JP6070950B2

JP6070950B2 - ギヤ伝達効率測定装置及びギヤ伝達効率測定方法

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Publication number: JP6070950B2
Application number: JP2013235023A
Authority: JP
Inventors: 勝之北条
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2033-11-13
Also published as: JP2015094698A

Description

本発明は、ギヤ伝達効率測定装置及びギヤ伝達効率測定方法に関する。

従来、自動車用の変速機に用いられる一対のギヤの噛合い特性を評価するために、ギヤの噛合い伝達効率の測定が行われている。例えば、特許文献１には、噛合い伝達効率を測定するギヤ伝導効率測定装置が開示されている。このギヤ伝導効率測定装置では、実働モードにおける測定対象となるギヤセットの実働伝達効率と、入力軸受部及び出力軸受部に実働モードと同等の荷重を擬似的に付与した軸直結モードにおける軸直結伝達効率とを求め、求めた伝達効率に基いて、噛合い伝達効率を測定している。

特開２０１１−２０３１４５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたギヤ伝導効率測定装置では次のような問題がある。入力軸受部及び出力軸受部に発生する分力を検出する分力検出手段は、一般的にひずみゲージが用いられるが、分力検出手段を設けることによりギヤを支持する部分の剛性が低下する。これのため、噛合い反力によってギヤの姿勢が変化し、正確な伝達効率を測定することが困難になる。また、軸直結モードへの切り替え作業が必要となり手間がかかり、更に、装置を大幅に組み替えることにより歯車の噛合い状態の再現性が低下する。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ギヤの噛合い伝達効率を正確に測定することができるギヤ伝達効率測定装置及びギヤ伝達効率測定方法を提供することが目的である。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明のギヤ伝達効率測定装置は、噛合わされたギヤ対の一方に連結される入力軸と、他方に連結される出力軸とを有し、前記入力軸及び前記出力軸のトルク及び回転数に基づいて前記ギヤ対の伝達効率を演算するギヤ対伝達効率測定機と、
前記入力軸及び前記出力軸が回転可能に連結され、前記入力軸と前記出力軸との間にラジアル方向及びスラスト方向の力を付与するギヤ反力模擬装置とを備え、
前記ギヤ対伝達効率測定機の前記入力軸及び前記出力軸に前記ギヤ対を連結して測定した測定結果と、前記入力軸及び前記出力軸に前記ギヤ反力模擬装置を連結して前記入力軸と前記出力軸との間に前記ギヤ対のギヤ反力に相当するラジアル方向及びスラスト方向の力を付与して測定した測定結果との関係に基づいて前記ギヤ対のギヤ伝達効率を演算することを特徴とする。
また、請求項２に係る発明のギヤ伝達効率測定方法は、噛合わされたギヤ対の一方に連結される入力軸と、他方に連結される出力軸とを有し、前記入力軸及び前記出力軸のトルク及び回転数に基づいて前記ギヤ対の伝達効率を演算するギヤ対伝達効率測定機と、
前記入力軸及び前記出力軸が回転可能に連結され、前記入力軸と前記出力軸との間にラジアル方向及びスラスト方向の力を付与するギヤ反力模擬装置とを設け、
前記ギヤ対伝達効率測定機の前記入力軸及び前記出力軸に前記ギヤ対を連結して測定した測定結果と、前記入力軸及び前記出力軸に前記ギヤ反力模擬装置を連結して前記入力軸と前記出力軸との間に前記ギヤ対のギヤ反力に相当するラジアル方向及びスラスト方向の力を付与して測定した測定結果との関係に基づいて前記ギヤ対のギヤ伝達効率を演算することを特徴とする。

本発明によれば、ギヤの噛合い伝達効率を正確に測定することができる。

本発明の一実施形態に係る評価対象のギヤ対をギヤ対伝達効率測定機に取付けた状態のギヤ伝達効率測定装置の概略平面図である。本発明の一実施形態に係るギヤ反力模擬装置をギヤ対伝達効率測定機に取付けた状態のギヤ伝達効率測定装置の概略平面図である。図２に示すギヤ反力模擬装置の概略拡大図である。本発明の一実施形態に係るギヤの噛合い伝達効率の測定方法のフローチャートである。反力及び温度に対する軸受部の軸受損失を示すグラフ図である。他のギヤ反力模擬装置の概略拡大図である。他のギヤ反力模擬装置の概略拡大図である。交差角機構を設けたギヤ伝達効率測定装置の概略斜視図である。プラネタリギヤに適したギヤ伝達効率測定装置の概略平面図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜３に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係るギヤ伝達効率測定装置は、評価対象である駆動ギヤ及び従動ギヤ測定時（実働モード）の伝達効率と、実働モードの噛合い状態を模擬した模擬時（模擬モード）の損失とを測定するものである。図１は、ギヤ対である評価対象の駆動ギヤ３と従動ギヤ４をギヤ対伝達効率測定機２に取付けたときのギヤ伝達効率測定装置１を示し、図２は、評価対象の駆動ギヤ３と従動ギヤ４との噛合いを模擬したギヤ反力模擬装置５をギヤ対伝達効率測定機２に取付けたときのギヤ伝達効率測定装置１を示している。
まず、本実施形態に係る評価対象の駆動ギヤ３と従動ギヤ４をギヤ対伝達効率測定機２に取付けたとき（実働モード）のギヤ伝達効率測定装置１について、図１を参照して説明する。

ギヤ対伝達効率測定機２は、駆動側の入力部１０と、従動側の出力部１１とで構成されている。入力部１０は、駆動ギヤ３が着脱可能な入力軸１２と、入力軸１２を回転可能に支持する軸受部材１３，１３と、トルク及び回転数を検出する検出部１４と、駆動源である入力モータ１５と、駆動プーリ１６と、従動プーリ１７と、駆動プーリ１６と従動プーリ１７とに着脱可能に巻装されたベルト１８と、ベース部１９とを備えている。

入力軸１２は、一側（図１の右側）から、駆動ギヤ３，軸受部材１３、検出部１４、軸受部材１３及び従動プーリ１７の順に連結される。駆動ギヤ３は、着脱可能に入力軸１２の一側に連結され、従動プーリ１７は、着脱可能に入力軸１２の他側に連結される。軸受部材１３，１３は、入力軸１２を回転可能に支持するものである。検出部１４は、入力軸１０のトルク及び回転数を検出するものであり、軸受部材１３，１３の間に配置され、入力軸１２に連結されている。入力モータ１５は、駆動軸２０を有し、この駆動軸２０には、駆動プーリ１６が着脱可能に連結されている。ベルト１８は、入力モータ１５により駆動プーリ１６の回転を従動プーリ１７に伝達するものである。ベース部１９は、軸受部材１３，１３、検出部１４及び入力モータ１５を支持する。

出力部１１は、従動ギヤ４が着脱可能な出力軸２２と、出力軸２２を回転可能に支持する軸受部材２３，２３と、トルク及び回転数を検出する検出部２４と、出力モータ２５と、駆動プーリ２６と、従動プーリ２７と、駆動プーリ２６と従動プーリ２７とに着脱可能に巻装されたベルト２８と、ベース部２９とを備えている。

出力軸２２は、一側（図１の左側）から、従動ギヤ４，軸受部材２３、検出器２４、軸受部材２３及び従動プーリ２７の順に連結される。従動ギヤ４は、着脱可能に入力軸２２の一側に連結され、従動プーリ２７は、着脱可能に入力軸２２の他側に連結される。軸受部材２３，２３は、出力軸２２を回転可能に支持するものである。検出部２４は、出力軸２２のトルク及び回転数を検出するものであり、軸受部材２３，２３の間に配置され、出力軸２２に連結されている。出力モータ２５は、出力軸２２に加わる負荷を模擬するものであり、駆動軸３０を有している。この駆動軸３０には、駆動プーリ２６が着脱可能に連結されている。ベース部２９は、軸受部材２３，２３、検出部２４及び出力モータ２５を支持する。

なお、図１の例では、駆動ギア３及び従動ギア４の片側に軸受部材１３，２３が設けているが、駆動ギア３及び従動ギア４の両側に軸受部材を設けるようにしてもよい。また、検出部１４，２４によってトルク及び回転数を検出しているが、トルクを検出するトルク検出部及び回転数を検出する回転数検出部を設け、別々で検出してもよい。更に、入力モータ１５は、駆動プーリ１６を介して動力を駆動ギア３に伝達しているが、入力モータ１５の駆動軸２０に駆動ギア３を連結し、直接動力を伝達させてもよい。また、従動ギヤ４を出力モータ２５の駆動軸３０に連結してもよい。

次に、本実施形態に係るギヤ反力模擬装置５をギヤ対伝達効率測定機２に取付けたとき（模擬モード）のギヤ伝達効率測定装置１について、図２及び図３を参照して説明する。図２に示すように、このギヤ伝達効率測定装置１は、駆動ギヤ３及び従動ギヤ４の噛合いを模擬するために、駆動ギヤ３及び従動ギヤ４の代わりに、ギヤ反力模擬装置５を入力軸１２及び出力軸２２に回転可能に取付ける。

図３を参照して、ギヤ反力模擬装置５は、ギヤ反力付与機構であるラジアル力付与機構３２及びスラスト力付与機構３３と、ラジアル力又はスラスト力を検出する第１フォースゲージ３４及び第２フォースゲージ３５と、第１軸受部３６と、第２軸受部３７と、ラジアル力付与機構３２及びスラスト力付与機構３３を支持する支持部３８と、信号取出し部３９とを備えている。

ラジアル力付与機構３２は、手動で入力軸１２と出力軸２２との間にラジアル方向（軸間距離を広げる方向）の負荷を与えるものであり、第１軸受部３６と支持部３８との間に配置されている。また、第１軸受部３６は、ラジアル方向に移動可能に支持部３８に取付けられている。ラジアル力付与機構３２は、予めギヤ諸元及び負荷トルクに基いて決定されたラジアル力を第１軸受３６に付与することができる。

スラスト力付与機構３３は、手動で入力軸１２と出力軸２２との間にスラスト方向（軸方向）の負荷を与えるものであり、第２軸受部３７と支持部３８との間に配置されている。また、第２軸受部３７は、スラスト方向に移動可能に支持部３８に取付けられている。スラスト力付与機構３３は、予めギヤ諸元及び負荷トルクに基いて決定されたスラスト力を第２軸受部３７に付与することができる。

なお、図２及び図３の例では、ラジアル力付与機構３２は、入力側に設けられ、スラスト力付与機構３３は、出力側に設けられているが、ラジアル力付与機構３２を出力側に、スラスト力付与機構３３を入力側に設けてもよい。

第１フォースゲージ３４は、ラジアル力付与機構３２によって付与されたラジアル力を検出するものである。第１フォースゲージ３４によって検出されたラジアル力は、信号取出し部３９を介して制御部（図示せず）に出力される。第２フォースゲージ３５は、スラスト力付与機構３３によって付与されたスラスト力を検出するものである。第２フォースゲージ３５によって検出されたスラスト力は、信号取出し部３９を介して制御部に出力される。

第１軸受部３６は、軸受部材４１と、軸受温度センサ４２と、保持部４３とを備えている。軸受部材４１は、入力軸１２に連結されて、入力軸１２を保持部４３に対して回転可能に支持する。軸受温度センサ４２は、第１軸受部３６の温度を検出するものであり、検出された温度は、制御部に出力される。保持部４３は、軸受部材４１を保持し、軸受温度センサ４２が取付けられている。

第２軸受部３７は、軸受部材４５と、軸受温度センサ４６と、保持部４７とを備えている。軸受部材４５は、出力軸２２に連結されて、出力軸２２を保持部４３に対して回転可能に支持する。軸受温度センサ４６は、第２軸受部３７の温度を検出するものであり、検出された温度は、制御部に出力される。保持部４７は、軸受部材４５を保持し、軸受温度センサ４６が取付けられている。

支持部３８は、第１軸受部３６をラジアル方向に移動可能に支持し、第２軸受部３７をスラスト方向に移動可能にする。そして、軸受部材４１に連結された入力軸１２と軸受部材４５に連結された出力軸２２との間にラジアル力付与機構３２によってラジアル方向の力を付与し、スラスト力付与機構３３によってスラスト方向の力を付与することができる。支持部３８には、信号取出し部３９が設けられている。信号取出し部３９は、第１フォースゲージ３４によって検出されたラジアル力と、第２フォースゲージ３５によって検出されたスラスト力とを制御部に出力するものである。

以上のように構成したギヤ伝達効率測定装置１によるギヤの噛合い伝達効率測定について図４のフローチャートを参照して次に説明する。
図４を参照して、ステップＳ１で、ギヤ諸元と負荷トルクとに基いて、ラジアル力及びスラスト力を算出する。そして、ステップＳ２で、実働モード、すなわち、評価の対象となる駆動ギヤ３と従動ギヤ４の伝達効率測定時と同様の状態になるように、ギヤ伝達効率測定装置１を暖機運転する。そして、ステップＳ３で、ギヤ対伝達効率測定機２の入力軸１２及び出力軸２２にギヤ反力模擬装置５を組付ける。なお、ステップ２でギヤ伝達効率測定装置１を暖機運転しているが、温度調節装置を設けることで、暖機運転する必要がなくなる。

ステップＳ４で、ステップ２で算出したギヤ反力、すなわち、所定のラジアル力及びスラスト力をラジアル力付与機構３２及びスラスト力付与機構３３によって発生させる。これにより、第１軸受部３６に連結された入力軸１２と第２軸受部３７に連結された出力軸２２との間に、ラジアル力及びスラスト力が付与される。これのため、実働モードと同等のギヤ反力を再現することができ、実働モードの噛合い状態を模擬することができる（模擬モード）。

ステップＳ５で、入力モータ１５及び出力モータ２５を始動し、適当なトルクを伝達させ、入力軸１２のトルク及び回転数を入力部１０の検出部１４で検出し、出力軸２２のトルク及び回転数を出力部１１の検出部２４で検出し、この検出したトルク及び回転数に基いて、模擬モードにおけるギヤ反力模擬装置５と検出部１４との間の軸受部材１３に生じる軸受損失と、第１軸受部３６に生じる軸受損失との合計軸受損失、及び、ギヤ反力模擬装置５と検出部２４との間の軸受部材２３に生じる軸受損失と、第２軸受部３７に生じる軸受損失との合計軸受損失を算出する。

ここで、検出されたトルク及び回転数に基いて、ギヤ反力模擬装置５と検出部１４との間の軸受部材１３に生じる軸受損失と、第１軸受部３６に生じる軸受損失との合計軸受損失、及び、ギヤ反力模擬装置５と検出部２４との間の軸受部材２３に生じる軸受損失と、第２軸受部３７に生じる軸受損失との合計軸受損失を算出したが、それぞれの合計軸受損失からギヤ反力模擬装置５と検出部１４との間の軸受部材１３の軸受損失、及び、ギヤ反力模擬装置５と検出部２４との間の軸受部材２３の軸受損失のみを求めるために、予め第１軸受部３６及び第２軸受部３７の軸受損失を測定しておく。この第１軸受部３６及び第２軸受部３７の軸受損失は、ギヤ反力、すなわち、ラジアル力及びスラスト力、軸受温度条件及び回転数に基いて測定される。軸受温度は、軸受温度センサ４２，４６によって検出される。これにより、ギヤ反力模擬装置５と検出部１４との間の軸受部材１３に生じる軸受損失及び第１軸受部３６に生じる軸受損失の合計軸受損失と、予め測定した第１軸受部３６の軸受損失とに基づいて、ギヤ反力模擬装置５と検出部１４との間の軸受部材１３の軸受損失を算出することができる。また、ギヤ反力模擬装置５と検出部２４との間の軸受部材２３に生じる軸受損失及び第２軸受部３７に生じる軸受損失の合計軸受損失と、予め測定した第２軸受部３７の軸受損失とに基づいて、ギヤ反力模擬装置５と検出部２４との間の軸受部材２３の軸受損失を算出することができる。

ここで、一例として、ある回転数で測定した軸受損失のグラフが図４に示されている。図４を参照すると、温度が上昇することで損失が小さくなり、反力が大きくなることで損失が大きくなる。なお、第１軸受部３６の軸受損失と第２軸受部３７の軸受損失とは、略同じ傾向を示す。

ステップＳ６で、ギヤ反力模擬装置５を入力軸１２及び出力軸１３から取外し、評価対象となる駆動ギヤ３及び従動ギヤ４をギヤ対伝達効率測定機２の入力軸１２及び出力軸１３に取付ける。

ステップＳ７で、入力モータ１５及び出力モータ１６を始動し、適当なトルクを伝達させ、実働モードの全体の伝達効率を測定する。このとき、入力軸１２のトルク及び回転数を入力部１０の検出部１４で検出し、出力軸２２のトルク及び回転数を出力部１１の検出部２４で検出する。そして、検出されたトルク及び回転数に基いて、全体の伝達効率を算出する。すなわち、実働モードの全体の伝達効率は、出力軸仕事、すなわち、出力軸２２のトルクと回転数とを乗じた値を、入力軸仕事、すなわち、入力軸１２のトルクと回転数とを乗じた値で除することで算出される。

ステップＳ８で、実働モードで測定された入力軸仕事及び出力軸仕事と、模擬モードで測定されたギヤ反力模擬装置５と検出部１４との間の軸受部材１３の軸受損失、及び、ギヤ反力模擬装置５と検出部２４との間の軸受部材２３の軸受損失とに基いて、ギヤの噛合い伝達損失を算出する。具体的には、正味入力、すなわち、実働モードの入力軸仕事から模擬モードで求めたギヤ反力模擬装置５と検出部１４との間の軸受部材１３に生じる軸受損失を減じた値と、正味出力、すなわち、実働モードの出力軸仕事に模擬モードで求めたギヤ反力模擬装置５と検出部２４との間の軸受部材２３に生じる軸受損失を加えた値との差がギヤの噛合い伝達損失となる。また、正味入力と正味出力との比がギヤの噛合い伝達効率となる。これにより、正確にギヤの噛合い伝達損失を求めることができる。

なお、上記実施形態では、実働モードと同等のギヤ反力を模擬するラジアル力付与機構３２及びスラスト力付与機構３３を設け、ラジアル力付与機構３２及びスラスト力付与機構３３に第１及び第２フォースゲージ３４，３５を設けているが、図６に示すように、評価対象となるギヤ対の諸元に応じてラジアル力付与機構３２及びスラスト力付与機構３３を組合せた１つの機構４９を用いてもよく、この場合、フォースゲージ５０を１つだけ設ければよい。これにより、ラジアル力付与機構３２及びスラスト力付与機構３３を簡略化することができる。

更に、上記実施形態では、手動でラジアル力及びスラスト力を付与するラジアル力付与機構３２及びスラスト力付与機構３３に代わりに、図７に示すように、油圧又は空圧、電力、モータ等のプッシャー５１，５２を用いて、ラジアル力及びスラスト力を付与することもできる。これにより、より簡便にラジアル力及びスラスト力を付与することができる。

また、図８に示すように、上記実施形態のギヤ対伝達効率測定機２に交差角付与機構を設けて、入力部１０と出力部１１との交差角度を調整可能としてもよい。これにより、ギヤ対伝達効率測定機２の入力部１０及び出力部１１を回動可能として、駆動ギヤ３及び従動ギヤ４の取付け部分の剛性等を考慮して、駆動ギヤ３及び従動ギヤ４の姿勢を適宜調整することができ、ギヤの実際の使用状態に近い状態を模擬することがことができる。

また、図９に示すように、上記実施形態のギヤ対伝達効率測定機２に面盤等の取付部５５を設けることで、プラネタリギヤ５４に対応することができる。この場合、サンギヤ（図示せず）を入力軸１２に取付けたとき、キャリア（図示せず）を取付部５５で保持し、あるいは、キャリアを入力軸１２に取付けたとき、サンギヤを取付部５５で保持する。これにより、プラネタリギヤ５４の噛合い伝達効率を測定することができる。

１…ギヤ伝達効率測定装置、２…ギヤ対伝達効率測定機、３…駆動ギヤ（ギヤ対）、４…従動ギヤ（ギヤ対）、５…ギヤ反力模擬装置、１２…入力軸、１４…検出部、２２…出力軸

Claims

噛合わされたギヤ対の一方に連結される入力軸と、他方に連結される出力軸とを有し、前記入力軸及び前記出力軸のトルク及び回転数に基づいて前記ギヤ対の伝達効率を演算するギヤ対伝達効率測定機と、
前記入力軸及び前記出力軸が回転可能に連結され、前記入力軸と前記出力軸との間にラジアル方向及びスラスト方向の力を付与するギヤ反力模擬装置とを備え、
前記ギヤ対伝達効率測定機の前記入力軸及び前記出力軸に前記ギヤ対を連結して測定した測定結果と、前記入力軸及び前記出力軸に前記ギヤ反力模擬装置を連結して前記入力軸と前記出力軸との間に前記ギヤ対のギヤ反力に相当するラジアル方向及びスラスト方向の力を付与して測定した測定結果との関係に基づいて前記ギヤ対のギヤ伝達効率を演算することを特徴とするギヤ伝達効率測定装置。
噛合わされたギヤ対の一方に連結される入力軸と、他方に連結される出力軸とを有し、前記入力軸及び前記出力軸のトルク及び回転数に基づいて前記ギヤ対の伝達効率を演算するギヤ対伝達効率測定機と、
前記入力軸及び前記出力軸が回転可能に連結され、前記入力軸と前記出力軸との間にラジアル方向及びスラスト方向の力を付与するギヤ反力模擬装置とを設け、
前記ギヤ対伝達効率測定機の前記入力軸及び前記出力軸に前記ギヤ対を連結して測定した測定結果と、前記入力軸及び前記出力軸に前記ギヤ反力模擬装置を連結して前記入力軸と前記出力軸との間に前記ギヤ対のギヤ反力に相当するラジアル方向及びスラスト方向の力を付与して測定した測定結果との関係に基づいて前記ギヤ対のギヤ伝達効率を演算することを特徴とするギヤ伝達効率測定方法。