JP2014122668A

JP2014122668A - 遊星歯車機構

Info

Publication number: JP2014122668A
Application number: JP2012278822A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Yamaguchi; 秀行山口; Mitsunori Nishimura; 光宣西村
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-07-03
Also published as: WO2014097855A1

Abstract

【課題】
遊星歯車機構の歯面接触部が描く軌跡がエピトロコイド曲線となっていないため、回転力伝達部の歯面接触部のスリップにより摩擦損失が増加し、機械効率が悪化する。
この差動歯車機構の機械効率が歯面接触部のスリップ量に大きく依存しており、このスリップを抑制することが本発明の目的となる。
【解決手段】
本発明は、内歯歯車と遊星歯車との歯面噛み合い部のスリップする距離Ｓ１、内歯歯車のピッチ円の直径をφＤ１としたとき、Ｓ１をφＤ１の０．５％より小さく設定するものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、減速機や増速機に用いられる遊星歯車機構に関するものである。

遊星歯車機構は、内歯歯車に対して遊星歯車が偏心して配置され、同様に偏心して配置された歯数の異なるもう１つの遊星歯車により偏心をキャンセルする構造であり、差動歯車機構の構造となっている。
従来の遊星歯車機構の歯面接触部が描く軌跡は、内歯歯車の歯面に対して遊星歯車の歯面が外接して転がるエピトロコイド曲線となるように設計されていない。

特開２００７−３２８３６

遊星歯車機構の歯面接触部が描く軌跡がエピトロコイド曲線となっていないため、回転力伝達部の歯面接触部のスリップにより摩擦損失が増加し、機械効率が悪化する。

理論的に遊星歯車機構の歯面接触部の描く軌跡は、内歯歯車のピッチ円に対し、遊星歯車のピッチ円が内接しながら転がるハイポトロコイド曲線となる。
しかし、内歯歯車の歯面に対し、遊星歯車の歯面が外接して転がるエピトロコイド曲線となるように設計されていないため、噛み合う歯面はスリップを発生する。

歯面の摩擦損失は、
（歯面の荷重）×（歯面のスリップ距離）×（歯面の摩擦係数）であり、歯面接触部のスリップは遊星歯車機構の摩擦損失を増加させ、機械効率が悪化する。
この差動歯車機構の機械効率が歯面接触部のスリップ量に大きく依存しており、このスリップを抑制することが本発明の目的となる。

本発明は、内歯歯車と遊星歯車との歯面噛み合い部のスリップする距離Ｓ１、内歯歯車のピッチ円の直径をφＤ１としたとき、Ｓ１をφＤ１の０．５％より小さく設定するものである。

即ち、歯面の摩擦損失は、
（歯面の荷重）×（歯面のスリップ距離）×（歯面の摩擦係数）で表され、歯面接触部のスリップの抑制が摩擦損失を低減し、機械効率の向上が可能である。
また、歯面の磨耗は、
（歯面の荷重）×（歯面のスリップ速度）を小さくすることで抑制されるため、歯面接触部のスリップの抑制により磨耗が減少し耐久性が向上する。
なお、スリップを抑制するための歯面形状は、円弧形状でも良いし、そうでなくともよい。

好ましい態様としては、内歯歯車の歯の中心となる基礎円の直径をφＣ１、遊星歯車の歯の中心となる基礎円の直径をφＣ２、遊星歯車のピッチ円の直径をφＤ２としたときの関係を説明する。すなわち、内歯歯車と遊星歯車との歯数差が２以上であり、かつ、内歯歯車の歯の中心となる基礎円の直径をφＣ１、遊星歯車の歯の中心となる基礎円の直径をφＣ２、遊星歯車のピッチ円の直径をφＤ２としたとき、φＤ２／φＤ１＞φＣ２／φＣ１の関係を満たすことを特徴とするものである。
また、内歯歯車の歯数をＮ１、遊星歯車の歯数をＮ２、内歯歯車に対する遊星歯車の偏心量をＥとしたときの関係を説明する。すなわち、内歯歯車の歯数をＮ１、遊星歯車の歯数をＮ２、内歯歯車に対する遊星歯車の偏心量をＥとしたとき、φＤ１／Ｎ１＝φＤ２／Ｎ２、φＤ１＝Ｎ１×Ｅ、φＤ２＝Ｎ２×Ｅの関係を満たすことを特徴とするものである。
さらに好ましい態様として、内歯歯車Ａと遊星歯車Ａとの歯面噛み合い部のスリップする距離をＳ２、内歯歯車Ａのピッチ円の直径をφＤ２としたとき、Ｓ２がφＤ２の０．５％より小さく設定するものである。すなわち、歯面の摩擦損失は、（歯面の荷重）×（歯面のスリップ距離）×（歯面の摩擦係数）で表され、歯面接触部のスリップの抑制が摩擦損失を低減し、機械効率の向上が可能である。また、歯面の磨耗は、（歯面の荷重）×（歯面のスリップ速度）を小さくすることで抑制されるため、歯面接触部のスリップの抑制により磨耗が減少し耐久性が向上する。なお、スリップを抑制するための歯面形状は、円弧状でも良いし、円弧形状でなくともよい。
また、内歯歯車Ａの歯の中心となる基礎円の直径をφＣ３、内歯歯車Ａのピッチ円の直径をφＤ３、第４遊星歯車の歯の中心となる基礎円の直径をφＣ４、第４遊星歯車のピッチ円の直径をφＤ４としたときの関係を説明する。すなわち、内歯歯車Ａと遊星歯車Ａとの歯数差は２以上であり、かつ、内歯歯車Ａの歯の中心となる基礎円の直径をφＣ３、遊星歯車Ａの歯の中心となる基礎円の直径をφＣ４、遊星歯車Ａのピッチ円の直径をφＤ４としたとき、φＤ４／φＤ３＞φＣ４／φＣ３の関係を満たすことを特徴とするものである。

また、内歯歯車Ａの歯数をＮ３、遊星歯車Ａの歯数をＮ４としたときの関係を説明する。すなわち、内歯歯車Ａの歯数をＮ３、遊星歯車Ａの歯数をＮ４としたとき、φＤ１／Ｎ１＝φＤ３／Ｎ３＝φＤ４／Ｎ４、φＤ３＝Ｎ３×Ｅ、φＤ４＝Ｎ４×Ｅの関係を満たすことを特徴とするものである。

また、内歯歯車と内歯歯車Ａとの歯数差を１以上とすることで、この遊星歯車機構が差動歯車機構として動作し、差動歯車の特徴である小型化と、かつ大きな減速比あるいは大きな増速比の実現が可能である。

本発明によれば、内歯歯車の歯面に対し、遊星歯車の歯面が外接して転がるエピトロコイド曲線となるように設計されていないため、噛み合う歯面のスリップ発生を抑制できる。

本発明の実施例における遊星歯車機構の断面図本発明の実施例における図１をＡ方向から見た図本発明の実施例における図１のＢ−Ｂ断面図本発明の実施例における遊星歯車機構の斜視図トロコイド曲線の説明図本発明の実施例における図２のＣ部の拡大図本発明の実施例における図６のＤ部の拡大図本発明の実施例における図６の変形例を示す図

本発明の実施の形態を、実施例および変形例を用いて説明する。この実施例の遊星歯車機構は、小型かつ高ギア比の減速機として用いられものであり、例えば、自動車のパーキング切替えのアクチュエータとして適用できる。

本発明が適用された遊星歯車機構を図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明の実施例における遊星歯車機構の断面図、図２は本発明の実施例における図１をＡ方向から見た図、図３は本発明の実施例における図１のＢ−Ｂ断面図、図４は本発明の実施例における遊星歯車機構の斜視図である。
この実施例の遊星歯車機構は、小型かつ高ギア比の減速機として用いられものであり、第１内歯歯車１が設けられたハウジング２と、このハウジング２に対し軸受（後述する第１転がり軸受け９）を介して第１内歯歯車１に対し同心回転自在に配置された第２内歯歯車３と、この第２内歯歯車３に同心に設けられた第１軸４と、この第１軸４の周囲に配置された軸受け（後述する第２転がり軸受１０）を介し回転自在に配置された偏心部５を設けた第２軸６と、偏心部５の周囲に配置された軸受（後述する第３転がり軸受１１）を介し回転自在に配置された第１遊星歯車７が設けられた第２遊星歯車８を備える。

減速機として使用する場合、第２軸６は入力軸であり、第１軸４の周囲に配置された第２転がり軸受１０によって回転自在に支持される。

減速機として使用する場合、第１軸４は出力軸であり、第２内歯歯車３と一体で同心回転するように取り付けられており、第１転がり軸受９を介してハウジング２に対し回転自在に支持される。
第１遊星歯車７は、上述したように、第３転がり軸受１１を介して偏心部５に回転自在に支持されており、偏心部５の偏心により第１内歯歯車１のピッチ円の中心に対し揺動し、第１内歯歯車１と噛合いながら回転する。

第２遊星歯車８は、上述したように、第１遊星歯車７と一体で同心回転するように取り付けられており、第１内歯歯車１と同心回転自在に配置された第２内歯歯車３と噛合いながら回転する。

本実施例で用いる用語としてのトロコイド曲線について、図５を参照して説明する。
広義のトロコイド曲線は、図５のａ、ｂ、ｃ、ａ’、ｂ’、ｃ’に示されるように、ピッチ円（基円）の周りを転円が滑ることなく転がるときに、転円の半径上の一点が描く軌跡であり、転円がピッチ円（基円）の内部で転がるもの（a’, b’, c’）をハイポトロコイド、転円がピッチ円（基円）の外側で転がるもの（ａ、ｂ、ｃ）をエピトロコイドと呼ぶ。

本実施例で用いる用語としてのハイポトロコイドおよびエピトロコイドは上記の定義を指すものである。

内歯歯車および遊星歯車の歯形状について、図６〜図８を参照して説明する。
図６において、内歯歯車１と遊星歯車７の歯面接触部は円弧形状であり、歯と歯の間は円弧形状で結ばれている。内歯歯車と遊星歯車の歯数差を２以上とし、かつ内歯歯車の歯の中心となる基礎円の直径をφＣ１、
内歯歯車のピッチ円の直径をφＤ１、
遊星歯車の歯の中心となる基礎円の直径をφＣ２、
遊星歯車のピッチ円の直径をφＤ２としたとき、
φＤ２／φＤ１＞φＣ２／φＣ１
の関係を満たすことで、歯の干渉を防ぎ、かつ歯の先端部に油溜りの空間の確保が可能となる。

図７において、
内歯歯車の歯数をＮ１、
内歯歯車Ａの歯数をＮ２、
遊星歯車の歯数をＮ２、
遊星歯車の偏心量をＥとするとき、
内歯歯車の歯面を遊星歯車の歯面がスリップを伴い転がりながら移動し、この転がりながら移動する距離ΔS1は、
Ｅ×（円周率）×（Ｎ１−Ｎ２）／Ｎ１で表され、
内歯歯車のピッチ円の直径φＤ１は、
Ｅ×Ｎ１で表される。
例えば、Ｎ１＝３０、Ｎ２＝２８、Ｅ＝１．５ｍｍとすると、ΔＳ１、φＤ１は、
ΔＳ１＝０．３１ｍｍ、
φＤ１＝φ４５ｍｍとなり、
図７に表す作図によりこの時の内歯歯車の歯面を遊星歯車の歯面がスリップする距離Ｓ１は、０．０２ｍｍ、
φＤ１に対するスリップ量は、
０２ｍｍ÷φ４５ｍｍ×１００＝０．０４４％
となりスリップを抑制した歯車の設計が可能となる。

図８に示す歯面形状は、図６に示す歯面形状の変形例であり、回転伝達に寄与しない歯面の先端部を取り除いたものであり、歯面隙間を大きくでき、より大きな油溜りの確保が可能となる。

１…第１内歯歯車
２…ハウジング
３…第２内歯歯車
４…第１軸
５…偏心部
６…第２軸
７…第１遊星歯車
８…第２遊星歯車
９…第１転がり軸受
１０…第２転がり軸受
１１…第３転がり軸受

Claims

歯面形状の一部または全部が円弧形状である内歯歯車と、この内歯歯車に対して偏心回転可能に配置された、歯面形状の一部または全部が円弧形状である遊星歯車とを持つ遊星歯車機構であり、前記内歯歯車の歯面と前記遊星歯車の歯面との接触部が回転力伝達時にスリップする距離Ｓ１は、
前記内歯歯車のピッチ円の直径をφＤ１としたとき、
φＤ１の０．５％より小さく設定されたことを特徴とする遊星歯車機構。
請求項１に記載の遊星歯車機構において、前記内歯歯車と前記遊星歯車との歯数差が２以上であり、かつ、
前記内歯歯車の歯の中心となる基礎円の直径をφＣ１、
前記遊星歯車の歯の中心となる基礎円の直径をφＣ２、
前記遊星歯車のピッチ円の直径をφＤ２としたとき、
φＤ２／φＤ１＞φＣ２／φＣ１
の関係を満たすことを特徴とする遊星歯車機構。
請求項１〜請求項２に記載の遊星歯車機構において、
前記内歯歯車の歯数をＮ１、
前記遊星歯車の歯数をＮ２、
前記内歯歯車に対する前記遊星歯車の偏心量をＥとしたとき、
φＤ１／Ｎ１＝φＤ２／Ｎ２
φＤ１＝Ｎ１×Ｅ
φＤ２＝Ｎ２×Ｅ
の関係を満たすことを特徴とする遊星歯車機構。
請求項１〜請求項３に記載の遊星歯車機構において、前記内歯歯車に対して同心回転自在に配置され、歯面形状の一部または全部が円弧形状であるもう1つの内歯歯車（前記内歯車と区別するため、内歯歯車Ａとする）の歯面と、前記遊星歯車に対し同心に回転方向を拘束して組み付けられ、歯面形状の一部または全部が円弧形状であるもう１つの遊星歯車（前記遊星歯車と区別するため、遊星歯車Ａとする）の歯面との接触部が回転力伝達時にスリップする距離Ｓ２は、
前記内歯歯車Ａのピッチ円の直径をφＤ３としたとき、
φＤ３の0.5%より小さく設定されたことを特徴とする遊星歯車機構。
請求項４に記載の遊星歯車機構において、前記内歯歯車Ａと前記遊星歯車Ａとの歯数差は２以上であり、かつ、
前記内歯歯車Ａの歯の中心となる基礎円の直径をφＣ３、
前記遊星歯車Ａの歯の中心となる基礎円の直径をφＣ４、
前記遊星歯車Ａのピッチ円の直径をφＤ４としたとき、
φＤ４／φＤ３＞φＣ４／φＣ３
の関係を満たすことを特徴とする遊星歯車機構。
請求項４〜請求項５に記載の遊星歯車機構において
前記内歯歯車Ａの歯数をＮ３、
前記遊星歯車Ａの歯数をＮ４としたとき、
φＤ１／Ｎ１＝φＤ３／Ｎ３＝φＤ４／Ｎ４
φＤ３＝Ｎ３×Ｅ
φＤ４＝Ｎ４×Ｅ
の関係を満たすことを特徴とする遊星歯車機構。
請求項１〜請求項６に記載の遊星歯車機構において、前記内歯歯車と前記内歯歯車Ａとの歯数差は、１以上であることを特徴とする遊星歯車機構。