JP4329648B2 - Gear vibration calculation method, program, and recording medium - Google Patents

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Description

本発明は、歯車の振動を計算する技術に関し、特に、歯車を有する回転体とその回転体を支持する支持体とを含む振動伝達系の振動を計算する技術に関する。   The present invention relates to a technique for calculating vibration of a gear, and more particularly to a technique for calculating vibration of a vibration transmission system including a rotating body having a gear and a support body that supports the rotating body.

自動車用トランスミッションを始めとし、各種機械において、異軸間におけるトルク伝達を行うために歯車が使用される。歯車は、トルク伝達を効率よく行うことが容易である要素である反面、振動および騒音の発生源になり易い要素でもある。特に近年、機械の静粛性が強く要望されるようになり、それに伴い、歯車を用いた機械においては、ギヤノイズの低減が強く要望されるようになった。   Gears are used in various machines, including automobile transmissions, to transmit torque between different axes. The gear is an element that is easy to efficiently transmit torque, but is also an element that easily becomes a source of vibration and noise. In particular, in recent years, there has been a strong demand for quietness of machines, and accordingly, reduction of gear noise has been strongly demanded in machines using gears.

例えば、自動車においては、動力源であるエンジン(内燃機関)が、振動および騒音の主たる発生源であるが、そのエンジンのノイズを低減する技術が進歩した結果、歯車を用いたトランスミッションのノイズが相対的に顕著に認識されるようになってきた。そのため、歯車を用いたトランスミッションを低騒音化する技術および設計手法が従来より強く要望されるようになった。   For example, in an automobile, an engine (internal combustion engine), which is a power source, is a main source of vibration and noise. However, as a result of advances in technology for reducing engine noise, transmission noise using gears is relatively low. Has been recognized prominently. For this reason, there has been a strong demand for techniques and design techniques for reducing the noise of transmissions using gears.

そのような事情を背景とし、特許文献1には、歯車の歯面形状に着目してギヤノイズを解析する技術が開示されている。また、特許文献2には、歯車自体の運動のみならず、その歯車を回転可能に支持する軸受に作用する荷重にも着目してギヤノイズを解析する技術が開示されている。
特開平5−157663号公報 特開平9−53702号公報
Against this background, Patent Document 1 discloses a technique for analyzing gear noise by paying attention to the tooth surface shape of a gear. Patent Document 2 discloses a technique for analyzing gear noise by paying attention not only to the movement of the gear itself but also to a load acting on a bearing that rotatably supports the gear.
JP-A-5-157663 JP-A-9-53702

本発明者らは、歯車を用いた機械の振動および騒音を低減する技術について研究を重ねた。その結果、例えば、歯車を有する回転体が軸受を介して支持体に支持されるように構成される機械においては、歯車のかみ合い起振力が軸受を介して支持体を加振することにより、ギヤノイズが発生することから、ギヤノイズが低減された機械を設計するためには、歯車のかみ合い起振力の低減のみならず、支持体の振動特性の改善も重要であることに気が付いた。   The inventors of the present invention have conducted research on a technique for reducing vibration and noise of a machine using a gear. As a result, for example, in a machine configured such that a rotating body having a gear is supported by a support via a bearing, the meshing excitation force of the gear vibrates the support via the bearing, Since gear noise is generated, in order to design a machine with reduced gear noise, it has been noticed that not only reduction of gear meshing vibration force but also improvement of vibration characteristics of the support are important.

したがって、この種の機械においてギヤノイズを低減するには、歯車のかみ合い起振力を高精度で予測するとともに、歯車を有する回転体とその回転体を支持する支持体とを含む振動伝達系の振動を高精度で予測することが必要である。   Therefore, in order to reduce gear noise in this type of machine, the meshing vibration generation force of the gear is predicted with high accuracy, and the vibration of the vibration transmission system including the rotating body having the gear and the support body that supports the rotating body is determined. Must be predicted with high accuracy.

以上説明した事情を背景とし、本発明は、歯車の振動を計算する技術において、歯車のかみ合い起振力を高精度で予測するとともに、歯車を有する回転体とその回転体を支持する支持体とを含む振動伝達系の振動を高精度で予測することを課題としてなされたものである。   Against the background described above, the present invention predicts the meshing vibration force of the gear with high accuracy in the technology for calculating the vibration of the gear, and a rotating body having the gear and a support body that supports the rotating body, It is an object to predict vibrations of a vibration transmission system including a high accuracy.

上記課題を解決するために、本発明の第1側面によれば、互いにかみ合って回転する少なくとも2個の回転体が支持体によって回転可能に支持されて成る歯車装置であって、それら少なくとも2個の回転体は、2本の回転軸と、それら2本の回転軸とそれぞれ同軸的に一緒に回転する2個の歯車であって歯面同士において互いにかみ合わされて成る歯車対を成すものとを有するように構成されたものの振動を計算する歯車振動計算方法であって、
前記2個の歯車の歯面間において,それら2個の歯車の両基礎円の共通接線に沿って作用する接線荷重の時間変動を、(a)それら2個の歯車が互いにかみ合う歯間の相対変位に応答して、それら2個の歯車が互いにかみ合うかみ合い歯面間に作用する応答変位荷重の時間変動と、(b)それら2個の歯車の歯面同士がかみ合い中に互いに接触するかみ合い接触点の、歯車半径方向における時間変動に応答して、それら2個の歯車のかみ合い歯面間に作用する動荷重の時間変動との合成値として計算する接線荷重計算工程と、
その計算された接線荷重時間変動に基づき、前記歯車対を起振源とする振動に対する、前記回転体と前記支持体との少なくとも一方の時間応答を計算する振動応答計算工程と
を含む歯車振動計算方法が提供される。
前記課題を解決するために、本発明の第2側面によれば、互いにかみ合って回転する少なくとも2個の回転体が支持体によって回転可能に支持されて成る歯車装置であって、それら少なくとも2個の回転体は、2本の回転軸と、それら2本の回転軸とそれぞれ同軸的に一緒に回転する2個の歯車であって歯面同士において互いにかみ合わされて成る歯車対を成すものとを有するように構成されたものの振動を計算する歯車振動計算方法であって、
前記2個の歯車の歯面間において,それら2個の歯車の両基礎円の共通接線に沿って作用する接線荷重の時間変動を、(a)それら2個の歯車が互いにかみ合う歯間の相対変位に応答して、それら2個の歯車が互いにかみ合うかみ合い歯面間に作用する応答変位荷重の時間変動と、(b)それら2個の歯車の歯面同士がかみ合い中に互いに接触するかみ合い接触点の、歯車半径方向における時間変動に応答して、それら2個の歯車のかみ合い歯面間に作用する動荷重の時間変動との合成値として計算する接線荷重計算工程と、
その計算された接線荷重時間変動に基づき、前記各歯車の回転軸に沿って作用する軸荷重の時間変動を計算する軸荷重計算工程と、
その計算された軸荷重時間変動と、前記計算された接線荷重時間変動とに基づき、前記歯車対を起振源とする振動に対する、前記回転体と前記支持体との少なくとも一方の時間応答を計算する振動応答計算工程と
を含み、
前記接線荷重計算工程は、
前記各歯車の応答変位荷重時間変動を、前記2個の歯車間における相対角変位の時間変動とそれら2個の歯車の結合剛性との積と、それら2個の歯車間における相対角速度の時間変動とそれら2個の歯車の結合減衰との積との和を前記各歯車の基礎円半径で割り算した値を用いて計算する応答変位荷重計算工程と、
各歯車の動荷重の時間変動を、各歯車の動荷重の、各かみ合い次数i(i:1〜n)における振幅と、時間tを変数とするように予め選択された周期関数との積を用いて計算する動荷重時間変動計算工程と
を含み、
前記動荷重時間変動計算工程は、
前記2個の歯車のかみ合いの進行につれて、各歯車のかみ合い伝達誤差曲線に基づき、その各歯車の動荷重の振幅を計算するか、または、前記各歯車の回転速度と、その各歯車の歯面に加えられる負荷とに基づき、その各歯車の動荷重の振幅を計算する動荷重振幅計算工程を含む歯車振動計算方法が提供される。
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。
In order to solve the above-mentioned problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided a gear device in which at least two rotating bodies that mesh with each other and are rotatably supported by a support body, and at least two of them are supported. The rotating body includes two rotating shafts and two gears that rotate coaxially together with the two rotating shafts, and form a gear pair that meshes with each other at the tooth surfaces. A gear vibration calculation method for calculating vibrations of what is configured to include:
Between the tooth surfaces of the two gears, the time variation of the tangential load acting along the common tangent of both base circles of the two gears is expressed as follows: (a) the relative distance between the teeth where the two gears mesh with each other; In response to the displacement, the time variation of the response displacement load acting between the meshing tooth surfaces where the two gears mesh with each other; and (b) the meshing contact where the tooth surfaces of the two gears contact each other during the meshing. A tangential load calculating step for calculating a point as a composite value of the time variation of the dynamic load acting between the meshing tooth surfaces of the two gears in response to the time variation in the gear radial direction ;
A vibration response calculation step including a vibration response calculation step of calculating a time response of at least one of the rotating body and the support body with respect to the vibration having the gear pair as a vibration source based on the calculated tangential load time variation. A method is provided.
In order to solve the above-mentioned problem, according to a second aspect of the present invention, there is provided a gear device in which at least two rotating bodies that mesh with each other are rotatably supported by a support body, and at least two of them are rotated. The rotating body includes two rotating shafts and two gears that rotate coaxially together with the two rotating shafts, and form a gear pair that meshes with each other at the tooth surfaces. A gear vibration calculation method for calculating vibrations of what is configured to include:
Between the tooth surfaces of the two gears, the time variation of the tangential load acting along the common tangent of both base circles of the two gears is expressed as follows: (a) the relative distance between the teeth where the two gears mesh with each other; In response to the displacement, the time variation of the response displacement load acting between the meshing tooth surfaces where the two gears mesh with each other; and (b) the meshing contact where the tooth surfaces of the two gears contact each other during the meshing. A tangential load calculating step for calculating a point as a composite value of the time variation of the dynamic load acting between the meshing tooth surfaces of the two gears in response to the time variation in the gear radial direction ;
Based on the calculated tangential load time variation, the axial load calculation step of calculating the time variation of the axial load acting along the rotation axis of each gear,
Based on the calculated axial load time variation and the calculated tangential load time variation, calculate the time response of at least one of the rotating body and the support body with respect to vibration using the gear pair as a vibration source. Including a vibration response calculation step to
The tangential load calculation step includes:
The time variation of the response displacement load of each gear is the product of the time variation of the relative angular displacement between the two gears and the coupling rigidity of the two gears, and the time variation of the relative angular velocity between the two gears. And a response displacement load calculation step of calculating a sum of the product of the coupling attenuation of the two gears and a value obtained by dividing the sum by the basic circle radius of each gear;
The time variation of the dynamic load of each gear is calculated by multiplying the dynamic load of each gear by the amplitude at each meshing order i (i: 1 to n) and a periodic function selected in advance so that the time t is a variable. Dynamic load time fluctuation calculation process to calculate using
The dynamic load time variation calculation step includes:
As the meshing of the two gears progresses, the dynamic load amplitude of each gear is calculated based on the meshing transmission error curve of each gear, or the rotational speed of each gear and the tooth surface of each gear There is provided a gear vibration calculation method including a dynamic load amplitude calculation step for calculating the dynamic load amplitude of each gear based on the load applied to the gear.
The following aspects are obtained by the present invention. Each aspect is divided into sections, each section is given a number, and is described in a form that cites other section numbers as necessary. This is to facilitate understanding of some of the technical features that the present invention can employ and combinations thereof, and the technical features that can be employed by the present invention and combinations thereof are limited to the following embodiments. Should not be interpreted. That is, it should be construed that it is not impeded to appropriately extract and employ the technical features described in the present specification as technical features of the present invention although they are not described in the following embodiments.

さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。   Further, describing each section in the form of quoting the numbers of the other sections does not necessarily prevent the technical features described in each section from being separated from the technical features described in the other sections. It should not be construed as meaning, but it should be construed that the technical features described in each section can be appropriately made independent depending on the nature.

(1) 互いにかみ合って回転する少なくとも2個の回転体が支持体によって回転可能に支持されて成る歯車装置であって、それら少なくとも2個の回転体は、2本の回転軸と、それら2本の回転軸とそれぞれ同軸的に一緒に回転する2個の歯車であって歯面同士において互いにかみ合わされて成る歯車対を成すものとを有するように構成されたものの振動を計算する歯車振動計算方法であって、
前記2個の歯車の歯面間において,それら2個の歯車の両基礎円の共通接線に沿って作用する接線荷重の時間変動を、(a)それら2個の歯車が互いにかみ合う歯間の相対変位に応答して、それら2個の歯車が互いにかみ合うかみ合い歯面間に作用する応答変位荷重の時間変動と、(b)それら2個の歯車の歯面同士がかみ合い中に互いに接触するかみ合い接触点の基礎円半径誤差に応答して、それら2個の歯車のかみ合い歯面間に作用する動荷重の時間変動との合成値として計算する接線荷重計算工程と、
その計算された接線荷重時間変動に基づき、前記歯車対を起振源とする振動に対する、前記回転体と前記支持体との少なくとも一方の応答を計算する振動応答計算工程と
を含む歯車振動計算方法。
(1) A gear device in which at least two rotating bodies that rotate in mesh with each other are rotatably supported by a support, and the at least two rotating bodies include two rotating shafts and two of them. Gear vibration calculation method for calculating vibrations of two gears which rotate together coaxially with the rotation shaft of the gears and which have a gear pair which meshes with each other at the tooth surfaces Because
Between the tooth surfaces of the two gears, the time variation of the tangential load acting along the common tangent of both base circles of the two gears is expressed as follows: (a) the relative distance between the teeth where the two gears mesh with each other; In response to the displacement, the time variation of the response displacement load acting between the meshing tooth surfaces where the two gears mesh with each other; and (b) the meshing contact where the tooth surfaces of the two gears contact each other during the meshing. A tangential load calculation step of calculating as a composite value of the time variation of the dynamic load acting between the meshing tooth surfaces of the two gears in response to the basic circle radius error of the point;
A vibration response calculation method including a vibration response calculation step of calculating a response of at least one of the rotating body and the support body with respect to vibration using the gear pair as a vibration source based on the calculated tangential load time variation. .

この方法によれば、互いにかみ合って回転する少なくとも2個の回転体が支持体によって回転可能に支持されて成る歯車装置の振動を計算することが可能となる。   According to this method, it is possible to calculate the vibration of a gear device in which at least two rotating bodies that rotate in mesh with each other are rotatably supported by the support.

この方法においては、その歯車装置の振動を計算するために、互いにかみ合う2個の歯車がかみ合い歯面を介して互いに作用し合う歯面力が、それら2個の歯車の両基礎円の共通接線に沿って作用する接線荷重として計算される。さらに、その接線荷重は、それら2個の歯車が互いにかみ合う歯間の相対変位に応答して、それら2個の歯車が互いにかみ合うかみ合い歯面間に作用する応答変位荷重と、それら2個の歯車の歯面同士がかみ合い中に互いに接触するかみ合い接触点の基礎円半径誤差に応答して、それら2個の歯車のかみ合い歯面間に作用する動荷重との双方を考慮して計算される。さらに、その計算された接線荷重に基づき、それら2個の歯車を起振源とする振動に対する、回転体と支持体との少なくとも一方の応答が計算される。   In this method, in order to calculate the vibration of the gear device, a tooth surface force in which two meshing gears interact with each other via meshing tooth surfaces is a common tangent of both base circles of the two gears. Calculated as a tangential load acting along In addition, the tangential load is responsive to the relative displacement between the teeth where the two gears mesh with each other, the response displacement load acting between the meshing tooth surfaces where the two gears mesh with each other, and the two gears. In response to the basic circle radius error at the meshing contact point where the tooth surfaces contact each other during meshing, the calculation is performed in consideration of both the dynamic load acting between the meshing tooth surfaces of the two gears. Further, based on the calculated tangential load, the response of at least one of the rotating body and the support body with respect to the vibration using the two gears as the excitation source is calculated.

したがって、この方法によれば、互いにかみ合う2個の歯車が互いに及ぼし合う歯面力を高精度で予測することが容易となり、その結果、それら2個の歯車を起振源とする振動に対する、回転体と支持体との少なくとも一方の応答を高精度で計算することも容易となる。   Therefore, according to this method, it becomes easy to predict the tooth surface force exerted by the two gears engaged with each other with high accuracy, and as a result, the rotation with respect to the vibration using the two gears as the excitation source is facilitated. It becomes easy to calculate the response of at least one of the body and the support with high accuracy.

(2) さらに、前記計算された接線荷重時間変動に基づき、前記各歯車の回転軸に沿って作用する軸荷重の時間変動を計算する軸荷重計算工程を含み、かつ、前記振動応答計算工程は、その計算された軸荷重時間変動と、前記計算された接線荷重時間変動とに基づき、前記応答を計算する(1)項に記載の歯車振動計算方法。 (2) Furthermore, an axial load calculation step for calculating a time variation of an axial load acting along the rotation axis of each gear based on the calculated tangential load time variation is included, and the vibration response calculation step includes The gear vibration calculation method according to item (1), wherein the response is calculated based on the calculated axial load time variation and the calculated tangential load time variation.

この方法によれば、各歯車がはすば歯車であるために、歯車のかみ合い回転中、歯のねじれ角が存在することによって各歯車にそれの軸方向に発生する軸荷重を計算することが可能となる。さらに、その計算された軸荷重を、前記計算された接線荷重と共に考慮することにより、回転体と支持体とのうちの少なくとも一方の振動応答を高精度で計算することが可能となる。   According to this method, since each gear is a helical gear, it is possible to calculate the axial load generated in the axial direction of each gear due to the presence of the torsion angle of the teeth during the meshing rotation of the gear. It becomes possible. Furthermore, by considering the calculated axial load together with the calculated tangential load, it becomes possible to calculate the vibration response of at least one of the rotating body and the support body with high accuracy.

(3) 前記接線荷重計算工程は、前記各歯車の応答変位荷重時間変動を、前記2個の歯車間における相対角変位の時間変動とそれら2個の歯車の結合剛性との積を前記各歯車の基礎円半径で割り算した値を用いて計算する応答変位荷重計算工程を含む(1)または(2)項に記載の歯車振動計算方法。 (3) The tangential load calculation step calculates the response displacement load time variation of each gear, the product of the time variation of the relative angular displacement between the two gears, and the coupling rigidity of the two gears. 4. The gear vibration calculation method according to item (1) or (2), including a response displacement load calculation step of calculating using a value divided by the base circle radius of.

(4) 前記接線荷重計算工程は、前記各歯車の応答変位荷重時間変動を、前記2個の歯車間における相対角変位の時間変動とそれら2個の歯車の結合剛性との積と、それら2個の歯車間における相対角速度の時間変動とそれら2個の歯車の結合減衰との積との和を前記各歯車の基礎円半径で割り算した値を用いて計算する応答変位荷重計算工程を含む(1)または(2)項に記載の歯車振動計算方法。 (4) In the tangential load calculation step, the response displacement load time variation of each gear is calculated by multiplying the time variation of the relative angular displacement between the two gears and the coupling rigidity of the two gears, A response displacement load calculating step of calculating a sum of a product of a temporal change in relative angular velocity between the gears and a coupling damping of the two gears by dividing the sum by the basic circle radius of each gear ( The gear vibration calculation method according to item 1) or (2).

(5) 前記接線荷重計算工程は、前記2個の歯車のかみ合いによって発生する動荷重時間変動を、前記各歯車の動荷重の振幅と、予め選択された周期関数とを用いて計算する動荷重時間変動計算工程を含む(1)ないし(4)項のいずれかに記載の歯車振動計算方法。 (5) The tangential load calculation step calculates a dynamic load time variation caused by the meshing of the two gears using a dynamic load amplitude of each gear and a preselected periodic function. The gear vibration calculation method according to any one of (1) to (4), including a time variation calculation step.

(6) 前記動荷重時間変動計算工程は、前記2個の歯車のかみ合いの進行につれて、各歯車のかみ合い伝達誤差曲線に基づき、その各歯車の動荷重の振幅を計算する動荷重振幅計算工程を含む(5)項に記載の歯車振動計算方法。 (6) The dynamic load time variation calculation step includes a dynamic load amplitude calculation step of calculating the dynamic load amplitude of each gear based on the meshing transmission error curve of each gear as the meshing of the two gears progresses. The gear vibration calculation method according to item (5).

(7) 前記動荷重時間変動計算工程は、前記各歯車の回転速度と、その各歯車の歯面に加えられる負荷とに基づき、その各歯車の動荷重の振幅を計算する動荷重振幅計算工程を含む(5)項に記載の歯車振動計算方法。 (7) The dynamic load time fluctuation calculating step calculates the dynamic load amplitude of each gear based on the rotational speed of each gear and the load applied to the tooth surface of each gear. The gear vibration calculation method according to item (5), including:

(8) 前記動荷重時間変動計算工程は、前記各歯車の回転速度と、その各歯車の歯数とに基づき、前記周期関数を定義する周期関数定義工程を含む(5)ないし(7)項のいずれかに記載の歯車振動計算方法。 (8) The dynamic load time variation calculation step includes a periodic function definition step of defining the periodic function based on the rotational speed of each gear and the number of teeth of each gear. (5) to (7) The gear vibration calculation method according to any one of the above.

(9) 前記振動応答計算工程は、前記歯車装置を近似的に表現する有限要素モデルを用いて前記応答を計算し、
前記接線荷重計算工程は、その有限要素モデルとは無関係に前記接線荷重を計算し、
前記振動応答計算工程は、その計算された接線荷重に基づき、前記有限要素モデルのうち前記各歯車を表現する歯車モデルに入力される外部負荷を計算する負荷計算工程を含む(1)ないし(8)項のいずれかに記載の歯車振動計算方法。
(9) The vibration response calculation step calculates the response using a finite element model that approximately represents the gear device,
The tangential load calculation step calculates the tangential load regardless of the finite element model,
The vibration response calculation step includes a load calculation step of calculating an external load input to a gear model representing each gear of the finite element model based on the calculated tangential load (1) to (8) ) The gear vibration calculation method according to any one of the items.

この方法によれば、接線荷重を計算する際に、その接線荷重と、振動応答計算のための有限要素モデルとの関係を考慮せずに済むため、その関係を考慮しなければならない場合より簡単に接線荷重を計算することが可能となる。   According to this method, when calculating the tangential load, it is not necessary to consider the relationship between the tangential load and the finite element model for calculating the vibration response, so it is easier than when the relationship must be considered. It is possible to calculate the tangential load.

(10) 前記振動応答計算工程は、前記歯車装置を近似的に表現する有限要素モデルを用いて前記応答を計算し、
前記接線荷重計算工程は、前記回転体および前記支持体間の相互作用を考慮して前記接線荷重を計算し、
前記振動応答計算工程は、その計算された接線荷重に基づき、前記有限要素モデルのうち前記各歯車を表現する歯車モデルに入力される外部負荷を計算する負荷計算工程を含む(1)ないし(8)項のいずれかに記載の歯車振動計算方法。
(10) The vibration response calculation step calculates the response using a finite element model that approximately represents the gear device,
The tangential load calculation step calculates the tangential load in consideration of the interaction between the rotating body and the support,
The vibration response calculation step includes a load calculation step of calculating an external load input to a gear model representing each gear of the finite element model based on the calculated tangential load (1) to (8) ) The gear vibration calculation method according to any one of the items.

この方法によれば、接線荷重を、回転体および支持体間の相互作用を考慮せずに計算する場合より高精度に計算することが可能となる。   According to this method, it becomes possible to calculate the tangential load with higher accuracy than when calculating without considering the interaction between the rotating body and the support.

(11) 前記有限要素モデルは、複数個の有限要素と複数個の節点とを含むように定義され、
前記負荷計算工程は、それら複数個の節点のうち予め選択された少なくとも1個の選択節点に関して前記外部負荷を計算する(9)または(10)項に記載の歯車振動計算方法。
(11) The finite element model is defined to include a plurality of finite elements and a plurality of nodes.
The gear load calculation method according to (9) or (10), wherein the load calculation step calculates the external load with respect to at least one selected node selected in advance among the plurality of nodes.

(12) 前記歯車モデルは、それによって表現される現実歯車への前記外部負荷の入力にもかかわらず、その現実歯車の軸直角平面に直角な方向の反りがその現実歯車に発生しないことを表現する剛体モデルであり、
前記少なくとも1個の選択節点は、前記複数個の節点のうち前記剛体モデル上において等間隔に配置された複数個の代表節点を含み、
前記負荷計算工程は、前記外部負荷を、それら複数個の代表節点にそれぞれ関連付けて計算する(11)項に記載の歯車振動計算方法。
(12) The gear model expresses that, despite the input of the external load to the real gear represented by the gear model, the real gear does not warp in a direction perpendicular to the plane perpendicular to the axis of the real gear. A rigid body model that
The at least one selected node includes a plurality of representative nodes arranged at equal intervals on the rigid model among the plurality of nodes.
The gear calculation method according to (11), wherein the load calculation step calculates the external load in association with the plurality of representative nodes.

この方法によれば、歯車モデルを剛体モデルとして構築することと、外部負荷を複数個の代表節点に配分することとの共同により、回転体と支持体との少なくとも一方の振動応答の計算を簡単化することが可能となる。   According to this method, it is easy to calculate the vibration response of at least one of the rotating body and the support body by jointly constructing the gear model as a rigid body model and allocating the external load to a plurality of representative nodes. Can be realized.

この方法においては、外部負荷が複数個の代表節点にそれぞれ均等に配分されるか、または、一定の分布パターンに従って配分されるように、外部負荷を計算することが可能である。   In this method, it is possible to calculate the external load so that the external load is equally distributed to the plurality of representative nodes or according to a certain distribution pattern.

(13) 前記負荷計算工程は、前記外部負荷を、前記複数個の代表節点にそれぞれ均等に配分されるように計算する(12)項に記載の歯車振動計算方法。 (13) The gear vibration calculation method according to (12), wherein the load calculation step calculates the external load so that the external load is equally distributed to the plurality of representative nodes.

この方法によれば、外部負荷が複数個の代表節点にそれぞれ均等に配分されるように外部負荷を計算すれば足りるため、一定の分布パターンに従って配分されるように外部負荷を計算しなければならない場合より、外部負荷の計算を簡単化することが容易となる。   According to this method, since it is sufficient to calculate the external load so that the external load is equally distributed to a plurality of representative nodes, it is necessary to calculate the external load so that the external load is distributed according to a certain distribution pattern. In some cases, it is easier to simplify the calculation of the external load.

(14) (1)ないし(13)項のいずれかに記載の歯車振動計算方法を実施するためにコンピュータによって実行されるプログラム。 (14) A program executed by a computer to implement the gear vibration calculation method according to any one of (1) to (13).

このプログラムがコンピュータにより実行されれば、前記(1)ないし(13)項のいずれかに係る方法におけると基本的に同じ原理に従い、同様な効果が実現され得る。   If this program is executed by a computer, the same effect can be realized according to basically the same principle as in the method according to any one of the above items (1) to (13).

本項に係るプログラムは、それの機能を果たすためにコンピュータにより実行される指令の組合せのみならず、各指令に従って処理されるファイルやデータをも含むように解釈することが可能である。   The program according to this section can be interpreted so as to include not only a combination of instructions executed by a computer to fulfill its function, but also files and data processed in accordance with each instruction.

また、このプログラムは、それ単独でコンピュータにより実行されることにより、所期の目的を達するものとしたり、他のプログラムと共にコンピュータにより実行されることにより、所期の目的を達するものとすることができる。後者の場合、本項に係るプログラムは、データを主体とするものとすることができる。   In addition, this program may achieve its intended purpose by being executed by a computer alone, or may be intended to achieve its intended purpose by being executed by a computer together with other programs. it can. In the latter case, the program according to this section can be mainly composed of data.

(15) (14)項に記載のプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体。 (15) A recording medium on which the program according to item (14) is recorded so as to be readable by a computer.

この記録媒体に記録されているプログラムがコンピュータにより実行されれば、前記(1)ないし(13)項のいずれかに係る方法と同じ作用効果が実現され得る。   If the program recorded on the recording medium is executed by a computer, the same operation and effect as the method according to any one of the items (1) to (13) can be realized.

この記録媒体は種々な形式を採用可能であり、例えば、フレキシブル・ディスク等の磁気記録媒体、CD、CD−ROM等の光記録媒体、MO等の光磁気記録媒体、ROM等のアンリムーバブル・ストレージ等のいずれかを採用し得る。   This recording medium can adopt various formats, for example, a magnetic recording medium such as a flexible disk, an optical recording medium such as a CD and a CD-ROM, a magneto-optical recording medium such as an MO, and an unremovable storage such as a ROM. Any of these may be adopted.

以下、本発明のさらに具体的な実施の形態の一つを図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, one of more specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1には、本発明の一実施形態に従うギヤノイズ予測方法を実施するのに好適なギヤノイズCAE(Computer Aided Engineering)システム10のハードウエア構成がブロック図で概念的に表されている。このギヤノイズCAEシステム10は、プロセッサ20とメモリ22とを有するコンピュータ24を主体として構成されている。本実施形態においては、そのギヤノイズ予測方法が、前記(1)項における「歯車振動計算方法」の一例である。   FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the hardware configuration of a gear noise CAE (Computer Aided Engineering) system 10 suitable for implementing a gear noise prediction method according to an embodiment of the present invention. The gear noise CAE system 10 is mainly configured by a computer 24 having a processor 20 and a memory 22. In the present embodiment, the gear noise prediction method is an example of the “gear vibration calculation method” in the item (1).

このコンピュータ24には、キーボード、マウス等、入力装置30が接続され、これにより、コンピュータ24へのデータおよび指令の入力が可能になっている。このコンピュータ24には、さらに、モニタ(例えば、ディスプレイ)、プリンタ、プロッタ等、出力装置40も接続され、これにより、このコンピュータ24上のメッセージおよび情報(例えば、コンピュータ24へのデータ入力を支援するデータ入力フォーム、コンピュータ24による計算結果)が可視化されてユーザに提示される。   An input device 30 such as a keyboard and a mouse is connected to the computer 24, whereby data and commands can be input to the computer 24. The computer 24 is further connected to an output device 40 such as a monitor (for example, a display), a printer, a plotter, etc., thereby supporting messages and information on the computer 24 (for example, data input to the computer 24). The data input form (calculation result by the computer 24) is visualized and presented to the user.

図1に示すように、このコンピュータ24には、さらに、外部記憶装置50も接続されている。外部記憶装置50は、例えば、CD−ROM等、記録媒体52が着脱可能に装着されて使用される。記録媒体52には、例えば、前記ギヤノイズ予測方法を実施するためにコンピュータ24によって実行されるべきギヤノイズ予測プログラムを始めとする各種プログラムや各種データ(例えば、FEMモデルを定義するためのデータを含む。)が記録される。それらプログラムやデータは必要に応じて記録媒体52からコンピュータ24に読み込まれて処理される。   As shown in FIG. 1, an external storage device 50 is further connected to the computer 24. The external storage device 50 is used with a recording medium 52 such as a CD-ROM being detachably mounted. The recording medium 52 includes, for example, various programs and various data (for example, data for defining an FEM model) including a gear noise prediction program to be executed by the computer 24 in order to implement the gear noise prediction method. ) Is recorded. These programs and data are read from the recording medium 52 into the computer 24 and processed as necessary.

前記ギヤノイズ予測方法は、自動車のマニュアルトランスミッション(以下、「M/T」ともいう。)に実働状態で発生する振動を予測するために実行される。   The gear noise prediction method is executed in order to predict vibrations that occur in a working state in a manual transmission (hereinafter also referred to as “M / T”) of an automobile.

図2ないし図4には、M/T60が、前輪駆動(FF)式の自動車に搭載される形式である場合を例にとり、示されている。具体的には、図2には、M/T60の外観が斜視図で示され、図3には、M/T60内に収容されたギヤトレインが斜視図で示されている。図4には、M/T60のうちの複数個の機構的要素が簡略化されて平面図で表されている。   FIGS. 2 to 4 show an example in which the M / T 60 is a type mounted on a front-wheel drive (FF) type automobile. Specifically, FIG. 2 shows an external view of the M / T 60 in a perspective view, and FIG. 3 shows a gear train accommodated in the M / T 60 in a perspective view. In FIG. 4, a plurality of mechanical elements of the M / T 60 are simplified and shown in a plan view.

図3に示すように、M/T60においては、複数個の歯車62,64,66,68,70,72,74,76,78,80,82,84と共に回転する複数本の回転軸90,92,94が、歯面同士において互いにかみ合わされた状態で、図2に示すケース96内に収容されている。   As shown in FIG. 3, in M / T 60, a plurality of rotating shafts 90 that rotate together with a plurality of gears 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84. 92 and 94 are accommodated in the case 96 shown in FIG. 2 in a state where the tooth surfaces are meshed with each other.

図3に示すように、歯車62,64,66,68および70はそれぞれ、1stギヤ,2ndギヤ、3rdギヤ、4thギヤおよび5thギヤであり、歯車74,76,78,80および82はそれぞれ、それら歯車62,64,66,68および70とそれぞれかみ合わされるギヤである。歯車84は、ファイナルギヤであり、歯車72は、その歯車84とかみ合わされるギヤである。   As shown in FIG. 3, the gears 62, 64, 66, 68 and 70 are 1st gear, 2nd gear, 3rd gear, 4th gear and 5th gear, respectively, and the gears 74, 76, 78, 80 and 82 are respectively The gears are meshed with the gears 62, 64, 66, 68 and 70, respectively. The gear 84 is a final gear, and the gear 72 is a gear meshed with the gear 84.

回転軸90,92,94は、例えば、M/T60が搭載されるべき自動車の動力源(例えば、エンジン、電動モータ)によって回転させられるインプットシャフト90と、そのインプットシャフト90の回転(トルク)が、図3に示す複数の歯車対のうち、図示しないシンクロメッシュによって選択されたものを介して伝達されて回転させられるアウトプットシャフト92と、自動車の車輪に連結される一対のドライブシャフト94,94(図4参照)とを少なくとも含むように構成される。   The rotation shafts 90, 92, and 94 are, for example, an input shaft 90 that is rotated by a power source (for example, an engine or an electric motor) of an automobile on which the M / T 60 is to be mounted, and the rotation (torque) of the input shaft 90. 3, among the plurality of gear pairs shown in FIG. 3, an output shaft 92 that is transmitted and rotated via a synchromesh (not shown) and a pair of drive shafts 94, 94 ( (See FIG. 4).

図3および図4において符号98は差動ギヤを示している。この差動ギヤ98は、歯車84に連結された一対のドライブシャフト94,94の間に設置されてそれらの回転数差を制御する。   3 and 4, reference numeral 98 denotes a differential gear. The differential gear 98 is installed between a pair of drive shafts 94 and 94 connected to the gear 84 and controls the difference in rotational speed between them.

図2に示すように、ケース96は、それの取付部102において、ボルト等、結合具を用いて、M/T60が搭載されるべき自動車の動力源のハウジング(例えば,内燃機関としてのエンジンのシリンダブロック)に剛体的に結合(固定)される。ケース96は、さらに、それのマウント点PMにおいて、ゴム等、弾性体を介して、車体に弾性的に連結される。そのマウント点PMは、M/T60の振動を測定する振動測定点に選定されている。   As shown in FIG. 2, the case 96 has a housing for a power source of an automobile (for example, an engine as an internal combustion engine) on which the M / T 60 is to be mounted by using a fitting such as a bolt at the mounting portion 102 of the case 96. Cylinder block) is rigidly coupled (fixed). Further, the case 96 is elastically coupled to the vehicle body via an elastic body such as rubber at the mount point PM thereof. The mount point PM is selected as a vibration measurement point for measuring the vibration of M / T60.

図3に示すように、M/T60においては、歯車62,64,66,68および70と回転軸(インプットシャフト)90とによって回転体104が形成されている。さらに、歯車72,74,76,78,80および82と回転軸(アウトプットシャフト)92とによって回転体106が形成されている。さらに、歯車84と回転軸(ドライブシャフト)94とによって回転体108が形成されている。   As shown in FIG. 3, in the M / T 60, a rotating body 104 is formed by gears 62, 64, 66, 68 and 70 and a rotating shaft (input shaft) 90. Further, a rotating body 106 is formed by the gears 72, 74, 76, 78, 80 and 82 and a rotating shaft (output shaft) 92. Further, a rotating body 108 is formed by the gear 84 and a rotating shaft (drive shaft) 94.

すなわち、本実施形態においては、M/T60が前記(1)項における「歯車装置」の一例であり、3個の回転体104,106,108がそれぞれ、同項における「回転体」の一例であり、ケース96が同項における「支持体」の一例なのである。   That is, in this embodiment, M / T 60 is an example of the “gear device” in the above item (1), and each of the three rotating bodies 104, 106, and 108 is an example of the “rotating body” in the same term. Yes, the case 96 is an example of the “support” in the same section.

図4には、M/T60の構成が、それのベンチテストが行われる状況が想定されて示されており、そのため、図4において「駆動側モータ」は、実機においては「動力源」に相当し、「吸収側モータ」は、実機においては「車輪」に相当する。また、図4には、M/T60の構成が、インプットシャフト90からアウトプットシャフト92への回転伝達(トルク伝達)が、歯車66(3rdギヤ)と歯車78とから成る歯車対を介して行われ、アウトプットシャフト92からドライブシャフト94への回転伝達(トルク伝達)が、歯車72と歯車84(ファイナルギヤ)とから成る歯車対を介して行われる状態に特に着目されて示されている。   FIG. 4 shows the configuration of the M / T 60 on the assumption that a bench test of the M / T 60 is performed. For this reason, the “drive motor” in FIG. 4 corresponds to the “power source” in the actual machine. The “absorption motor” corresponds to a “wheel” in the actual machine. In FIG. 4, the M / T 60 is configured such that rotation transmission (torque transmission) from the input shaft 90 to the output shaft 92 is performed via a gear pair including a gear 66 (3rd gear) and a gear 78. A state in which rotation transmission (torque transmission) from the output shaft 92 to the drive shaft 94 is performed through a gear pair composed of a gear 72 and a gear 84 (final gear) is shown with particular attention.

図4に示すように、各回転軸90,92,94は、適数個の軸受100を介してケース96に支持されており、ケース96は、各軸受100を保持している。M/T60においては、3個の回転体104,106,108とケース96より成る振動伝達系110が構成されている。   As shown in FIG. 4, each rotating shaft 90, 92, 94 is supported by a case 96 via an appropriate number of bearings 100, and the case 96 holds each bearing 100. In the M / T 60, a vibration transmission system 110 including three rotating bodies 104, 106 and 108 and a case 96 is configured.

図4には、M/T60の構成が、各歯車62等がはすば歯車である場合を例にとり、示されている。そのため、インプットシャフト90からアウトプットシャフト92へのトルク伝達に関与する歯車対66,78のかみ合い部と、アウトプットシャフト92からドライブシャフト94へのトルク伝達に関与する歯車対72,84のかみ合い部とにはそれぞれ、荷重F1,F2が、各歯車62等のねじれ角ψの存在により、軸直角方向に対して傾斜した方向に発生する。各荷重F1,F2には、入力トルクによる荷重の他に、歯のかみ合いによる動荷重が含まれる。この動荷重は、歯面の修整や歯の撓みおよび製造誤差によって発生する。   FIG. 4 shows the configuration of the M / T 60 by taking an example in which each gear 62 and the like are helical gears. Therefore, an engagement portion of the gear pair 66 and 78 involved in torque transmission from the input shaft 90 to the output shaft 92 and an engagement portion of the gear pair 72 and 84 involved in torque transmission from the output shaft 92 to the drive shaft 94 are provided. The loads F1 and F2 are generated in a direction inclined with respect to the direction perpendicular to the axis due to the presence of the twist angle ψ of each gear 62 and the like. Each of the loads F1 and F2 includes a dynamic load due to meshing of teeth in addition to a load due to input torque. This dynamic load is generated by tooth surface modification, tooth deflection, and manufacturing errors.

さらに、図4には、回転体104の回転慣性モーメントが「M1」、回転体106の回転慣性モーメントが「M2」でそれぞれ表記されている。さらに、歯車対66,78の結合剛性が「K1」、歯車対72,84の結合剛性が「K2」でそれぞれ表記されている。各結合剛性K*は、例えば、互いにかみ合う2個の現実の弾性回転体が、互いにかみ合う2個の仮想の剛体回転体であって回転ばねによって互いに連結されたものに等価的に置換された場合に、その回転ばねの剛性に相当する。   Further, in FIG. 4, the rotational inertia moment of the rotating body 104 is expressed as “M1”, and the rotational inertia moment of the rotating body 106 is expressed as “M2”. Further, the coupling rigidity of the gear pairs 66 and 78 is expressed as “K1”, and the coupling rigidity of the gear pairs 72 and 84 is expressed as “K2”, respectively. Each coupling stiffness K * is, for example, when two actual elastic rotating bodies that mesh with each other are equivalently replaced with two virtual rigid rotating bodies that mesh with each other and connected to each other by a rotating spring. This corresponds to the rigidity of the rotary spring.

歯のかみ合いによる動荷重は、歯車のかみ合い起振力(以下、「ギヤ起振力」という。)として作用して、軸受100を介してケース96を加振し、その結果、M/T60にギヤノイズが発生する。したがって、ギヤノイズを低減させるためには、ギヤ起振力の低減と、ケース96の振動特性(特に、振動応答特性)の改善とが重要である。よって、M/T60の設計者および解析者にとっては、ギヤ起振力を高精度で予測することと、ケース96の振動応答を高精度で計算することとが要望される。   The dynamic load due to the meshing of the teeth acts as a meshing excitation force of the gears (hereinafter referred to as “gear excitation force”), and the case 96 is vibrated via the bearing 100. Gear noise is generated. Therefore, in order to reduce gear noise, it is important to reduce gear excitation force and to improve the vibration characteristics (particularly vibration response characteristics) of the case 96. Therefore, designers and analysts of M / T 60 are required to predict the gear vibration force with high accuracy and to calculate the vibration response of case 96 with high accuracy.

ところで、本発明者らのうちの一人である本多捷は、歯車振動を精度よく解析できる手法を見つけるべく研究を行い、その結果、かみ合う歯車対が回転する際に各歯面に作用する荷重の変動である動荷重を考慮して歯車振動を解析することが有効であることに気が付いた。さらに、同発明者は、その動荷重は、各歯車の理想基礎円半径と、各歯車の回転慣性モーメントと、ギヤ比と、伝達トルクと、歯形形状誤差を注目歯車の回転角で微分して取得される基礎円半径誤差と、その基礎円半径誤差を注目歯車の回転角で微分して取得される基礎円半径誤差微分と、注目歯車の回転角速度とを用いて算出できるという新解析理論を提唱した。この新解析理論の内容は、特開平5−157663号公報に開示されている。   By the way, Honda, one of the inventors of the present invention, studied to find a method that can accurately analyze the gear vibration, and as a result, the load acting on each tooth surface when the meshing gear pair rotates. It was found that it is effective to analyze gear vibration in consideration of the dynamic load which is the fluctuation of. Furthermore, the inventor differentiated the dynamic load from the ideal basic circle radius of each gear, the rotational moment of inertia of each gear, the gear ratio, the transmission torque, and the tooth profile error with the rotation angle of the gear of interest. A new analysis theory that can be calculated using the obtained basic circle radius error, the basic circle radius error derivative obtained by differentiating the basic circle radius error with the rotation angle of the gear of interest, and the rotation angular velocity of the gear of interest. Advocated. The contents of this new analysis theory are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-157663.

本実施形態においては、この新解析理論により、ギヤ起振力が高精度で予測される。この新解析理論においては、動荷重は、2個の歯車の歯面同士がかみ合い中に互いに接触するかみ合い接触点の歯車半径方向変動に応答して、それら2個の歯車のかみ合い歯面間に作用する荷重を意味する。   In the present embodiment, the gear vibration force is predicted with high accuracy by this new analysis theory. In this new analysis theory, the dynamic load is generated between the meshing tooth surfaces of the two gears in response to the gear radial variation of the meshing contact points where the tooth surfaces of the two gears contact each other during meshing. It means the load that acts.

前記ギヤノイズ予測方法は、M/T60の軽量・低騒音化という要求に適合するように、M/T60の構造を設計することを支援するツールとして開発されたものである。より具体的には、このギヤノイズ予測方法は、ギヤ起振力を考慮して、振動伝達系110に発生するギヤノイズを、軸受100に作用する軸受荷重の時間変動およびマウント点PMの上下方向の振動加速度の時間変動として予測するために実行される。   The gear noise prediction method has been developed as a tool that supports the design of the structure of the M / T 60 so as to meet the requirements for light weight and low noise of the M / T 60. More specifically, in this gear noise prediction method, the gear noise generated in the vibration transmission system 110 is considered in consideration of the gear vibration force, the time variation of the bearing load acting on the bearing 100, and the vertical vibration of the mount point PM. It is executed in order to predict it as a time variation of acceleration.

図5には、ギヤノイズCAEシステム10を用いて設計者および解析者によって実行される一連の作業が工程図で概念的に表されている。   FIG. 5 conceptually shows a series of operations performed by a designer and an analyst using the gear noise CAE system 10 in a process diagram.

その一連の作業においては、まず、ステップAにおいて、歯車諸元値(例えば、圧力角、ねじれ角、ギヤ比、歯数、基礎円半径、回転数、回転慣性モーメント等)が設計変数として入力されたうえで、歯面計算が行われる。この歯面計算により、各歯車の理想歯面(機構学的に定義された歯面)の形状が計算される。すなわち、修整歯面誤差が存在しない歯面が計算によって取得されるのである。   In the series of operations, first, in step A, gear specification values (for example, pressure angle, torsion angle, gear ratio, number of teeth, basic circle radius, rotational speed, rotational inertia moment, etc.) are input as design variables. In addition, tooth surface calculation is performed. By this tooth surface calculation, the shape of the ideal tooth surface (mechanistically defined tooth surface) of each gear is calculated. That is, a tooth surface having no modified tooth surface error is obtained by calculation.

ところで、本発明者らのうちの一人である本多捷は、新歯形理論を提唱しており、その内容は、特開平9−53702号公報に開示されている。   By the way, Honda, one of the present inventors, has proposed a new tooth profile theory, the contents of which are disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-53702.

簡単に説明すれば、この新歯形理論によれば、各歯車に対して、歯車対の2軸とそれら2軸の共通垂線とをそれぞれ基準にして固定的に想定された静止座標系と、各歯車に対して想定された各歯車と共に回転する回転座標系との他に、その静止座標系をそれの一座標軸が歯車対の作用面に平行になるように回転変換した別の座標系であって、回転座標系との間に一定の相対位置関係が成立するものが設けられ、その別の座標系が媒介座標系として用いられる。   Briefly, according to the new tooth profile theory, for each gear, a stationary coordinate system fixedly assumed with reference to the two axes of the gear pair and the common perpendicular of the two axes, In addition to the rotational coordinate system that rotates with each gear assumed for the gear, the stationary coordinate system is another coordinate system that is rotationally transformed so that one coordinate axis thereof is parallel to the working surface of the gear pair. Thus, one having a certain relative positional relationship with the rotating coordinate system is provided, and another coordinate system is used as the intermediate coordinate system.

この新歯形理論によれば、従来の歯形論におけるように、各歯車の歯形曲線をピッチ回転体を媒介させることなく、直接にもとの静止座標系において回転角の関数として記述することも、直接に回転座標系において回転角の関数として記述することも可能となる。さらに、この新歯形理論によれば、歯車の歯面形状が直接、各基本座標系上において記述されるため、円筒歯車からハイポイドギヤまでのすべての種類の歯車対の接触の問題を、静止空間に定義された統一概念(例えば、作用平面、歯直角平面、圧力角、ねじれ角等)を用い、共通の比較的簡単な式により、統一的に記述することが可能となる。さらに、この新歯形理論によれば、歯車の歯面形状を、歯面の誤差や撓みによって歯車対の角速度比が変化する場合でも、正確に記述することが可能となる。   According to this new tooth profile theory, as in the conventional tooth profile theory, the tooth profile curve of each gear can be described directly as a function of the rotation angle in the original stationary coordinate system without mediating the pitch rotator, It can also be described directly as a function of the rotation angle in the rotating coordinate system. Furthermore, according to the new tooth profile theory, the tooth surface shape of the gear is directly described on each basic coordinate system, so that the contact problem of all kinds of gear pairs from the cylindrical gear to the hypoid gear can be solved in the static space. Using a defined unified concept (for example, an action plane, a tooth right-angle plane, a pressure angle, a torsion angle, etc.), it becomes possible to describe it uniformly by a common relatively simple expression. Further, according to the new tooth profile theory, the tooth surface shape of the gear can be accurately described even when the angular velocity ratio of the gear pair changes due to the error or deflection of the tooth surface.

さらに、この新歯形理論によれば、歯車対自体の運動のみならず、その歯車対を回転可能に支持する軸受に作用する荷重をも考慮されることにより、歯車運動系全体について荷重変動が正確に記述される。さらに、この新歯形理論によれば、その軸受荷重の変動が実質的に0になるように歯車の接触点軌跡(互いにかみ合う歯面対の接触点がかみ合い進行につれて描く軌跡)と共通法線傾き角(互いにかみ合う歯面対に対する各接触点における法線)とを設定することにより、歯車対を低騒音化することが可能となる。   Furthermore, according to this new tooth profile theory, not only the movement of the gear pair itself but also the load acting on the bearing that rotatably supports the gear pair is taken into account, so that the load fluctuation is accurate for the entire gear movement system. Described in Furthermore, according to this new tooth profile theory, the contact point trajectory of the gear (the trajectory drawn as the contact point of the tooth surface pair meshing with each other progresses) and the common normal inclination so that the fluctuation of the bearing load becomes substantially zero. By setting the angle (normal line at each contact point with respect to the pair of tooth surfaces engaged with each other), the gear pair can be reduced in noise.

次に、ステップBにおいて、各歯車の歯面修整誤差(クラウニング、エンドリリーフ等、歯形修整を受けた修整歯面の、機構学的に定義された理想歯面からの変化量)が設計変数として入力されたうえで、修整歯車のかみ合いを原因として歯車から発生するギヤ起振力が計算される。ギヤ起振力の周波数のうち対象とされるのは、高周波・微小振幅の成分であり、具体的には、かみ合い1次および2次成分(例えば、1ないし3kHz)である。ギヤ起振力の計算においては、前述の回転慣性モーメントM*と、剛性K*(曲げ、せん断、Hertz)とが考慮される。   Next, in Step B, the tooth surface modification error of each gear (crowning, end relief, etc., the amount of change of the modified tooth surface that has undergone tooth profile modification from the ideally defined tooth surface) is a design variable. After the input, the gear vibration force generated from the gear due to the meshing of the modified gear is calculated. Of the frequency of the gear vibration force, the target is a component of high frequency and minute amplitude, and specifically, the meshing primary and secondary components (for example, 1 to 3 kHz). In the calculation of the gear vibration force, the aforementioned rotational moment of inertia M * and rigidity K * (bending, shearing, Hertz) are taken into consideration.

ところで、前述の新解析理論によれば、主として各歯車の基礎円半径誤差が判明すれば、その各歯車の動荷重であってギヤ起振力であるものを算出することができる。一方、前述の新歯形理論によれば、かみ合い伝達誤差、すなわち、互いにかみ合う2個の歯車の一方の回転角と他方の歯車の回転角との間における現実の対応関係の、理想的な対応関係からの偏差に相当するものが判明すれば、上述の基礎円半径誤差を測定することができる。   By the way, according to the above-described new analysis theory, if the basic circle radius error of each gear is mainly found, it is possible to calculate the dynamic load of each gear and the gear vibration force. On the other hand, according to the above-mentioned new tooth profile theory, it is an ideal correspondence of the meshing transmission error, that is, the actual correspondence between one rotation angle of two gears meshing with each other and the rotation angle of the other gear. If the difference corresponding to the deviation from is found, the above-mentioned basic circle radius error can be measured.

さらに、その新歯形理論によれば、互いにかみ合う歯面が互いに接触する接触点がかみ合いの進行につれて描く軌跡、すなわち、接触点軌跡を正確に求めることが可能である。その接触点軌跡は、接触点すなわちかみ合い点が歯面上において進行するかみ合い進行方向に沿って延びている。一方、上述のかみ合い伝達誤差は、修整誤差を伴う現実かみ合い歯面のうち歯面上の接触点軌跡の形状すなわち丸みに依存する。また、歯面上の接触点軌跡は、かみ合い進行方向と、現実かみ合い歯面の、そのかみ合い進行方向における歯形丸みとの共同によって幾何学的に特定される。以下、その歯形丸みの程度(例えば、理想歯面と現実歯面との差)を記述するパラメータを歯形丸みパラメータと称するが、これは、後述のかみ合い伝達誤差曲線に対応する。   Furthermore, according to the new tooth profile theory, it is possible to accurately obtain the trajectory drawn by the contact points where the tooth surfaces meshing with each other come into contact with each other, that is, the contact point trajectory. The contact point trajectory extends along the meshing direction in which the contact point, that is, the meshing point proceeds on the tooth surface. On the other hand, the meshing transmission error described above depends on the shape of the contact point locus on the tooth surface of the actual meshing tooth surface with a modification error, that is, roundness. Further, the contact point locus on the tooth surface is geometrically specified by the combination of the meshing progress direction and the tooth profile roundness of the actual meshing tooth surface in the meshing progress direction. Hereinafter, a parameter describing the degree of the tooth profile roundness (for example, the difference between the ideal tooth surface and the actual tooth surface) is referred to as a tooth profile round parameter, which corresponds to a meshing transmission error curve described later.

したがって、それら新解析理論と新歯形理論とを組み合わせれば、ギヤ起振力が、図6に示すように、歯形丸みパラメータによって精度よく記述されることになる。以上説明した知見に基づき、図5におけるステップBにおいては、ギヤ起振力が計算される。   Therefore, when the new analysis theory and the new tooth profile theory are combined, the gear vibration force is accurately described by the tooth profile roundness parameter as shown in FIG. Based on the knowledge described above, the gear vibration force is calculated in step B in FIG.

上述の新歯形理論に従うギヤ起振力の計算が終了すると、図5に示すように、ステップCにおいて、歯車対を起振源とする振動に対する振動伝達系110の応答が計算される。振動伝達系110の応答は、概念的には、ギヤ起振力を振動伝達系110の周波数応答特性(振動特性)に応じて増幅または減衰させたものに相当する。   When the calculation of the gear vibration force according to the new tooth profile theory is completed, as shown in FIG. 5, the response of the vibration transmission system 110 to the vibration with the gear pair as the vibration source is calculated in step C. The response of the vibration transmission system 110 conceptually corresponds to a signal obtained by amplifying or attenuating the gear vibration force according to the frequency response characteristic (vibration characteristic) of the vibration transmission system 110.

この振動応答計算においては、ケース96の全体形状、およびそのケース96のうち各軸受100の周辺の形状を多数の有限要素によって近似的に表現するFEMモデルを用いて、弾性特性を考慮した機構運動解析が実行される。この振動応答計算においては、振動伝達系110の振動応答を回転軸90,92,94およびケース96の動的特性(例えば、回転軸90,92,94およびケース96の弾性振動特性)を考慮して計算することが可能である。   In this vibration response calculation, a mechanism motion in consideration of elastic characteristics using an FEM model that approximately represents the overall shape of the case 96 and the shape of the periphery of each bearing 100 in the case 96 by a large number of finite elements. Analysis is performed. In this vibration response calculation, the vibration response of the vibration transmission system 110 is considered in consideration of the dynamic characteristics of the rotating shafts 90, 92, 94 and the case 96 (for example, the elastic vibration characteristics of the rotating shafts 90, 92, 94 and the case 96). It is possible to calculate.

さらに、この振動応答計算においては、3個の回転体104,106,108の剛性(例えば、歯車62等の円板の剛性、回転軸90等の剛性)、初期アライメント等が選定されている。したがって、この振動応答計算は、軽量・低騒音化という目的に適合するようにM/T60を設計するために各設計変数を最適化するツールとして有効に利用することが可能である。   Further, in this vibration response calculation, the rigidity of the three rotating bodies 104, 106, 108 (for example, the rigidity of the disc such as the gear 62 and the rigidity of the rotating shaft 90), the initial alignment, and the like are selected. Therefore, this vibration response calculation can be effectively used as a tool for optimizing each design variable in order to design the M / T 60 so as to meet the purpose of light weight and low noise.

この振動応答計算が実行されると、ギヤノイズ、軸受100の荷重変動、マウント点PMにおける荷重変動(振動加速度の変動)等が計算される。図13には、アウトプットシャフト92を支持する軸受100に作用する軸受荷重の周波数特性についての計算結果と、M/T60のマウント点PMにおける上下方向の振動加速度の周波数特性についての計算結果とが、グラフで表されている。   When this vibration response calculation is executed, gear noise, load fluctuation of the bearing 100, load fluctuation at the mount point PM (vibration acceleration fluctuation), and the like are calculated. In FIG. 13, the calculation result about the frequency characteristic of the bearing load acting on the bearing 100 that supports the output shaft 92 and the calculation result about the frequency characteristic of the vertical vibration acceleration at the mount point PM of the M / T 60 are as follows. It is represented by a graph.

その後、図5におけるステップDにおいて、その振動応答計算の結果に基づき、M/Tの振動特性が設計者によって評価される。この際、ギヤノイズの大小(例えば、音響放射パワーの大小)、軸受100の荷重変動の大小、マウント点PMにおける荷重変動(振動加速度の変動)の大小等が評価項目とされる。   Thereafter, in step D in FIG. 5, the vibration characteristics of M / T are evaluated by the designer based on the result of the vibration response calculation. At this time, the evaluation items include the magnitude of gear noise (for example, the magnitude of acoustic radiation power), the magnitude of load fluctuation of the bearing 100, the magnitude of load fluctuation (vibration acceleration fluctuation) at the mount point PM, and the like.

続いて、ステップEにおいて、その評価結果に基づき、M/T60の適合設計が行われる。具体的には、各種設計変数を変更したうえでステップCを再度実行して振動応答計算を行うことが、すべての評価項目について満足いく評価結果が得られるまで繰り返される。   Subsequently, in step E, conformity design of M / T 60 is performed based on the evaluation result. Specifically, after changing various design variables, the step C is executed again to perform the vibration response calculation until the evaluation results satisfactory for all the evaluation items are obtained.

以上で、ギヤノイズCAEシステム10を用いて設計者および解析者によって実行される一連の作業が終了する。   This completes a series of operations performed by the designer and the analyst using the gear noise CAE system 10.

以上説明したステップAないしCおよびEは、前記ギヤノイズ予測プログラムの実行によって実行される。そのギヤノイズ予測プログラムの詳細は、図7にフローチャートで概念的に表されている。   Steps A to C and E described above are executed by executing the gear noise prediction program. The details of the gear noise prediction program are conceptually represented in the flowchart of FIG.

このギヤノイズ予測プログラムが実行されると、まず、ステップS1(以下、単に「S1」で表す。他のステップについても同じとする。)において、対象である歯車対につき、前述の歯車諸元値を表すデータが入力装置30を介してコンピュータ24に入力される。   When this gear noise prediction program is executed, first, in step S1 (hereinafter, simply expressed as “S1”, the same applies to other steps), the above-mentioned gear specification values are obtained for the gear pair of interest. Representing data is input to the computer 24 via the input device 30.

次に、S2において、その入力された歯車諸元値を表すデータに基づき、前述の歯面計算が行われる。この歯面計算により、各歯車につき、前述のかみ合い進行方向が計算される。そのかみ合い進行方向は、前記特開平9−53702号公報に記載されているように、前述の新歯形理論に従い、取得される。   Next, in S2, the above-described tooth surface calculation is performed based on the data representing the input gear specification value. By the tooth surface calculation, the aforementioned meshing traveling direction is calculated for each gear. The meshing direction is acquired according to the above-mentioned new tooth profile theory as described in JP-A-9-53702.

具体的には、歯車Gear1のかみ合い進行方向を取得する場合には、例えば、今回の歯車対Gear1,Gear2が歯面接触の運動条件を満たして回転する際の各歯車Gear1,Gear2の各速度比γを求める。歯車Gear1の回転角θ1を、その角速度比γと歯車Gear2の回転角θ2とに基づいて記述し、前記媒介座標系において、かみ合い歯面同士の接触点軌跡と、その接触点におけるかみ合い歯面に対する共通法線の傾き角とをそれぞれ、回転角θ1を助変数とする第1関数によって記述する。前記静止座標系において、その第1関数と、静止座標系と媒介座標系との相対位置関係とに基づき、接触点軌跡と共通法線傾き角とをそれぞれ、回転角θ1を助変数とする第2関数によって記述する。これにより、静止座標系における歯車Gear1の接触点軌跡と共通法線傾き角とが取得される。その取得された接触点軌跡に関する情報から、歯車Gear1のかみ合い進行方向が取得される。   Specifically, when the meshing traveling direction of the gear Gear1 is acquired, for example, each speed ratio of the gears Gear1 and Gear2 when the gear pair Gear1 and Gear2 of this time rotates while satisfying the tooth surface contact motion condition. Find γ. The rotation angle θ1 of the gear Gear1 is described based on the angular velocity ratio γ and the rotation angle θ2 of the gear Gear2. In the intermediate coordinate system, the contact point locus between the meshing tooth surfaces and the meshing tooth surface at the contact point The inclination angle of the common normal is described by a first function having the rotation angle θ1 as an auxiliary variable. In the stationary coordinate system, based on the first function and the relative positional relationship between the stationary coordinate system and the intermediate coordinate system, the contact point trajectory and the common normal inclination angle are respectively the rotation angle θ1 as an auxiliary variable. It is described by two functions. Thereby, the contact point locus and the common normal inclination angle of the gear Gear1 in the stationary coordinate system are acquired. From the acquired information on the contact point locus, the meshing traveling direction of the gear Gear1 is acquired.

続いて、S3において、今回の歯車対につき、後述のS4およびS5の実行に必要な各種定数を表すデータが適宜入力される。   Subsequently, in S3, data representing various constants necessary for execution of S4 and S5 described later is appropriately input for the current gear pair.

その後、S4において、今回の歯車対につき、前述の新歯形理論に従ってギヤ起振力が計算される。このS4においては、ギヤ起振力が、後述の有限要素モデルとは無関係に計算される。以下、その計算の理論を説明する。   Thereafter, in S4, the gear vibration force is calculated for the current gear pair according to the new tooth profile theory. In S4, the gear vibration force is calculated regardless of the finite element model described later. The calculation theory will be described below.

図8に例示するように、今回の歯車対Gear1およびGear2に対し、それらの2本の歯車軸線とそれらの共通垂線とによって定義される座標系が使用される。一方の歯車Gear1について設定された座標系は、u1c軸と、v1c軸と、Z1軸とによって規定される。他方の歯車Gear2について設定された座標系は、u2c軸と、v2c軸と、Z2軸とによって規定される。   As illustrated in FIG. 8, for the current gear pair Gear1 and Gear2, a coordinate system defined by their two gear axes and their common perpendicular is used. The coordinate system set for one gear Gear1 is defined by the u1c axis, the v1c axis, and the Z1 axis. The coordinate system set for the other gear Gear2 is defined by the u2c axis, the v2c axis, and the Z2 axis.

図8に示す例においては、いずれの歯車Gear1,Gear2もはすば歯車であり、歯車Gear1の歯はねじれ角ψb1、歯車Gear2の歯はねじれ角ψb2をそれぞれ有している。図8(b)においては、歯車Gear1のピッチ円半径は「Rp1」、基礎円半径は「Rb1」でそれぞれ表記され、一方、歯車Gear2のピッチ円半径は「Rp2」、基礎円半径は「Rb2」でそれぞれ表記されている。   In the example shown in FIG. 8, both gears Gear1 and Gear2 are helical gears, and the teeth of the gear Gear1 have a twist angle ψb1 and the teeth of the gear Gear2 have a twist angle ψb2. In FIG. 8B, the pitch circle radius of the gear Gear1 is represented by “Rp1” and the basic circle radius is represented by “Rb1”, while the pitch circle radius of the gear Gear2 is represented by “Rp2” and the basic circle radius is “Rb2”. ], Respectively.

図8(b)に示すように、今回の歯車対Gear1およびGear2の間において軸トルクTsが伝達される際には、各歯車Gear1,Gear2が互いにかみ合う各歯に、歯面力Fqが、それら2個の歯車Gear1,Gear2の両基礎円の共通接線に沿って発生する。この歯面力Fqは、接線荷重という。各歯車Gear1,Gear2が互いにかみ合う各歯には、さらに、ねじれ角ψの存在により、各歯車Gear1,Gear2にそれぞれの回転軸線に沿った方向に作用する軸方向成分である軸荷重Fzも同時に発生する。接線荷重Fqには、軸トルクTsに相当する荷重Fqs(後述の応答変位荷重に相当する。)の他に、歯のかみ合いによって発生する動荷重Fqdも含まれる。   As shown in FIG. 8 (b), when the shaft torque Ts is transmitted between the gear pair Gear1 and Gear2 this time, the tooth surface force Fq is applied to each tooth with which the gears Gear1 and Gear2 mesh with each other. It occurs along the common tangent of both base circles of the two gears Gear1, Gear2. This tooth surface force Fq is called a tangential load. Each tooth that the gears Gear1 and Gear2 mesh with each other also generates an axial load Fz that is an axial component that acts on each gear Gear1 and Gear2 in the direction along the rotation axis due to the presence of the twist angle ψ. To do. The tangential load Fq includes, in addition to a load Fqs corresponding to the shaft torque Ts (corresponding to a response displacement load described later), a dynamic load Fqd generated by meshing of teeth.

図8(b)においては、歯車Gear2につき、接線荷重Fq、ねじれ角ψ、軸荷重Fz、および接線荷重Fqと軸荷重Fzとの合力Fがそれぞれ、「Fq2」、「ψb2」、「Fz2」および「FN2」で表記されている。 In FIG. 8 (b), the per gear Gear2, tangential load Fq, the helix angle [psi, the resultant force F N and the axis load Fz, and tangential load Fq and axis load Fz, respectively, "Fq2", "ψb2", "Fz2 ”And“ F N2 ”.

このS4においては、前述の新歯形理論と従来の歯形理論とが組み合わされることにより、各歯車ごとに、接線荷重Fqと軸荷重Fzとが計算される。以下、図8および図9を参照することにより、歯車Gear2について接線荷重Fq2と軸荷重Fz2とが計算によって取得される理論を説明する。   In S4, the tangential load Fq and the axial load Fz are calculated for each gear by combining the aforementioned new tooth form theory and the conventional tooth form theory. Hereinafter, the theory that the tangential load Fq2 and the axial load Fz2 are obtained by calculation for the gear Gear2 will be described with reference to FIGS.

図9において式(1)で表すように、接線荷重Fq2の時間変動Fq2(t)は、応答変位荷重Fq2sの時間変動Fq2s(t)と、動荷重Fq2dの時間変動Fq2d(t)との和として計算される。その和は前記(1)項における「合成値」の一例である。ここに、応答変位荷重Fq2sは、接線荷重Fq2のうち、歯車Gear2に作用する駆動トルクの成分であり、従来の歯形理論に従って計算されるのに対し、動荷重Fq2dは、新歯形理論に従って計算される。   In FIG. 9, the time variation Fq2 (t) of the tangential load Fq2 is the sum of the time variation Fq2s (t) of the response displacement load Fq2s and the time variation Fq2d (t) of the dynamic load Fq2d. Is calculated as The sum is an example of the “composite value” in item (1). Here, the response displacement load Fq2s is a component of the driving torque acting on the gear Gear2 in the tangential load Fq2, and is calculated according to the conventional tooth profile theory, whereas the dynamic load Fq2d is calculated according to the new tooth profile theory. The

具体的には、応答変位荷重Fq2sは、2個の歯車Gear1およびGear2が、ばね定数Kを有する回転ばねと、減衰係数Cを有する回転ダンパとによって互いに連結されたモデルが想定されて計算される。それら回転ばねと回転ダンパとにより、それら2個の歯車Gear1およびGear2間におけるトルク伝達が表現される。すなわち、応答変位荷重Fq2sは、従来の歯形理論に従って計算されるのである。   Specifically, the response displacement load Fq2s is calculated assuming a model in which two gears Gear1 and Gear2 are connected to each other by a rotary spring having a spring constant K and a rotary damper having a damping coefficient C. . Torque transmission between the two gears Gear1 and Gear2 is expressed by the rotary spring and the rotary damper. That is, the response displacement load Fq2s is calculated according to the conventional tooth profile theory.

具体的には、応答変位荷重Fq2sは、図9において式(2)で表すように、それら2個の歯車Gear1およびGear2間における相対角変位とばね定数Kとの積と、それら2個の歯車Gear1およびGear2間における相対角速度と減衰係数Cとの積との和を歯車Gear2の基礎円半径Rb2で割り算することによって計算される。   Specifically, the response displacement load Fq2s is expressed by the equation (2) in FIG. 9, and the product of the relative angular displacement between the two gears Gear1 and Gear2 and the spring constant K, and the two gears. It is calculated by dividing the sum of the product of the relative angular velocity between Gear1 and Gear2 and the damping coefficient C by the basic circle radius Rb2 of the gear Gear2.

式(2)においては、「θ1(t)」が歯車Gear1の回転変位の時間変動を表し、「θ2(t)」が歯車Gear2の回転変位の時間変動を表し、「ω1(t)」が歯車Gear1の回転速度の時間変動を表し、「ω2(t)」が歯車Gear2の回転速度の時間変動を表している。したがって、相対角速度は、   In Equation (2), “θ1 (t)” represents the time variation of the rotational displacement of the gear Gear1, “θ2 (t)” represents the time variation of the rotational displacement of the gear Gear2, and “ω1 (t)” is The time variation of the rotational speed of the gear Gear1 is represented, and “ω2 (t)” represents the time variation of the rotational speed of the gear Gear2. Therefore, the relative angular velocity is

θ1(t)−θ2(t)   θ1 (t) −θ2 (t)

で表され、相対角速度は、 And the relative angular velocity is

ω1(t)−ω2(t)   ω1 (t) −ω2 (t)

で表される。 It is represented by

なお付言するに、応答変位荷重Fq2sは、歯車Gear2に作用する駆動トルクに起因する歯車Gear2の相対変位(弾性変位であり、その状態は、相対回転変位および相対回転速度によって記述される。)に応答して歯車Gear2に発生する荷重であるという意味であるが、動荷重Fq2dと対比すれば、接線荷重Fq2のうちの静荷重成分に分類される。   In addition, the response displacement load Fq2s is a relative displacement of the gear Gear2 due to the drive torque acting on the gear Gear2 (elastic displacement, the state of which is described by the relative rotational displacement and the relative rotational speed). This means that the load is generated in the gear Gear2 in response to the dynamic load Fq2d, and is classified as a static load component of the tangential load Fq2.

歯車Gear2の動荷重Fq2dは、前述の新歯形理論に従って計算される。ここに、動荷重Fq2dの時間変動Fq2d(t)は、その動荷重時間変動Fq2d(t)の各かみ合い次数の成分を振幅とする周期関数によって表現される。したがって、動荷重時間変動Fq2d(t)は、図9において式(3)で表される。   The dynamic load Fq2d of the gear Gear2 is calculated according to the aforementioned new tooth profile theory. Here, the time variation Fq2d (t) of the dynamic load Fq2d is expressed by a periodic function whose amplitude is the component of each meshing degree of the dynamic load time variation Fq2d (t). Therefore, the dynamic load time fluctuation Fq2d (t) is expressed by the equation (3) in FIG.

以下、この式(3)における各種記号を説明する。   Hereinafter, various symbols in the expression (3) will be described.

Fq2d1:歯車Gear2の動荷重時間変動Fq2d(t)のかみ合い1次成分   Fq2d1: meshing primary component of the dynamic load time variation Fq2d (t) of the gear Gear2

Fq2d2:歯車Gear2の動荷重時間変動Fq2d(t)のかみ合い2次成分   Fq2d2: meshing secondary component of dynamic load time variation Fq2d (t) of gear Gear2

Fq2dn:歯車Gear2の動荷重時間変動Fq2d(t)のかみ合いn次成分   Fq2dn: meshing nth-order component of the dynamic load time variation Fq2d (t) of the gear Gear2

N2:歯車Gear2の歯数   N2: Number of teeth of gear Gear2

ω2_:歯車Gear2の平均回転速度   ω2_: Average rotation speed of the gear Gear2

φ21:歯車Gear2の動荷重時間変動Fq2d(t)のかみ合い1次成分の位相   φ21: Phase of meshing primary component of meshing of dynamic load time variation Fq2d (t) of gear Gear2

φ22:歯車Gear2の動荷重時間変動Fq2d(t)のかみ合い2次成分の位相   φ22: Phase of the meshing secondary component of the dynamic load time variation Fq2d (t) of the gear Gear2

φ2n:歯車Gear2の動荷重時間変動Fq2d(t)のかみ合いn次成分の位相   φ2n: meshing of the dynamic load time variation Fq2d (t) of the gear Gear2 and the phase of the nth-order component

ところで、動荷重時間変動Fq2d(t)のうち特に優勢である成分(例えば、かみ合い1次および2次成分)の周波数は、約1ないし3[kHz]であるのに対し、M/T60が装着されるエンジンのトルク変動の周波数は、例えば、直列4気筒エンジンである場合には例えば6,000[rpm]で200[Hz]であるというように、動荷重時間変動Fq2d(t)とエンジンのトルク変動とは、周波数帯域が互いに異なっている。一方、エンジンのトルク変動は、歯車Gear2の駆動トルクの変動を意味する。   By the way, the frequency of the component (for example, the meshing primary and secondary components) which is particularly dominant in the dynamic load time variation Fq2d (t) is about 1 to 3 [kHz], while the M / T 60 is mounted. For example, in the case of an in-line four-cylinder engine, the engine torque fluctuation frequency is 6,000 [rpm] and 200 [Hz], and the dynamic load time fluctuation Fq2d (t) and the engine The frequency band is different from the torque fluctuation. On the other hand, the torque fluctuation of the engine means the fluctuation of the driving torque of the gear Gear2.

したがって、応答変位荷重Fq2sと動荷重Fq2dとから接線荷重Fq2を計算する際に、それら応答変位荷重Fq2sおよび動荷重Fq2d間の連成振動を考慮せずに済む。よって、本実施形態においては、応答変位荷重Fq2sと動荷重Fq2dとの和によって接線荷重Fq2が計算される。   Therefore, when calculating the tangential load Fq2 from the response displacement load Fq2s and the dynamic load Fq2d, it is not necessary to consider the coupled vibration between the response displacement load Fq2s and the dynamic load Fq2d. Therefore, in this embodiment, the tangential load Fq2 is calculated by the sum of the response displacement load Fq2s and the dynamic load Fq2d.

このS4においては、さらに、歯車Gear2の軸荷重Fz2の時間変動Fz2(t)も計算される。軸荷重時間変動Fz2(t)は、図9において式(4)で表すように、接線荷重時間変動Fq2(t)とねじれ角ψb2とを用いて計算される。   In S4, the time variation Fz2 (t) of the axial load Fz2 of the gear Gear2 is also calculated. The axial load time variation Fz2 (t) is calculated using the tangential load time variation Fq2 (t) and the torsion angle ψb2 as represented by Expression (4) in FIG.

以上、このS4において接線荷重Fqと軸荷重Fzとが計算によって取得される理論を説明したが、以下、図7を参照することにより、このS4の実行内容を経時的に説明する。   In the above, the theory that the tangential load Fq and the axial load Fz are obtained by calculation in S4 has been described. Hereinafter, the execution contents of S4 will be described over time by referring to FIG.

このS41においては、まず、S41において、各歯車につき、前述の歯形丸みパラメータが定義される。   In S41, first, in S41, the aforementioned tooth profile roundness parameter is defined for each gear.

その歯形丸みパラメータは、2個の歯車Gear1およびGear2のかみ合いの進行につれてそれら歯車Gear1およびGear2間のかみ合い接触点が各歯車のかみ合い歯面上を進行するかみ合い進行方向(かみ合い接触点の進行方向であり、例えば、図6に示すように、軸直角方向に対する傾斜角度ηで定義される。)と、各歯車のかみ合い伝達誤差曲線(例えば、一方の歯車の回転変位と、その回転変位につれて他方の歯車に発生する回転変位との関係を表す曲線)とを反映する。   The tooth profile roundness parameter is the meshing traveling direction in which the meshing contact point between the gears Gear1 and Gear2 travels on the meshing tooth surface of each gear as the meshing of the two gears Gear1 and Gear2 progresses (in the traveling direction of the meshing contact point). For example, as shown in FIG. 6, it is defined by an inclination angle η with respect to the direction perpendicular to the axis) and an engagement transmission error curve of each gear (for example, the rotational displacement of one gear and the other in accordance with the rotational displacement). The curve representing the relationship with the rotational displacement generated in the gear).

そのかみ合い伝達誤差曲線は、前記特開平5−157663号公報において図5を参照して記載されているように、理想基礎円と同径の基礎円板と、その基礎円板の円筒面に接触するストレートエッジを有する直定規と、その直定規と一体的に平行移動するピボット式またはリニア式の測定子であってそれの接触点が被測定歯車の現実歯面に接触させられるものとを含む測定装置を用いて測定することが可能である。   The meshing transmission error curve is in contact with a base disk having the same diameter as the ideal base circle and the cylindrical surface of the base disk, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-157663 with reference to FIG. A straight ruler having a straight edge, and a pivot type or linear type measuring element that translates integrally with the straight ruler, the contact point of which is brought into contact with the actual tooth surface of the gear to be measured. It is possible to measure using a measuring device.

この測定装置を用いて現実歯面の形状を測定する際には、測定子の接触点が、前記取得されたかみ合い進行方向(接触点軌跡)に沿って現実歯面上において移動させられるように、被測定歯車と測定子とがその被測定歯車の回転軸線方向に相対変位させられる。   When measuring the shape of the actual tooth surface using this measuring device, the contact point of the probe is moved on the actual tooth surface along the acquired meshing advance direction (contact point locus). The gear to be measured and the measuring element are relatively displaced in the rotation axis direction of the gear to be measured.

次に、S42において、各歯車につき、動荷重Fq*d(*:1,2)の振幅Fq*di(i=1〜n)が計算される。振幅Fq*diは、前記定義された歯形丸みパラメータを用いて計算することが可能である。その歯形丸みパラメータは、前述のかみ合い伝達誤差曲線を反映し、ひいては、前述の基礎円半径誤差を反映するからである。   Next, in S42, the amplitude Fq * di (i = 1 to n) of the dynamic load Fq * d (*: 1, 2) is calculated for each gear. The amplitude Fq * di can be calculated using the above defined tooth profile roundness parameter. This is because the tooth profile roundness parameter reflects the meshing transmission error curve described above, and thus the basic circle radius error described above.

動荷重Fq*dの各かみ合い次数iの振幅Fq*diは、各歯車の回転速度と、その各歯面の歯面に加えられる負荷とに基づいて計算される。その負荷は、例えば、各歯車に相手歯車から伝達されるトルクによって発生する。具体的には、振幅Fq*diは、例えば、前記特開平5−157663号公報に開示されている前述の新解析理論に従って計算することが可能である。   The amplitude Fq * di of each meshing degree i of the dynamic load Fq * d is calculated based on the rotational speed of each gear and the load applied to the tooth surface of each tooth surface. The load is generated, for example, by torque transmitted from the counterpart gear to each gear. Specifically, the amplitude Fq * di can be calculated according to the above-described new analysis theory disclosed in, for example, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-157663.

振幅Fq*diの計算が終了すると、S43において、各歯車の動荷重Fq*dの時間変動Fq*d(t)が図9における式(3)を用いて計算される。続いて、S44において、各歯車の軸荷重Fz*の時間変動Fz*(t)が図9における式(4)を用いて計算される。以上で、S4の実行が終了する。   When the calculation of the amplitude Fq * di is completed, in S43, the time variation Fq * d (t) of the dynamic load Fq * d of each gear is calculated using the equation (3) in FIG. Subsequently, in S44, the time variation Fz * (t) of the axial load Fz * of each gear is calculated using the equation (4) in FIG. This completes the execution of S4.

その後、S5において、弾性特性を考慮した機構運動解析により、今回の歯車対を起振源とする振動に対するM/T60のケース96の応答が計算される。この計算は、例えば、物体の剛体変位と弾性振動とを解析する方法であって特開2000−305922号公報に開示されたものを用いて行われる。   Thereafter, in S5, the response of the M / T 60 case 96 to the vibration using the current gear pair as a vibration source is calculated by mechanism motion analysis in consideration of the elastic characteristics. This calculation is performed by using, for example, a method for analyzing rigid body displacement and elastic vibration of an object, which is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-305922.

このS5においては、まず、S51において、FEMの全体モデル、すなわち、M/T60を複数個の有限要素によって近似的に表現するものが定義される。その定義された全体モデルにより、図2および図3に示す3次元形状が近似的に表現される。   In S5, first, in S51, an overall model of FEM, that is, one that approximately represents M / T 60 by a plurality of finite elements is defined. The three-dimensional shape shown in FIGS. 2 and 3 is approximately expressed by the defined overall model.

次に、S52において、各歯車の応答変位荷重Fq*sの時間変動Fq*s(t)が図9における式(2)を用いて計算される。続いて、S53において、各歯車の接線荷重Fq*の時間変動Fq*(t)が図9における式(1)を用いて計算される。   Next, in S52, the time variation Fq * s (t) of the response displacement load Fq * s of each gear is calculated using the equation (2) in FIG. Subsequently, in S53, the time variation Fq * (t) of the tangential load Fq * of each gear is calculated using the equation (1) in FIG.

その後、S54において、各歯車を近似的に表現する歯車モデル(回転体モデルでも可)に入力される外部負荷が計算される。その外部負荷は、歯のかみ合いによって各歯車に作用する並進力とモーメントとである。それら並進力とモーメントとは、各歯車について前記計算された接線荷重Fq*および軸荷重Fz*と、各歯車の歯の圧力角およびねじれ角を含む歯車諸元値とに基づいて計算される。   After that, in S54, an external load input to a gear model (or a rotating body model) that approximately represents each gear is calculated. The external load is a translational force and a moment acting on each gear by the meshing of teeth. These translational forces and moments are calculated based on the tangential load Fq * and axial load Fz * calculated for each gear and the gear specifications including the pressure angle and the torsion angle of each gear tooth.

その歯車モデルの一例が、図10(a)には平面図で、図10(b)には側面図でそれぞれ示されている。図10においては、互いにかみ合う2個の歯車のうち、インプットシャフト90と同軸に取り付けられた歯車は「Body1」、アウトプットシャフト92と同軸に取り付けられた歯車は「Body2」でそれぞれ表記され、さらに、ケース96が「Body3」で表記されている。Body3に全体座標系xyzが固定されている。   An example of the gear model is shown in a plan view in FIG. 10 (a) and in a side view in FIG. 10 (b). In FIG. 10, of the two gears meshing with each other, the gear attached coaxially with the input shaft 90 is indicated as “Body 1”, the gear attached coaxially with the output shaft 92 is indicated as “Body 2”, and Case 96 is described as “Body3”. The whole coordinate system xyz is fixed to Body3.

本実施形態においては、図10(b)に示すように、Body1については、それに割り当てられた複数個の節点のうちの4個の代表節点#1−1ないし#1−4が、Body1の円周上において等角度間隔で並ぶように設定される。一方、Body2についても、それに割り当てられた複数個の節点のうちの4個の代表節点#2−1ないし#2−4が、Body2の円周上において等角度間隔で並ぶように設定されている。それらBody1およびBody2は、同じ番号を共有する代表節点同士において互いにかみ合わされる。   In this embodiment, as shown in FIG. 10 (b), with respect to Body1, four representative nodes # 1-1 to # 1-4 out of a plurality of nodes assigned to Body1 are circles of Body1. It is set to be arranged at equal angular intervals on the circumference. On the other hand, with respect to Body2, four representative nodes # 2-1 to # 2-4 among the plurality of nodes assigned to it are set so as to be arranged at equal angular intervals on the circumference of Body2. . These Body1 and Body2 are meshed with each other at the representative nodes sharing the same number.

本実施形態においては、振動応答の計算を簡単にするために、それらBody1およびBody2がいずれも剛体円板モデルであると仮定されている。さらに、同じく振動応答の計算を簡単にするために、図10(b)に示すように、例えば、Body2からBody1に作用する接線荷重F21は、Body1における4個の代表節点#1−1ないし#1−4にそれぞれ均等に配分されて作用すると仮定されている。 In this embodiment, in order to simplify the calculation of vibration response, it is assumed that both Body1 and Body2 are rigid disk models. Furthermore, in order to simplify the calculation of the vibration response, as shown in FIG. 10B, for example, the tangential load F 21 acting on the body 1 from the body 2 to the body 1 includes four representative nodes # 1-1 to # 1 to It is assumed that # 1-4 are equally distributed.

さらに、本実施形態においては、振動応答の計算を簡単にするために、図11に例示するように、各歯車と共に回転する回転軸が、各歯車と同様に、剛体モデルであると仮定されている。図11に示す例においては、上側の回転軸が入力軸であり、その入力軸には外部から駆動トルクが入力され、その駆動トルクが歯車対によって下側の回転軸に伝達される。その下側の回転軸は出力軸であり、その出力軸は、動力計を模擬するモータ要素(図4における吸収側モータに相当する。)を回転させる。   Furthermore, in this embodiment, in order to simplify the calculation of the vibration response, as illustrated in FIG. 11, it is assumed that the rotating shaft that rotates together with each gear is a rigid body model, like each gear. Yes. In the example shown in FIG. 11, the upper rotating shaft is an input shaft, and driving torque is input to the input shaft from the outside, and the driving torque is transmitted to the lower rotating shaft by a gear pair. The lower rotation shaft is an output shaft, and the output shaft rotates a motor element (corresponding to the absorption motor in FIG. 4) that simulates a dynamometer.

さらに、図11に示す例においては、いずれの回転軸も、各歯車を隔てた両端部においてケース96との間においてそれぞれ弾性支持されている。ただし、入力軸については、それの歯車から一側に距離aだけ離れた位置と、他側に距離bだけ離れた位置とにおいてそれぞれ弾性支持点が配置されているのに対し、出力軸については、それの歯車から一側に距離cだけ離れた位置と、他側に距離dだけ離れた位置とにおいてそれぞれ弾性支持点が配置されている。   Further, in the example shown in FIG. 11, any of the rotating shafts is elastically supported between the case 96 at both ends of the respective gears. However, with respect to the input shaft, elastic support points are arranged at a position a distance a away from the gear and a distance b on the other side, whereas the output shaft is The elastic support points are respectively arranged at a position separated from the gear by a distance c on one side and a position separated by a distance d on the other side.

以上説明したようにして外部負荷が計算されると、図7におけるS55において、前記定義された有限要素モデルのもと、その計算された外部負荷を考慮することにより、弾性特性を考慮した機構運動解析によって振動応答が計算される。その後、S56において、その計算結果が出力装置40を介してユーザに可視化されて出力される。   When the external load is calculated as described above, in S55 in FIG. 7, based on the defined finite element model, by considering the calculated external load, the mechanism motion in consideration of the elastic characteristics. The vibration response is calculated by analysis. Thereafter, in S56, the calculation result is visualized and output to the user via the output device 40.

ユーザは、その計算結果を参照することにより、M/T60の現在の設計が妥当であるか否かを判断する。その後、S6において、再計算が必要であるか否かが判定される。ユーザは、現在の設計が妥当ではないと判断した場合には、再計算が必要である旨の指令をコンピュータ24に入力する。この場合には、このS6の判定がYESとなり、このギヤノイズ予測プログラムの実行が、ユーザの要求に応じたステップから再開される。これに対し、ユーザは、現在の設計が妥当であると判断した場合には、再計算が必要ではない旨の指令をコンピュータ24に入力する。この場合には、このS6の判定がNOとなり、以上で、このギヤノイズ予測プログラムの実行が終了する。   The user determines whether or not the current design of the M / T 60 is appropriate by referring to the calculation result. Thereafter, in S6, it is determined whether recalculation is necessary. If the user determines that the current design is not valid, the user inputs a command to the computer 24 indicating that recalculation is necessary. In this case, the determination in S6 is YES, and the execution of the gear noise prediction program is resumed from the step according to the user's request. On the other hand, when the user determines that the current design is appropriate, the user inputs a command to the computer 24 indicating that recalculation is not necessary. In this case, the determination in S6 is NO, and the execution of the gear noise prediction program is completed.

本発明者らは、このギヤノイズ予測プログラムによる計算の妥当性を確認するため、図11に示すモデルを用いてこのギヤノイズ予測プログラムを実行した。確認作業を簡単にするため、歯数は5に選定し、また、動荷重は、かみ合い1次成分のみを反映するように定義し、さらに、その動荷重の振幅は、33.3[kgf]に設定した。歯車についてのその他の諸元値は、以下のとおりである。   The present inventors executed this gear noise prediction program using the model shown in FIG. 11 in order to confirm the validity of the calculation by this gear noise prediction program. To simplify the confirmation work, the number of teeth is selected to be 5, and the dynamic load is defined to reflect only the meshing primary component, and the amplitude of the dynamic load is 33.3 [kgf]. Set to. Other specifications for the gears are as follows.

圧力角:20[°]   Pressure angle: 20 [°]

ねじれ角:31.3[°]   Twist angle: 31.3 [°]

ギヤ比:1:1   Gear ratio: 1: 1

基礎円半径:30[mm]   Basic circle radius: 30 [mm]

回転数:3,000[rpm]   Rotation speed: 3,000 [rpm]

a:158.5[mm]   a: 158.5 [mm]

b:46[mm]   b: 46 [mm]

c:179[mm]   c: 179 [mm]

d:50[mm]   d: 50 [mm]

図12には、その計算結果が、図11における出力軸に作用するトルクの時間変動としてグラフで表されている。図11における入力軸に入力される駆動トルクは一定であると仮定されたが、出力軸には、歯車の動荷重によるトルク変動が加わった結果、出力軸から出力されるトルクは、時間と共に変動している。その変動の振幅は、動荷重の振幅と基礎円半径との積に一致しており、このことは、今回の計算結果が妥当であることを示している。   FIG. 12 is a graph showing the calculation result as the time variation of the torque acting on the output shaft in FIG. Although it is assumed that the driving torque input to the input shaft in FIG. 11 is constant, the torque output from the output shaft varies with time as a result of the torque variation due to the dynamic load of the gears being added to the output shaft. is doing. The amplitude of the fluctuation corresponds to the product of the amplitude of the dynamic load and the base circle radius, which indicates that the calculation result is valid.

図13には、このギヤノイズ予測プログラムの実行によって取得された計算結果の別の例がグラフで表されている。この例においては、計算結果が、M/T60においてアウトプットシャフト92を支持する軸受100に作用する軸受荷重の周波数特性と、M/T60においてマウント点PMに上下方向に発生する振動加速度の周波数特性とを含んでいる。   FIG. 13 is a graph showing another example of the calculation result obtained by executing this gear noise prediction program. In this example, the calculation results are the frequency characteristics of the bearing load acting on the bearing 100 that supports the output shaft 92 at M / T60, and the frequency characteristics of the vibration acceleration generated in the vertical direction at the mount point PM at M / T60. Is included.

以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、図7におけるS41ないしS45が互いに共同して前記(1)項における「接線荷重計算工程」の一例を構成し、S51ないしS53が互いに共同して同項における「振動応答計算工程」の一例を構成しているのである。   As is clear from the above description, in this embodiment, S41 to S45 in FIG. 7 cooperate with each other to constitute an example of the “tangential load calculation step” in the above item (1), and S51 to S53 cooperate with each other. Thus, an example of the “vibration response calculation step” in the same section is configured.

さらに、本実施形態においては、図7におけるS46が前記(2)項における「軸荷重計算工程」の一例を構成し、S51ないしS53が互いに共同して同項における「振動応答計算工程」の一例を構成しているのである。   Further, in the present embodiment, S46 in FIG. 7 constitutes an example of the “axial load calculation step” in the item (2), and S51 to S53 cooperate with each other as an example of the “vibration response calculation step” in the same term. It constitutes.

さらに、本実施形態においては、図7におけるS43が前記(3)項および(4)項のそれぞれにおける「応答変位荷重計算工程」の一例を構成し、S44が前記(5)項における「動荷重時間変動計算工程」の一例を構成し、S42が前記(6)項および(7)項のそれぞれにおける「動荷重振幅計算工程」の一例を構成し、S44のうち、動荷重の振幅に掛け算される周期関数を定義する部分が前記(8)項における「周期関数定義工程」の一例を構成しているのである。   Furthermore, in this embodiment, S43 in FIG. 7 constitutes an example of the “response displacement load calculation step” in each of the items (3) and (4), and S44 is “dynamic load” in the item (5). An example of “time fluctuation calculation step” is configured, and S42 is an example of “dynamic load amplitude calculation step” in each of the items (6) and (7), and is multiplied by the dynamic load amplitude in S44. The part defining the periodic function constitutes an example of the “periodic function defining step” in the item (8).

さらに、本実施形態においては、図7におけるS51ないしS53が前記(9)項における「振動応答計算工程」の一例を構成し、S52が同項における「負荷計算工程」の一例を構成し、S41ないしS45が互いに共同して同項における「接線荷重計算工程」の一例を構成しているのである。   Further, in the present embodiment, S51 to S53 in FIG. 7 constitute an example of the “vibration response calculation step” in the item (9), S52 constitutes an example of the “load calculation step” in the term, and S41 Thru | or S45 mutually constitutes an example of the "tangential load calculation process" in the same term.

さらに、本実施形態においては、図7におけるS52が前記(11)項、(12)項および(13)項のそれぞれにおける「負荷計算工程」の一例を構成し、前述のギヤノイズ予測プログラムが前記(14)項に係る「プログラム」の一例を構成し、記録媒体52が前記(15)項に係る「記録媒体」の一例を構成しているのである。   Furthermore, in this embodiment, S52 in FIG. 7 constitutes an example of the “load calculation step” in each of the items (11), (12), and (13), and the gear noise prediction program described above is An example of the “program” according to the item 14) is configured, and the recording medium 52 is an example of the “recording medium” according to the item (15).

なお付言するに、本実施形態においては、振動応答の計算を簡単にするために、歯車が、それの歯形は表現しない剛体円板モデルで表現されるとともに、その剛体円板モデルの円周上において等角度間隔で並んだ複数個の代表節点にそれぞれ、外部負荷としての並進力とモーメントとのそれぞれが均等に配分されるようになっている。   In addition, in this embodiment, in order to simplify the calculation of the vibration response, the gear is represented by a rigid disk model that does not represent its tooth profile, and on the circumference of the rigid disk model. The translational force and the moment as an external load are equally distributed to a plurality of representative nodes arranged at equal angular intervals in FIG.

これに対し、振動応答の計算精度を向上させることが必要である場合には、例えば、歯車を、それの歯形は表現しない弾性円板モデルで表現するとともに、その弾性円板モデルに割り当てられた複数個の元節点のうち、相手歯車との現実かみ合い点と一致するかないしは最も近い1個の元節点を選択し、その選択された元節点を擬似かみ合い点として扱い、その擬似かみ合い点に外部負荷が集中的に作用するように、外部負荷を計算することが可能である。   On the other hand, when it is necessary to improve the calculation accuracy of the vibration response, for example, the gear is represented by an elastic disk model that does not represent its tooth profile, and assigned to the elastic disk model. Of the multiple original nodes, select the closest original node that does not match or match the actual meshing point with the other gear, treat the selected original node as a pseudo meshing point, and use it as the pseudo meshing point. It is possible to calculate the external load so that the external load acts intensively.

また、振動応答の計算精度をさらに向上させることが必要である場合には、例えば、歯車を、それの歯形まで一層精密に表現する弾性精密モデルで表現するとともに、その弾性忠実モデルのうち、相手歯車との現実かみ合い点と一致する点に外部負荷が集中的に作用するように、外部負荷を計算することが可能である。   If it is necessary to further improve the accuracy of calculation of vibration response, for example, the gear is represented by an elastic precision model that expresses the tooth profile more precisely, and the other of the elastic faithful models It is possible to calculate the external load so that the external load acts intensively at a point that matches the actual meshing point with the gear.

以上、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これは例示であり、前記[発明の開示]の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。   As mentioned above, although one embodiment of the present invention was described in detail based on a drawing, this is an illustration, and it is various based on the knowledge of those skilled in the art including the aspect described in the section of the [Disclosure of the Invention]. The present invention can be implemented in other forms that have been modified or improved.

本発明の一実施形態に従うギヤノイズ予測方法を実施するのに好適なギヤノイズCAEシステムのハードウエア構成を概念的に表すブロック図であるIt is a block diagram which represents notionally the hardware constitutions of the gear noise CAE system suitable for implementing the gear noise prediction method according to one Embodiment of this invention. 図1に示すギヤノイズCAEシステムによって設計を支援されるマニュアルトランスミッションの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the manual transmission supported by design by the gear noise CAE system shown in FIG. 図2に示すマニュアルトランスミッションのケース内に収容されたギヤトレーンを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a gear train housed in a case of the manual transmission shown in FIG. 2. 図1に示すマニュアルトランスミッションを簡略化して示す平面図である。It is a top view which simplifies and shows the manual transmission shown in FIG. 図1に示すギヤノイズCAEシステムを用いて図2に示すマニュアルトランスミッションを設計するために設計者によって行われる一連の作業を説明するための工程図である。FIG. 3 is a process diagram for explaining a series of operations performed by a designer to design the manual transmission shown in FIG. 2 using the gear noise CAE system shown in FIG. 1. 図5におけるステップAおよびBにおいて利用される歯形丸みパラメータという概念を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the concept of the tooth profile roundness parameter utilized in step A and B in FIG. 図1におけるコンピュータによって実行されるギヤノイズ予測プログラムの内容を概念的に表すフローチャートである。2 is a flowchart conceptually showing the contents of a gear noise prediction program executed by a computer in FIG. 1. 図7のギヤノイズ予測プログラムにおいて使用される座標系と歯面間に作用する力とを主に説明するための斜視図および側面図である。FIG. 8 is a perspective view and a side view for mainly explaining a coordinate system used in the gear noise prediction program of FIG. 7 and a force acting between tooth surfaces. 図7におけるS4において利用される理論を説明するための式を示す図である。It is a figure which shows the type | formula for demonstrating the theory utilized in S4 in FIG. 図7におけるS5において利用される歯車モデルを示す平面図および側面図である。It is the top view and side view which show the gear model utilized in S5 in FIG. 図7におけるS5において利用される歯車モデルを示す正面図および側面図である。It is the front view and side view which show the gear model utilized in S5 in FIG. 図7のギヤノイズ予測プログラムの実行によって取得された計算結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the calculation result acquired by execution of the gear noise prediction program of FIG. 図7のギヤノイズ予測プログラムの実行によって取得された計算結果の別の例を示すグラフである。It is a graph which shows another example of the calculation result acquired by execution of the gear noise prediction program of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 ギヤノイズCAEシステム
24 コンピュータ
52 記録媒体
60 マニュアルトランスミッション
96 ケース
62,64,66,68,70,72,74,76,78,80,82,84 歯車
90,92,94 回転軸
100 軸受
104,106,108 回転体
110 振動伝達系
10 gear noise CAE system 24 computer 52 recording medium 60 manual transmission 96 case 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 gear 90, 92, 94 rotating shaft 100 bearing 104, 106 , 108 Rotating body 110 Vibration transmission system

Claims (17)

互いにかみ合って回転する少なくとも2個の回転体が支持体によって回転可能に支持されて成る歯車装置であって、それら少なくとも2個の回転体は、2本の回転軸と、それら2本の回転軸とそれぞれ同軸的に一緒に回転する2個の歯車であって歯面同士において互いにかみ合わされて成る歯車対を成すものとを有するように構成されたものの振動を計算する歯車振動計算方法であって、
前記2個の歯車の歯面間において,それら2個の歯車の両基礎円の共通接線に沿って作用する接線荷重の時間変動を、(a)それら2個の歯車が互いにかみ合う歯間の相対変位に応答して、それら2個の歯車が互いにかみ合うかみ合い歯面間に作用する応答変位荷重の時間変動と、(b)それら2個の歯車の歯面同士がかみ合い中に互いに接触するかみ合い接触点の、歯車半径方向における時間変動に応答して、それら2個の歯車のかみ合い歯面間に作用する動荷重の時間変動との合成値として計算する接線荷重計算工程と、
その計算された接線荷重時間変動に基づき、前記歯車対を起振源とする振動に対する、前記回転体と前記支持体との少なくとも一方の時間応答を計算する振動応答計算工程と
を含む歯車振動計算方法。
A gear device in which at least two rotating bodies that rotate in mesh with each other are rotatably supported by a support, and the at least two rotating bodies include two rotating shafts and the two rotating shafts. And a gear vibration calculation method for calculating vibrations of two gears that rotate together coaxially together and that form a gear pair that meshes with each other at the tooth surfaces. ,
Between the tooth surfaces of the two gears, the time variation of the tangential load acting along the common tangent of both base circles of the two gears is expressed as follows: (a) the relative distance between the teeth where the two gears mesh with each other; In response to the displacement, the time variation of the response displacement load acting between the meshing tooth surfaces where the two gears mesh with each other; and (b) the meshing contact where the tooth surfaces of the two gears contact each other during the meshing. A tangential load calculating step for calculating a point as a composite value of the time variation of the dynamic load acting between the meshing tooth surfaces of the two gears in response to the time variation in the gear radial direction ;
A vibration response calculation step including a vibration response calculation step of calculating a time response of at least one of the rotating body and the support body with respect to the vibration having the gear pair as a vibration source based on the calculated tangential load time variation. Method.
さらに、前記計算された接線荷重時間変動に基づき、前記各歯車の回転軸に沿って作用する軸荷重の時間変動を計算する軸荷重計算工程を含み、かつ、前記振動応答計算工程は、その計算された軸荷重時間変動と、前記計算された接線荷重時間変動とに基づき、前記時間応答を計算する請求項1に記載の歯車振動計算方法。   Furthermore, based on the calculated tangential load time variation, an axial load calculation step of calculating a time variation of the axial load acting along the rotation axis of each gear is included, and the vibration response calculation step includes the calculation The gear vibration calculation method according to claim 1, wherein the time response is calculated based on the calculated axial load time variation and the calculated tangential load time variation. 前記接線荷重計算工程は、前記各歯車の応答変位荷重時間変動を、前記2個の歯車間における相対角変位の時間変動とそれら2個の歯車の結合剛性との積を前記各歯車の基礎円半径で割り算した値を用いて計算する応答変位荷重計算工程を含む請求項1または2に記載の歯車振動計算方法。   The tangential load calculation step calculates the response displacement load time variation of each gear, the product of the time variation of the relative angular displacement between the two gears and the coupling rigidity of the two gears, and the basic circle of each gear. The gear vibration calculation method according to claim 1, further comprising a response displacement load calculation step of calculating using a value divided by the radius. 前記接線荷重計算工程は、前記各歯車の応答変位荷重時間変動を、前記2個の歯車間における相対角変位の時間変動とそれら2個の歯車の結合剛性との積と、それら2個の歯車間における相対角速度の時間変動とそれら2個の歯車の結合減衰との積との和を前記各歯車の基礎円半径で割り算した値を用いて計算する応答変位荷重計算工程を含む請求項1または2に記載の歯車振動計算方法。   In the tangential load calculation step, the response displacement load time variation of each gear is calculated by multiplying the time variation of the relative angular displacement between the two gears and the coupling rigidity of the two gears, and the two gears. A response displacement load calculating step for calculating a sum of a product of a temporal variation in relative angular velocity between the two and a product of coupling damping of the two gears by dividing the sum by a basic circle radius of each gear. 3. The gear vibration calculation method according to 2. 前記接線荷重計算工程は、各歯車の動荷重の時間変動を、各歯車の動荷重の、各かみ合い次数i(i:1〜n)における振幅と、時間tを変数とするように予め選択された周期関数との積を用いて計算する動荷重時間変動計算工程を含む請求項1ないし4のいずれかに記載の歯車振動計算方法。 The tangential load calculation step is selected in advance so that the time variation of the dynamic load of each gear is a variable with the amplitude of each dynamic load of each gear at each meshing order i (i: 1 to n) and time t. The gear vibration calculation method according to claim 1, further comprising a dynamic load time variation calculation step that uses a product with a periodic function . 前記動荷重時間変動計算工程は、前記2個の歯車のかみ合いの進行につれて、各歯車のかみ合い伝達誤差曲線に基づき、その各歯車の動荷重の振幅を計算する動荷重振幅計算工程を含む請求項5に記載の歯車振動計算方法。   The dynamic load time variation calculation step includes a dynamic load amplitude calculation step of calculating an amplitude of a dynamic load of each gear based on an engagement transmission error curve of each gear as the engagement of the two gears progresses. 5. The gear vibration calculation method according to 5. 前記動荷重時間変動計算工程は、前記各歯車の回転速度と、その各歯車の歯面に加えられる負荷とに基づき、その各歯車の動荷重の振幅を計算する動荷重振幅計算工程を含む請求項5に記載の歯車振動計算方法。   The dynamic load time fluctuation calculating step includes a dynamic load amplitude calculating step of calculating an amplitude of a dynamic load of each gear based on a rotation speed of each gear and a load applied to a tooth surface of each gear. Item 6. The gear vibration calculation method according to Item 5. 前記周期関数は、角速度と時間tとの積と位相との和を変数とするように定義されており、
前記動荷重時間変動計算工程は、各歯車の動荷重の時間変動の各かみ合い次数iごとに、各歯車の回転速度と各歯車の歯数との積を前記周期関数の角速度に代入し、かつ、各歯車の動荷重の時間変動の、各かみ合い次数iにおける成分の位相を前記周期関数の位相に代入することにより、各かみ合い次数iごとに、各歯車の動荷重の時間変動を計算する請求項5ないし7のいずれかに記載の歯車振動計算方法。
The periodic function is defined such that the sum of the product of the angular velocity and time t and the phase is a variable.
The dynamic load time variation calculation step substitutes the product of the rotational speed of each gear and the number of teeth of each gear into the angular velocity of the periodic function for each meshing order i of the dynamic variation of the dynamic load of each gear, and The time variation of the dynamic load of each gear is calculated for each meshing order i by substituting the phase of the component at each meshing order i of the temporal variation of the dynamic load of each gear into the phase of the periodic function. Item 8. The gear vibration calculation method according to any one of Items 5 to 7.
前記振動応答計算工程は、前記歯車装置を近似的に表現する有限要素モデルを用いて前記時間応答を計算し、
前記接線荷重計算工程は、その有限要素モデルとは無関係に前記接線荷重を計算し、
前記振動応答計算工程は、その計算された接線荷重に基づき、前記有限要素モデルのうち前記各歯車を表現する歯車モデルに入力される外部負荷を計算する負荷計算工程を含む請求項1ないし8のいずれかに記載の歯車振動計算方法。
The vibration response calculation step calculates the time response using a finite element model that approximately represents the gear device,
The tangential load calculation step calculates the tangential load regardless of the finite element model,
9. The vibration response calculating step includes a load calculating step of calculating an external load input to a gear model representing each of the finite element models based on the calculated tangential load. The gear vibration calculation method according to any one of the above.
前記振動応答計算工程は、前記歯車装置を近似的に表現する有限要素モデルを用いて前記時間応答を計算し、
前記接線荷重計算工程は、前記回転体および前記支持体間の相互作用を考慮して前記接線荷重を計算し、
前記振動応答計算工程は、その計算された接線荷重に基づき、前記有限要素モデルのうち前記各歯車を表現する歯車モデルに入力される外部負荷を計算する負荷計算工程を含む請求項1ないし8のいずれかに記載の歯車振動計算方法。
The vibration response calculation step calculates the time response using a finite element model that approximately represents the gear device,
The tangential load calculation step calculates the tangential load in consideration of the interaction between the rotating body and the support,
9. The vibration response calculating step includes a load calculating step of calculating an external load input to a gear model representing each of the finite element models based on the calculated tangential load. The gear vibration calculation method according to any one of the above.
前記有限要素モデルは、複数個の有限要素と複数個の節点とを含むように定義され、
前記負荷計算工程は、それら複数個の節点のうち予め選択された少なくとも1個の選択節点に関して前記外部負荷を計算する請求項9または10に記載の歯車振動計算方法。
The finite element model is defined to include a plurality of finite elements and a plurality of nodes,
The gear vibration calculation method according to claim 9 or 10, wherein the load calculation step calculates the external load with respect to at least one selected node selected in advance among the plurality of nodes.
前記歯車モデルは、それによって表現される現実歯車への前記外部負荷の入力にもかかわらず、その現実歯車の軸直角平面に直角な方向の反りがその現実歯車に発生しないことを表現する剛体モデルであり、
前記少なくとも1個の選択節点は、前記複数個の節点のうち前記剛体モデル上において等間隔に配置された複数個の代表節点を含み、
前記負荷計算工程は、前記外部負荷を、それら複数個の代表節点にそれぞれ関連付けて計算する請求項11に記載の歯車振動計算方法。
The gear model is a rigid model that expresses that the real gear does not warp in a direction perpendicular to the plane perpendicular to the axis of the real gear despite the input of the external load to the real gear represented thereby. And
The at least one selected node includes a plurality of representative nodes arranged at equal intervals on the rigid model among the plurality of nodes.
The gear vibration calculation method according to claim 11, wherein the load calculation step calculates the external load in association with the plurality of representative nodes.
前記負荷計算工程は、前記外部負荷を、前記複数個の代表節点にそれぞれ均等に配分されるように計算する請求項12に記載の歯車振動計算方法。   The gear vibration calculation method according to claim 12, wherein the load calculation step calculates the external load so that the external load is equally distributed to the plurality of representative nodes. 前記時間応答は、前記回転軸に作用するトルクの時間変動を含む請求項1ないし13のいずれかに記載の歯車振動計算方法。   The gear vibration calculation method according to claim 1, wherein the time response includes a time variation of a torque acting on the rotating shaft. 互いにかみ合って回転する少なくとも2個の回転体が支持体によって回転可能に支持されて成る歯車装置であって、それら少なくとも2個の回転体は、2本の回転軸と、それら2本の回転軸とそれぞれ同軸的に一緒に回転する2個の歯車であって歯面同士において互いにかみ合わされて成る歯車対を成すものとを有するように構成されたものの振動を計算する歯車振動計算方法であって、
前記2個の歯車の歯面間において,それら2個の歯車の両基礎円の共通接線に沿って作用する接線荷重の時間変動を、(a)それら2個の歯車が互いにかみ合う歯間の相対変位に応答して、それら2個の歯車が互いにかみ合うかみ合い歯面間に作用する応答変位荷重の時間変動と、(b)それら2個の歯車の歯面同士がかみ合い中に互いに接触するかみ合い接触点の、歯車半径方向における時間変動に応答して、それら2個の歯車のかみ合い歯面間に作用する動荷重の時間変動との合成値として計算する接線荷重計算工程と、
その計算された接線荷重時間変動に基づき、前記各歯車の回転軸に沿って作用する軸荷重の時間変動を計算する軸荷重計算工程と、
その計算された軸荷重時間変動と、前記計算された接線荷重時間変動とに基づき、前記歯車対を起振源とする振動に対する、前記回転体と前記支持体との少なくとも一方の時間応答を計算する振動応答計算工程と
を含み、
前記接線荷重計算工程は、
前記各歯車の応答変位荷重時間変動を、前記2個の歯車間における相対角変位の時間変動とそれら2個の歯車の結合剛性との積と、それら2個の歯車間における相対角速度の時間変動とそれら2個の歯車の結合減衰との積との和を前記各歯車の基礎円半径で割り算した値を用いて計算する応答変位荷重計算工程と、
各歯車の動荷重の時間変動を、各歯車の動荷重の、各かみ合い次数i(i:1〜n)における振幅と、時間tを変数とするように予め選択された周期関数との積を用いて計算する動荷重時間変動計算工程と
を含み、
前記動荷重時間変動計算工程は、
前記2個の歯車のかみ合いの進行につれて、各歯車のかみ合い伝達誤差曲線に基づき、その各歯車の動荷重の振幅を計算するか、または、前記各歯車の回転速度と、その各歯車の歯面に加えられる負荷とに基づき、その各歯車の動荷重の振幅を計算する動荷重振幅計算工程を含む歯車振動計算方法。
A gear device in which at least two rotating bodies that rotate in mesh with each other are rotatably supported by a support, and the at least two rotating bodies include two rotating shafts and the two rotating shafts. And a gear vibration calculation method for calculating vibrations of two gears that rotate together coaxially together and that form a gear pair that meshes with each other at the tooth surfaces. ,
Between the tooth surfaces of the two gears, the time variation of the tangential load acting along the common tangent of both base circles of the two gears is expressed as follows: (a) the relative distance between the teeth where the two gears mesh with each other; In response to the displacement, the time variation of the response displacement load acting between the meshing tooth surfaces where the two gears mesh with each other; and (b) the meshing contact where the tooth surfaces of the two gears contact each other during the meshing. A tangential load calculating step for calculating a point as a composite value of the time variation of the dynamic load acting between the meshing tooth surfaces of the two gears in response to the time variation in the gear radial direction ;
Based on the calculated tangential load time variation, the axial load calculation step of calculating the time variation of the axial load acting along the rotation axis of each gear,
Based on the calculated axial load time variation and the calculated tangential load time variation, calculate the time response of at least one of the rotating body and the support body with respect to vibration using the gear pair as a vibration source. Including a vibration response calculation step to
The tangential load calculation step includes:
The time variation of the response displacement load of each gear is the product of the time variation of the relative angular displacement between the two gears and the coupling rigidity of the two gears, and the time variation of the relative angular velocity between the two gears. And a response displacement load calculation step of calculating a sum of the product of the coupling attenuation of the two gears and a value obtained by dividing the sum by the basic circle radius of each gear;
The time variation of the dynamic load of each gear is calculated by multiplying the dynamic load of each gear by the amplitude at each meshing order i (i: 1 to n) and a periodic function selected in advance so that the time t is a variable. Dynamic load time fluctuation calculation process to calculate using
The dynamic load time variation calculation step includes:
As the meshing of the two gears progresses, the dynamic load amplitude of each gear is calculated based on the meshing transmission error curve of each gear, or the rotational speed of each gear and the tooth surface of each gear A gear vibration calculation method including a dynamic load amplitude calculation step of calculating the dynamic load amplitude of each gear based on the load applied to the gear.
請求項1ないし15のいずれかに記載の歯車振動計算方法を実施するためにコンピュータによって実行されるプログラム。   A program executed by a computer to implement the gear vibration calculation method according to any one of claims 1 to 15. 請求項16に記載のプログラムをコンピュータ読取り可能に記録した記録媒体。   The recording medium which recorded the program of Claim 16 so that computer reading was possible.
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