JP2596715B2 - はすば歯車の歯すじ修正方法 - Google Patents

はすば歯車の歯すじ修正方法

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JP2596715B2
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嘉邦 中野
明紀 由井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、はすば歯車の成形クラ
ウニング研削加工における、はすば歯車の歯すじ修正方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】歯車の精密仕上げ方法の一つとして、従
来から成形砥石車による研削加工方法が用いられてき
た。一方、荷重下における歯車の実際の噛み合い性能を
向上させるため、微小な歯形修正や歯すじ修正(クラウ
ニング)を施すことも従来から行われてきた。平歯車の
場合、歯すじ修正は、研削中、砥石車と歯車との中心距
離を歯幅の両端に近づくに従って減少させることによっ
て容易に実現できる。
【0003】はすば歯車の歯すじ修正は、図1に示すよ
うに、はすば歯車2にX軸方向の移動動作とA軸まわり
の回転運動とを与えながら、砥石車1をY軸方向に移動
させてはすば歯車2の歯面を研削することにより、歯幅
中央に対して左右両端における歯厚が次第に小さくなる
ように歯面を曲面状に仕上げている。
【0004】この場合、はすば歯車2をX軸方向に移動
させるには、はすば歯車2を支持する支持台3を研削盤
のテーブル(図示せず)に固定し、このテーブルを移動
させるが、砥石車1を支持する砥石頭4をX軸方向に移
動させることでも可能である。また、砥石頭4をY軸方
向に移動させながら研削しているが、この動作に代えて
支持台3をサドル(図示せず)とともに上下動させるこ
とも可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ここで、歯溝を間にし
て隣接するA歯面2aとB歯面2bとの形状を図7に示
す。前述した従来の歯すじ修正方法では、図7(a)に
示すように、歯幅中央のA歯面2a及びB歯面2bと比
較すると、歯幅方向の左端ではB歯面2bの圧力角が増
加し、A歯面2aの圧力角が減少する。反対に、歯幅方
向の右端では、同図(b)に示すように、A歯面2aの
圧力角が増大し、B歯面2bの圧力角が減少する。
【0006】これにより、実際の噛み合いに際して圧力
角の差によって歯当たりが変化し、図8に示すように、
いわゆるバイヤス当たり(斜線部分)の現象が生ずる。
これにより、歯車の噛み合いが円滑でなくなり、騒音の
原因となる。
【0007】この場合、バイヤス当たりの現象を防止す
るために、歯すじ研削中に砥石車1の回転軸をはすば歯
車の回転軸に対して傾斜させる方法が可能であるが、こ
の方法は研削盤の構造が複雑化し、コストが高くなる問
題がある。
【0008】以下、バイヤス当たりの現象が発生する理
由について述べる。まず、図9に砥石車1とはすば歯車
2との幾何学的関係を示す。同図(a)は上面からみた
説明図、同図(b)は砥石車1のζ軸方向より見た説明
図、同図(c)ははすば歯車のX軸方向より見た説明図
である。図に示す記号の意味は下記の通りである。
【0009】Ow :砥石車1の中心 Og :はすば歯車2の中心 rp :はすば歯車2のピッチ円半径 B:はすば歯車2の歯幅 C0 :歯すじ修正ゼロの場合のはすば歯車2と砥石車1
との中心距離で一定値 C:歯すじ修正した場合のはすば歯車2と砥石車1との
中心距離で変数 Xw :砥石車1の中心Ow のX座標 Xg :はすば歯車2の任意の軸直角断面のX座標 P:砥石車1の表面上の半径ρの円周がはすば歯車2の
g の軸直角断面を通過する点 X,Y,Z:はすば歯車2の座標軸 Xp,Yp,Zp:P点のX,Y,Z座標値 Xp0,Yp0,Zp0:Xp,Yp,ZpをY軸に関して対称
な座標系に変換した値 ξ,η,ζ:砥石車1の座標軸 ζ,ρ:砥石車1の輪郭上の任意の点の軸方向座標と半
径 β:はすば歯車2の軸に対する歯のねじれ角 h:はすば歯車2のねじの換算ピッチ 砥石車1の輪郭の座標値の関係式ζ=G(ρ)は、歯すじ
修正ゼロの場合に正しい歯形を創成する関係式とする。
砥石車1の中心Ow がXw の位置にあるとき、砥石車1
の輪郭上のある点(ζ,ρ)がはすば歯車2のXg の位
置の軸直角断面を通過する点PのXYZ座標は、次の式
で与えられる。
【0010】 Xp=Xg ……………………(1) Yp=C−√〔p2−{(−Xg+Xw)/cosβ+ζtanβ}2〕 ……(2) Zp=(−Xg+Xw)tanβ+ζ/cosβ …………(3) ここで、中心距離Cは、Xw に応じて円弧状に変化する
関数として、 C=C0−f(Xw) ……………………(4) のように表されるものとする。次に、はすば歯車2の回
転によるねじ運動を考慮して、座標値Xp,Yp,Zp
Y軸に関して対称な座標系に換算すると、 Xp0=Xg ……………………(5) Yp0=√(Yp 2+Zp 2)cos{tan~1(Zp/Yp)−(−Xg+Xw)/h}…(6) Zp0=√(Yp 2+Zp 2)sin{tan~1(Zp/Yp)−(−Xg+Xw)/h}…(7) となる。ただし、h=リード/2πである。
【0011】上記(1)から(7)までの式を、砥石車
1の輪郭上のI個の点、砥石車1のJ個の中心位置X
w 、及びはすば歯車2のK個の軸直角断面位置Xg に適
用して計算することにより、それぞれ軸直角断面を通過
した点群が求められる。これらの点群を適正な補間式を
用いて結び、それぞれ軸直角断面位置Xg における包絡
線を求める。これを繰り返すことにより歯すじ修正を施
した、すなわちクラウニングを付けたはすば歯車の歯面
2a,2b上のX,Y,Z座標値が計算される。
【0012】表1に示す諸元のはすば歯車2及び砥石車
1に対して以上の数値計算を行った結果を図10及び図
11に示す。この場合、ミクロンオーダーの精度を出す
ために、中心距離Cの変化は、f(Xw)=(Xw)2/75
00mmとした。図10において、細い曲線は、砥石車1
の中心Ow がそれぞれXw にあるとき、はすば歯車2の
軸直角断面位置Xg において削りとる輪郭を示し、太い
線はそれらの包絡線で最終的に仕上げられる歯形の形状
を示すものである。
【0013】
【表1】
【0014】以上の計算によれば、左ねじれのはすば歯
車2では、A歯面2aについては、図11(a)に示す
ように、左端の圧力角が減少し右端の圧力角が増大す
る。B歯面2bについては、図11(b)に示すよう
に、左端の圧力角が増大し右端の圧力角が減少する。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、軸を中心とし
て回転するように保持されたはすば歯車と、このはすば
歯車の歯すじと直交する方向に軸心が一致する回転軸を
中心として前記はすば歯車の歯面を研削するように保持
された砥石車とを設け、前記はすば歯車を回転させなが
ら前記砥石車を前記はすば歯車の軸心方向に沿う方向と
前記はすば歯車の軸心に近接離反する方向とに相対的に
移動させて歯面を研削加工する成形クラウニング研削加
工において、前記はすば歯車の歯幅方向に発生する歯形
が非対称となる非対称歯形誤差を補正するために前記は
すば歯車の回転にさらに圧力角を補正するための圧力角
補正回転を与えると同時にこれに伴う前記はすば歯車の
回転方向の位置誤差を補正するために前記はすば歯車の
軸心方向と直交する方向でかつ前記はすば歯車に近接離
反する方向にも直交する方向に前記はすば歯車の歯幅方
向の位置に応じて前記はすば歯車と前記砥石車とを相対
的に移動させるようにしたはすば歯車の歯すじ修正方法
である。
【0016】
【作用】本発明によれば、成形クラウニング研削加工中
に、はすば歯車の歯幅方向に発生する歯形が非対称とな
る非対称歯形誤差を補正するための圧力角補正回転をは
すば歯車に与えながら、さらに、これに伴う回転方向の
位置誤差を補正するために前記はすば歯車の軸心方向と
直交する方向でかつ前記はすば歯車に近接離反する方向
にも直交する方向に前記はすば歯車の歯幅方向の位置に
応じて前記はすば歯車と前記砥石車とを相対的に移動さ
せることにより、はすば歯車の歯幅方向の両端に近づい
ても歯車の軸直角断面における歯面の圧力角を等しくす
ることができ、また、歯溝を間にして隣接する歯面を同
時に研削することが可能となり、加工能率が向上する。
【0017】
【実施例】本発明の一実施例を図1ないし図6に基づい
て説明する。なお、本発明のはすば歯車の歯すじ修正方
法を実施する研削盤は、図1に示したものと同様である
が、はすば歯車2をX軸方向及びY軸方向と直交するZ
軸方向に砥石車1に対して相対的に移動させるために
は、支持台3又は砥石頭4の何れを移動させてもよい。
具体的には下記の通りである。
【0018】まず、砥石頭4をR軸まわりに旋回させる
ことにより、はすば歯車2の軸方向X対して砥石車1の
向きをはすば歯車2の歯すじ方向に一致させる。そし
て、はすば歯車2にX軸方向への移動動作とA軸まわり
の回転動作とを与えながら、砥石頭4をY軸方向に移動
させてはすば歯車2の歯面をクラウニング研削加工す
る。このクラウニング研削加工中に、非対称歯形誤差を
補正するための圧力角補正回転をはすば歯車2に与えな
がら、これに伴う円周方向位置誤差を補正するためにX
軸及びY軸と直交するZ軸方向にはすば歯車2を移動さ
せてはすば歯車2の歯面2a,2bを研削する。このと
きのはすば歯車2のA軸まわりの圧力角補正回転角をθ
とすると、はすば歯車2をZ軸方向に移動させる距離は
θに応じたrpθ(Xw)である。
【0019】ここで、はすば歯車2の右端(図8参照)
から左端に向けて研削する場合に、はすば歯車2の圧力
角補正回転角θに応じてはすば歯車2の中心Og をrp
θ(Xw)の距離だけZ軸方向に移動させた場合の、砥石
車1とはすば歯車2との関係を図2の説明図に示す。こ
のように、研削中にはすば歯車2を圧力角補正回転角θ
を付加し回転させるとともに、はすば歯車2をZ軸方向
に移動させるときの両者の関係は、砥石車1の回転軸を
はすば歯車2の回転軸に対して傾斜させた場合の関係と
等価である。これにより、図3に示すように、歯幅中央
に比較して、歯幅左端及び右端のA歯面2a及B歯面2
bの圧力角を等しくすることができる。
【0020】以下、その理由を数値計算例によって説明
する。まず、図4に砥石車1とはすば歯車2との幾何学
的関係を示す。同図(a)は上面からみた説明図、同図
(b)は砥石車1のζ軸方向より見た説明図、同図
(c)ははすば歯車のX軸方向より見た説明図である。
また、計算に用いたはすば歯車2及び砥石車1の諸元は
前述した表1の通りである。
【0021】本発明は、前述したように、はすば歯車2
を圧力角補正回転角θだけA軸まわりに回転させ、これ
に応じてはすば歯車2の中心Og をrpθ(Xw)の距離だ
けZ軸方向に移動させるから、圧力角補正回転角θを考
慮して計算する必要がある。ただし、θはg(Xw)に置
換することができる。この場合、前述した(3)(6)(7)
式に代わって(8)(9)(10)式が適用される。それ以外
の式及び計算の手順は従来方法で述べた通りである。
【0022】 Zp=(−Xg+Xw)tanβ+ζ/cosβ−rp・g(Xw) ………(8) Yp0=√(Yp 2+Zp 2) ×cos{tan~1(Zp/Yp)−(−Xg+Xw)/h+g(Xw)} …(9) Zp0=√(Yp 2+Zp 2) ×sin{tan~1(Zp/Yp)−(−Xg+Xw)/h+g(Xw)} …(10) なお、計算に際し、圧力角補正回転角θは、g(Xw)=
(Xw)2/60000radとした。この計算の結果を図5
及び図6に示す、図5において、細い線は砥石車1の中
心Ow がそれぞれXw にあるとき、はすば歯車2の軸直
角断面位置Xg において削りとる輪郭を示し、太い線は
それらの包絡線で最終的に仕上げられる歯形の形状を示
すものである。また、図6(a)はA歯面2aの圧力角
を示し、同図(b)はB歯面2bの圧力角を示すもので
あり、歯幅方向の右端と左端において歯元から歯先まで
略均等な圧力角をもって歯すじ修正が可能となることを
示している。また、クラウニングの量は、この例におい
ては、歯幅中央を基準にして左右端で約10〜20μm
程度であり、実用上適正な範囲である。
【0023】
【発明の効果】本発明は、軸を中心として回転するよう
に保持されたはすば歯車と、このはすば歯車の歯すじと
直交する方向に軸心が一致する回転軸を中心として前記
はすば歯車の歯面を研削するように保持された砥石車と
を設け、前記はすば歯車を回転させながら前記砥石車を
前記はすば歯車の軸心方向に沿う方向と前記はすば歯車
の軸心に近接離反する方向とに相対的に移動させて歯面
を研削加工する成形クラウニング研削加工において、前
記はすば歯車の歯幅方向に発生する歯形が非対称となる
非対称歯形誤差を補正するために前記はすば歯車の回転
にさらに圧力角を補正するための圧力角補正回転を与え
ると同時にこれに伴う前記はすば歯車の回転方向の位置
誤差を補正するために前記はすば歯車の軸心方向と直交
する方向でかつ前記はすば歯車に近接離反する方向にも
直交する方向に前記はすば歯車の歯幅方向の位置に応じ
て前記はすば歯車と前記砥石車とを相対的に移動させる
ようにしたので、はすば歯車の歯幅方向の両端に近づい
ても歯車の軸直角断面における歯面の圧力角を等しくす
ることができ、また、歯溝を間にして隣接する歯面を同
時に研削することが可能となり、加工能率が向上する
いう効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における研削状態を示す斜視
図である。
【図2】砥石車とはすば歯車との相対関係を示す説明図
である。
【図3】本発明の方法により研削されたはすば歯車の歯
形を示す説明図である。
【図4】本発明の方法による研削時の砥石車とはすば歯
車との幾何学的関係を示す説明図である。
【図5】本発明の方法における砥石車表面上の各点のは
すば歯車に対する軌跡を示す説明図である。
【図6】本発明の方法による歯形の計算結果を示す説明
図である。
【図7】従来の方法により研削されたはすば歯車の歯形
を示す説明図である。
【図8】従来の方法により研削されたはすば歯車の歯当
たりを示す斜視図である。
【図9】従来の方法による研削時の砥石車とはすば歯車
との幾何学的関係を示す説明図である。
【図10】従来の方法における砥石車表面上の各点のは
すば歯車に対する軌跡を示す説明図である。
【図11】従来の方法による歯形の計算結果を示す説明
図である。
【符号の説明】
1 砥石車 2 はすば歯車

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸を中心として回転するように保持され
    たはすば歯車と、このはすば歯車の歯すじと直交する方
    向に軸心が一致する回転軸を中心として前記はすば歯車
    の歯面を研削するように保持された砥石車とを設け、前
    記はすば歯車を回転させながら前記砥石車を前記はすば
    歯車の軸心方向に沿う方向と前記はすば歯車の軸心に近
    接離反する方向とに相対的に移動させて歯面を研削加工
    する成形クラウニング研削加工において、前記はすば歯
    車の歯幅方向に発生する歯形が非対称となる非対称歯形
    誤差を補正するために前記はすば歯車の回転にさらに圧
    力角を補正するための圧力角補正回転を与えると同時に
    これに伴う前記はすば歯車の回転方向の位置誤差を補正
    するために前記はすば歯車の軸心方向と直交する方向で
    かつ前記はすば歯車に近接離反する方向にも直交する方
    向に前記はすば歯車の歯幅方向の位置に応じて前記はす
    ば歯車と前記砥石車とを相対的に移動させるようにした
    ことを特徴とするはすば歯車の歯すじ修正方法。
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