JP3543431B2 - 傘歯車の歯形の設計方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、傘歯車を設計・製造するに当たり行われる傘歯車の歯形の設計方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
歯車の静粛性の目安として、正面噛合率、重なり噛合率及びこれら噛合率の和であるトータル噛合率が用いられている。複雑な3次元形状を有するハイポイドギヤのような傘歯車のこれら噛合率を算出する場合には、例えば"BASIC RELATIONSHIP of HYPOID GEARS"に記載されているように、傘歯車を相当ねじ歯車に置き換えた後この相当ねじ歯車を相当円筒歯車に置き換え、このように置き換えられた相当円筒歯車のこれら噛合率をそれぞれ算出している。
【0003】
例えばハイポイドギヤを形成する場合、そのリングギヤ及びピニオンの歯数、モジュール、これらリングギヤとピニオンとのオフセット、ピニオンスパイラル角に基づく基本諸元からリングギヤの歯形が決定されるが、このようにして決定されたリングギヤと理論的に噛み合う共役ピニオンは加工理論上存在せず、したがってピニオンの歯形は歯当たりシミュレーションや歯当たりデベロップにより試行錯誤によって決定される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、相当円筒歯車に置き換えてこれら噛合率を算出する場合、これら噛合率は不正確なものとなる。
【0005】
また、試行錯誤によってピニオンの歯形を形成するに際し、そのドライブ側圧力角とコースト側圧力角の双方又はいずれか一方を変更することができるが、これら圧力角を変更した場合には、ドライブ側及びコースト側の諸元が変わるためにこれら噛合率も変化するが、この場合これら噛合率を算出することができない。
【0006】
本発明の目的は、傘歯車の一方の歯車を形成する際に、この一方の歯車のドライブ側圧力角とコースト側圧力角の双方又はいずれか一方を変更した場合でも、これら噛合率を正確に算出することができる傘歯車の歯形の設計方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項1の傘歯車の歯形の設計方法は、共に傘歯車である一方の歯車及び他方の歯車の歯形を設計するに際し、この一方の歯車のドライブ側圧力角とコースト側圧力角の双方又はいずれか一方を変更自在にし、
前記ドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を変更した後、前記一方の歯車と前記他方の歯車との間のトータル噛合率を、これら歯車のドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ算出し、算出したトータル噛合率が目標値であるか否か判断し、前記算出したトータル噛合率が目標値でない場合には、前記ドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を再度変更し、前記算出したトータル噛合率が目標値である場合には、変更したドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を、最終諸元のドライブ側圧力角及びコースト側圧力角とすることを特徴とするものである。
【0008】
このように一方の歯車のドライブ側圧力角とコースト側圧力角の双方又はいずれか一方を変更自在にすることにより、一方の歯車の歯元強度を適切に選択することができる。また、このようにしてドライブ側圧力角とコースト側圧力角の双方又はいずれか一方を変更した場合でも、加工理論と関係なく一方の歯車の歯面を算出しているので、静粛性の目安となる一方の歯車と他方の歯車との間のトータル噛合率を、これら歯車のドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ正確に算出することができる。なお、算出された一方の歯車の歯面を歯切り理論上形成することができない場合でも、一方の歯車にはラップ仕上げが施されるため、完成した一方の歯車の歯面は他方の歯車と理論的に噛み合うほぼ共役な歯車となる。
【0009】
この場合、ドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を変更した後、一方の歯車と他方の歯車との間のトータル噛合率を、これら歯車のドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ算出する。
【0010】
このようにして算出されたトータル噛合率は、一方の歯車と他方の歯車との間の噛合部分を考慮したトータル噛合率となるので、算出されたトータル噛合率に基づいて静粛性を適切に選択することができる。
【0011】
本発明による請求項2の傘歯車の歯形の設計方法は、前記変更したドライブ側圧力角及びコースト側圧力角に基づいて前記一方の歯車の歯形及び前記他方の歯車の歯形を修正した後、前記一方の歯車と前記他方の歯車との間のトータル噛合率を、これら歯車のドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ算出し、算出したトータル噛合率が目標値であるか否か判断し、前記算出したトータル噛合率が目標値でない場合には、前記ドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を再度変更し、前記算出したトータル噛合率が目標値である場合には、変更したドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を、最終諸元のドライブ側圧力角及びコースト側圧力角とすることを特徴とするものである。
本発明による請求項3の傘歯車の歯形の設計方法は、共に傘歯車である一方の歯車及び他方の歯車の歯形を設計するに際し、この一方の歯車のドライブ側圧力角とコースト側圧力角の双方又はいずれか一方を変更自在にし、
前記ドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を変更した後、前記一方の歯車と前記他方の歯車との間のトータル噛合率を、これら歯車のドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ算出し、算出したトータル噛合率が目標値であるか否か判断し、前記算出したトータル噛合率が目標値でない場合には、カッタのカッタ圧力角を変更し、前記算出したトータル噛合率が目標値である場合には、変更したカッタ圧力角に基づいて、最終諸元のドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を設定することを特徴とするものである。
【0012】
これら歯車の歯形修正後の形状に基づいてトータル噛合率を算出することにより、傘歯車の一方の歯車と他方の歯車との歯当たりが加工誤差及び組付誤差によって変化したときのトータル噛合率を算出することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明による傘歯車の歯形の設計方法の実施の形態を、図面を参照して説明する。以下説明する実施の形態では、車両の終減速装置などに用いうるハイポイドギヤのリングギヤ及びピニオンの歯切りを行うものとする。
【0014】
図1は、本発明の第1の実施の形態のフローチャートである。このフローチャートは、グリーソンプログラムによってピニオンのドライブ側圧力角を変更することにより最終諸元を設定するものである。
【0015】
先ず、ステップ1において、リングギヤの歯数z1 、ピニオンの歯数z2 、モジュール、リングギヤとピニオンとの間のオフセット及びピニオンスパイラルアングルをそれぞれコンピュータに入力する。
【0016】
次いで、ステップ2において、ステップ1で入力された基本データに基づいて諸元を、グリーソンプログラムによって計算する。次いで、ステップ3において、グリーソンプログラムによるリングギヤマシンセッティング計算を行い、リングギヤ歯面を決定する。
【0017】
次いで、ステップ4において、リングギヤとピニオンとの正面噛合率及び重なり噛合率を算出する。これら噛合率を算出するに当たり、図2に示すようにステップ3で決定されたリングギヤ歯面11と理想的に噛み合う共役なリングギヤ歯面12を加工理論と関係なく算出する。リングギヤ歯面11とこれに共役なピニオン歯面12とは同時接触線13(図では一つのみ示す。)において噛合する。
【0018】
次いで、ステップ5において、ステップ4で算出した正面噛合率及び重なり噛合率が目標値であるか否かを判断する。目標値でないと判断すると、ステップ6においてピニオンのドライブ側圧力角を変更して、ステップ2に戻る。目標値であると判断すると、ステップ7において最終諸元を設定して、この処理工程を終了する。
【0019】
このようにピニオンのドライブ側圧力角を変更自在にすることにより、ピニオンの歯元強度を適切に選択することができる。また、このようにしてドライブ側圧力角を変更した場合でも、加工理論と関係なくピニオンの歯面を算出しているので、静粛性の目安となるリングギヤとピニオンとの間のトータル噛合率を、リングギヤ及びピニオンのドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ正確に算出することができる。なお、算出されたピニオンを歯切り理論上形成することができない場合でも、ピニオンにはラップ仕上げが施されるため、完成したピニオン歯面はリングギヤと理論的に噛み合うほぼ共役な歯車となる。
【0020】
さらに、このようにして算出されたトータル噛合率は、リングギヤとピニオンとの間の噛合部分を考慮したトータル噛合率となるので、静粛性を適切に選択することができる。
【0021】
図2は、本発明の第2の実施の形態のフローチャートである。このフローチャートは、カッタのカッタ圧力角によってピニオンのドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を変更することにより最終諸元を設定するものである。
【0022】
先ず、ステップ11において、リングギヤの歯数z1 、ピニオンの歯数z2 、モジュール、リングギヤとピニオンとの間のオフセット及びピニオンスパイラルアングルをそれぞれコンピュータに入力する。
【0023】
次いで、ステップ12において、ステップ1で入力された基本データに基づいて諸元を、グリーソンプログラムによって計算する。次いで、ステップ13において、グリーソンプログラムによるリングギヤマシンセッティング計算を行い、リングギヤ歯面を決定する。
【0024】
次いで、ステップ14において、リングギヤとピニオンとの間のトータル噛合率を算出する。このトータル噛合率を算出するに当たり、図3に示すようにステップ13で決定されたリングギヤ歯面21と理想的に噛み合う共役なリングギヤ歯面22を加工理論と関係なく算出する。リングギヤ歯面21とこれに共役なピニオン歯面22とは同時接触線23(図では一つのみ示す。)において噛合する。
【0025】
図4(a)はリングギヤのドライブ側歯面の同時接触線を、(b)はリングギヤのコースト側歯面の同時接触線をそれぞれ示す図である。図において、これら歯面の噛合開始時のリングギヤ回転角θ1 から噛合終了時のリングギヤ回転角θ2 の範囲でリングギヤが回転する間に現れる同時接触線を示す。1本の同時接触線は噛合率0.1に相当する。ここで、トータル噛合率Tを、リングギヤ回転角θ2 とリングギヤ回転角θ1 との差を、1ピッチθ0 で除した値とし、したがって、
【数1】
T=(θ2 −θ1 )/θ0
で表すことができる。ただし、
【数2】
θ0 =2π/z1
とする。
【0026】
このようにして算出されたトータル噛合率が、目標値であるか否かを判断する(ステップ15)。目標値でないと判断すると、ステップ16においてカッタのカッタ圧力角を変更して、ステップ14に戻る。目標値であると判断すると、ステップ17において最終諸元を設定して、この処理工程を終了する。
【0027】
このようにカッタ圧力角を変更してピニオンのドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を変更自在にすることにより、ピニオンの歯元強度をより適切に選択することができる。また、このようにしてこれらドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を変更した場合でも、加工理論と関係なくピニオンの歯面を算出しているので、静粛性の目安となるリングギヤとピニオンとの間のトータル噛合率を、リングギヤ及びピニオンのドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ正確に算出することができる。この場合にも、算出されたピニオンを歯切り理論上形成することができない場合でも、ピニオンにはラップ仕上げが施されるため、完成したピニオン歯面はリングギヤと理論的に噛み合うほぼ共役な歯車となる。
【0028】
さらにこの場合も、このようにして算出されたトータル噛合率は、リングギヤとピニオンとの間の噛合部分を考慮したトータル噛合率となるので、静粛性を適切に選択することができる。
【0029】
図5は、図2のフローチャート及びグリーソンブログラムに従って形成されたピニオンの歯形の断面をそれぞれ示す図である。図において、破線で示す歯形24は、グリーソン標準諸元に基づきグリーソンプログラムに従って形成したものであり、実線で示す歯形25は、グリーソン標準諸元に基づき図2のフローチャートに従って形成したものである。
【0030】
歯形24を形成するに際し、グリーソン標準諸元を用いる。すなわち、ギヤ比を35×8とし、モジュールを5.714mmとし、ピニオンスパイラルアングルを50°とする。このようなグリーソン標準諸元に基づいてピニオン歯形を形成すると、ドライブ側圧力角が16.11°、コースト側圧力角が21.89°、ドライブ側のトータル噛合率が3.21、コースト側のトータル噛合率が3.65となる。
【0031】
歯形25を形成するに際し、ギヤ比、モジュール及びピニオンスパイラルアングをそれぞれ上記グリーソン標準諸元を用いるとともに、ドライブ側のトータル噛合率とコースト側のトータル噛合率が共に3.40となるように、ドライブ側圧力角αD を12°に、コースト側圧力角αC を30°にそれぞれ選定した。
【0032】
歯形25のドライブ側圧力角αD とコースト側圧力角αC との合計は42°となり、歯形24のこれら圧力角の合計38°に比べて増大している。したがって、歯形25の歯元強度が従来の歯形24に比べて向上する。この場合、歯形25のドライブ側のトータル噛合率とコースト側のトータル噛合率を等しくしているので、ノイズバランスの良好なハイポイドギヤを得ることができる。また、これらトータル噛合率は従来の歯形24のドライブ側のトータル噛合率以上の値であるので、静粛性に対して問題とはならない。
【0033】
図6は、歯形修正が施されたドライブ側のリングギヤ歯面を示す図である。歯車を形成するに際し、加工誤差及び組付誤差を吸収するために歯形修正が施される。図に示すようにドライブ側のリングギヤ歯面26について説明すると、加工及び組立の実際の値からリングギヤ歯先部A、リングギヤヒール部B及びリングギヤトー部Cの歯形修正量が決定される。このように歯形修正量が決定されると、リングギヤ上の噛合エリアに基づいて、以下説明するように実際の歯面のトータル噛合率を計算することができる。
【0034】
図7は、本発明の第3の実施の形態のフローチャートである。先ず、ステップ31において、図1又は図2のフローチャートに基づいて最終諸元を設定する。次いで、ステップ32において、図6を用いて説明したように歯形修正量を決定する。次いで、ステップ33において、修正した歯形に基づいてリングギヤ上の噛合エリアを算出する。次いで、ステップ34において、算出された噛合エリアに基づいて実際の歯面のトータル噛合率を算出する。
【0035】
このように歯形修正後の形状に基づいてトータル噛合率を算出することにより、リングギヤとピニオンとの歯当たりが加工誤差や組付誤差によって変化したときのトータル噛合率を算出することができる。
【0036】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変形及び変更が可能である。例えば上記実施の形態では、ハイポイドギヤの歯形の設計について説明したが、ゼロールベベルギヤ及びスパイラルベベルギヤの歯形の設計にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のフローチャートである。
【図2】本発明の第2の実施の形態のフローチャートである。
【図3】リングギヤとこれに共役なピニオンとの噛合を示す図である。
【図4】(a)はリングギヤのドライブ側歯面の同時接触線を、(b)はリングギヤのコースト側歯面の同時接触線をそれぞれ示す図である。
【図5】図2のフローチャート及びグリーソンプログラムに従って形成されたピニオンの歯の断面をそれぞれ示す図である。
【図6】歯形修正が施されたドライブ側のリングギヤ歯面を示す図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態のフローチャートである。
【符号の説明】
21,26 リングギヤ歯面
22 ピニオン歯面
23 同時接触線
24,25 歯形
αC ドライブ側圧力角
αD コースト側圧力角
Claims (3)
- 共に傘歯車である一方の歯車及び他方の歯車の歯形を設計するに際し、この一方の歯車のドライブ側圧力角とコースト側圧力角の双方又はいずれか一方を変更自在にし、
前記ドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を変更した後、前記一方の歯車と前記他方の歯車との間のトータル噛合率を、これら歯車のドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ算出し、算出したトータル噛合率が目標値であるか否か判断し、前記算出したトータル噛合率が目標値でない場合には、前記ドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を再度変更し、前記算出したトータル噛合率が目標値である場合には、変更したドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を、最終諸元のドライブ側圧力角及びコースト側圧力角とすることを特徴とする傘歯車の歯形の設計方法。 - 前記変更したドライブ側圧力角及びコースト側圧力角に基づいて前記一方の歯車の歯形及び前記他方の歯車の歯形を修正した後、前記一方の歯車と前記他方の歯車との間のトータル噛合率を、これら歯車のドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ算出し、算出したトータル噛合率が目標値であるか否か判断し、前記算出したトータル噛合率が目標値でない場合には、前記ドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を再度変更し、前記算出したトータル噛合率が目標値である場合には、変更したドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を、最終諸元のドライブ側圧力角及びコースト側圧力角とすることを特徴とする傘歯車の歯形の設計方法。
- 共に傘歯車である一方の歯車及び他方の歯車の歯形を設計するに際し、この一方の歯車のドライブ側圧力角とコースト側圧力角の双方又はいずれか一方を変更自在にし、
前記ドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を変更した後、前記一方の歯車と前記他方の歯車との間のトータル噛合率を、これら歯車のドライブ側歯面及びコースト側歯面についてそれぞれ算出し、算出したトータル噛合率が目標値であるか否か判断し、前記算出したトータル噛合率が目標値でない場合には、カッタのカッタ圧力角を変更し、前記算出したトータル噛合率が目標値である場合には、変更したカッタ圧力角に基づいて、最終諸元のドライブ側圧力角及びコースト側圧力角を設定することを特徴とする傘歯車の歯形の設計方法。
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