JP3589516B2

JP3589516B2 - スポーク型はすば歯車

Info

Publication number: JP3589516B2
Application number: JP30368695A
Authority: JP
Inventors: 満矢野
Original assignee: 満矢野
Priority date: 1995-10-26
Filing date: 1995-10-26
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2015-10-26
Also published as: JPH09119507A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は各種機械装置に用いられるはすば歯車、特にディーゼルエンジン用歯車に好適な振動や騒音の少ないはすば歯車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
はすば歯車とは歯すじがつる巻状である円筒歯車であり、平行な二軸間に回転運動を伝達する。平歯車より噛み合い率が大きく静かであるという特徴を有する。従来のはすば歯車の一例は、図６に示すように、外周面に歯が刻まれたリム部１と、ハブ部２と、リム部１とハブ部２とを一体的に連結するディスク３とからなる。またその他の例として、図７に示すように、外周面に歯が刻まれたリム部１と、ハブ部２と、リム部とハブ部２とを一体的に連結するように同一平面内に位置する複数のスポーク４からなるはすば歯車もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図６及び図７に示すいずれの構造でも、かみ合いに際して回転軸方向の力（以下「軸方向力」という）を受け、はすば歯車は軸方向に若干変位する。ここでもし軸方向力の大きさや作用点が変動すると、それによって生じた歯車のリム部１の撓みもまた変動し、それが振動や騒音（以下単に「騒音」という）の原因となる。
【０００４】
このように、騒音の大きさはリム部１の撓みの大きさによって決まるので、騒音を少なくするためには、軸方向力によるリム部の軸方向の撓みを小さくする必要がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は歯車のリム部の軸方向の撓みを最小にし、もって騒音を低減させたはすば歯車を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、スポーク型はすば歯車のスポークを軸方向にずれた二列のスポークからなる構造とし、かつ両列のスポークを半径方向外方（リム部側）にかけて内側に傾斜させることにより、はすば歯車の軸方向の撓みが減少し、もって回転時の騒音が低減することを発見し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明のスポーク型はすば歯車は、ハブ部と、前記ハブ部より放射状に延びる複数のスポークと、前記スポークの外端部に接合されたリム部とを有し、前記リム部の外周面に歯が形成されている一体鋳造の鋳鉄製スポーク型はすば歯車であって、前記ハブ部は前記リム部より軸方向に長く、前記スポークは軸方向にずれた二列に配列されており、各列のスポークはその内端部から外端部にかけて内側に傾斜しており、もって騒音を低減させたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態及び実施例】
図１は、本発明の一実施例によるスポーク型はすば歯車を示す。このスポーク型はすば歯車は、トラック用のディーゼルエンジンのクランク軸からカム軸やポンプ軸などを駆動する歯車列の歯車、例えばカムギヤ、噴射ポンプギヤ、パワステポンプギヤ、オイルポンプギヤ、クランクギヤ、アイドラーギヤ等として使用するのに好適である。図１に示すように、スポーク型はすば歯車は、外周面に歯１ａが刻まれたリム部１と、ハブ部２と、リム部１をハブ部２に一体的に連結する放射状の複数のスポーク４からなる。
【０００９】
図２に示すように、ハブ部２は中心軸Ｃに沿った軸方向にリム部１より長く、ハブ部２の両端はリム部１の両端より外側に位置する。スポーク４は、半径方向外方にかけて内側に傾斜している二列のスポーク４１、４２からなる。各列のスポーク４１、４２は、その内端部４１ａ、４２ａがハブ部２の両端付近に一体的に連結しているとともに、その外端部４１ｂ、４２ｂがリム部１の両端付近に一体的に連結しているのが好ましい。各列のスポーク４１、４２は、はすば歯車の半径方向中心面Ｌ（中心軸Ｃに直交）に関して対称であってもよい。
【００１０】
各スポーク４１、４２と歯車の半径方向中心面Ｌとが成す角度（スポーク傾斜角）θは、はすば歯車のサイズ及び形状により異なるが、１°〜４５°とするのが好ましい。スポーク傾斜角θが１°より小さいと、変形抵抗（騒音防止効果）が不十分であり、またスポーク傾斜角θが４５°より大きいと、リム部１を支える強度が低下する。なお、スポーク４２の傾斜角がスポーク４１の傾斜角と同じでも、異なってもよい。
【００１１】
例えば図２に示すように、中心軸Ｃを通り半径方向中心面Ｌに直行する面ではすば歯車の断面を取ったとき、各列中のスポーク４１、４２は同じ断面内に存在しないようにスポークを配置するのが好ましい。すなわち、一方の列の隣接するスポーク間に他方の列のスポークが存在するように、両列のスポーク４１、４２は中心面Ｌに沿って円周方向にずれているのが好ましい。図２の態様の場合、各スポーク４１、４２のずれは３０°である。このようなスポーク４１、４２の配列とすることにより、はすば歯車の変形抵抗が向上する。
【００１２】
本発明のはすば歯車は、二列のスポークが並ぶ複雑な形状を有するため、鋳造により一体的に形成するのが好ましい。本発明のはすば歯車の材料として種々の公知材料を用いることができるが、比較的大きな耐荷重性を有する必要があるためオーステンパ球状黒鉛鋳鉄等を用いるのが好ましい。
【００１３】
本発明のはすば歯車を鋳造で形成する場合に、中子を使用してもよいが、製造コストを下げるために中子を使用しない方が好ましい。中子を使用しない製造の場合、図１に示すようスポーク配置にするのが好ましい。すなわち、放射状に配置された各列のスポークの内端部（ハブ部２との連結部）４１ａ、４２ａにおける間隔が各スポークの幅以上であり、かつ両スポーク４１、４２が軸方向に重なり合っていないように配置するのが好ましい。
【００１４】
図３は、本発明のもう一つの実施例によるスポーク型はすば歯車を示す。図３のはすば歯車は図１のものに比べて直径が大きく、リム部１の幅（軸方向長さ）とハブ部２の幅（軸方向長さ）との比が図１のはすば歯車より１に近い。そのため、図３ではスポーク傾斜角θは１°に近い。スポーク傾斜角θが１°に近ずくと、スポークの変形抵抗が低下するので、それを補うためにスポークの横断面（長手方向に対して直交する断面）の形状をコの字型とするのが好ましい。
【００１５】
図４は、本発明のはすば歯車が従来のディスク型はすば歯車より大きな変形抵抗を有する原理を模式的に示すものである。図４（ａ）は、従来のディスク型はすば歯車のディスクを等価の梁で表した模式図であり、図４（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ本発明のスポーク型はすば歯車のスポークを等価の梁で表した模式図である。
【００１６】
図４（ａ）において、先端部９１はリム部に対応し、固定部９２はハブ部に対応し、梁９３はディスク部に対応する。ディスク型はすば歯車では、梁９３は片持ち梁に対応すると考えるのが妥当である。一般に片持ち梁の先端部９１に荷重が作用すると、梁９３の曲げ変形による先端部９１での撓み量δ_１は、弾性力学の法則から次式で表される。
δ_１＝４ＰＬ^３／Ｅｂｔ^３・・・（１）
ただし、Ｌ：梁の長さ、
ｔ：梁の厚さ、
ｂ：梁の幅、
Ｅ：梁の弾性係数、
Ｐ：荷重。
【００１７】
図４（ｂ）は、図１のスポーク型はすば歯車に対応する梁の模式図であり、２枚の梁９４（合計の断面積が図４（ａ）と等しくなるように各梁の厚さをｔ／２とする。）で、角度θの傾きで先端部９１を支持する。荷重Ｐが先端部９１に作用すると、先端部９１は平行に移動しようとする。その結果上側の梁９４に引張力が生じるとともに下側の梁９４に圧縮力が生じるので、梁全体の変形が妨げられる。このときの先端部９１の撓み量δ_２は、近似的に次式で表すことができる。
δ_２＝Ｐ／（Ｅｂｔｓｉｎ^２θ／Ｌ＋Ｅｂｔ^３／４Ｌ^３）・・・（２）
ただし、各記号は式（１）と同じ。
【００１８】
式（１）及び式（２）から、δ_１とδ_２の比は以下のようになる。
δ_１／δ_２＝［２（Ｌ／ｔ）ｓｉｎθ］^２＋１・・・（３）
式（３）の二乗項は常に０より大きいので、傾斜θをつけたスポーク型のはすば歯車の場合、スポークの撓み量δ_２は常にディスク型の撓み量δ_１より小さいことがわかる。なお梁の配置は、図４（ｃ）のようにスポークが交差するようにしても、効果はほぼ同じである。
【００１９】
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
図１に示す構造のスポーク型はすば歯車をオーステンパ球状黒鉛鋳鉄により一体的に鋳造した。スポーク型はすば歯車の諸元は以下の通りである。
リム部の外径１３０ｍｍ、
リム部の幅２２ｍｍ、
リム部の厚さ１０ｍｍ、
スポークの幅１０ｍｍ、
スポークの厚さ３ｍｍ、
スポークの傾斜１４．５°、
各列のスポークの数６、
ハブ部の外径５４ｍｍ。
【００２１】
スポーク型はすば歯車のハブ部を固定し、リム部に３ＫＮ（キロニュートン）までの軸方向力を加え、リム部におけるはすば歯車の撓み量を測定した。軸方向力と撓み量との関係を図５に示す。
【００２２】
比較例１
図６に示す構造のディスク型はすば歯車を機械構造用炭素鋼Ｓ５５Ｃにより一体的に鍛造した。ディスク型はすば歯車の諸元は以下の通りである。
リム部の外径１３０ｍｍ、
リム部の幅２２ｍｍ、
リム部の厚さ１１ｍｍ、
ディスクの厚さ５ｍｍ、
ハブ部の外径５４ｍｍ。
【００２３】
ディスク型はすば歯車のハブ部を固定し、リム部に３ＫＮまでの軸方向力を加え、撓み量を測定した。軸方向力と撓み量との関係を図５に示す。
【００２４】
図５から分かるように、軸方向力に対するリム部の撓み量は、比較例１のデスク型はすば歯車（破線で示す）に比べて、実施例１のスポーク型はすば歯車（実線で示す）の方が著しく小さい。
【００２５】
以上本発明を具体例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想を逸脱しない限り、種々の変更を行うことができる。例えば、スポークの数、形状、材質等を必要に応じて変更することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のスポーク型はすば歯車は、軸方向に対称にずれた二列のスポークを有することにより、軸方向力によるリム部の変形が減少し、噛み合い時の騒音を著しく低減させることができる。このような特徴を有する本発明のスポーク型はすば歯車は、ディーゼルエンジン等に用いるのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるスポーク型はすば歯車を示す一部破断斜視図である。
【図２】図１に示すスポーク型はすば歯車の断面図である。
【図３】本発明の他の実施例によるスポーク型はすば歯車を示す一部破断斜視図である。
【図４】本発明の原理を説明する模式図である。
【図５】実施例１及び比較例１のはすば歯車において、軸方向力と撓み量との関係を示すグラフである。
【図６】従来のディスク型はすば歯車を示す一部破断斜視図である。
【図７】従来のスポーク型はすば歯車の他の例を示す一部破断斜視図である。
【符号の説明】
１・・・リム部
２・・・ハブ部
４、４１、４２・・・スポーク
θ・・・スポーク傾斜角
Ｃ・・・回転軸
Ｌ・・・中心軸

Claims

ハブ部と、前記ハブ部より放射状に延びる複数のスポークと、前記スポークの外端部に接合されたリム部とを有し、前記リム部の外周面に歯が形成されている一体鋳造の鋳鉄製スポーク型はすば歯車であって、前記ハブ部は前記リム部より軸方向に長く、前記スポークは軸方向にずれた二列に配列されており、各列のスポークはその内端部から外端部にかけて内側に傾斜しており、もって騒音を低減させたことを特徴とするスポーク型はすば歯車。
請求項１に記載のスポーク型はすば歯車において、前記スポークの内端部は前記ハブ部のほぼ両端部に連結されており、前記スポークの外端部は前記リム部のほぼ両端部に連結されており、各列のスポークの内端部における間隔が各スポークの幅以上であり、かつ両列のスポークが軸方向に重なり合っていないように配置されていることを特徴とするスポーク型はすば歯車。
請求項１又は２に記載のスポーク型はすば歯車において、前記はすば歯車がオーステンパ球状黒鉛鋳鉄により一体的に形成されていることを特徴とするスポーク型はすば歯車。