JP2014105725A - Gear mechanism - Google Patents

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Daisuke Okamoto
大典 岡本
Masayuki Ishibashi
昌幸 石橋
Daisuke Tokozakura
大輔 床桜
Naoki Moriguchi
直樹 森口
Morihiro Matsumoto
守弘 松本
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Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gear mechanism which can suppress or prevent the generation of noise accompanied by a change of an engagement position of teeth and an increase of a power loss.SOLUTION: In the gear mechanism having a first gear and a second gear which is engaged with the first gear and rotates at the number of revolutions different from that of the first gear, the surface roughness of at least one of the first gear and the second gear in a position in which an average tooth face speed of a tooth face speed of the first gear and a tooth face speed of the second gear in an engagement part in which the first gear and the second gear are engaged with each other becomes low is made smaller than the surface roughness of at least one of the first gear and the second gear in a position in which the average gear face speed becomes high.

Description

この発明は、互いに歯を噛み合わせて回転することによりトルクを伝達し、またそれぞれの歯数に応じた回転数比となる歯車機構に関し、特に歯面の表面性状に関するものである。   The present invention relates to a gear mechanism that transmits torque by meshing teeth with each other and rotates, and has a rotation speed ratio corresponding to the number of teeth, and particularly relates to the surface properties of the tooth surface.

互いに噛み合う歯車によって動力を伝達する場合、歯面での不可避的な滑りが要因となって動力損失が生じる。そのため、従来、歯面での摩擦係数を低減し、併せて歯面強度を維持する試みが種々なされている。歯面での摩擦係数を低減するためには、歯面の粗さを小さくしていわゆる金属接触を少なくし、また潤滑油による油膜を確実に保持する必要があり、例えば特許文献1に記載された発明では、歯面の粗さ曲線のスキューネスRskが「−5」以上、「−0.2」以下となるプラトー状の歯面を形成することとしている。これは、ピッチングやスコーリングなどの損傷に対する強度を向上させるための構成であり、また歯面がプラトー状になっているので、金属接触の減少と潤滑油の保持性との両特性を向上させ摩擦係数を低減できる、とされている。さらに、特許文献1に記載されている歯車の製造方法では、研磨前における歯面の最大粗さRmax を5μm以下とし、かつ平均粗さRa を0.5μmとしておき、これをその粗さに応じて最大粗さRmax の0.2〜2倍の厚さだけ除去することとしている。   When power is transmitted by gears meshing with each other, power loss occurs due to inevitable slipping on the tooth surface. Therefore, conventionally, various attempts have been made to reduce the coefficient of friction on the tooth surface and maintain the tooth surface strength. In order to reduce the coefficient of friction on the tooth surface, it is necessary to reduce the roughness of the tooth surface to reduce so-called metal contact and to securely hold the oil film by the lubricating oil. In the present invention, a plateau-like tooth surface having a skewness Rsk of the tooth surface roughness curve of “−5” or more and “−0.2” or less is formed. This is a structure to improve the strength against damage such as pitching and scoring, and since the tooth surface is plateau-like, it improves both the characteristics of metal contact reduction and lubricating oil retention. It is said that the friction coefficient can be reduced. Further, in the gear manufacturing method described in Patent Document 1, the maximum roughness Rmax of the tooth surface before polishing is set to 5 μm or less, and the average roughness Ra is set to 0.5 μm, and this is set according to the roughness. Therefore, the thickness is removed by 0.2 to 2 times the maximum roughness Rmax.

特開平7−293668号公報JP-A-7-293668

特許文献1に記載されているように歯面の性状を、粗さ曲線のスキューネスRskが上記の負の値の範囲にあるプラトー状とすれば、尖った突起部分が少なくなって摩擦係数の低減には有利に作用する。しかしながら、特許文献1に記載されているように、研磨前に最大粗さRmax および算術平均粗さRa を大きくしておき、研磨によって除去する厚さを特許文献1に記載されているように最大粗さRmax の0.2〜2倍として、化学研磨または電解研磨によりプラトー状とするのであれば、先ず尖った突起部分が研磨されて除去されるものの、その後、歯車の歯における角部が優先的に研磨されつつ次第に表面全体が研磨されるから、少なからず歯面形状が予定した形状からずれてしまう可能性がある。歯面形状が変化してしまうと、歯当たりが悪化してしまい異音が生じてしまう可能性がある。   As described in Patent Document 1, if the tooth surface has a plateau shape in which the skewness Rsk of the roughness curve is in the above-mentioned range of negative values, the number of sharp protrusions is reduced and the friction coefficient is reduced. Is advantageous. However, as described in Patent Document 1, the maximum roughness Rmax and the arithmetic average roughness Ra are increased before polishing, and the thickness removed by polishing is maximized as described in Patent Document 1. If the plateau is formed by chemical polishing or electropolishing with a roughness Rmax of 0.2 to 2 times, the sharp projections are first polished and removed, but then the corners of the gear teeth have priority. Since the entire surface is gradually polished while being polished, the tooth surface shape may deviate from the expected shape. If the tooth surface shape changes, there is a possibility that the tooth contact deteriorates and abnormal noise is generated.

また、歯車機構における噛み合い部の油膜厚さは、駆動側歯車と従動側歯車との平均歯面速度に応じて変化するため、減速あるいは増速するために使用される歯車機構の場合には、歯車同士の噛み合い位置が変化することに伴って油膜厚さも変化する。さらに、歯車機構における噛み合い部全体での摩擦係数は、油膜で荷重を受け持つ部分と歯面で荷重を受け持つ部分との割合に応じて変化し、その割合は、油膜厚さと歯面の粗さとに応じて変化する。そのため、歯車機構が使用される状況に応じて噛み合い部における油膜厚さが常時変化し、またその油膜厚さに応じて変化する歯面で荷重を受け持つ部分の割合が常時変化する。   In addition, since the oil film thickness of the meshing portion in the gear mechanism changes according to the average tooth surface speed of the driving gear and the driven gear, in the case of a gear mechanism used for decelerating or increasing the speed, As the meshing position of the gears changes, the oil film thickness also changes. Furthermore, the coefficient of friction of the entire meshing portion of the gear mechanism varies depending on the ratio of the portion responsible for the load in the oil film and the portion responsible for the load in the tooth surface, and the ratio depends on the oil film thickness and the roughness of the tooth surface. Will change accordingly. For this reason, the oil film thickness at the meshing portion is constantly changed according to the situation in which the gear mechanism is used, and the ratio of the portion that bears the load on the tooth surface that changes according to the oil film thickness is constantly changed.

したがって、特許文献1に記載されたように研磨前に最大粗さRmax および算術平均粗さRa を大きくしておき、研磨によって除去する厚さを最大粗さRmax の0.2〜2倍として化学研磨、電解研磨によりプラトー状とするのであれば先ず尖った突起部分が研磨されて溶解除去されるものの、その後、歯車の歯面における角部や歯面表面における金属組織の溶解しやすい部分が研磨されるから、噛み合い部において歯面で荷重を受け持つ荷重が局所的に増加してしまう可能性があり、その結果、摩擦係数の増大による動力損失の増大が生じたり歯面の強度が低下してしまったりする可能性がある。また、突起部の除去を目的とする溶解除去以外の歯面全域を同一の粗さに加工する除去方法においても、突起部の除去量が増加するにしたがって歯面形状が予定していた形状から変化してしまう可能性があり、噛み合い部において歯面で受け持つ荷重が局所的に増加してしまう可能性がある。その結果、摩擦係数の増大による動力損失の増大が生じたり、歯面の強度が低下し   Therefore, as described in Patent Document 1, the maximum roughness Rmax and the arithmetic average roughness Ra are increased before polishing, and the thickness removed by polishing is set to 0.2 to 2 times the maximum roughness Rmax. If a plateau is formed by polishing or electropolishing, the sharp protrusions are first polished and dissolved and removed, but then the corners of the gear teeth and the metal structures that are easy to dissolve on the tooth surfaces are polished. Therefore, there is a possibility that the load that bears the load on the tooth surface at the meshing portion may locally increase, resulting in an increase in power loss due to an increase in the friction coefficient or a decrease in the strength of the tooth surface. There is a possibility of sneaking. In addition, in the removal method of processing the entire tooth surface other than dissolution removal for the purpose of removing the protrusions to the same roughness, the tooth surface shape is expected from the shape that was planned as the removal amount of the protrusions increased. There is a possibility that it will change, and there is a possibility that the load that the tooth surface bears on the meshing portion will locally increase. As a result, an increase in power loss due to an increase in the coefficient of friction occurs, and the strength of the tooth surface decreases.

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、歯の噛み合い位置の変化に伴う異音の発生や動力損失の増大あるいは歯面の強度の低下を抑制もしくは防止することができる歯車機構を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made paying attention to the above technical problem, and can suppress or prevent the generation of abnormal noise, the increase in power loss, or the decrease in the strength of the tooth surface due to the change in the meshing position of the teeth. An object of the present invention is to provide a gear mechanism.

上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、第1歯車と、該第1歯車と噛み合いかつ該第1歯車の回転数と異なった回転数で回転する第2歯車とを備えた歯車機構において、前記第1歯車と前記第2歯車とが互いに噛み合っている噛み合い部における前記第1歯車の歯面速度と前記第2歯車の歯面速度との平均歯面速度が小さくなる位置での前記第1歯車と前記第2歯車との少なくともいずれか一方の歯面の表面粗さを、前記平均歯面速度が大きくなる位置での前記第1歯車と前記第2歯車との少なくともいずれか一方の歯面の表面粗さより小さく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。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a first gear and a second gear that meshes with the first gear and rotates at a rotational speed different from the rotational speed of the first gear. In the gear mechanism, at a position where an average tooth surface speed between the tooth surface speed of the first gear and the tooth surface speed of the second gear becomes small at a meshing portion where the first gear and the second gear mesh with each other. The surface roughness of at least one of the first gear and the second gear is at least one of the first gear and the second gear at a position where the average tooth surface speed is increased. It is configured to be smaller than the surface roughness of one tooth surface.

また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記第1歯車と前記第2歯車とにおける回転中心からピッチ円までの距離が長い方の歯車の歯先側の表面粗さが、該回転中心からピッチ円までの距離が長い方の歯車の歯元側の表面粗さより小さくなるように構成されていることを特徴とする歯車機構である。   Further, in the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the surface roughness on the tooth tip side of the gear having the longer distance from the rotation center to the pitch circle in the first gear and the second gear is A gear mechanism characterized in that the distance from the rotation center to the pitch circle is smaller than the surface roughness on the tooth base side of the longer gear.

さらに、請求項3の発明は、請求項1または請求項2の発明において、前記第1歯車と前記第2歯車とにおける回転中心からピッチ円までの距離が短い方の歯車の歯元側の表面粗さが、該回転中心からピッチ円までの距離が短い方の歯車の歯先側の表面粗さより小さくなるように構成されていることを特徴とする歯車機構である。   Furthermore, the invention of claim 3 is the surface of the tooth root side of the gear having the shorter distance from the rotation center to the pitch circle in the first gear and the second gear in the invention of claim 1 or claim 2, respectively. The gear mechanism is characterized in that the roughness is smaller than the surface roughness on the tooth tip side of the gear having the shorter distance from the rotation center to the pitch circle.

そして、請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかの発明において、前記平均歯面速度が小さくなる位置における前記第1歯車と前記第2歯車との少なくともいずれか一方の歯面のみが研磨されていることを特徴とする歯車機構である。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, at least one tooth of the first gear and the second gear at a position where the average tooth surface speed becomes small. The gear mechanism is characterized in that only the surface is polished.

この発明によれば、互いに噛み合う歯車の噛み合い部における平均歯面速度が小さくなる箇所の歯面の表面粗さを、平均歯面速度が大きくなる箇所の歯面の表面粗さより小さく構成されている。そのため、平均歯面速度に応じて変化する歯面で荷重を受け持つ部分と、油膜で荷重を受け持つ部分との割合が変化しない。その結果、平均歯面速度の変化に起因して噛み合い部における摩擦係数が変化してしまうことを抑制もしくは防止することができる。また、平均歯面速度が大きくなる箇所の歯面が過剰に研磨されるなどの事態を抑制もしくは防止することができるので、研磨に要する時間を短くすることができると共に、研磨することに伴う歯面形状の変化を抑制もしくは防止することができる。その結果、歯面形状の変化に起因する異音の発生や動力損失の増大あるいは歯面の強度の低下を抑制もしくは防止することができる。   According to the present invention, the surface roughness of the tooth surface where the average tooth surface speed decreases in the meshing portion of the meshing gears is smaller than the surface roughness of the tooth surface where the average tooth surface speed increases. . Therefore, the ratio of the portion responsible for the load on the tooth surface that changes according to the average tooth surface speed and the portion responsible for the load on the oil film does not change. As a result, it is possible to suppress or prevent the friction coefficient at the meshing portion from changing due to the change in the average tooth surface speed. In addition, since it is possible to suppress or prevent a situation in which the tooth surface where the average tooth surface speed increases becomes excessively polished, the time required for polishing can be shortened, and the teeth associated with polishing can be reduced. Changes in the surface shape can be suppressed or prevented. As a result, it is possible to suppress or prevent the generation of abnormal noise, an increase in power loss, or a decrease in tooth surface strength due to changes in the tooth surface shape.

また、平均歯面速度が小さくなる位置における歯面のみを研磨することによって、研磨する範囲を狭くすることができ、研磨に要する時間をより一層短くすることができるとともに、歯面形状の変化に起因する異音の発生や動力損失の増大あるいは歯面の強度の低下をより一層抑制もしくは防止することができる。   In addition, by polishing only the tooth surface at the position where the average tooth surface speed becomes small, the range to be polished can be narrowed, the time required for polishing can be further shortened, and the change in the tooth surface shape It is possible to further suppress or prevent generation of abnormal noise, increase in power loss, or decrease in tooth surface strength.

歯面の粗さ、および油膜の厚さ、ならびに金属分担部分の割合との関係を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the relationship with the roughness of a tooth surface, the thickness of an oil film, and the ratio of a metal share part. 噛み合い位置の変化に伴って変化する平均歯面速度を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the average tooth surface speed which changes with the change of a meshing position. 噛み合い位置の変化に伴って変化する油膜厚さを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the oil film thickness which changes with the change of a meshing position.

この発明で対象とする歯車機構は、入力側の回転数を変化させて出力するように、増速機や減速機として使用され、駆動側歯車と従動側歯車との回転数が異なるものであり、車両や各種産業機械などに使用することができる歯車機構である。また、その歯車は、はす歯歯車が一般的であるが、平歯車などの他の構造の歯車であってもよい。なお、以下の説明では、金属材料によって形成された歯車を使用した歯車機構を例に挙げて説明する。金属材料によって形成された歯車は、基本的には、素材から転造、旋削や歯切りなどの加工を経て粗形材を造り、その歯に研削や適宜の表面処理を施し、さらに歯面の研磨を行って製造される。なお、その研磨の方法は、化学研磨や電解研磨あるいは樹脂を使用した樹脂研磨などの従来知られている適宜の方法であってよい。   The gear mechanism that is the subject of this invention is used as a speed-up gear or a speed reducer so that the rotation speed on the input side is changed and output, and the rotation speeds of the driving gear and the driven gear are different. It is a gear mechanism that can be used for vehicles and various industrial machines. The gear is generally a helical gear, but may be a gear having another structure such as a spur gear. In the following description, a gear mechanism using a gear formed of a metal material will be described as an example. Gears made of metallic materials are basically made from raw materials through rolling, turning, gear cutting, and other roughing processes, and then the teeth are ground and subjected to appropriate surface treatment. Manufactured by polishing. The polishing method may be a conventionally known appropriate method such as chemical polishing, electrolytic polishing, or resin polishing using a resin.

上記のように金属材料によって形成された歯車機構は、通常、駆動側歯車と従動側歯車との噛み合い部に潤滑油が供給されながら動力を伝達する。言い換えれば、噛み合い部に潤滑油が介在した状態で動力を伝達する。その潤滑油の厚さ(以下、油膜厚さと記す。)は、互いに噛み合って動力を伝達する噛み合い部の平均歯面速度とに応じて変化する。具体的には、下記のChittendenの膜厚計算式によって算出することもできる。

Figure 2014105725
この式で、hcは油膜厚さ、Eは歯車を形成する材料の弾性定数、uは平均歯面速度(=(u+u)/2)、Rxは接触部における互いに直交する一方の主曲率面の半径をそれぞれRx1、Rx2とした場合に(Rx1 −1+Rx2 −1−1で表される値、Ryは他方の主曲率面の半径をそれぞれRy1、Ry2とした場合に(Ry1 −1+Ry2 −1−1で表される値、ηは大気圧でのオイル粘度、αはオイルの粘度−圧力係数であって一般的な鉱油では「20Gpa−1」程度である。また、uは一方の歯車における噛み合い部の歯面速度、uは他方の歯車における噛み合い部の歯面速度である。したがって、潤滑油の粘度や歯車の諸元は固定値であるため、平均歯面速度uが増大すると、油膜厚さhcが増大する。 The gear mechanism formed of a metal material as described above normally transmits power while supplying lubricating oil to the meshing portion between the driving gear and the driven gear. In other words, power is transmitted with the lubricating oil interposed in the meshing portion. The thickness of the lubricating oil (hereinafter referred to as oil film thickness) varies according to the average tooth surface speed of the meshing portions that mesh with each other and transmit power. Specifically, it can be calculated by the following Chittenden film thickness calculation formula.
Figure 2014105725
In this equation, hc is the oil film thickness, E is the elastic constant of the material forming the gear, u is the average tooth surface speed (= (u 1 + u 2 ) / 2), and Rx is one of the main parts orthogonal to each other at the contact portion. When the radius of the curvature surface is R x1 and R x2 , respectively, the value represented by (R x1 −1 + R x2 −1 ) −1 , Ry is the radius of the other main curvature surface, R y1 and R y2 , respectively. (R y1 −1 + R y2 −1 ) −1 , η 0 is the oil viscosity at atmospheric pressure, α is the viscosity-pressure coefficient of the oil, and “20 Gpa − About 1 ". U 1 is the tooth surface speed of the meshing portion of one gear, and u 2 is the tooth surface speed of the meshing portion of the other gear. Therefore, since the viscosity of the lubricating oil and the specifications of the gear are fixed values, the oil film thickness hc increases as the average tooth surface speed u increases.

また、上述したようにこの発明の対象とする歯車機構は、駆動側歯車と従動側歯車との回転数が異なるものである。そのため、歯車同士がピッチ円上で動力を伝達しているとき、言い換えると、駆動側歯車の回転中心と従動側歯車の回転中心とを結ぶ線上で歯車が動力を伝達しているときと、ピッチ円以外で動力を伝達しているときとの平均歯面速度uは異なる。歯車同士で動力を伝達する位置がピッチ円から離れたときにおける平均歯面速度uの変化を図2に示している。なお、図2における横軸は、ピッチ円と動力を伝達している噛み合い位置との距離を示しており、駆動側の歯車の回転中心に近い方を「−]で示し、従動側の歯車の回転中心に近い方を「+」で示している。また、歯車機構が増速機として機能する場合、言い換えると、従動側歯車の回転数が駆動側歯車の回転数より速い場合における平均歯面速度uの変化を実線で示し、歯車機構が減速機として機能する場合、言い換えると、従動側歯車の回転数が駆動側歯車の回転数より遅い場合における平均歯面速度uの変化を一点鎖線で示している。以下の説明では、歯車機構が増速機として機能する場合を例に挙げて説明する。   As described above, the gear mechanism that is the subject of the present invention is such that the rotational speeds of the drive side gear and the driven side gear are different. Therefore, when the gears transmit power on the pitch circle, in other words, when the gears transmit power on the line connecting the rotation center of the driving gear and the rotation center of the driven gear, The average tooth surface speed u is different from that when power is transmitted in a shape other than a circle. FIG. 2 shows a change in the average tooth surface speed u when the position where the power is transmitted between the gears is away from the pitch circle. The horizontal axis in FIG. 2 indicates the distance between the pitch circle and the meshing position where power is transmitted, the direction closer to the rotation center of the driving gear is indicated by “−”, and the driven gear is The one near the center of rotation is indicated by “+”. Further, when the gear mechanism functions as a speed increaser, in other words, the change in the average tooth surface speed u when the rotational speed of the driven gear is higher than the rotational speed of the driving gear is indicated by a solid line, and the gear mechanism is a speed reducer. In other words, the change in the average tooth surface speed u when the rotational speed of the driven gear is slower than the rotational speed of the driving gear is indicated by a one-dot chain line. In the following description, a case where the gear mechanism functions as a speed increaser will be described as an example.

図2に示すように歯車機構が増速機として機能する場合には、駆動側歯車の回転中心に近い箇所で歯が噛み合って動力を伝達しているときは、ピッチ円上で動力を伝達しているときに比べて平均歯面速度uが速く、従動側歯車の回転中心に近い箇所で歯が噛み合って動力を伝達しているときは、ピッチ円上で動力を伝達しているときに比べて平均歯面速度uが遅い。すなわち、駆動側歯車の歯と従動側歯車の歯との噛み合い始めの平均歯面速度uが速く、動力を伝達して歯車が回転するに連れて平均歯面速度uが低下して、噛み合いが終了する位置の平均歯面速度uが最も遅くなる。これは、駆動側歯車が従動側歯車より大きく形成されているため、噛み合い位置が変化することによる回転中心から噛み合い位置までの半径の変化に伴う噛み合い位置での歯面速度の変化率が異なるためである。   As shown in FIG. 2, when the gear mechanism functions as a speed-up gear, when the teeth mesh with each other near the center of rotation of the driving gear and transmit power, the power is transmitted on the pitch circle. When the average tooth surface speed u is higher than when the gear is engaged and the teeth are meshed at a position close to the rotation center of the driven gear to transmit power, the power is transmitted on the pitch circle. The average tooth surface speed u is slow. That is, the average tooth surface speed u at the beginning of meshing between the teeth of the driving gear and the teeth of the driven gear is high, and the average tooth surface speed u decreases as the gear rotates by transmitting power, so that the meshing is performed. The average tooth surface speed u at the end position is the slowest. This is because the drive-side gear is formed larger than the driven-side gear, and the rate of change of the tooth surface speed at the meshing position due to the change in radius from the rotation center to the meshing position due to the meshing position changing is different. It is.

すなわち、歯車機構が増速機として機能する場合には、駆動側歯車における歯元側で噛み合っているとき、言い換えると従動側歯車における歯先側で噛み合っているときには、平均歯面速度uが速く、駆動側歯車における歯先側で噛み合っているとき、言い換えると従動側歯車における歯元側で噛み合っているときには、平均歯面速度uが遅くなる。   That is, when the gear mechanism functions as a speed increaser, the average tooth surface speed u is high when meshing on the tooth base side of the driving gear, in other words, meshing on the tooth tip side of the driven gear. When meshing on the tooth tip side of the driving gear, in other words, when meshing on the tooth root side of the driven gear, the average tooth surface speed u becomes slow.

上述したように平均歯面速度uが変化することにより、歯の噛み合い位置での油膜厚さが変化する。したがって、増速機として機能する歯車機構の場合には、図2に示すように噛み合い始めでの平均歯面速度uがピッチ円上での平均歯面速度uより速いため、図3に示すように油膜厚さがピッチ円上での油膜厚さより厚くなる。一方、噛み合いが終了する位置での平均歯面速度uは、ピッチ円上での平均歯面速度uより遅いため、図3に示すように油膜厚さが薄くなる。なお、図3における横軸は、図2に示す横軸と同様に記載しており、縦軸は油膜厚さを示している。   As described above, when the average tooth surface speed u changes, the oil film thickness at the tooth meshing position changes. Therefore, in the case of a gear mechanism that functions as a speed increaser, as shown in FIG. 3, the average tooth surface speed u at the start of meshing is faster than the average tooth surface speed u on the pitch circle, as shown in FIG. The oil film thickness becomes thicker than the oil film thickness on the pitch circle. On the other hand, since the average tooth surface speed u at the position where the meshing is completed is slower than the average tooth surface speed u on the pitch circle, the oil film thickness becomes thin as shown in FIG. In addition, the horizontal axis in FIG. 3 is described similarly to the horizontal axis shown in FIG. 2, and the vertical axis indicates the oil film thickness.

一方、噛み合い位置全体での摩擦係数μは、油膜で荷重を受け持つ部分と、歯面(金属)で荷重を受け持つ部分との割合で決定される。具体的には、以下に示す式によって求められる。
μ=(1−α)μ+αμ
On the other hand, the friction coefficient μ at the entire meshing position is determined by the ratio of the portion that handles the load with the oil film and the portion that handles the load with the tooth surface (metal). Specifically, it is calculated | required by the formula shown below.
μ = (1−α) μ L + αμ S

なお、μは油膜分担部分の摩擦係数、μは金属分担部分の摩擦係数、αは金属分担部分の割合であり、このαは下記の式で表現することができることが知られている。
α=A・log(ΣR/h)
なお、Aは定数であって例えば「0.5」である。また、hは油膜厚さであり、ΣRは表面の凹凸の高さ、すなわち歯面の粗さであってこれらの関係を模式的に示すと図1のとおりである。したがって、油膜厚さhが変化すると、歯面で荷重を受け持つ割合αが変化して、結局、噛み合い位置全体での摩擦係数μが変化する。
Incidentally, mu L is the coefficient of friction of the oil film sharing parts, mu S friction coefficient of the metal sharing parts, alpha is the ratio of the metal division portion, the alpha is known that can be expressed in the following equation.
α = A · log (ΣR / h)
A is a constant, for example “0.5”. Further, h is the oil film thickness, and ΣR is the height of the unevenness on the surface, that is, the roughness of the tooth surface, and these relationships are schematically shown in FIG. Therefore, when the oil film thickness h changes, the ratio α that bears the load on the tooth surface changes, and eventually the friction coefficient μ at the entire meshing position changes.

そのため、この発明に係る歯車機構は、平均歯面速度uに基づいて変化する油膜厚さhに応じて歯面の粗さΣRを定め、その粗さΣRとなるように歯面を研磨して形成されている。具体的には、増速機として機能する歯車機構の場合には、駆動側歯車における歯元側で噛み合っているときには、ピッチ円上で噛み合っている時に対して、平均歯面速度uが速く油膜厚さhが厚くなり、その結果、歯面で荷重を受け持つ部分の割合αが少なくなるので、歯元側の表面粗さΣRを粗くすることができる。それとは反対に、駆動側歯車における歯先側で噛み合っているときには、ピッチ円上で噛み合っている時に対して、平均歯面速度uが遅く油膜厚さhが薄くなり、その結果、歯面で荷重を受け持つ部分の割合αが多くなるので、歯先側の表面を平滑にする。言い換えると、駆動側歯車の歯先側の表面粗さを歯元側の表面粗さより小さくする。また、駆動側歯車の歯先側のみを研磨して歯先側の表面粗さを小さくしてもよい。   Therefore, the gear mechanism according to the present invention determines the tooth surface roughness ΣR according to the oil film thickness h that changes based on the average tooth surface speed u, and polishes the tooth surface so as to have the roughness ΣR. Is formed. Specifically, in the case of a gear mechanism that functions as a speed increaser, when meshing on the tooth base side of the drive side gear, the average tooth surface speed u is faster than when meshing on the pitch circle, and the oil film Since the thickness h is increased and, as a result, the ratio α of the portion responsible for the load on the tooth surface is decreased, the surface roughness ΣR on the tooth base side can be increased. On the other hand, when meshing on the tooth tip side of the drive side gear, the average tooth surface speed u is slower than when meshing on the pitch circle, and the oil film thickness h is reduced. Since the ratio α of the portion responsible for the load increases, the surface on the tooth tip side is smoothed. In other words, the surface roughness on the tooth tip side of the driving gear is made smaller than the surface roughness on the tooth base side. Alternatively, only the tooth tip side of the driving gear may be polished to reduce the surface roughness on the tooth tip side.

すなわち、以下の式を満たすように歯面の面性状を規定する。

Figure 2014105725
なお、面性状としては、最大高さ粗さRzや二乗平均平方根粗さRqあるいは突出山部高さRpkなどの表面粗さを表す種々の指標である。 That is, the surface properties of the tooth surface are defined so as to satisfy the following expression.
Figure 2014105725
The surface properties are various indexes representing surface roughness such as the maximum height roughness Rz, the root mean square roughness Rq, or the protruding peak height Rpk.

このように歯先側と歯元側との面性状を変化させることによって、噛み合い位置全体での摩擦係数μが、噛み合い位置の変化に起因して変化してしまうことがない。また、歯面を研磨する範囲を狭くすることができるので、その研磨に要する時間を短くすることができると共に、研磨することによる歯面の形状の変化を抑制もしくは防止することができる。そのため、歯面形状が変化してしまうことに起因する異音の発生や動力損失の増大あるいは歯面の強度の低下を抑制もしくは防止することができる。   By changing the surface properties of the tooth tip side and the tooth root side in this way, the friction coefficient μ at the entire meshing position does not change due to a change in the meshing position. Moreover, since the range which grind | polishes a tooth surface can be narrowed, while the time which the grinding | polishing requires can be shortened, the change of the shape of the tooth surface by grind | polishing can be suppressed or prevented. Therefore, it is possible to suppress or prevent generation of abnormal noise, increase in power loss, or reduction in tooth surface strength due to the change in tooth surface shape.

さらに、第1歯車と第2歯車とが互いに噛み合っている噛み合い部における第1歯車の歯面速度と第2歯車の歯面速度との平均歯面速度が小さくなる位置での第1歯車と第2歯車との歯面のみを研磨加工することが好ましく、その場合、平均歯面速度が大きくなる位置での第1歯車と第2歯車との歯面は研磨加工しなくてすむため、研磨に要する時間をより短くすることができるとともに、歯面形状の変化に起因する異音の発生や動力損失の増大、歯面の強度の低下をより一層抑制することができる。   Further, the first gear and the second gear at a position where the average tooth surface speed of the tooth surface speed of the first gear and the tooth surface speed of the second gear becomes small at the meshing portion where the first gear and the second gear mesh with each other. It is preferable to grind only the tooth surfaces of the two gears. In that case, the tooth surfaces of the first gear and the second gear at the position where the average tooth surface speed is increased need not be ground. The required time can be further shortened, and the generation of abnormal noise, an increase in power loss, and a reduction in tooth surface strength due to changes in the tooth surface shape can be further suppressed.

なお、この発明に係る歯車機構は、上述した例のように増速機として機能するものに限らず、減速機として機能するものであってもよい。その場合には、駆動側歯車の歯元側の表面粗さを歯先側の表面粗さより小さくすればよい。また、駆動側歯車に限らず、従動側歯車における歯面の表面粗さを歯先側と歯元側とで異なるようにしてもよい。すなわち、歯車機構が増速機として機能する場合には、従動側歯車における歯元側の表面粗さを歯先側の表面粗さより小さくすればよく、歯車機構が減速機として機能する場合には、従動側歯車における歯先側の表面粗さを歯元側の表面粗さより小さくすればよい。   The gear mechanism according to the present invention is not limited to functioning as a speed increaser as in the above-described example, but may function as a speed reducer. In that case, the surface roughness on the tooth base side of the driving gear may be made smaller than the surface roughness on the tooth tip side. In addition to the driving gear, the surface roughness of the tooth surface of the driven gear may be different between the tooth tip side and the tooth base side. That is, when the gear mechanism functions as a speed increaser, the surface roughness on the tooth base side of the driven gear may be made smaller than the surface roughness on the tooth tip side, and when the gear mechanism functions as a speed reducer. The surface roughness on the tooth tip side of the driven gear may be made smaller than the surface roughness on the tooth root side.

また、歯車機構は、駆動側歯車と従動側歯車とが噛み合って動力を伝達するため、上述したように一方の歯車についてのみ歯面の表面粗さを変化させずに、双方の歯面の表面粗さを変化させるように構成してもよい。すなわち、歯車機構が増速機として機能する場合には、駆動側歯車の歯先側の表面粗さを歯元側の表面粗さより小さくするとともに、従動側歯車の歯元側の表面粗さを歯先側の表面粗さより小さくすればよく、減速機として機能する場合には、駆動側歯車の歯元側の表面粗さを歯先側の表面粗さより小さくするとともに、従動側歯車の歯先側の表面粗さを歯元側の表面粗さより小さくすればよい。   Further, the gear mechanism transmits the power by meshing the driving side gear and the driven side gear, so that the surface roughness of both tooth surfaces is changed without changing the surface roughness of only one gear as described above. You may comprise so that roughness may be changed. That is, when the gear mechanism functions as a speed increaser, the surface roughness on the tooth tip side of the driving gear is made smaller than the surface roughness on the tooth root side, and the surface roughness on the tooth root side of the driven gear is reduced. The surface roughness on the tooth side may be smaller than the surface roughness on the tooth tip side. When functioning as a speed reducer, the surface roughness on the tooth base side of the driving gear is made smaller than the surface roughness on the tooth tip side, and the tooth tip of the driven gear is The surface roughness on the side may be made smaller than the surface roughness on the tooth base side.

Claims (4)

第1歯車と、該第1歯車と噛み合いかつ該第1歯車の回転数と異なった回転数で回転する第2歯車とを備えた歯車機構において、
前記第1歯車と前記第2歯車とが互いに噛み合っている噛み合い部における前記第1歯車の歯面速度と前記第2歯車の歯面速度との平均歯面速度が小さくなる位置での前記第1歯車と前記第2歯車との少なくともいずれか一方の歯面の表面粗さを、前記平均歯面速度が大きくなる位置での前記第1歯車と前記第2歯車との少なくともいずれか一方の歯面の表面粗さより小さくするように構成されていることを特徴とする歯車機構。
In a gear mechanism comprising a first gear and a second gear that meshes with the first gear and rotates at a rotational speed different from the rotational speed of the first gear,
In the meshing portion where the first gear and the second gear mesh with each other, the first tooth surface speed at the position where the average tooth surface speed between the tooth surface speed of the first gear and the tooth surface speed of the second gear becomes small. The surface roughness of at least one tooth surface of the gear and the second gear is determined based on at least one tooth surface of the first gear and the second gear at a position where the average tooth surface speed is increased. A gear mechanism characterized by being configured to be smaller than the surface roughness of the gear.
前記第1歯車と前記第2歯車とにおける回転中心からピッチ円までの距離が長い方の歯車の歯先側の表面粗さが、該回転中心からピッチ円までの距離が長い方の歯車の歯元側の表面粗さより小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の歯車機構。   The surface roughness of the tooth tip side of the gear having the longer distance from the rotation center to the pitch circle in the first gear and the second gear is the tooth of the gear having the longer distance from the rotation center to the pitch circle. The gear mechanism according to claim 1, wherein the gear mechanism is configured to be smaller than the surface roughness of the original side. 前記第1歯車と前記第2歯車とにおける回転中心からピッチ円までの距離が短い方の歯車の歯元側の表面粗さが、該回転中心からピッチ円までの距離が短い方の歯車の歯先側の表面粗さより小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の歯車機構。   The surface roughness on the tooth base side of the gear having the shorter distance from the rotation center to the pitch circle in the first gear and the second gear is the tooth of the gear having the shorter distance from the rotation center to the pitch circle. The gear mechanism according to claim 1, wherein the gear mechanism is configured to be smaller than the surface roughness of the front side. 前記平均歯面速度が小さくなる位置における前記第1歯車と前記第2歯車との少なくともいずれか一方の歯面のみが研磨されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の歯車機構。   4. At least one tooth surface of the first gear and the second gear at a position where the average tooth surface speed becomes small is polished. The gear mechanism described.
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