチ点B,Cに近づくようになる(図3(b))。そして、歯車同士の相対すべり速度は、歯車同士の接触部分がピッチ点B,Cに近づくにつれて小さくなる。また、図3(b)の状態から、さらにそれぞれの歯車7,8が回転運動をすると、それぞれの歯車7,8がピッチ点B,Cで接触する(図3(c))。このときは、歯車同士の相対すべり速度はゼロとなる。   When the gears 7 and 8 rotate from the state of FIG. 3A, the contact portions between the gears approach the pitch points B and C (FIG. 3B). The relative sliding speed between the gears decreases as the contact portion between the gears approaches the pitch points B and C. Further, when the gears 7 and 8 further rotate from the state of FIG. 3B, the gears 7 and 8 come into contact at pitch points B and C (FIG. 3C). At this time, the relative sliding speed between the gears becomes zero.

図3(c)の状態から、歯車同士の回転運動が進行すると、互いに噛み合っている歯は離れる方向に移動する(図3(d),(e))。このときは、歯車同士の接触は、下側の歯車8の根本部18bと上側の歯車7の先端部19aとで行われる。そのため、歯車同士の接触部が上側の歯車7の端部となるにつれて、歯車同士の相対すべり速度が大きくなる。   When the rotational movement between the gears proceeds from the state of FIG. 3C, the teeth meshing with each other move away (FIGS. 3D and 3E). At this time, the contact between the gears is performed at the root portion 18 b of the lower gear 8 and the tip portion 19 a of the upper gear 7. Therefore, the relative sliding speed between the gears increases as the contact portion between the gears becomes the end of the upper gear 7.

さらに、歯車同士が回転運動をすることにより、互いの歯同士が離れる直前となる状態を図3(f)に記す。このときは、下側の歯車8の根本部18bと上側の歯車7の先端部19aとが接触しており、歯車同士の相対すべり速度が最大となる。   Further, FIG. 3F shows a state immediately before the teeth are separated from each other by rotating the gears. At this time, the root portion 18b of the lower gear 8 and the tip portion 19a of the upper gear 7 are in contact with each other, and the relative sliding speed between the gears is maximized.

歯車同士の摩擦に関する摩擦係数は、この相対すべり速度と歯車を浸しているオイルの粘度と歯面の面圧とに依存する。その関係がストライベック線図として、図4に記されている。図4は、縦軸が歯車同士の摩擦係数であり、横軸がオイルの粘度に相対すべり速度を乗じて、面圧で割ることにより求められるゾンマーフェルト数である。このゾンマーフェルト数の大きさにより歯車の摩擦状態が変動し、ゾンマーフェルト数の小さい順から、境界潤滑領域、混合潤滑領域、流体潤滑領域、と摩擦状態が変動する。   The friction coefficient related to the friction between the gears depends on the relative sliding speed, the viscosity of the oil immersed in the gear, and the surface pressure of the tooth surface. The relationship is shown in FIG. 4 as a Stribeck diagram. In FIG. 4, the vertical axis represents the friction coefficient between gears, and the horizontal axis represents the Sommerfeld number obtained by multiplying the viscosity of oil by the relative sliding speed and dividing by the surface pressure. The friction state of the gear varies depending on the size of the Sommerfeld number, and the boundary lubrication region, the mixed lubrication region, the fluid lubrication region, and the friction state vary in ascending order of the Sommerfeld number.

このゾンマーフェルト数が小さいときは、摩擦係数は境界潤滑領域にあたり、摩擦係数は他の領域と比較して大きな値となる。また、ゾンマーフェルト数が所定値aよりも大きくなると、摩擦係数は、境界潤滑領域から混合潤滑領域となり、摩擦係数は急激に小さくなる。さらに、さらにゾンマーフェルト数が大きくなると、所定値bで摩擦係数が混合潤滑領域から流体潤滑領域へと変動する。このときの、所定値bのときの摩擦係数が極小値となる。そして、所定値bよりも大きなゾンマーフェルト数では、ゾンマーフェルト数の増大と共に摩擦係数が増大する。   When the Sommerfeld number is small, the friction coefficient is in the boundary lubrication region, and the friction coefficient is a larger value than in other regions. When the Sommerfeld number is larger than the predetermined value a, the friction coefficient is changed from the boundary lubrication region to the mixed lubrication region, and the friction coefficient is rapidly decreased. Further, when the Sommerfeld number further increases, the friction coefficient varies from the mixed lubrication region to the fluid lubrication region at a predetermined value b. At this time, the friction coefficient at the predetermined value b becomes a minimum value. When the Sommerfeld number is larger than the predetermined value b, the friction coefficient increases as the Sommerfeld number increases.

前述したように、歯車のピッチ点B,C付近では、相対すべり速度が小さくなる。そのため、ゾンマーフェルト数が小さくなり、歯車同士の摩擦の状態は境界潤滑領域で生じることとなり、歯車同士の摩擦係数が大きくなる。そのため、歯車のピッチ点付近における歯車の摩擦係数を減少させるために、歯車に強制的な振動が加えられる。   As described above, the relative sliding speed decreases near the gear pitch points B and C. Therefore, the Sommerfeld number is reduced, and the state of friction between the gears occurs in the boundary lubrication region, and the friction coefficient between the gears is increased. Therefore, forced vibration is applied to the gear in order to reduce the friction coefficient of the gear near the pitch point of the gear.

歯車9に強制的に振動を加える手段の一つとして、歯車9の周囲にある装置や部品に圧電素子20を取り付けて、歯車9に振動を印加する手段がある。この圧電素子20は、通電により体積が変動するため、圧電素子20から生じる振動が接触物に伝達される。その具体例の一つを図1に示す。図1は、インプットシャフト6を軸としたベアリング11の外周部に圧電素子20を取り付けた構造が記載されている。圧電素子20に交番的に電圧を掛けると、圧電素子20が振動して、この振動がインプットシャフト6に伝達される。その際、圧電素子20から生じる振動は、インプットシャフト6の軸線方向の振動成分が多くなるように取り付けられる。また、圧電素子20に通電する電流は、図示しないコントローラにより制御される。また、インプットシャフト6には複数の歯車9が取り付けられている。そのため、圧電素子20により生じた振動がインプットシャフト6を経由して各歯車に伝達されて、各歯車の歯に振動が伝達される。   As one of means for forcibly applying vibration to the gear 9, there is means for applying vibration to the gear 9 by attaching a piezoelectric element 20 to devices or parts around the gear 9. Since the volume of the piezoelectric element 20 varies due to energization, vibration generated from the piezoelectric element 20 is transmitted to the contact object. One specific example is shown in FIG. FIG. 1 shows a structure in which a piezoelectric element 20 is attached to the outer periphery of a bearing 11 with an input shaft 6 as an axis. When a voltage is applied alternately to the piezoelectric elements 20, the piezoelectric elements 20 vibrate and this vibration is transmitted to the input shaft 6. At that time, the vibration generated from the piezoelectric element 20 is attached so that the vibration component in the axial direction of the input shaft 6 increases. Further, the current supplied to the piezoelectric element 20 is controlled by a controller (not shown). A plurality of gears 9 are attached to the input shaft 6. Therefore, the vibration generated by the piezoelectric element 20 is transmitted to each gear via the input shaft 6, and the vibration is transmitted to the teeth of each gear.

この歯に振動が伝達されるため、噛み合う歯同士が互いに振動する。この振動は、各々の歯について相対的に速度を有するように振動する。そのため、相対すべり速度が上昇して、ゾンマーフェルト数が増大し、これにより歯の摩擦係数が減少する。   Since vibration is transmitted to the teeth, the meshing teeth vibrate with each other. This vibration vibrates so that each tooth has a relative speed. As a result, the relative sliding speed increases and the Sommerfeld number increases, thereby reducing the coefficient of friction of the teeth.

歯の摩擦係数を最小にするための制御を以下に記す。ゾンマーフェルト数は、歯車の摺動面に充填されているオイルの粘度と、歯同士の相対すべり速度と、歯の面圧とにより求められる。ここで、オイルの粘度はオイルの成分と温度とに依存するが、通常は温度の変化によりオイルの粘度が変わる。そのために、温度を測定するための温度センサが取り付けられる。この温度センサには、サーミスタ等の公知のセンサが用いられる。   The control for minimizing the tooth friction coefficient is described below. The Sommerfeld number is obtained from the viscosity of the oil filled in the sliding surface of the gear, the relative sliding speed between the teeth, and the surface pressure of the teeth. Here, the viscosity of the oil depends on the component of the oil and the temperature, but usually the viscosity of the oil changes with a change in temperature. For this purpose, a temperature sensor for measuring the temperature is attached. As this temperature sensor, a known sensor such as a thermistor is used.

また、相対すべり速度は、歯の角度や歯車の回転速度に依存する。このとき、インプットシャフト6とカウンターシャフト13には複数の歯車が取り付けられており、インプットシャフト6とカウンターシャフト13とに取り付けられている歯車同士が噛み合うように構成されている。したがって、インプットシャフト6またはカウンターシャフト13の回転数や、歯車の回転数を回転数センサを用いて測定することにより歯車の回転数を検出することができる。回転数センサは、回転数の測定対象物であるインプットシャフト6またはカウンターシャフト13または歯車のいずれかと接触し、あるいはインプットシャフト6またはカウンターシャフト13または歯車のいずれにも接触していないセンサでもよい。   The relative sliding speed depends on the tooth angle and the rotational speed of the gear. At this time, a plurality of gears are attached to the input shaft 6 and the counter shaft 13, and the gears attached to the input shaft 6 and the counter shaft 13 are configured to mesh with each other. Therefore, the rotational speed of the gear can be detected by measuring the rotational speed of the input shaft 6 or the counter shaft 13 and the rotational speed of the gear using a rotational speed sensor. The rotation speed sensor may be a sensor that is in contact with any one of the input shaft 6, the counter shaft 13, and the gear that is the object of measurement of the rotation speed, or that is not in contact with either the input shaft 6, the counter shaft 13, or the gear.

インプットシャフト6またはカウンターシャフト13またはそれぞれのシャフト6,13に取り付けられている歯車の回転数が回転数センサにより測定されているため、インプットシャフト6またはカウンターシャフト13に取り付けられている歯車の回転数を知ることができる。そして、この回転数と、歯車の半径とから、インプットシャフト6またはカウンターシャフト13に取り付けられている歯車の回転速度を求めることができる。また、歯車が回転運動をする際の歯の角度は角度センサにより測定される。この歯の角度は、ピッチ点と歯車の中心とを結んだ線を基準に測定され、インプットシャフト6に取り付けられている歯車およびカウンターシャフト13に取り付けられている歯車の歯の角度が測定される。また、この角度センサは歯車と接触するセンサまたは接触していないセンサのいずれでもよい。したがって、図3(c)で示されるように、互いの歯車がピッチ点で噛み合っているときは、角度センサにより測定される角度はゼロとなる。また、図3(a)、(f)で示されるように、互いの歯車が歯の先端部18a,19aと根本部18b,19bとで噛み合うときは、角度センサにより測定される角度が大きくなる。そして、この歯車の回転速度と歯の角度と各歯車の歯数、圧力角、ねじれ角、転位係数などの諸元から、そのときの歯面の相対すべり速度が求められる。   Since the rotational speed of the gear attached to the input shaft 6 or the counter shaft 13 or the respective shafts 6 and 13 is measured by the rotational speed sensor, the rotational speed of the gear attached to the input shaft 6 or the counter shaft 13 is measured. Can know. The rotational speed of the gear attached to the input shaft 6 or the countershaft 13 can be obtained from the rotational speed and the radius of the gear. Further, the angle of the teeth when the gear rotates is measured by an angle sensor. The angle of the teeth is measured with reference to a line connecting the pitch point and the center of the gear, and the angles of the teeth of the gear attached to the input shaft 6 and the gear attached to the countershaft 13 are measured. . The angle sensor may be either a sensor that contacts the gear or a sensor that does not contact the gear. Therefore, as shown in FIG. 3C, when the gears are meshed at the pitch point, the angle measured by the angle sensor is zero. Further, as shown in FIGS. 3A and 3F, when the gears mesh with each other between the tooth tip portions 18a and 19a and the root portions 18b and 19b, the angle measured by the angle sensor becomes large. . And the relative sliding speed of the tooth surface at that time is calculated | required from specifications, such as the rotational speed and tooth angle of this gear, the number of teeth of each gear, a pressure angle, a torsion angle, and a dislocation coefficient.

さらに、歯面同士の面圧は、歯車のトルクと歯の角度とギア段とから求めることができる。ここで動力源から出力された動力は図示しないアウトプットシャフトからインプットシャフト6へと伝達される。そのため、動力源から生じているトルクを測定するために、インプットシャフト6のトルクをトルクセンサで測定し、または歯車のトルクをトルクセンサで測定することにより歯車のトルクを測定することができる。また、歯の角度は前述した角度センサにより測定される。   Further, the surface pressure between the tooth surfaces can be obtained from the torque of the gear, the angle of the teeth, and the gear stage. Here, the power output from the power source is transmitted from an output shaft (not shown) to the input shaft 6. Therefore, in order to measure the torque generated from the power source, the torque of the input shaft 6 can be measured with a torque sensor, or the torque of the gear can be measured with the torque sensor. The tooth angle is measured by the angle sensor described above.

ギア段については、図示しないシフトレバーのシフトポジションをシフトポジションセンサを用いて測定することができる。このシフトレバーは、エンジンやモータなどの動力発生装置から生じた駆動力の伝達を行うことのできる走行ポジションと、前記駆動力の伝達を伝達しない非走行ポジションとを選択することが可能であり、このシフトレバーによりこの駆動力を伝達しもしくは歯車の変速比を設定することができる。このシフトポジションセンサを用いることにより、噛み合っている歯車の回転比を知ることができる。そして、歯車の回転比がわかれば、歯車のトルク比はその係数となり、先述の測定された動力源のトルクと、各歯車の歯数、圧力角、ねじれ角、転位係数などの諸元と歯の角度とから、そのときの面圧が求められる。   For the gear stage, the shift position of a shift lever (not shown) can be measured using a shift position sensor. This shift lever is capable of selecting a travel position that can transmit a driving force generated from a power generation device such as an engine or a motor, and a non-travel position that does not transmit the driving force. This shift lever can transmit this driving force or set the gear ratio of the gear. By using this shift position sensor, it is possible to know the rotation ratio of the meshing gears. If the gear rotation ratio is known, then the gear torque ratio becomes the coefficient, and the above-mentioned measured power source torque and specifications such as the number of teeth of each gear, the pressure angle, the torsion angle, the shift coefficient, and the tooth The surface pressure at that time can be obtained from the angle of.

求められた粘度と相対すべり速度と面圧とから、ゾンマーフェルト数が求められ、このゾンマーフェルト数に基づいて歯面同士の摩擦係数を推定することができる。摩擦係数の推定は、コントローラにより推定され、このコントローラには、測定された温度、エンジン回転数、歯の角度、インプットシャフト6のトルク、シフトポジションが入力される。   The Sommerfeld number is determined from the determined viscosity, relative sliding speed, and surface pressure, and the coefficient of friction between the tooth surfaces can be estimated based on the Sommerfeld number. The estimation of the friction coefficient is estimated by a controller, and the measured temperature, engine speed, tooth angle, torque of the input shaft 6 and shift position are input to the controller.

この摩擦係数は、ゾンマーフェルト数が混合潤滑領域と流体潤滑領域との境界の際に最小となる。一方で、歯車のピッチ点付近では相対すべり速度が小さいために、求められるゾンマーフェルト数が小さくなり、境界潤滑領域もしくは混合潤滑領域となる場合がある。このときは、摩擦係数が大きいため、相対すべり速度を大きくすることにより、ゾンマーフェルト数を混合潤滑領域と流体潤滑領域との境界に近づけて、歯面の摩擦係数を減少させる。具体的には、圧電素子20に通電することにより、圧電素子20に生じる振動がインプットシャフト6を経由して歯車に伝達される。その際、圧電素子20の振動がインプットシャフト6の軸線方向に振動するように、圧電素子20が取り付けられる。   This coefficient of friction is minimized when the Sommerfeld number is at the boundary between the mixed lubrication region and the fluid lubrication region. On the other hand, since the relative sliding speed is low near the pitch point of the gear, the required Sommerfeld number may be reduced, resulting in a boundary lubrication region or a mixed lubrication region. At this time, since the friction coefficient is large, by increasing the relative sliding speed, the Sommerfeld number is brought close to the boundary between the mixed lubrication region and the fluid lubrication region, and the friction coefficient of the tooth surface is reduced. Specifically, by energizing the piezoelectric element 20, vibration generated in the piezoelectric element 20 is transmitted to the gear via the input shaft 6. At that time, the piezoelectric element 20 is attached so that the vibration of the piezoelectric element 20 vibrates in the axial direction of the input shaft 6.

この圧電素子20の振動を加振する際に、振動を原因とする騒音が生じる可能性がある。このため、圧電素子20の振動の周波数を人間の可聴域から外すことにより、騒音を抑制することが可能となる。具体的には、加振する周波数は15kHz以上となる。   When the vibration of the piezoelectric element 20 is vibrated, noise due to the vibration may occur. For this reason, noise can be suppressed by removing the vibration frequency of the piezoelectric element 20 from the human audible range. Specifically, the frequency to be excited is 15 kHz or more.

なお、第1の具体例では、インプットシャフト6に取り付けられている歯車機構3に対して圧電素子20からの振動を与えているが、カウンターシャフト13に取り付けられているドリブンギア12に対して圧電素子20からの振動を与えているものでもよい。このときは、カウンターシャフト13は、ベアリング11bを介してミドルケース4に対して支持されて、このベアリング11bに圧電素子20が取り付けられている。   In the first specific example, the vibration from the piezoelectric element 20 is applied to the gear mechanism 3 attached to the input shaft 6, but the piezoelectric gear is attached to the driven gear 12 attached to the counter shaft 13. The thing which gives the vibration from the element 20 may be used. At this time, the countershaft 13 is supported with respect to the middle case 4 via the bearing 11b, and the piezoelectric element 20 is attached to the bearing 11b.

次に、第2の具体例として、トルクセンサと回転数センサの代わりにトルク推定手段と他の回転数算出手段とを用いて、相対すべり速度と歯面の面圧とを制御して、歯車同士の摩擦係数を制御する振動制御装置について説明する。   Next, as a second specific example, instead of the torque sensor and the rotation speed sensor, torque estimation means and other rotation speed calculation means are used to control the relative sliding speed and the surface pressure of the tooth surface. A vibration control device that controls the friction coefficient between them will be described.

前述したように、相対すべり速度は、歯の角度や歯車の回転速度に依存する。このとき、インプットシャフト6とカウンターシャフト13には複数の歯車が取り付けられており、インプットシャフト6とカウンターシャフト13とに取り付けられている歯車同士が噛み合うように構成されている。そのため、動力源が車両に取り付けられているエンジンである時は、エンジントルクを推定により求めることができる。エンジントルクは、スロットル開度、車両の加速度、空気温度などによって推定することができる。またエンジン回転数センサあるいは車速センサとギアポジションセンサとに基づいて、歯車の回転速度を推定することができるため、相対すべり速度を推定することができる。   As described above, the relative sliding speed depends on the tooth angle and the rotational speed of the gear. At this time, a plurality of gears are attached to the input shaft 6 and the counter shaft 13, and the gears attached to the input shaft 6 and the counter shaft 13 are configured to mesh with each other. Therefore, when the power source is an engine attached to the vehicle, the engine torque can be obtained by estimation. The engine torque can be estimated from the throttle opening, vehicle acceleration, air temperature, and the like. Further, since the rotational speed of the gear can be estimated based on the engine speed sensor or the vehicle speed sensor and the gear position sensor, the relative sliding speed can be estimated.

さらに、歯面同士の面圧は、歯車のトルクと歯の角度とギア段とから求めることができる。ここで歯車はインプットシャフト6に取り付けられているため、図示しないエンジンのエンジントルクを推定することにより歯車のトルクを推定することができる。また、歯の角度は前述した角度センサにより測定される。   Further, the surface pressure between the tooth surfaces can be obtained from the torque of the gear, the angle of the teeth, and the gear stage. Here, since the gear is attached to the input shaft 6, the torque of the gear can be estimated by estimating the engine torque of an engine (not shown). The tooth angle is measured by the angle sensor described above.

ギア段については、図示しないシフトレバーのシフトポジションをシフトポジションセンサを用いて測定することにより、噛み合っている歯車の回転比を知ることができる。そして、噛み合っている歯車の回転比と歯の角度と推定された歯車のトルクとから、面圧を求めることができる。   As for the gear stage, the rotation ratio of the meshing gear can be known by measuring the shift position of a shift lever (not shown) using a shift position sensor. Then, the surface pressure can be obtained from the rotation ratio of the meshing gear, the tooth angle, and the estimated gear torque.

求められた粘度と相対すべり速度と面圧とから、ゾンマーフェルト数が推定され、このゾンマーフェルト数に基づいて歯面同士の摩擦係数を推定することができる。この摩擦係数は、ゾンマーフェルト数が混合潤滑領域と流体潤滑領域との境界の際に最小となる。一方で、歯車のピッチ点付近では、相対すべり速度が小さいため、求められるゾンマーフェルト数が小さくなり、境界潤滑領域もしくは混合潤滑領域となる場合がある。このときは、摩擦係数が大きいため、相対すべり速度を大きくすることにより、ゾンマーフェルト数を混合潤滑領域と流体潤滑領域との境界に近づけて、摩擦係数を減少させる。具体的には、圧電素子20に通電することにより、圧電素子20に生じる振動がインプットシャフト6を経由して歯車に伝達される。その際、圧電素子20の振動がインプットシャフト6の軸線方向に振動するように、圧電素子20が取り付けられる。   The Sommerfeld number is estimated from the obtained viscosity, relative sliding speed, and surface pressure, and the coefficient of friction between the tooth surfaces can be estimated based on the Sommerfeld number. This coefficient of friction is minimized when the Sommerfeld number is at the boundary between the mixed lubrication region and the fluid lubrication region. On the other hand, in the vicinity of the gear pitch point, the relative slip speed is small, so that the required Sommerfeld number is small, which may be a boundary lubrication region or a mixed lubrication region. At this time, since the friction coefficient is large, by increasing the relative sliding speed, the Sommerfeld number is brought close to the boundary between the mixed lubrication region and the fluid lubrication region, and the friction coefficient is decreased. Specifically, by energizing the piezoelectric element 20, vibration generated in the piezoelectric element 20 is transmitted to the gear via the input shaft 6. At that time, the piezoelectric element 20 is attached so that the vibration of the piezoelectric element 20 vibrates in the axial direction of the input shaft 6.

次に、第3の具体例として、動力の動力伝達機構の他の例を示す。この動力伝達機構の概要図を図5(a)に記す。第1の具体例とは、アクチュエータ20の取付け以外の点で共通しているため、同じ符号を付して、その説明を省略する。   Next, as a third specific example, another example of a power transmission mechanism for power is shown. A schematic diagram of this power transmission mechanism is shown in FIG. Since it is common to the first specific example except for the mounting of the actuator 20, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図5(a)には、インプットシャフト6を軸としたベアリング11の外周部に圧電素子20を取り付けた構造の断面図が記載されている。圧電素子20に通電すると、圧電素子20が振動する。このときの振動は、主としてインプットシャフト6の径方向に振動するように取り付けられ、この振動がインプットシャフト6に伝達される。また、インプットシャフト6に複数の歯車9が取り付けられているため、圧電素子20により生じた振動がインプットシャフト6を経由して各歯車9に伝達される。そして、各歯車9の噛み合う際の歯に振動が伝達される。   FIG. 5A illustrates a cross-sectional view of a structure in which the piezoelectric element 20 is attached to the outer peripheral portion of the bearing 11 with the input shaft 6 as an axis. When the piezoelectric element 20 is energized, the piezoelectric element 20 vibrates. The vibration at this time is attached so as to vibrate mainly in the radial direction of the input shaft 6, and this vibration is transmitted to the input shaft 6. Further, since the plurality of gears 9 are attached to the input shaft 6, vibration generated by the piezoelectric element 20 is transmitted to each gear 9 via the input shaft 6. And a vibration is transmitted to the tooth | gear at the time of each gear 9 meshing | engaging.

この歯に振動が伝達されるため、噛み合う歯同士が互いに振動する。この振動は、各々の歯について相対的に速度を有するように振動する。そのため、相対すべり速度が上昇して、ゾンマーフェルト数が増大し、これにより歯の摩擦係数が減少する。   Since vibration is transmitted to the teeth, the meshing teeth vibrate with each other. This vibration vibrates so that each tooth has a relative speed. As a result, the relative sliding speed increases and the Sommerfeld number increases, thereby reducing the coefficient of friction of the teeth.

次に、第4の具体例として、動力の動力伝達機構の他の例を示す。この動力伝達機構の概要図を図5(b)に記す。第1の具体例とは、アクチュエータ20の取付け以外の点で共通しているため、同じ符号を付して、その説明を省略する。   Next, as a fourth specific example, another example of a power transmission mechanism for power will be described. A schematic diagram of this power transmission mechanism is shown in FIG. Since it is common to the first specific example except for the mounting of the actuator 20, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図5(b)には、歯車9に圧電素子20を取り付けた構造が記載されている。このとき、圧電素子20は、歯車9の歯のない面に取り付けられる。その際、圧電素子20の歯車9への取り付けは、片面であっても両面であっても良い。このように、歯車9に圧電素子を直接取り付けた場合には、歯面に振動を伝達する際の伝達効率が向上する。また、歯車9に圧電素子20を直接取り付けているため、固定されている電源との電気的接続に際して、スリップリング30が必要となる。このスリップリング30は、圧電素子20との積層になるように取り付けられており、歯車とスリップリング30とで圧電素子20を挟むように取り付けられている。   FIG. 5B shows a structure in which the piezoelectric element 20 is attached to the gear 9. At this time, the piezoelectric element 20 is attached to the toothless surface of the gear 9. At this time, the piezoelectric element 20 may be attached to the gear 9 on one side or both sides. Thus, when the piezoelectric element is directly attached to the gear 9, the transmission efficiency when transmitting vibration to the tooth surface is improved. Further, since the piezoelectric element 20 is directly attached to the gear 9, a slip ring 30 is required for electrical connection with a fixed power source. The slip ring 30 is attached so as to be laminated with the piezoelectric element 20, and is attached so that the piezoelectric element 20 is sandwiched between the gear and the slip ring 30.

なお、前述した第3の具体例および第4の具体例のいずれも、トルクセンサ及び回転数センサを用いた測定値に基づく圧電素子20への通電と、トルク推定手段による推定値に基づく圧電素子20への通電のいずれも可能である。   Note that in both the third specific example and the fourth specific example described above, the energization to the piezoelectric element 20 based on the measured value using the torque sensor and the rotation speed sensor, and the piezoelectric element based on the estimated value by the torque estimating means Any of the energization to 20 is possible.

この振動制御装置を取り付けた一の例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the example which attached this vibration control apparatus. この振動制御装置をトランスミッションに用いた一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly an example which used this vibration control apparatus for the transmission. 歯車同士の歯面が噛み合う際の拡大部を時系列で表した図である。It is the figure which represented the expansion part at the time of the tooth | gear surface of gears meshing | engaging in time series. 歯面の摩擦係数を示すストライベック線図である。It is a Stribeck diagram which shows the friction coefficient of a tooth surface. この振動制御装置を取り付けた他の例を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the other example which attached this vibration control apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1…トランスミッション、 2,4…ケース、 3…はす歯歯車装置、 6…インプットシャフト、 7…上側の歯車、 8…下側の歯車、 9…歯車、 10…ドライブギア、 11,11b…ベアリング、 12…ドリブンギア、 13…カウンターシャフト、 15…デフリングギア、 17…噛み合い部、 18a,19a…先端部、 18b,19b…根本部、 20…アクチュエータ(圧電素子)、 30…スリップリング。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmission, 2, 4 ... Case, 3 ... Helical gear apparatus, 6 ... Input shaft, 7 ... Upper gear, 8 ... Lower gear, 9 ... Gear, 10 ... Drive gear, 11, 11b ... Bearing , 12 ... driven gear, 13 ... counter shaft, 15 ... diff ring gear, 17 ... meshing part, 18a, 19a ... tip part, 18b, 19b ... root part, 20 ... actuator (piezoelectric element), 30 ... slip ring.

Claims (3)

駆動歯車と該駆動歯車に噛み合っている従動歯車とによってトルクを伝達する歯車装置において、
前記駆動歯車と従動歯車との少なくとも一方の歯車の支持部に介在され、通電されることにより体積が変化して該一方の歯車に振動を与える圧電素子と、
前記駆動歯車と従動歯車とが噛み合っている歯面の摩擦係数が小さくなるように前記圧電素子に通電して前記一方の歯車を振動させるコントローラと
を備えていることを特徴とする歯車装置。
In a gear device for transmitting torque by a driving gear and a driven gear meshing with the driving gear,
A piezoelectric element that is interposed in a support portion of at least one of the drive gear and the driven gear and changes its volume when energized to vibrate the one gear;
A gear device comprising: a controller that energizes the piezoelectric element to vibrate the one gear so that a friction coefficient of a tooth surface meshing with the drive gear and the driven gear is reduced.
前記コントローラは、前記歯面の滑り速度および面圧ならびに前記歯面のオイルの粘度とから前記摩擦係数を推定するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の歯車装置。   2. The gear device according to claim 1, wherein the controller is configured to estimate the friction coefficient from a sliding speed and a surface pressure of the tooth surface and a viscosity of oil of the tooth surface. 前記コントローラは、前記摩擦係数を小さくするように前記電流を制御して構成されていることを特徴とする請求項2に記載の歯車装置。   The gear device according to claim 2, wherein the controller is configured to control the current so as to reduce the friction coefficient.
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