JP2009294729A - Gear design support method, gear design support apparatus, gear design support program, and storage medium - Google Patents

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康成 川島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gear design support method for high-precision and easy-to-support gear design by eliminating work of evaluating prototyping a gear driving system. <P>SOLUTION: The method includes: a basic input process S101 for inputting specification information of a gear, and driving condition information such as a target speed and a load torque; a gear shape error input process S102 for inputting shape error, i.e., a gear tooth profile error, a tooth trace error, and a cumulative pitch error; an assembling error input process S103 for giving information of an eccentric error between the base circle center and rotation center of the gear; a motion equation deriving process S106 for obtaining an action line at an initial stage of contact with the base circle in the gears, calculating the value of the shape error on the tooth surface of the gear, based on the information from the gear shape error input process, calculating the value of the assembling error by eccentricity, based on the information from the assembling error input process, setting the force equilibrium formula by each gear pair having contact on the action line, and generating the motion equation; a calculation process S107 for time-sequentially solving the equation of motion; and an output process S109 for outputting the action results of a driving shaft and a driven shaft calculated. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、歯車設計支援装置、歯車設計支援方法及び記録媒体に関し、詳細には、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、歯車設計支援プログラム及び記録媒体に関する。   The present invention relates to a gear design support device, a gear design support method, and a recording medium, and more specifically, by providing basic specifications, drive conditions, and error conditions (gear shape error and eccentric assembly error) of the gear. The present invention relates to a gear design support device, a gear design support method, a gear design support program, and a recording medium that can estimate transmission characteristics of a gear mechanism system in a state close to operation and check beforehand whether there is a problem with the gear mechanism system.

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、偏心によって変化する噛合い半径を近似式で求め、微分方程式を解いて回転特性(歯車の回転誤差)を求めるものが提案されている(特許文献1)。
すなわち、相互に噛み合う歯車間の噛合位置における回転半径を余弦定理によって近似して相互に噛み合う歯車の回転角度比を求め、かかる回転角度比を変数分離型の微分方程式として解くことに基づいて、該入力歯車に対する該出力歯車の最大回転誤差を求め、該最大回転誤差が所定値以下になるように該歯車の各々の製造における偏心公差を決定している。
また、外には、偏心によって変化するギヤの実効半径を求め、これに回転速度を掛けて噛合い位置での線速度を求め、これを偏心半径で割ることで回転変動を算出し、これをギヤ列へと展開し、変動が小さくなる位相を求めるものが提案されている(特許文献2)。
さらに、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ものが提案されている(特許文献3)。
特許文献3においては、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3521744号 特開2002−122188公報 特開2003−240064公報
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, there has been proposed a technique in which a meshing radius that changes due to eccentricity is obtained by an approximate expression, and a differential equation is solved to obtain rotational characteristics (gear rotational error) (Patent Document 1).
That is, by approximating the rotation radius at the meshing position between the meshing gears by the cosine theorem to obtain the rotational angle ratio of the gears meshing with each other, and solving the rotational angle ratio as a variable-separated differential equation, The maximum rotation error of the output gear with respect to the input gear is obtained, and the eccentricity tolerance in the manufacture of each of the gears is determined so that the maximum rotation error is a predetermined value or less.
Also, outside, the effective radius of the gear that changes due to eccentricity is obtained, the rotational speed is multiplied by this to obtain the linear velocity at the meshing position, and this is divided by the eccentric radius to calculate rotational fluctuations. A device that develops into a gear train and obtains a phase in which fluctuation is reduced has been proposed (Patent Document 2).
Furthermore, by calculating the action line (surface) that changes due to gear mounting eccentricity and solving the force balance equation on this line (on the surface), the rotation unevenness of the meshing period and the rotation unevenness due to the eccentricity are calculated simultaneously. The thing to do is proposed (patent document 3).
In Patent Document 3, the gear design support device 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. The basic circle center of the gear giving the information on the basic specifications of the gear, the drive condition information, the shape error of the gear tooth profile error, the tooth trace error, etc., and the eccentric error between the basic circle center of the gear and the rotation axis center And an action line that changes due to the eccentricity of the rotation axis center, and a force balance equation is set for each tooth pair in contact with the action line to generate an equation of motion and solve the equation of motion in time series to determine the drive axis and The operation result of the driven shaft is output.
Japanese Patent No. 3521744 JP 2002-122188 A JP 2003-240064 A

しかしながら、特許文献1、2では、偏心によって変化する半径を用いて幾何学的に解析を行っており、これは静的解析となり、慣性項や回転速度の影響(動的挙動:濃度ムラ)を解析することができない。
また、特許文献3では、一歯毎に噛合っている歯の形状誤差や偏心組み立て誤差、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。
特に、偏心歯車で、偏心回転に伴う作用線の位置を逐次算出し、その作用線上での力の釣り合いを厳密に算出していた分、計算時間がかかっていた。また、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。さらに、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。
以上の状況を鑑み、本発明は、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)と偏心誤差の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し、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のできる歯車設計支援方法及び装置を提供することを目的としている。
However, in Patent Documents 1 and 2, geometrical analysis is performed using a radius that changes due to eccentricity. This is a static analysis, and the influence of inertia terms and rotational speed (dynamic behavior: density unevenness) is obtained. It cannot be analyzed.
In Patent Document 3, the equation of motion is constructed in consideration of the tooth shape error, eccentric assembly error, tooth pair rigidity, load torque, etc., meshed for each tooth, so that more accurate analysis is possible. However, it takes time to calculate.
In particular, it takes a long time to calculate the position of the action line accompanying the eccentric rotation with the eccentric gear and calculate the balance of force on the action line strictly. Further, 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. Furthermore, 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.
In view of the above situation, the present invention reduces in advance the effects of the assembly error of the gear shape error (tooth profile error, tooth trace error, cumulative pitch error) and the eccentricity error that affect the rotation transmission characteristics of the gear in advance. Predicted by time analysis, the analysis is performed in consideration of dynamic behavior (influence of inertia term and rotation speed: resonance phenomenon, etc.), thereby confirming that there is no problem with the gear mechanism system, and the gear drive system An object of the present invention is to provide a gear design support method and apparatus capable of providing gear design support with high accuracy and ease without the need for trial manufacture and evaluation.

上記目的を解決するため、請求項1に記載の発明は、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において、基本入力部によって、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、前記歯車の歯形誤差、歯すじ誤差、累積ピッチ誤差の形状誤差の情報を入力す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の情報を与える組み付け誤差入力工程と、運動方程式導出部によって、前記基本入力工程から前記歯車同士の基礎円に接する初期時での作用線を求め、該作用線上における歯車歯面の形状誤差の値を前記歯車形状誤差入力工程で与えられた情報から算出し、かつ偏心による組み付け誤差の値を前記組付け誤差入力工程で与えられた情報から算出し、算出された前記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運動方程式導出工程と、計算部によって、時系列的に前記運動方程式を解く計算工程と、出力部によって、前記計算工程により計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の動作結果を出力する出力工程と、から構成されることを特徴とする。
また、請求項2に記載の発明は、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に換算して出力する請求項1に記載の歯車設計支援方法を特徴とする。
また、請求項3に記載の発明は、前記歯車形状誤差と、偏心による組み付け誤差と、噛合い位置で変化する歯対剛性を統合して前記運動方程式を生成する請求項1又は2に記載の歯車設計支援方法を特徴とする。
In order to solve 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, and the dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the drive shaft. In the gear design support method for analyzing and calculating the basic input process, the basic input unit inputs the specification information that is the basic specification of the target gear and the drive condition information of the target speed and load torque, and the gear shape error. A gear shape error input step for inputting information on the shape error of the gear tooth profile error, tooth trace error and cumulative pitch error by the input unit, and an eccentricity between the basic circle center and the rotation center of the gear by the assembly error input unit. An action line at an initial time in contact with the basic circle of the gears is obtained from the basic input process by the assembly error input process that gives information on the error and the equation of motion derivation unit, The value of the shape error of the car tooth surface is calculated from the information given in the gear shape error input step, and the value of the assembling error due to eccentricity is calculated from the information given in the assembling error input step. A 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 information, and a calculation step for solving the motion equation in time series by the calculation unit And an output step of outputting an operation result of the drive shaft and the driven shaft calculated by the calculation step by an output unit.
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 driving shaft and the driven shaft are used in the output step. 2. The gear design support method according to claim 1, wherein when outputting the operation result, the output of the driven shaft is multiplied by the radius of the rotating drum and converted into a characteristic value on the surface of the rotating drum. Features.
According to a third aspect of the present invention, the equation of motion is generated by integrating the gear shape error, the assembling error due to the eccentricity, and the tooth-to-rigidity changing at the meshing position. It features a gear design support method.

また、請求項4に記載の発明は、前記歯対剛性は、前記歯車が一定速度となっているときに、前記歯車形状誤差と前記噛合い位置に応じて変化するとし、前記歯車が一定速度となっていない起動時では、前記歯対剛性は一定値として扱う請求項1乃至3の何れか一項に記載の歯車設計支援方法を特徴とする。
また、請求項5に記載の発明は、前記歯車の噛合い状態の推移は、前記歯車が一定速度となった時の値を採用する請求項1乃至3何れか一項に記載の歯車設計支援方法を特徴とする。
また、請求項6に記載の発明は、前記歯車が静止状態から一定速度になるまでの起動時は、前記運動方程式の粘性係数の値を通常よりも大きくする請求項1乃至3何れか一項に記載の歯車設計支援方法を特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the tooth-to-tooth rigidity changes according to the gear shape error and the meshing position when the gear is at a constant speed, and the gear is at a constant speed. The gear design support method according to any one of claims 1 to 3, wherein the tooth-pair rigidity is treated as a constant value at the time of starting that is not.
The invention according to claim 5 is the gear design support according to any one of claims 1 to 3, wherein the transition of the meshing state of the gear adopts a value when the gear reaches a constant speed. Features method.
According to a sixth aspect of the present invention, the value of the viscosity coefficient of the equation of motion is made larger than usual when the gear starts up from a stationary state to a constant speed. It is characterized by the gear design support method described in 1.

また、請求項7に記載の発明は、前記歯車が一定速度の時の負荷変動のタイミングに合わせて解析ステップや収束許容誤差を調整する請求項1乃至3何れか一項に記載の歯車設計支援方法を特徴とする
また、請求項8に記載の発明は、噛合い周波数の帯域に応じて前記運動方程式を解く際の精度を調整する請求項1乃至7何れか一項に記載の歯車設計支援方法を特徴とする。
また、請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8何れか一項に記載の歯車設計支援方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムを特徴とする。
また、請求項10に記載の発明は、請求項9に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を特徴とする。
The invention according to claim 7 is the gear design support according to any one of claims 1 to 3, wherein the analysis step and the convergence tolerance are adjusted in accordance with a load fluctuation timing when the gear is at a constant speed. The invention according to claim 8 is characterized in that the gear design support according to any one of claims 1 to 7, wherein the accuracy in solving the equation of motion is adjusted according to a band of meshing frequency. Features method.
The invention according to claim 9 is characterized by a program for causing a computer to execute the gear design support method according to any one of claims 1 to 8.
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a computer-readable storage medium storing the program according to the ninth aspect.

また、請求項11に記載の発明は、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において、前記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の駆動条件情報を与える基本入力手段と、前記歯車の歯形誤差、歯すじ誤差、累積ピッチ誤差の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力手段と、前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差の情報を与える組み付け誤差入力手段と、前記基本入力手段から前記歯車同士の基礎円に接する初期時での作用線を求め、該線上における歯車歯面の形状誤差の値を前記歯車形状誤差入力手段により得た情報から算出し、かつ偏心による組み付け誤差の値を前記組付け誤差入力手段により得た情報から算出し、算出された前記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運動方程式導出手段と、時系列的に前記運動方程式を解く計算手段と、当該計算手段の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の動作結果を出力する出力手段と、を備えていることを特徴とする。   The invention described in 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. In the gear design support device, basic input means for providing the basic information of the gear and the driving condition information of the target speed and load torque, the tooth profile error of the gear, the tooth trace error, the shape error of the accumulated pitch error Gear shape error input means for providing information on the assembly, assembling error input means for providing information on the eccentric error between the center of the basic circle and the rotation center of the gear, and an initial time when the basic input means contacts the basic circle of the gears. The value of the shape error of the gear tooth surface on the line is calculated from the information obtained by the gear shape error input means, and the value of the assembly error due to eccentricity is calculated by the assembly error input means. Calculated from the obtained information, and based on the calculated information, a motion equation derivation means for generating a motion equation by setting a force balance equation for each tooth pair in contact on the action line, and in time series Computation means for solving an equation of motion, and output means for outputting operation results of the drive shaft and the driven shaft calculated by the computation means are provided.

以上のように構成したので、本発明によっては、歯車シミュレーションで計算時間のかかる偏心歯車の動的解析計算で、偏心による影響を作用線上の位置変化として算出することで、歯車形状誤差と同じパラメータ上に変換して解析することができ、時系列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)を高めることができ、その結果、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。   Since it is configured as described above, according to the present invention, in the dynamic analysis calculation of the eccentric gear, which takes time to calculate in the gear simulation, the influence of the eccentricity is calculated as the position change on the action line, so that the same parameter as the gear shape error Parameters that can be analyzed by converting them up and improving the analysis efficiency (reduction of calculation time, reduction of calculation costs) in the time series calculation process, and consequently the rotation transmission characteristics of the gears. The effects of gear shape errors (tooth profile errors, tooth trace errors, cumulative pitch errors) and eccentric errors 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 rotational speed: resonance phenomenon, etc.), thereby confirming that there is no problem with the gear mechanism system, and testing 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。
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.

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。
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。
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.
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。
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3に示すような機能ブロックを有するようになる。
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.
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.

図3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3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32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33と、基本入力部31から歯車同士の基礎円に接する初期時での作用線を求め、その線上における歯車歯面の形状誤差の値を歯車形状誤差入力手段32から算出し、かつ偏心による組み付け誤差の値を組付け誤差入力手段33から算出し、この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運動方程式導出部34と、時系列的にこの運動方程式を解く計算部35と、計算部35の計算した駆動軸と被駆動軸の動作結果を出力する出力部36と、を有している。
FIG. 3 is a functional block diagram when the gear design support program is executed by the computer 1 shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the gear design support device includes a basic input unit 31 that gives basic information of a target gear and driving condition information such as target speed and load torque, and a tooth profile error of the gear. Gear shape error input unit 32 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 eccentric error between the basic circle center and rotation center of the gear, and the inclination of each axis From the unit 33 and the basic input unit 31, the action line at the initial time contacting the basic circle of the gears is obtained, the shape error value of the gear tooth surface on the line is calculated from the gear shape error input means 32, and due to eccentricity The value of the assembling error is calculated from the assembling error input means 33, and the equation of motion is derived by setting the force balance equation for each tooth pair contacting on the action line based on the obtained information and generating the equation of motion. Part 34; A calculation unit 35 for solving the series in the equation of motion, and has calculated the drive shaft of the calculator 35 and an output unit 36 for outputting the operation result of the driven shaft, a.

次に、図4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4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4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や駆動トルク、被駆動軸に加わる負荷トルクである。
次に、ステップ102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103において、組み付け誤差入力工程で偏心誤差(ピッチ円中心と回転軸中心の距離)の情報を加える。
これらのデータを与えた後、ステップ104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。
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Ktとその撓み量ψの積として求められる。歯車形状誤差の影響e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、偏心誤差によっても、作用線上の接触位置がδ変化する。そこで、ステップ105において、偏心角度の位置(偏心量とその位相、回転角)に応じて歯面位置の変化量δを後述の方法で算出し、ここで求めたδ値を、形状誤差のオフセットに加えることで、歯車形状誤差と偏心組み付け誤差を同じパラメータ上に配置してのモデル化が可能となる。
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. 4 is a flowchart of analysis processing for design support in the gear design support apparatus shown in FIG.
In step 101 of FIG. 4, first, basic specification information of a 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 drive condition information includes, for example, initial angles of the drive gear and the driven gear (which tooth starts to mesh with), a target speed and drive torque applied to the drive shaft, and load torque applied to the driven shaft.
Next, in step 102, 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 103, the assembly error input process is performed. Add information on eccentricity error (distance between pitch circle center and rotation axis center).
After giving these data, in step 104, 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.
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 a product of a contact stiffness (teeth-to-stiffness) value Kt and a deflection amount ψ thereof. The influence e of the gear shape error can be dealt with by offsetting the contact position (position on the action line) compared to the case where the tooth surface position has no shape error. Further, the contact position on the action line also changes by δ due to the eccentricity error. Therefore, in step 105, a change amount δ of the tooth surface position is calculated by a method described later according to the position of the eccentric angle (the amount of eccentricity and its phase, rotation angle), and the obtained δ value is used as an offset of the shape error. In addition, the gear shape error and the eccentric assembly error can be modeled by arranging them on the same parameter.

図5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る。この初期状態での作用線を求めておき、この方向にそれぞれの噛合い力を加える(作用力、半作用力)。偏心回転した場合、回転角で作用線の位置は変化するが、その方向の変化は微小とみなすことができるので、初期時の作用線位置を固定して、偏心による影響は、作用線上の歯面位置変化量δとして取り扱い、数値演算を実施する。
ここで、歯面位置の変化量δを算出する方法を以下に説明する。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the basic circle of the meshing gear and the action line in contact therewith. The action line in this initial state is obtained, and each meshing force is applied in this direction (action force, half-action force). In the case of eccentric rotation, the position of the action line changes depending on the rotation angle, but the change in the direction can be considered minute, so the position of the action line at the initial stage is fixed, and the effect of eccentricity is the tooth on the action line. It is handled as the surface position change amount δ and a numerical calculation is performed.
Here, a method for calculating the variation δ of the tooth surface position will be described below.

図6及び図7は、歯面位置の変化量δの算出方法を説明するための図である。
図6に示す任意の点Po(xo,yo)を中心Oで回転させたときの座標P(x,y)は次式となる。

Figure 2009294729
次に、偏心中心Oeで任意の点Poをθ回転させたときの座標Pe(xe,ye)を求める。
Oeからみた点Poの座標は、
Figure 2009294729
となるので、偏心中心Oeを中心としてθ回転させたときの座標Peは、
Figure 2009294729
である。
Oe座標系からO座標系に
Figure 2009294729
を用いて戻すと、
座標Peとして
Figure 2009294729
が得られる。
偏心の有無によるO座標系からみた位置誤差ΔP(Pe−P)は、次式となる。
Figure 2009294729
・・・(1) 6 and 7 are diagrams for explaining a method for calculating the variation δ of the tooth surface position.
The coordinates P (x, y) when an arbitrary point Po (xo, yo) shown in FIG.
Figure 2009294729
Next, coordinates Pe (xe, ye) when an arbitrary point Po is rotated by θ at the eccentric center Oe are obtained.
The coordinates of the point Po viewed from Oe are
Figure 2009294729
Therefore, the coordinates Pe when θ is rotated about the eccentric center Oe is
Figure 2009294729
It is.
From Oe coordinate system to O coordinate system
Figure 2009294729
And return using
As coordinates Pe
Figure 2009294729
Is obtained.
The position error ΔP (Pe−P) as seen from the O coordinate system due to the presence or absence of eccentricity is expressed by the following equation.
Figure 2009294729
... (1)

図7のように、作用線の開始点Pm(▲印)を基準とした場合にθを0から2πまで回転させると位置誤差ΔPの軌跡は、破線の円になる。この円の半径は、偏心量εであり、その偏心位相φに応じて開始点Pmの周りに配置される。
作用線上の直線y1と偏心誤差によって変化する位置誤差ΔPの任意点Paを通り、作用線と直交する直線y2を式化する。そして、作用線の開始点Pm(▲印:誤差のない場合)からの作用線方向のズレδを求める。
・Pm座標での作用線の直線式y1

Figure 2009294729
・Pm座標での作用線と直交する直線式y2
Figure 2009294729

この2つの直線の交点からδを求める。y1の式を変形してy2に代入する(y1=y2=yδとする)。
Figure 2009294729
これによってyδが得られたので、cosα=yδ/δを用いてδを算出する。
Figure 2009294729
・・・(2)

(1)式を(2)式に代入し、偏心回転に伴う噛み合い点誤差(作用線上のズレ)δが求められる。
Figure 2009294729
As shown in FIG. 7, when θ is rotated from 0 to 2π with reference to the starting point Pm (m) of the action line, the locus of the position error ΔP becomes a broken-line circle. The radius of this circle is the amount of eccentricity ε, and is arranged around the start point Pm according to the eccentric phase φ.
A straight line y2 that passes through the straight line y1 on the action line and the arbitrary point Pa of the position error ΔP that changes due to the eccentricity error and is orthogonal to the action line is formulated. Then, the deviation δ in the direction of the action line from the start point Pm of the action line (▲: when there is no error) is obtained.
・ Linear expression y1 of action line in Pm coordinate
Figure 2009294729
-Linear formula y2 orthogonal to the action line in Pm coordinates
Figure 2009294729

Δ is obtained from the intersection of these two straight lines. The expression of y1 is transformed and substituted for y2 (y1 = y2 = yδ).
Figure 2009294729
Since yδ is obtained in this way, δ is calculated using cos α = yδ / δ.
Figure 2009294729
... (2)

By substituting the equation (1) into the equation (2), the meshing point error (deviation on the action line) δ accompanying the eccentric rotation is obtained.
Figure 2009294729

図4に戻り、ステップ106において、運動方程式導出工程で、この作用線上に噛合い力が働いて偏心回転した場合、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と共に、歯車ごとに式をたてて、それを連立させて解析する。
すなわち、基本入力工程(S101)と組み付け誤差入力工程(S103)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(S102)と組付け誤差入力工程(S102)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。
最後に、ステップ107の時系列計算工程において、微分方程式の数値解析を行い、解析終了時間となると(ステップ108でYES)解析結果を出力する(ステップ109)。
Returning to FIG. 4, in step 106, in the equation of motion derivation step, when the meshing force acts on this action line and eccentric rotation occurs, this action line that changes with the rotation angle is obtained geometrically and analyzed. Develop an equation for each gear, and analyze it by making it simultaneous.
That is, an action line in contact with the basic circle between the gears is obtained from information given in the basic input step (S101) and the assembly error input step (S103), and the gear shape error input step (S102) and the assembly error input step (S102). The equation of motion is generated by setting a force balance equation for each tooth pair in contact on the action line based on the information obtained from (1).
Finally, in the time series calculation process of step 107, numerical analysis of the differential equation is performed, and when the analysis end time is reached (YES in step 108), an analysis result is output (step 109).

図8は、運動方程式の説明図であり、歯車ごとに式をたてて、それを連立させて解析する。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eo(歯車形状誤差:歯形誤差や歯筋誤差、累積ピッチ誤差)と偏心組み付け誤差δ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8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 2009294729
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は作用線上での形状誤差eoと組み付け誤差δ(偏心)の和である(e=eo+δ)。
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。 FIG. 8 is an explanatory diagram of the equation of motion, and formulas are created for each gear and are analyzed simultaneously. Deflection when offset of tooth surface shape error eo (gear shape error: tooth profile error, tooth trace error, cumulative pitch error) and eccentric assembly error δ is given when calculating the balance of forces between tooth surfaces on this line of action Calculate the amount. 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 2009294729
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 tooth surface deformation amount in the action line direction, and e is the sum of the shape error eo and the assembly error δ (eccentricity) on the action line (e = eo + δ).
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.

定常状態で所定の時間を解析すると、図9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10)。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。その後、解析時間が終了した場合、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)をグラフや表として表示ディスプレイやプリンタに出力したり、データとして記録媒体に保存する(図11参照)。
以上説明したように、歯車シミュレーションで計算時間のかかる偏心歯車の動的解析計算で、偏心による影響を作用線上の位置変化として算出することで、歯車形状誤差と同じパラメータ上に変換して解析することができ、時系列計算工程(ステップ107)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(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50秒だったものが、本発明により13秒となり計算時間を大幅に短縮化することができた)。
その結果、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。
When the predetermined time is analyzed in the steady state, the contact force for each meshing tooth is obtained as shown in FIG. The sum of these becomes the force (torque) that drives the gear (FIG. 10). And the fluctuation component of this meshing cycle is an excitation force (torque unevenness) that causes rotation unevenness. After that, when the analysis time ends, the analysis results (rotation characteristics: angular transmission error and angular velocity transmission error with respect to the time of the drive axis and driven axis) accumulated in time series so far are displayed as graphs and tables. The data is output to a display or a printer, or stored in a recording medium as data (see FIG. 11).
As explained above, in the dynamic analysis calculation of the eccentric gear, which takes time to calculate in the gear simulation, the influence of the eccentricity is calculated as the position change on the action line, and converted to the same parameter as the gear shape error and analyzed It is possible to increase the analysis efficiency (reduction of calculation time, reduction of calculation cost) in the time series calculation process (step 107) (for example, the time required for one second of analysis with a pair of gears is conventional) The method, which was 50 seconds, is 13 seconds according to the present invention, and the calculation time can be greatly shortened).
As a result, it is possible to predict the effects of gear shape errors (tooth profile error, tooth trace error, cumulative pitch error) and eccentricity errors, which affect the rotation transmission characteristics of the gear, 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12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る。
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12は、本発明が適用される回転体ドラム駆動要の歯車伝達機構系を示す概略図である。
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ず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、出力工程(ステップ109)で、駆動軸と被駆動軸の動作結果を出力するに際して、被駆動軸の出力に回転体ドラム半径を乗じて、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の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の組付け誤差が、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-described 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 output process at that time, the positional deviation on the surface of the rotating drum in the rotation cycle of the gear and the speed unevenness on the surface of the rotating drum in the gear meshing cycle are output. FIG. 12 is a schematic diagram showing a gear transmission mechanism system for driving a rotating drum to which the present invention is applied.
The positional deviation and the speed unevenness on the surface of the rotating body can be obtained by multiplying the angle transmission error or the angular speed transmission error by the rotating body radius.
As described above, according to the present embodiment, the gear transmission mechanism system is a gear transmission mechanism system for driving the rotating drum that drives the rotating drum, and in the output step (step 109), the drive shaft and the driven shaft are driven. When the operation result is output, the output of the driven shaft is multiplied by the radius of the rotating drum, and converted into characteristic values (positional deviation, speed unevenness) on the surface of the rotating drum, and output. Characteristic values (positional deviation and speed unevenness) with respect to the assembly error of the gear shape error and the eccentricity error on the surface of the formed rotating drum are obtained.
As a result, the assembly error of the gear shape error and the eccentricity error is caused by positional deviation (color deviation in multi-color superposition), which is a characteristic value on the surface of the rotating drum, and speed fluctuation in the meshing cycle (due to uneven density) How it affects a certain banding) can be revealed in a short time by pre-analysis.

次に、図4のステップ106における運動方程式を導出する際の、噛合い接触力Ftの算出方法の別の例を説明する。
これは、計算の短縮化を図るために、接触位置ξで変化する接触剛性Ktと形状誤差eo+偏心組み付け誤差δの和eを統合するものである。
具体的に説明すると、上記式(3)の場合は、接触位置ξによって3つの変数(Kt、ψとe)であり、噛み合い接触位置ξに対する、接触剛性Kt、形状誤差eo+偏心組み付け誤差δの和eのそれぞれの関係は図13のように示される。
それに対し、変数を2つ(ψとe’)にまとめることで、収束計算での計算時間を短縮化できる。図14では、Ktを一定値Kt0として、その分を、eの端部(噛合い始め側と噛合い終り側)を小さくする係数を与えることで、グラフ中の破線から実線のように変化する。この結果を利用することで、計算結果を大きく変化させることなく実行することができる。
この場合、噛合い接触力Ftは、次式で表される。

Figure 2009294729

このように、噛合い位置で変化する歯車形状誤差や偏心組み付け誤差と、歯対剛性に関して、歯対剛性を任意の定数を掛けて小さく一定値とし、歯車形状誤差と偏心組み付け誤差の端部(噛合い始め側と終り側)にも定数をかけて小さくするようにして統合して運動方程式を生成することで、接触位置に関する変数が3つから2つになり、繰り返して実施する収束計算が短くできる。
その結果、歯車シミュレーション計算時間に要する時間を短縮化することで解析作業の効率向上を図ることができる。 Next, another example of a method for calculating the meshing contact force Ft when deriving the equation of motion in step 106 in FIG. 4 will be described.
This integrates the sum e of the contact stiffness Kt that changes at the contact position ξ and the shape error eo + the eccentric assembly error δ in order to shorten the calculation.
Specifically, in the case of the above formula (3), there are three variables (Kt, ψ and e) depending on the contact position ξ, and the contact stiffness Kt, shape error eo + eccentric assembly error δ with respect to the meshing contact position ξ. Each relationship of the sum e is shown in FIG.
On the other hand, the calculation time in the convergence calculation can be shortened by collecting the variables into two (ψ and e ′). In FIG. 14, Kt is set to a constant value Kt0, and this is changed from a broken line in the graph to a solid line by giving a coefficient for reducing the end of e (meshing start side and meshing end side). . By using this result, it is possible to execute without greatly changing the calculation result.
In this case, the meshing contact force Ft is expressed by the following equation.

Figure 2009294729

As described above, the gear shape error and the eccentric assembly error that change at the meshing position and the tooth pair rigidity are set to a small constant value by multiplying the tooth pair rigidity by an arbitrary constant, and the end of the gear shape error and the eccentric assembly error ( By generating a motion equation by integrating and reducing the constant on the meshing side and the meshing side, the number of variables related to the contact position will be changed from three to two. Can be shortened.
As a result, the efficiency of the analysis work can be improved by reducing the time required for the gear simulation calculation time.

次に、図4の時系列計算工程(ステップ107)における計算時間を短縮するための態様例を説明する。
図15は、図4のフローチャートにおける時系列計算工程の処理の流れを示すフローチャートであり、図16は、計算時間を短縮するための第1の変形例を示すフローチャートである。
図15において、時系列計算工程が開始されると時系列に従って、その時間における微分方程式を解き(ステップ201)、収束と判定されると(ステップ202でYes)、データを保存してステップ時間分を進め、ステップ201に戻って進めた時間時点での微分方程式を解く。
歯対剛性は、一定速度領域(定常速度領域)になっているときに歯車形状誤差と噛合い位置で変化することとし、起動時では一定値として扱うことする。起動時のように一定速度ではない領域では、起動加速度による慣性力の影響や駆動モータの特性などで、複雑な応答を示す。ここで歯車形状誤差や歯対剛性を考慮して計算すると、計算に時間がかかるとともに、この領域(過渡状態)で画像生成などの作業は行わないので詳細に解析する必要もない。そこで、図16に示す第1の変形例においては、解析初期時(起動時)では、歯車形状誤差をゼロとし、歯対剛性も噛合い位置(接触位置)で変化しないように一定値で計算し、定常状態になったときに緩やかに切り替えるようにすることで、計算時間の短縮が図られる。
Next, an example of a mode for shortening the calculation time in the time series calculation step (step 107) of FIG. 4 will be described.
FIG. 15 is a flowchart showing the processing flow of the time series calculation step in the flowchart of FIG. 4, and FIG. 16 is a flowchart showing a first modification for shortening the calculation time.
In FIG. 15, when the time series calculation process is started, the differential equation at that time is solved according to the time series (step 201). , And return to step 201 to solve the differential equation at the time point of advance.
The tooth-pair rigidity changes depending on the gear shape error and the meshing position when it is in a constant speed region (steady speed region), and is treated as a constant value at the time of startup. In a region where the speed is not constant as at the time of starting, a complicated response is shown due to the influence of the inertial force due to the starting acceleration and the characteristics of the drive motor. If the calculation is performed in consideration of the gear shape error and the tooth-to-rigidity, it takes a long time to calculate and no work such as image generation is performed in this region (transient state). Therefore, in the first modified example shown in FIG. 16, at the initial stage of analysis (at the time of start-up), the gear shape error is set to zero, and the tooth-pair rigidity is calculated with a constant value so that it does not change at the meshing position (contact position). In addition, the calculation time can be shortened by switching slowly when the steady state is reached.

すなわち、時系列計算工程の開始後、定常速度領域であれば(ステップ301でYes)、その時間における微分方程式を解いて(ステップ302)、収束と判定されれば(ステップ304でYes)データを保存して(ステップ305)、ステップ時間分を進めて(ステップ306)ステップ301に戻り、定常速度領域でない起動時における場合(ステップ301でNo)は、その時間における形状誤差なし、歯対剛性が一定の微分方程式を解く(ステップ303−1)。
歯対剛性は、一定速度領域(定常速度領域)になっているときに歯車形状誤差と噛合い位置で変化することとし、起動時では一定値として扱うことで、起動時における慣性力や駆動モータの影響で複雑な挙動を示すときの計算は、歯車形状誤差や歯対剛性を考慮しない簡略化した運動方程式となる。その結果、特に計算時間のかかる起動時(解析の対象外の場合)について、回転ムラ要因を排除することで高速計算が可能となり、解析作業の効率向上を図ることできる。
That is, after the start of the time series calculation process, if it is a steady speed region (Yes in step 301), the differential equation at that time is solved (step 302), and if convergence is determined (Yes in step 304), the data is Save (step 305), advance by the step time (step 306), return to step 301, and in the case of start-up that is not in the steady speed range (No in step 301), there is no shape error at that time, and the tooth-to-rigidity is A constant differential equation is solved (step 303-1).
Tooth rigidity changes with gear shape error and meshing position when it is in a constant speed region (steady speed region), and is treated as a constant value at startup, so that inertial force and drive motor at startup The calculation when the behavior is complicated due to the influence of the above becomes a simplified equation of motion that does not consider the gear shape error and the tooth pair rigidity. As a result, especially at the time of start-up that requires calculation time (when it is not the target of analysis), high-speed calculation is possible by eliminating the cause of rotation unevenness, and the efficiency of analysis work can be improved.

図17は、計算時間を短縮するための第2の変形例を示すフローチャートである。
本変形例においては、歯車の歯の移り変わり(噛合い状態の推移)は、一定速度領域(定常速度領域)になっているときのみ考慮する歯車は複数の歯が噛合ってトルクを伝達しており、その接触状態(噛合い位置)に応じて同時に噛合っている歯の数が変化する。例えば、噛合い率が2.5の場合、2つの歯が噛合っている時間と3つの歯が噛合っている時間が同等であり、これが噛合い位置によって変化することになる。起動時のように一定速度ではない領域では、起動加速度による慣性力の影響や駆動モータの特性などで、複雑な応答を示す。ここで歯車の歯の移り変わり(噛合い状態の推移)を考慮して計算すると、計算に時間がかかるとともに、この領域(過渡状態)で画像生成などの作業は行わないので詳細に解析する必要もない。解析初期時では、歯車の歯の移り変わり(噛合い状態の推移)を固定(例えば、3つの歯が常時噛合っているとか)として扱うようにして計算し、定常状態になったときに緩やかに切り替えるようにすることで、計算時間の短縮が図られる。
FIG. 17 is a flowchart showing a second modification for shortening the calculation time.
In this modification, the gear tooth transition (change in meshing state) is considered only when the gear is in a constant speed region (steady speed region). Accordingly, the number of teeth simultaneously engaged changes depending on the contact state (engagement position). For example, when the meshing rate is 2.5, the time during which the two teeth mesh with each other is the same as the time during which the three teeth mesh, and this varies depending on the meshing position. In a region where the speed is not constant as at the time of starting, a complicated response is shown due to the influence of the inertial force due to the starting acceleration and the characteristics of the drive motor. If calculation is performed taking into account the gear tooth transition (meshing state transition) here, it takes time to calculate, and in this region (transient state), image generation and other work are not performed, so detailed analysis is also necessary. Absent. At the initial stage of the analysis, calculation is performed by treating the gear tooth transition (meshing state transition) as fixed (for example, the three teeth are always meshing), and when the steady state is reached By switching, the calculation time can be shortened.

すなわち、時系列計算工程の開始後、定常速度領域であれば(ステップ301でYes)、その時間における微分方程式を解いて(ステップ302)、収束と判定されれば(ステップ304でYes)データを保存して(ステップ305)、ステップ時間分を進めて(ステップ306)ステップ301に戻り、定常速度領域でない起動時における場合(ステップ301でNo)は、その時間における噛合い歯を固定した微分方程式を解く(ステップ303−2)。
歯車の歯の移り変わり(噛合い状態の推移)は、一定速度領域(定常速度領域)になっているときのみ考慮することで、起動時における慣性力や駆動モータの影響で複雑な挙動を示すときの計算は、歯の移り変わり(噛合い状態の推移)を考慮しない簡略化した運動方程式となる。その結果、特に計算時間のかかる起動時(解析の対象外の場合)について、回転ムラ要因を排除することで高速計算が可能となり、解析作業の効率向上を図ることできる。
That is, after the start of the time series calculation process, if it is a steady speed region (Yes in step 301), the differential equation at that time is solved (step 302), and if convergence is determined (Yes in step 304), the data is Save (step 305), advance by step time (step 306), return to step 301, and in the case of start-up that is not in the steady speed range (No in step 301), a differential equation with fixed meshing teeth at that time Is solved (step 303-2).
When gear tooth transition (meshing state transition) shows complex behavior due to inertial force at start-up and influence of drive motor by considering only when it is in constant speed range (steady speed range) This calculation is a simplified equation of motion that does not take into account tooth transition (meshing state transition). As a result, especially at the time of start-up that requires calculation time (when it is not the target of analysis), high-speed calculation is possible by eliminating the cause of rotation unevenness, and the efficiency of analysis work can be improved.

図18は、計算時間を短縮するための第3の変形例を示すフローチャートである。
静止状態から一定速度領域(定常速度領域)になるまでの起動時は、運動方程式の粘性項(粘性係数C)の値を通常よりも大きくする。起動時のように一定速度ではない領域では、起動加速度による慣性力の影響や駆動モータの特性などで、複雑な応答を示す。ここで、粘性項の値を大きくすることで、計算に時間のかかる高周波数の振動を低減する働きが期待できる。
すなわち、時系列計算工程の開始後、定常速度領域であれば(ステップ301でYes)、その時間における微分方程式を解いて(ステップ302)、収束と判定されれば(ステップ304でYes)データを保存して(ステップ305)、ステップ時間分を進めて(ステップ306)ステップ301に戻り、定常速度領域でない起動時における場合(ステップ301でNo)は、その時間における粘性項を大きくした微分方程式を解く(ステップ303−3)。
静止状態から一定速度領域(定常速度領域)になるまでの起動時は、運動方程式の粘性項(粘性係数C)の値を通常よりも大きくすることで、この領域における慣性力や駆動モータの影響で複雑な挙動を示すときの計算を、簡略化して行うことになる(粘性項によって、起動時に発生した振動成分を素早く抑制するため)。その結果、特に計算時間のかかる起動時(解析の対象外の場合)について、回転ムラ要因を排除することで高速計算が可能となり、解析作業の効率向上を図ることできる。
FIG. 18 is a flowchart showing a third modification for reducing the calculation time.
At the time of startup from the stationary state to the constant speed region (steady speed region), the value of the viscosity term (viscosity coefficient C) of the equation of motion is made larger than usual. In a region where the speed is not constant as at the time of starting, a complicated response is shown due to the influence of the inertial force due to the starting acceleration and the characteristics of the drive motor. Here, by increasing the value of the viscosity term, it is possible to expect a function of reducing high-frequency vibration that takes time for calculation.
That is, after the start of the time series calculation process, if it is a steady speed region (Yes in step 301), the differential equation at that time is solved (step 302), and if convergence is determined (Yes in step 304), the data is Save (step 305), advance step time (step 306), return to step 301, and in the case of start-up that is not in the steady speed range (No in step 301), the differential equation with a larger viscosity term at that time is Solve (step 303-3).
When starting up from a stationary state to a constant speed range (steady speed range), the value of the viscosity term (viscosity coefficient C) in the equation of motion is made larger than usual so that the influence of inertia force and drive motor in this range In this case, the calculation when the complicated behavior is shown is simplified (in order to quickly suppress the vibration component generated at the start-up by the viscosity term). As a result, especially at the time of start-up that requires calculation time (when it is not the target of analysis), high-speed calculation is possible by eliminating the cause of rotation unevenness, and the efficiency of analysis work can be improved.

図19は、計算時間を短縮するための第4の変形例を示すフローチャートである。
一定速度領域(定常速度領域)での負荷変動のタイミングに合わせて解析ステップや収束許容誤差を調整する。一定速度領域で、予め負荷変動の加わるタイミングが既知の場合(例えば、画像生成装置における用紙搬入タイミングや、他プロセスの稼動タイミング)、その前後で詳細に解析できるように解析パラメータ(解析ステップ、収束許容誤差)を変える。このようにすることで、収束困難になることもなく、精度の良い計算が効率よく実施することが可能となる。
すなわち、時系列計算工程の開始後、負荷変動のタイミングであれば(ステップ401でYes)、その時間における微分方程式を解いて(ステップ402)、収束と判定されれば(ステップ404でYes)データを保存して(ステップ405)、ステップ時間分を進めて(ステップ406)ステップ401に戻り、負荷変動のタイミングでない場合(ステップ401でNo)は、その時間における粘性項を大きくした微分方程式を解く(ステップ403)。
一定速度領域(定常速度領域)での負荷変動のタイミングに合わせて解析ステップや収束許容誤差を調整することで、計算途中で収束困難(計算が発散してしまう)になることもなくなる。その結果、高速計算をするために、特に計算時間のかかる負荷変動のタイミングがわかる場合に、そこでの解析ステップを細かく調整するなどして、収束計算にかかる時間を低減する(解析対象時間領域全体で解析ステップを細かくしたり、許容誤差を小さくするのではなく、負荷変動が加わる付近の必要なところだけ解析条件を調整する)ことで解析作業の効率向上を図ることができる。
FIG. 19 is a flowchart showing a fourth modification for shortening the calculation time.
The analysis step and convergence tolerance are adjusted according to the load fluctuation timing in the constant speed region (steady speed region). When the timing of load fluctuation is known in advance in a constant speed range (for example, paper carry-in timing in the image generation device or operation timing of other processes), analysis parameters (analysis step, convergence) can be analyzed in detail before and after Change the tolerance. By doing in this way, it becomes possible to carry out highly accurate calculation efficiently without becoming difficult to converge.
That is, after the start of the time series calculation process, if it is the timing of load fluctuation (Yes in step 401), the differential equation at that time is solved (step 402), and if it is determined that the convergence has occurred (Yes in step 404), the data Is saved (step 405), the step time is advanced (step 406), and the process returns to step 401. If the load fluctuation timing is not reached (No in step 401), the differential equation with a larger viscosity term at that time is solved. (Step 403).
By adjusting the analysis step and the convergence tolerance in accordance with the load fluctuation timing in the constant speed region (steady speed region), it is not difficult to converge (the calculation diverges) during the calculation. As a result, in order to perform high-speed calculations, especially when the timing of load fluctuations that require calculation time is known, the time required for convergence calculation can be reduced by finely adjusting the analysis steps there, etc. In this case, it is possible to improve the efficiency of the analysis work by adjusting the analysis conditions only in the vicinity where the load fluctuation is applied, instead of making the analysis step finer or reducing the tolerance.

また、図4のステップ106において、噛合い周波数の帯域に応じて運動方程式を算出する際の精度を調整する。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、歯車の噛合い周期での回転ムラが及ぼす影響度が低下する(人の目の認知傾向によって回転ムラの許容値が大きくなる)ので、必要以上に厳密に回転ムラを算出しなくても良いこと意味する。
一般的に図20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。
噛合い周波数の帯域に応じて運動方程式を解く際の精度を調整することで、例えば、人の目で認識しやすいバンディング周波数では、解析精度を高めて行い、逆に目立たない周波数領域では解析精度を低くして、計算時間を短くする。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 step 106 in FIG. 4, the accuracy in calculating the equation of motion is adjusted according to the band of the meshing frequency. This is because, when the meshing frequency increases due to the high speed of gears or the use of small module teeth, the degree of influence of rotation unevenness in the meshing cycle of the gears decreases (the human eye). This means that it is not necessary to calculate the rotational unevenness more strictly than necessary.
Since a tendency as shown in FIG. 20 is generally observed, the analysis time can be shortened by controlling the extraction accuracy of the excitation force in accordance with the mesh frequency band.
By adjusting the accuracy when solving the equation of motion according to the mesh frequency band, for example, the banding frequency that is easy to recognize by the human eye is increased in analysis accuracy, and conversely in the inconspicuous frequency region, the analysis accuracy To reduce the calculation time. As a result, the analysis cost (required analysis time etc.) can be reduced.

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。1 is a schematic configuration 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。The schematic block diagram of the modification of the gear design assistance apparatus shown in FIG. 図1に示した歯車設計支援装置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。FIG. 3 is a functional block diagram when a gear design support program is executed by the gear design support device shown in FIG. 1. 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。The 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。Explanatory drawing which shows the relationship between the basic | foundation circle | round | yen of the meshing gear and the action line which touches it. 歯面位置の変化量δの算出方法を説明するための図。The figure for demonstrating the calculation method of variation | change_quantity (delta) of a tooth surface position. 歯面位置の変化量δの算出方法を説明するための図。The figure for demonstrating the calculation method of variation | change_quantity (delta) of a tooth surface position. 運動方程式の説明図。Explanatory drawing of an equation of motion. 噛合っている歯ごとの接触力を示す図。The figure which shows the contact force for every tooth | gear engaged. 噛み合っている歯ごとの接触力の総和を示す図。The figure which shows the sum total of the contact force for every tooth | gear which has engaged. ステップ時間毎に蓄積してきた解析結果を示す図。The figure which shows the analysis result accumulate | stored for every step time. 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。1 is a schematic diagram showing a gear transmission mechanism system for driving a rotating drum to which the present invention is applied. 噛み合い接触位置に対する接触剛性、形状誤差+偏心組み付け誤差の和のそれぞれの関係を示す図(その1)。The figure which shows each relationship of the sum of the contact rigidity with respect to a meshing contact position, shape error + eccentric assembly error (the 1). 噛み合い接触位置に対する接触剛性、形状誤差+偏心組み付け誤差の和のそれぞれの関係を示す図(その2)The figure which shows each relationship of the sum of the contact rigidity with respect to a meshing contact position, shape error + eccentric assembly error (part 2) 図4のフローチャートにおける時系列計算工程の処理の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of a process of the time series calculation process in the flowchart of FIG. 計算時間を短縮するための第1の変形例を示すフローチャート。The flowchart which shows the 1st modification for shortening calculation time. 計算時間を短縮するための第2の変形例を示すフローチャート。The flowchart which shows the 2nd modification for shortening calculation time. 計算時間を短縮するための第3の変形例を示すフローチャート。The flowchart which shows the 3rd modification for shortening calculation time. 計算時間を短縮するための第4の変形例を示すフローチャート。The flowchart which shows the 4th modification for shortening calculation time. 噛み合い周波数の帯域に応じた回転ムラの許容値を示す図。The figure which shows the allowable value of the rotation nonuniformity according to the zone | band of the meshing frequency.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンピュータ、2 内部バス、3 CPU、5 RAM、7 CRT、9 キーボード、11 マウス、13 FDD、15 プリンタ、17 磁気ディスク装置、19 FD、31 基本入力部、32 歯車形状誤差入力部、33 組み付け誤差入力部、34 運動方程式導出部、35 計算部、36 出力部   1 Computer, 2 Internal bus, 3 CPU, 5 RAM, 7 CRT, 9 Keyboard, 11 Mouse, 13 FDD, 15 Printer, 17 Magnetic disk unit, 19 FD, 31 Basic input section, 32 Gear shape error input section, 33 Assembly Error input unit, 34 equation of motion derivation unit, 35 calculation unit, 36 output unit

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において、
基本入力部によって、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、前記歯車の歯形誤差、歯すじ誤差、累積ピッチ誤差の形状誤差の情報を入力す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の情報を与える組み付け誤差入力工程と、
運動方程式導出部によって、前記基本入力工程から前記歯車同士の基礎円に接する初期時での作用線を求め、該作用線上における歯車歯面の形状誤差の値を前記歯車形状誤差入力工程で与えられた情報から算出し、かつ偏心による組み付け誤差の値を前記組付け誤差入力工程で与えられた情報から算出し、算出された前記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運動方程式導出工程と、
計算部によって、時系列的に前記運動方程式を解く計算工程と、
出力部によって、前記計算工程により計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の動作結果を出力する出力工程と、
から構成されることを特徴とする歯車設計支援方法。
In 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 the dynamic behavior of the driven shaft with respect to the operation of the drive shaft,
A basic input step of inputting the specification information which is the basic specification of the gear to be processed and the driving condition information of the target speed and load torque by the basic input unit;
A gear shape error input step of inputting information on the shape error of the gear tooth shape error, the tooth trace error, and the cumulative pitch error by the gear shape error input unit;
An assembly error input step for providing information on an eccentric error between the center of the basic circle and the rotation center of the gear by an assembly error input unit;
The motion equation deriving unit obtains an initial action line in contact with the basic circle between the gears from the basic input process, and a shape error value of the gear tooth surface on the action line is given in the gear shape error input process. And the value of the assembly error due to eccentricity is calculated from the information given in the assembly error input step, and the force of each tooth pair in contact on the action line is calculated based on the calculated information. An equation of motion derivation step for generating an equation of motion by setting a balance equation;
A calculation step of solving the equation of motion in time series by a calculation unit;
An output step of outputting an operation result of the drive shaft and the driven shaft calculated by the calculation step by an output unit;
A gear design support method comprising:
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 operation result of the driving shaft and the driven shaft is output in the output step, The gear design support method according to claim 1, wherein the output of the shaft is multiplied by the radius of the rotating drum, and the characteristic value on the surface of the rotating drum is converted and output. 前記歯車形状誤差と、偏心による組み付け誤差と、噛合い位置で変化する歯対剛性を統合して前記運動方程式を生成することを特徴とする請求項1又は2に記載の歯車設計支援方法。   3. The gear design support method according to claim 1, wherein the equation of motion is generated by integrating the gear shape error, the assembling error due to eccentricity, and the tooth-to-rigidity changing at the meshing position. 前記歯対剛性は、前記歯車が一定速度となっているときに、前記歯車形状誤差と前記噛合い位置に応じて変化するとし、前記歯車が一定速度となっていない起動時では、前記歯対剛性は一定値として扱うことを特徴とする請求項1乃至3何れか一項に記載の歯車設計支援方法。   The tooth pair rigidity is changed according to the gear shape error and the meshing position when the gear is at a constant speed. The gear design support method according to any one of claims 1 to 3, wherein the rigidity is handled as a constant value. 前記歯車の噛合い状態の推移は、前記歯車が一定速度となった時の値を採用することを特徴とする請求項1乃至3何れか一項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 3, wherein a value when the gear is at a constant speed is adopted as the transition of the meshing state of the gear. 前記歯車が静止状態から一定速度になるまでの起動時は、前記運動方程式の粘性係数の値を通常よりも大きくすることを特徴とする請求項1乃至3何れか一項に記載の歯車設計支援方法。   4. The gear design support according to claim 1, wherein the value of the viscosity coefficient of the equation of motion is made larger than usual when the gear starts up from a stationary state to a constant speed. 5. Method. 前記歯車が一定速度の時の負荷変動のタイミングに合わせて解析ステップや収束許容誤差を調整することを特徴とする請求項1乃至3何れか一項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 3, wherein an analysis step and a convergence tolerance are adjusted in accordance with a load fluctuation timing when the gear is at a constant speed. 噛合い周波数の帯域に応じて前記運動方程式を解く際の精度を調整することを特徴とする請求項1乃至7何れか一項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 an accuracy in solving the equation of motion is adjusted according to a band of a meshing frequency. 請求項1乃至8何れか一項に記載の歯車設計支援方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。   A program for causing a computer to execute the gear design support method according to any one of claims 1 to 8. 請求項9に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。   A computer-readable storage medium storing the program according to claim 9. 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において、
前記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の駆動条件情報を与える基本入力手段と、
前記歯車の歯形誤差、歯すじ誤差、累積ピッチ誤差の形状誤差の情報を与える歯車形状誤差入力手段と、
前記歯車の基礎円中心と回転中心との偏心誤差の情報を与える組み付け誤差入力手段と、
前記基本入力手段から前記歯車同士の基礎円に接する初期時での作用線を求め、該線上における歯車歯面の形状誤差の値を前記歯車形状誤差入力手段により得た情報から算出し、かつ偏心による組み付け誤差の値を前記組付け誤差入力手段により得た情報から算出し、算出された前記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運動方程式導出手段と、
時系列的に前記運動方程式を解く計算手段と、
当該計算手段の計算した前記駆動軸と前記被駆動軸の動作結果を出力する出力手段と、
を備えていることを特徴とする歯車設計支援装置。
In 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.
Basic input means for giving specification information which is a basic specification of the gear and driving condition information of target speed and load torque;
Gear shape error input means for giving information on the shape error of the gear tooth profile error, tooth trace error, and cumulative pitch error;
Assembly error input means for providing information on an eccentric error between the center of the basic circle and the center of rotation of the gear;
From the basic input means, an action line at the initial time contacting the basic circle of the gears is obtained, the shape error value of the gear tooth surface on the line is calculated from the information obtained by the gear shape error input means, and is eccentric. The value of the assembling error is calculated from the information obtained by the assembling error input means, and based on the calculated information, a force balance equation is set for each tooth pair in contact on the action line, and the equation of motion is calculated. Means for deriving the equation of motion to be generated;
A calculation means for solving the equation of motion in time series,
Output means for outputting the operation results of the drive shaft and the driven shaft calculated by the calculation means;
A gear design support device comprising:
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN105972185A (en) * 2016-07-10 2016-09-28 北京工业大学 Calculation method for working tooth profile of cycloidal gear based on fruit fly optimization algorithm
CN108875274A (en) * 2018-07-17 2018-11-23 中南大学 The method of Tooth Contact Analysis containing error of spiral bevel gear
CN110020508A (en) * 2019-05-14 2019-07-16 上汽通用五菱汽车股份有限公司 Method of adjustment, device and the readable storage medium storing program for executing of press machine toothed synchronous
CN113192180A (en) * 2021-04-28 2021-07-30 山东科技大学 Elliptic gear parameterization accurate modeling method based on gear shaping machining principle

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN105972185A (en) * 2016-07-10 2016-09-28 北京工业大学 Calculation method for working tooth profile of cycloidal gear based on fruit fly optimization algorithm
CN108875274A (en) * 2018-07-17 2018-11-23 中南大学 The method of Tooth Contact Analysis containing error of spiral bevel gear
CN110020508A (en) * 2019-05-14 2019-07-16 上汽通用五菱汽车股份有限公司 Method of adjustment, device and the readable storage medium storing program for executing of press machine toothed synchronous
CN110020508B (en) * 2019-05-14 2023-06-02 上汽通用五菱汽车股份有限公司 Method and device for adjusting tooth form synchronization of press machine and readable storage medium
CN113192180A (en) * 2021-04-28 2021-07-30 山东科技大学 Elliptic gear parameterization accurate modeling method based on gear shaping machining principle
CN113192180B (en) * 2021-04-28 2022-08-09 山东科技大学 Elliptic gear parameterization accurate modeling method based on gear shaping machining principle

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