JP5978487B2 - ハイポイドギヤ - Google Patents
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Description
このハイポイドギヤはアメリカのグリーソン方式による勾配歯が広く実用化されている。「非特許文献3」では、この歯車は加工や品質・精度の確保が難しく、熟練技術者によって支えられてきた。しかしながら、熟練技術者が減少し歯切りの単純化による品質・精度確保が求められ、その解決策として、グリーソン方式の等高歯が注目されていると述べこの歯車について詳しく論じている。
「非特許文献3」で論じているグリーソン方式の等高歯では、歯車1.101の歯面はカッタ1.201により溝の両側面(=両歯面)である歯面1i.206と歯面1o.207が同時に成形歯切りされる。いま、曲線を回転軸のまわりに回転させたときの軌跡面を回転面と呼ぶ。図2に示すように、グリーソン方式の歯面は歯形(=刃形)202、203を回転軸(=歯面軸、=環状カッタ軸)204のまわりに回転させたときの回転面である。グリーソン方式の等高歯の歯面1の回転軸204は、歯車中心線107に平行な設計基準面105上の直線に対して設計基準面上で傾いた直線となり、歯車中心線107と回転軸204は交叉する.従って、簡単のため仮に歯形上の点が回転軸のまわりの回転と共に歯面上に描く円弧を歯筋とよべば、設計基準点106を通る歯筋はピッチ平面109上にない。なお、グリーソン方式による勾配歯の歯面1の回転軸は、歯車中心線107と食違った直線となり、この場合も歯筋はピッチ平面109上にない。
歯車2.102はカッタ2i.301とカッタ2o.302により歯の両側面(両歯面)である歯面2i.310と歯面2o.309が独立して創成歯切りされる。図3に示すように、歯形(=刃形)303、304を回転軸(=歯面軸、=環状カッタ軸)305のまわりに回転させたときの回転面を媒介歯面307、308と呼ぶ。歯面1の構成の場合と比較するとカッタの実質部は逆であるが、刃形や回転軸は同じであり媒介歯面は歯面1に一致する.歯面2.309、310は、歯車1と同じ歯車運動と歯面を有する媒介歯車により創成歯切りされる。
図4に示すように、回転軸401に垂直な平面上の歯車1の溝幅404は一定であるのに対して、歯厚403はピッチ円錐405の頂点方向で小さく逆方向で大きくなるため、歯厚と溝幅がアンバランスとなる。逆に歯車2の歯厚は略一定で、溝幅はピッチ円錐の頂点方向で小さく、逆方向で大きくなるため、歯厚と溝幅がアンバランスとなる。すなわち、歯面1の溝幅と歯面2の歯厚は等しく、歯面1の歯幅と歯面2の溝厚は不等となる。これは、歯車の強度バランスを悪くする。なお,グリーソン方式による勾配歯の場合も同様のことが言える。
図5に示すように、諸歯形は設計基準面105上の設計基準点106を通るように設定する。
図6に示すように、歯車1の歯面1i(=カッタ回転面1o)607は、歯形1i.602を歯形とし軸604側を実質部とする環状カッタ1o.601により加工され、カッタ1oの回転軸(=歯面1i回転軸)604を軸とする回転面となる。
図7に示すように、歯車1の歯面1o(=カッタ回転面1i)707は、歯形1o.702を歯形とし回転軸反対側を実質部とする環状カッタ1i.701により加工され、カッタ1iの回転軸(=歯面1o回転軸)704を軸とする回転面となる。
ここで、歯面1o(=カッタ回転面1i)707の加工位置は歯面1i(=カッタ回転面1o)607の加工位置からワークを歯面1o.707が設計基準点を通る位置まで回転させた位置にある。一般にこの位置は、回転ピッチ角の1/2からバックラッシュ分を引いた角度(歯厚の角度)を回転させた位置であるが、これに限定されるものではない。
図8は媒介歯面の内側歯面の構成を示した説明図である。図8の801はカッタ2iを示す。802は歯形2o、803はカッタ刃形2i(=媒介歯形Bi)を示す。804は媒介歯面i回転軸(=カッタ2i回転軸)、805は回転半径RvBi、806は回転(方向)を示す。807は媒介歯面i(=カッタ回転面2i)、808は歯面2oを示す。
図8に示すように、媒介歯車の媒介歯面i(=カッタ回転面2i)807は、媒介歯形Bi(=カッタ歯形2i)803を歯形とし回転軸反対側を実質部とする環状カッタ2i.801により形成され、カッタ2iの回転軸(=媒介歯面i回転軸)804を軸とする回転面となる。歯面2o.808は環状カッタ2i.801により形成された媒介歯面により等価的に創成歯切りされる。
図9に示すように、媒介歯車の媒介歯面o(=カッタ回転面2o)907は、媒介歯形Bo(=カッタ歯形2o)903を歯形とし回転軸側を実質部とする環状カッタ2o.901により形成され、カッタ2oの回転軸(=媒介歯面o回転軸)904を軸とする回転面となる。歯面2i.908は環状カッタ2o.901により形成された媒介歯面により等価的に創成歯切りされる。
ここで、歯面2i.908の加工位置は歯面2o.808の加工位置からワークを歯面2i.908が設計基準点を通る位置まで回転させた位置にある。一般には、歯車2の回転ピッチの1/2からバックラッシュ分を引いた角度(歯厚の角度)を回転させた位置であるが、これに限定されるものではない。
以上のことより、本歯面構成の場合、設計、解析、加工、評価等を進める上での単純化や精度確保、向上が極めて容易となることがわかる。
従来の歯面構成では、歯面の回転軸に垂直平面上の歯厚1103と溝幅1104が歯筋方向でアンバランスとなる。ここで、歯車1、2の歯筋方向の歯厚の一方は等厚で他方は斜厚となる。同時に、溝幅の一方は斜幅で他方は等幅となる。これに対して、本歯面構成の場合、図11に示すように、歯車1の歯厚1103と溝幅1104はピッチ平面109上の歯筋1102方向で略一定の割合でバランス良く変化する。歯車2の場合も同様である。これにより、歯車1,2および歯筋方向の強度バランス等を確保することができる。
図12に示すように、歯先面円錐1202とピッチ面円錐405、歯底面円錐1201等が平行である場合、歯たけは歯筋方向で一定である。しかしながら、図13に示すように、歯先の歯厚1302は歯筋1301方向で変化し、ピッチ円錐405の頂点側で細くなる。その為、細すぎると歯が弱くなったり尖りが発生する.ここでは、これを防ぐために図14に示すように、歯先面円錐1202とピッチ面円錐405の頂点を一致させ歯先のはたけを斜高とする。
図16では歯車1の歯面1.1601と一致する媒介歯面と媒介歯面により創成された歯車2歯面1602の接触線1603をまず考える。歯車誤差があると片あたり等が発生するので歯面修正を施し点接触化を計る。歯面修正としては、クラウニング、歯形修正等がある。なお、歯形修正は、歯形方向のクラウニングと考えることもできる。図17は歯車1のクラウニングを接触線1603方向に施した場合であり点接触化が計られている。図18は歯車1のクラウニングを接触線1603の垂直方向に施した場合であり線接触のままである。すなわち、歯車1のクラウニングを接触線垂直方向に施しても効果が無く、接触線方向に施すのが一番効果があると言える。ここでは、媒介歯車と媒介歯車により創成された歯車2の接触線方向に歯車1のクラウニングを施す。
媒介歯面o.1909、歯面1o.1910、歯面1i.1911、媒介歯面i.1912の回転半径を順にRvBo、Rv1o、Rv1i、RvBiとする。ここで、図19に示すように、各歯面の回転半径を下記の式が成立するように定める。
RvBo ≧ Rv1o、Rv1i ≧ RvBi ・・・・・・・・・・・・・・・(1)
特別な場合として、図20に示すように、歯面の回転軸を下記の式が成立するような場合を考える。
RvBo > Rv1o≒Rv1i > RvBi ・・・・・・・・・・・・・・・(2)
すなわち、歯面の回転半径を歯面1o.1910と歯面1i.1911で略等しくとる。この場合、カッター半径距離またはカッタを保持するカッタホルダの半径距離を3種類と単純化することができる。
また特別な場合として、図21に示すように、歯面の回転軸を下記の式が成立するような場合を考える。
RvBo≒Rv1i > Rv1o≒RvBi ・・・・・・・・・・・・・・・(3)
すなわち、歯面の回転半径を媒介歯面o.1909と歯面1i.1911で、歯面1o.1910と媒介歯面i.1912で略等しくとる。この場合、カッター半径距離またはカッタを保持するカッタホルダの半径距離を2種類と単純化することができる。
また特別な場合として、図22に示すように,歯面の回転軸を下記の式が成立し、歯形1と媒介歯形が設計基準点で非干渉で接するように定める。
RvBo ≒ Rv1o ≒ Rv1i ≒ RvBi ・・・・・・・・・・・・・・・(4)
すなわち,歯面の回転半径をすべて略等しくとる。この場合、カッター半径距離またはカッタを保持するカッタホルダの半径距離を1種類とすることができる.
102 歯車2
103 歯車1
104 歯車2軸
105 設計基準面
106 設計基準点
107 歯車中心線
108 歯車中心垂直線
109 ピッチ平面
110 相対速度
111 歯車中心1
112 歯車中心2
113 歯車軸共通垂線
201 カッタ1
202 歯形1i
203 歯形1o
204 カッタ1回転軸
205 回転
206 歯面1i
207 歯面1o
301 カッタ2i
302 カッタ2o
303 カッタ刃形2i
304 カッタ刃形2o
305 カッタ2回転軸
306 回転
307 媒介歯面Bi
308 媒介歯面Bo
309 歯面2o
310 歯面2i
401 回転歯面1の回転軸
402 歯筋
403 歯厚
404 溝幅
405 ピッチ円錐
501媒介歯形Bi
502媒介歯形Bo
601 カッタ1o
602 歯形1i
603 カッタ刃形1o
604 歯面1i回転軸
605 Rv1i
606 回転
607 歯面1i
701 カッタ1i
702 歯形1o
703 カッタ刃形1i
704 歯面1o回転軸
705 Rv1o
706 回転
707 歯面1o
801 カッタ2i
802 歯形2o
803 カッタ刃形2i
804 媒介歯面i回転軸
805 RvBi
806 回転
807媒介歯面i
808 歯面2o
901 カッタ2o
902 歯形2i
903 カッタ刃形2o
904 媒介歯面o回転軸
905 RvBo
906 回転
907 媒介歯面o
908 歯面2i
1001歯形
1002歯面回転軸
1003 回転
1004歯筋
1005歯面
1006相対速度
1007単位歯面法線ベクトル
1101回転歯面1の回転軸
1102歯筋
1103歯厚
1104溝幅
1201歯底円錐
1202歯先円錐
1203ピッチ円錐頂点
1204歯元のたけ
1205歯末のたけ
1301歯筋
1302歯先歯厚
1401歯先円錐頂点=ピッチ円錐頂点
1501歯先歯厚
1601歯面1
1602歯面2
1603媒介歯面と歯面2の接触線
1604接触点
1605歯形1
1606媒介歯形
1607歯形2
1701歯面1
1702歯形1
1801歯面1
1802歯形1
1901媒介歯面i回転軸
1902歯面1i回転軸
1903歯面1o回転軸
1904媒介歯面o回転軸
1905RvBo
1906Rv1o
1907Rv1i
1908RvBi
1909媒介歯面o
1910歯面1o
1911歯面1i
1912媒介歯面i
Claims (4)
- 媒介歯車と同一歯車運動で媒介歯車の媒介歯面と接する歯面1を有する歯車1と、媒介歯車により創成された歯車2を一対の歯車とするハイポイドギヤにおいて、歯面1と媒介歯面のすべての歯面が、歯面が設計基準点を通るとき、設計基準点を通る設計基準面上の歯形を母線とし、歯車中心線に平行な設計基準面上の直線を軸とする回転面であり、歯面が設計基準点を通るとき設計基準点が歯車1、2の接触点となり、歯車1および歯車2の歯厚と溝幅が共に、略一定の割合を保持しつつピッチ平面上の歯筋方向で変化する特徴を有するハイポイドギヤまたはその歯面構成方法。
- 請求項1において、歯先円錐とピッチ円錐の頂点を一致させた特徴を有するハイポイドギヤまたはその歯面形成方法。
- 請求項1において、歯形方向と歯筋方向の内、接触線方向に近い方向がクラウニング方向であることを特徴を有するハイポイドギヤまたはその歯面形成方法。
- 請求項1において、歯車1の凸歯の両歯面とこれに接する媒介歯車の凹歯の両歯面を歯面軸の反対側から媒介歯面o、歯面1o、歯面1i、媒介歯面iとするとき、各歯面の回転半径の共通化を図ったことを特徴とするハイポイドギヤまたはその歯面形成方法。
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