JP6070535B2 - 遊星ギア機構の動特性測定装置及び動特性測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、遊星ギア機構の動特性測定装置及び動特性測定方法の技術に関する。

遊星ギア機構は、サンギアと遊星ギアとリングギアとを備え、複数の遊星ギアが自転しつつ公転する構成の減速（増速）機構として知られている。実際に遊星ギア機構が自動車等で使用される場合には、リングギアがカウンタドライブの外周に形成され、カウンタドライブがベアリングを介してケースに支持される形態が良く知られている。

ところで、近年、自動車のトランスミッションにおける遊星ギア機構のノイズが問題となっている。遊星ギア機構のノイズの原因としては、主には、噛み合い伝達誤差（歯面精度）と、噛み合い点の動特性と、ケース感度とが挙げられる。しかし、現状では、遊星ギア機構の噛み合い点の動特性を正確に測定できる手段が確立していない。

例えば、特許文献１に開示される遊星ギア機構の動特性測定装置では、遊星ギア機構を動特性測定装置のテストケースに収容し計測を行うため、リングギアの外周に形成される外ギアへの反力、リングギアがベアリングを介して実機ケースに支持されるガタ系等が無視されている。そのため、特許文献１に開示される遊星ギア機構の動特性測定装置では、実機に使用した際の遊星ギア機構の噛み合い点の動特性が正確に測定できていない。

特開２００６−２００９８４号公報

本発明の解決しようとする課題は、遊星ギア機構の噛み合い点の動特性を正確に測定できる遊星ギア機構の動特性測定装置及び動特性測定方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、サンギアと、遊星ギアと、リングギアと、該遊星ギアを軸支するキャリアと、該リングギアを内周側に形成し外周側にはカウンタドライブギアが形成されるカウンタドライブと、を備え、該カウンタドライブがベアリングを介してケースに支持され、該キャリアに形成される爪部が該ケースに嵌合されることによって該キャリアが該ケースに支持される遊星ギア機構の動特性を測定する遊星ギア機構の動特性測定装置であって、前記キャリアを、前記ケースに代わり支持する治具と、前記カウンタドライブギアに歯合するカウンタドリブンギアと、前記カウンタドリブンギアを駆動する駆動モータと、前記サンギアに軸支される負荷モータと、前記爪部に貼設される第一歪ゲージと、前記第一歪ゲージに直交して前記爪部に貼設される第二歪ゲージと、前記キャリアの爪部に作用する荷重を算出する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記キャリアの爪部に作用する荷重と前記第一歪ゲージの歪量と前記第二歪ゲージの歪量との相関を算出し、前記駆動モータと前記負荷モータとを、前記リングギアとサンギアとが同期するように駆動し、前記第一歪ゲージの歪量と前記第二歪ゲージの歪量と前記相関とに基づいて前記キャリアの爪部に作用する荷重を算出するものである。

請求項２においては、サンギアと、遊星ギアと、リングギアと、該遊星ギアを軸支するキャリアと、該リングギアを内周側に形成し外周側にはカウンタドライブギアが形成されるカウンタドライブと、を備え、該カウンタドライブがベアリングを介してケースに支持され、該キャリアに形成される爪部が該ケースに嵌合されることによって該キャリアが該ケースに支持される遊星ギア機構の動特性を測定する遊星ギア機構の動特性測定方法であって、前記ケースに代わり、治具によって前記キャリアを支持し、前記キャリアの爪部に作用する荷重と前記爪部に貼設される第一歪ゲージの歪量と該第一歪ゲージに直交して前記爪部に貼設される第二歪ゲージの歪量との相関を算出し、駆動モータによって前記カウンタドライブギアに歯合するカウンタドリブンギアを駆動し、前記負荷モータによって前記サンギアを駆動して、前記カウンタドライブと前記サンギアとを同期させ、前記第一歪ゲージの歪量と前記第二歪ゲージの歪量と前記相関とに基づいて前記キャリアの爪部に作用する荷重を算出するものである。

本発明の遊星ギア機構の動特性測定装置及び動特性測定方法によれば、遊星ギア機構の噛み合い点の動特性を正確に測定できる。

遊星ギア機構の構成を示した模式図。 動特性測定装置の構成を示した模式図。 キャリアの測定位置を示した模式図。 動特性測定工程の流れを示したフロー図。

図１を用いて、遊星ギア機構５０の構成について説明する。
なお、図１では、遊星ギア機構５０の構成を平面断面視にて模式的に表している。

遊星ギア機構５０は、本発明の遊星ギア機構に係る実施形態である。なお、遊星ギア機構５０は、後述する動特性測定装置１００及び動特性測定工程Ｓ１００の被測定対象である。

遊星ギア機構５０は、複数の遊星ギア５２が自転しつつ公転する構成の減速（増速）機構である。遊星ギア機構５０は、サンギア５１と、複数（本実施形態では５つ）の遊星ギア５２と、リングギア５３と、カウンタドライブギア５４と、キャリア６１と、カウンタドライブ６２と、ケース７０と、を具備している。なお、本実施形態の遊星ギア機構５０は、自動車のトランスミッションの一構成部品（ＡＳＳＹ）とされている。

サンギア５１は、はすば歯車として構成されている。サンギア５１は、それぞれの遊星ギア５２と歯合されている。サンギア５１には、従動側となるシャフト８２が嵌め合わされている。

それぞれの遊星ギア５２は、はすば歯車として構成されている。それぞれの遊星ギア５２は、キャリア６１によって軸支されている。それぞれの遊星ギア５２は、サンギア５１とリングギア５３とに歯合されている。

キャリア６１は、略円盤形状に構成されている。キャリア６１は、５つの遊星ギア５２を軸支している。キャリア６１の外周には、複数の爪部６１Ａが形成されている（図３参照）。キャリア６１は、爪部６１Ａをケース７０の凹部（図示略）に嵌合して、ケース７０に支持されている。

各爪部６１Ａは、キャリア６１の周方向に沿って、互いに位相をずらして配置されている。本実施形態においては、爪部６１Ａは４箇所に設けられており、隣接する爪部６１Ａ同士の位相が３０°ずれるように配置されている（図３参照）。

カウンタドライブ６２は、略円筒形状に構成され、内周側にはリングギア５３が形成され、外周側にはカウンタドライブギア５４が形成されている。カウンタドライブ６２には二つのベアリング７１・７１が圧入されており、カウンタドライブ６２はベアリング７１・７１を介してケース７０に支持されている。

リングギア５３は、カウンタドライブ６２の内周側に形成されている。リングギア５３は、はすば歯車として構成されている。リングギア５３は、それぞれの遊星ギア５２と歯合されている。

カウンタドライブギア５４は、カウンタドライブ６２の外周側に形成されている。カウンタドライブギア５４は、はすば歯車として構成されている。

カウンタドライブギア５４には、カウンタドリブンギア５５が歯合されている。カウンタドリブンギア５５は、はすば歯車として構成されている。カウンタドリブンギア５５には、駆動側となるシャフト８１が嵌め合わされている。

なお、本実施形態の遊星ギア機構５０では、カウンタドライブギア５４が駆動側に構成されており、カウンタドライブギア５４に歯合されるカウンタドリブンギア５５のシャフト８１が駆動モータ（図示略）によって駆動されている。一方、サンギア５１が従動側となって構成されている。

図２を用いて、動特性測定装置１００の構成について説明する。
なお、図２では、動特性測定装置１００の構成を平面視にて模式的に表している。また、図２では、電気信号線を破線で表している。

動特性測定装置１００は、本発明の遊星ギア機構の動特性測定装置に係る実施形態である。動特性測定装置１００は、上述した遊星ギア機構５０の動特性を測定する装置である。

動特性測定装置１００は、駆動モータ１１０と、負荷モータ１２０と、キャリア支持治具１３０と、２つのカウンタドライブ支持治具１４０と、コントローラ１５０と、を具備している。

駆動モータ１１０は、遊星ギア機構５０のカウンタドライブギア５４に歯合されるカウンタドリブンギア５５のシャフト８１を駆動するものである。駆動モータ１１０は、コントローラ１５０に接続されている。

負荷モータ１２０は、従動側のシャフト８２の負荷を吸収するものである。負荷モータ１２０は、コントローラ１５０に接続されている。

支持治具としてのキャリア支持治具１３０は、キャリア６１を支持するものである。キャリア支持治具１３０は、寸法調整機構１３５を備えている。寸法調整機構１３５は、キャリア６１に対するキャリア支持治具１３０のガタ量を任意に設定できるものである。

上述したように、キャリア６１の外周には、複数の爪部６１Ａが形成されている。キャリア６１は、爪部６１Ａをキャリア支持治具１３０の凹部１３０Ａに嵌合して、キャリア支持治具１３０に支持されている（図３参照）。

カウンタドライブ支持治具１４０は、カウンタドライブ６２を、ベアリング７１を介して支持するものである。カウンタドライブ支持治具１４０は、寸法調整機構１４５を備えている。寸法調整機構１４５は、ベアリング７１に対するカウンタドライブ支持治具１４０のガタ量を任意に設定できるものである。

コントローラ１５０は、駆動モータ１１０と負荷モータ１２０とを、リングギア５３とサンギア５１とが同期するように駆動させ、後述する歪ゲージ１５１によってキャリア６１のそれぞれの爪部６１Ａの歪量を検知し、キャリア６１の爪部６１Ａに作用する荷重を算出するものである。コントローラ１５０は、複数の歪ゲージ１５１と、駆動モータ１１０と、負荷モータ１２０と、に接続されている。

図３を用いて、歪ゲージ１５１の測定位置について説明する。
なお、図３（Ａ）では、キャリア６１の歪ゲージ１５１の測定位置を図２における矢視Ｐにて模式的に表している。また、図３（Ｂ）では、爪部６１Ａの歪ゲージ１５１の測定位置を座標系に基づいて表している。

歪ゲージ１５１は、ワークの所定方向の歪量を検知するセンサである。歪ゲージ１５１は、キャリア６１のそれぞれの爪部６１Ａに貼設される。第一歪ゲージとしての歪ゲージ１５１ｘは、爪部６１Ａにおける歪みの測定方向が径方向と平行（Ｘ方向）になるように貼設され、爪部６１Ａの歪量εｘを検知する。

第二歪ゲージとしての歪ゲージ１５１ｙは、爪部６１Ａおける歪みの測定方向が周方向（接線方向）と平行（Ｙ方向）になるように貼設され、爪部６１Ａの歪量εｙを検知する。つまり、歪ゲージ１５１ｘと歪ゲージ１５１ｙとは、爪部６１Ａにおいて直交する。

後述する動特性測定工程Ｓ１００のステップＳ１１０では、それぞれの爪部６１Ａに、複数の所定方向から荷重Ｆを作用させ、荷重Ｆと歪量εｘ及び歪量εｙとの相関（以下、歪と荷重との相関）を算出する。ここで、所定方向に作用する荷重Ｆは、Ｘ方向成分である荷重Ｆｘと、Ｙ方向成分である荷重Ｆｙとに分解して相関を算出するものとする。

図４を用いて、動特性測定工程Ｓ１００の構成について説明する。
なお、図４では、動特性測定工程Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。

動特性測定工程Ｓ１００は、本発明の遊星ギア機構の動特性測定方法に係る実施形態である。動特性測定工程Ｓ１００は、上述した遊星ギア機構５０の動特性を同じく上述した動特性測定装置１００を用いて測定する工程である。

ステップＳ１１０において、コントローラ１５０は、キャリア６１のそれぞれの爪部６１Ａにおいて、爪部６１Ａに作用する荷重Ｆと、歪量εｘ及び歪量εｙとの相関（以下、歪と荷重との相関）を算出し、記憶する。

具体的には、荷重付与装置（図示略）によって、爪部６１Ａに複数の所定方向から荷重Ｆを作用させ、その際のＸ方向の歪量εｘ及びＹ方向の歪量εｙを算出し、「歪量と荷重との相関」を算出する。本実施形態では、複数の所定方向として、例えばＸ軸方向を０°の傾斜方向、Ｙ軸方向を９０°の傾斜方向としたときに、それぞれ０°の傾斜方向から１０°毎に１８０°までの傾斜方向から荷重Ｆを作用させるものとする。

作用させた荷重Ｆは、Ｘ方向成分である荷重Ｆｘと、Ｙ方向成分である荷重Ｆｙとに分解される。すると、歪量εｘ及び歪量εｙは、それぞれ荷重Ｆｘと荷重Ｆｙとを用いて以下の（数１）のように表される。なお、（数１）において、εｘ（０）、Ｆｘ（０）、Ｆｙ（０）は、それぞれ傾斜方向が０°のときの歪量εｘ、荷重Ｆｘ、荷重Ｆｙを表している。また、Ｃｘ（０）・・・Ｃｘ（１８０）は定数である。

（数１）より、「歪量と荷重との相関」として、以下に示す（数２）が算出される。

ステップＳ１２０において、作業者は、ケース７０に代えて、キャリア支持治具１３０によってキャリア６１を支持させる。このとき、実際にケース７０にキャリア６１を支持させる場合と同様のガタ系を実現するように寸法調整機構１３５によってキャリア６１に対するキャリア支持治具１３０のガタ量を調整する。

ステップＳ１３０において、作業者は、ケース７０に代えて、カウンタドライブ支持治具１４０・１４０によってベアリング７１・７１を介してカウンタドライブ６２を支持させる。このとき、実際にケース７０にベアリング７１・７１を介してカウンタドライブ６２を支持させる場合と同様のガタ系を実現するように寸法調整機構１４５によってベアリング７１に対するカウンタドライブ支持治具１４０ガタ量を調整する。

ステップＳ１４０において、コントローラ１５０は、駆動モータ１１０によってカウンタドライブギア５４に歯合するカウンタドリブンギア５５を駆動し、負荷モータ１２０によってサンギア５１を駆動し、リングギア５３とサンギア５１とを同期させる。つまり、実機同様に、リングギア５３とサンギア５１とが同期するように遊星ギア機構５０を駆動させる。

ステップＳ１５０において、コントローラ１５０は、駆動モータ１１０と負荷モータ１２０とを、リングギア５３とサンギア５１とが同期するように駆動した状態で、歪ゲージ１５１ｘから検出される歪量εｘと、歪ゲージ１５１ｙから検出される歪量εｙと、「歪量と荷重との相関」である（数２）とから、荷重Ｆｘ及び荷重Ｆｙを算出し、これらを合成して爪部６１Ａに作用する荷重Ｆを算出する。

動特性測定装置１００及び動特性測定工程Ｓ１００の効果について説明する。
動特性測定装置１００及び動特性測定工程Ｓ１００によれば、遊星ギア機構５０の噛み合い点の動特性を正確に測定できる

すなわち、実機同様に、カウンタドリブンギア５５によってカウンタドライブギア５４を駆動して、実際の噛み合い反力を実現している。そして、キャリア支持治具１３０によってキャリア６１を支持し、カウンタドライブ支持治具１４０・１４０によってベアリング７１・７１を介してカウンタドライブ６２を支持し、実際のケース７０のガタ系を再現している。このようにして、実機同様の系を再現して、遊星ギア機構５０の噛み合い点の動特性を正確に測定できる。

そして、予め、キャリア６１の爪部６１Ａに作用する荷重と、爪部６１Ａの歪量と、の相関である「歪と荷重との相関」を算出し、実機同様の系を再現して、爪部６１Ａの歪量と、「歪量と荷重との相関」と、に基づいて爪部６１Ａに作用する荷重を算出することができる。

さらに、遊星ギア機構５０のノイズの主原因である遊星ギア機構５０の噛み合い点の動特性を正確に測定することによって、遊星ギア機構５０のノイズの一要因を定量的に把握することができる。

５０ 遊星ギア機構
５１ サンギア
５２ 遊星ギア
５３ リングギア
５４ カウンタドライブギア
５５ カウンタドリブンギア
６０ キャリア
６１ カウンタドライブ
７０ ケース
７１ ベアリング
１００ 動特性測定装置
１１０ 駆動モータ
１２０ 負荷モータ
１３０ キャリア支持治具
１３５ 寸法調整機構
１４０ カウンタドライブ支持治具
１４５ 寸法調整機構
１５０ コントローラ
１５１ｘ 歪ゲージ
１５１ｙ 歪ゲージ
Ｓ１００ 動特性測定工程

Claims (2)

1. サンギアと、遊星ギアと、リングギアと、該遊星ギアを軸支するキャリアと、該リングギアを内周側に形成し外周側にはカウンタドライブギアが形成されるカウンタドライブと、を備え、該カウンタドライブがベアリングを介してケースに支持され、該キャリアに形成される爪部が該ケースに嵌合されることによって該キャリアが該ケースに支持される遊星ギア機構において、前記キャリアの前記爪部に作用する荷重を算出する測定装置であって、
   前記キャリアを、前記ケースに代わり支持する治具と、
   前記カウンタドライブギアに歯合するカウンタドリブンギアと、
   前記カウンタドリブンギアを駆動する駆動モータと、
   前記サンギアに軸支される負荷モータと、
   前記爪部に貼設される第一歪ゲージと、
   前記第一歪ゲージに直交して前記爪部に貼設される第二歪ゲージと、
   前記キャリアの爪部に作用する荷重を算出する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記キャリアの爪部に作用する荷重と前記第一歪ゲージの歪量と前記第二歪ゲージの歪量との相関を算出し、
   前記駆動モータと前記負荷モータとを、前記リングギアとサンギアとが同期するように駆動し、
   前記第一歪ゲージの歪量と前記第二歪ゲージの歪量と前記相関とに基づいて前記キャリアの爪部に作用する荷重を算出する、
   測定装置。
2. サンギアと、遊星ギアと、リングギアと、該遊星ギアを軸支するキャリアと、該リングギアを内周側に形成し外周側にはカウンタドライブギアが形成されるカウンタドライブと、を備え、該カウンタドライブがベアリングを介してケースに支持され、該キャリアに形成される爪部が該ケースに嵌合されることによって該キャリアが該ケースに支持される遊星ギア機構において、前記キャリアの前記爪部に作用する荷重を算出する測定方法であって、
   前記ケースに代わり、治具によって前記キャリアを支持し、
   前記キャリアの爪部に作用する荷重と前記爪部に貼設される第一歪ゲージの歪量と該第一歪ゲージに直交して前記爪部に貼設される第二歪ゲージの歪量との相関を算出し、
   駆動モータによって前記カウンタドライブギアに歯合するカウンタドリブンギアを駆動し、負荷モータによって前記サンギアを駆動して、前記カウンタドライブと前記サンギアとを同期させ、
   前記第一歪ゲージの歪量と前記第二歪ゲージの歪量と前記相関とに基づいて前記キャリアの爪部に作用する荷重を算出する、
   測定方法。

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