JP6205600B2 - Involute spur gear with a curved tooth profile - Google Patents

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Description

本発明は、摩耗に強くかつ騒音の少ない平歯車に関するものである。   The present invention relates to a spur gear that is resistant to wear and has low noise.

平歯車は機械要素として広く用いられている。
これまで平歯車においては,非特許文献1や特許文献1等にあるように、「荷重による歯形変形と衝撃により騒音が発生し、その低減方法として逃げとしての歯形修正がなされている」と説明されてきた。ここで、歯形修正は歯をカットする直線状の修正である。しかしながら、歯車が剛体の場合や軽荷重の場合のように変形を伴わない場合についての騒音の発生メカニズムや歯形修正との関係については不明である。発明者は歯車が剛体で変形の影響が無い場合について解析した。まず前後の歯形の接触点の移行を解析する解析ソフトを開発し、シミュレーションを実施した。その結果、上記とは別な騒音の要因系を発見した。また、従来の直線歯形修正はこの原因系による騒音に対しても騒音低減に有効であるが、不十分であることが判明した。さらに、特別な曲線による歯形修正が騒音低減に有効であることを見いだした。すなわち「前後の歯形のピッチ誤差の吸収時の角あたりにより騒音が発生し、その低減方法として曲線歯形修正が有効である」との結論を得た。
Spur gears are widely used as mechanical elements.
Until now, in spur gears, as described in Non-Patent Document 1, Patent Document 1 and the like, “Tooth profile deformation and impact due to load have generated noise, and tooth profile correction as relief has been made as a reduction method” It has been. Here, the tooth profile correction is a linear correction that cuts teeth. However, the relationship between the noise generation mechanism and the tooth profile correction when the gear is a rigid body or when there is no deformation such as a light load is unclear. The inventor analyzed the case where the gear is a rigid body and is not affected by deformation. First, analysis software was developed to analyze the transition of contact points between the front and rear tooth profiles, and a simulation was performed. As a result, we found a different noise factor system. Further, it has been found that the conventional straight tooth profile correction is effective in reducing noise due to this cause system, but is insufficient. Furthermore, we found that tooth profile correction with a special curve is effective for noise reduction. That is, it was concluded that “noise is generated due to the corner angle when absorbing the pitch error of the front and rear tooth profiles, and that the curved tooth profile correction is effective as a method for reducing the noise”.

特開平5−340463号公報JP-A-5-340463

成瀬長太郎著 「歯車の基礎と設計」養賢堂発行 1992年Chotaro Naruse “Gear basics and design” published by Yokendo 1992

筆者の解析によれば、平歯車においてピッチ誤差がある場合、歯形から歯形への接触点の移行がスムースにおこなわれず、摩耗や騒音等に対して悪影響を与えることがわかった。ここでは、この移行メカニズムをシミュレーションにより明らかにし、何が課題かについてその詳細を明らかにする。まず、移動メカニズムを解明するために開発した解析ソフトについて述べる。次に、移動メカニズムを明らかにし、摩耗や騒音等に対して悪影響を与える原因を明らかにする。具体的には、歯形と接触点の軌跡を明らかにし、各接触点での角速度比、すべり率、相対曲率等を求め特性を明らかにする。歯形誤差が無い場合は、インボリュート歯形のかみあい理論に基づき簡明に説明できる。接触点は、直線上で等角速度比を保ちながらリニア移動し、歯形から歯形への接触点の移行もスムースである。歯形誤差がある場合は、接触点は曲線上をノンリニアで移行、歯形から歯形への接触点の移行はスムースにおこなわれない。そして、歯形から歯形への接触点の移行する瞬間を除き、隣り合う歯形が同時に接触することはなく実質かみあい率1の状態となる。また、接触点軌跡領域は偏位し、歯先の角あたりが発生する。ここで重要なのは、角あたりを通してピッチ誤差の吸収がなされ、衝撃無く歯形から歯形への接触点の移行がおこなわれることである。しかしながら、角あたりはすべり率無限や相対曲率無限状態を示し摩耗、騒音を発生させる。次に、直線歯形修正がある場合の移動メカニズムを明らかにし、摩耗や騒音等が低減されるが、不充分であることを示す。   According to the author's analysis, it was found that when there is a pitch error in the spur gear, the transition of the contact point from the tooth profile to the tooth profile is not performed smoothly, which has an adverse effect on wear and noise. Here, this transition mechanism is clarified by simulation, and the details of what is a problem are clarified. First, analysis software developed to elucidate the movement mechanism is described. Next, the movement mechanism is clarified, and the cause of adverse effects on wear and noise is clarified. Specifically, the locus of the tooth profile and the contact point is clarified, and the angular velocity ratio, slip rate, relative curvature, etc. at each contact point are obtained and the characteristics are clarified. If there is no tooth profile error, it can be explained simply based on the involute tooth profile meshing theory. The contact point moves linearly while maintaining a constant angular velocity ratio on a straight line, and the transition of the contact point from the tooth profile to the tooth profile is also smooth. When there is a tooth profile error, the contact point moves non-linearly on the curve, and the transition of the contact point from the tooth profile to the tooth profile is not performed smoothly. Except for the moment when the contact point from the tooth profile to the tooth profile shifts, adjacent tooth profiles do not contact at the same time, and the actual meshing rate is 1. In addition, the contact point locus region is deviated, and the corner of the tooth tip is generated. What is important here is that the pitch error is absorbed around the corner, and the transition of the contact point from the tooth profile to the tooth profile is performed without impact. However, it shows infinite slip rate and infinite relative curvature around the corner, and generates wear and noise. Next, the movement mechanism when there is a straight tooth profile correction will be clarified, and it will be shown that the wear and noise are reduced but insufficient.

まず、接触点の移行メカニズムを解明するために解析ソフトを開発した。その内容は、隣り合う歯形対に対する歯形と接触点の軌跡、接触点軌跡上の諸量の計算である。ピッチ誤差、歯形修正等が無い場合のインボリュート歯形の接触点は数式より求めることができる。しかしながら、ピッチ誤差、歯形修正等がある場合の接触点を接触点軌跡線の全領域に亘って数式より求めることは容易でなくここでは数値解析を用いた。   First, analysis software was developed to elucidate the transfer mechanism of contact points. The content is the calculation of various amounts on the tooth profile, contact point trajectory, and contact point trajectory for adjacent tooth profile pairs. The contact point of the involute tooth profile when there is no pitch error, tooth profile correction, or the like can be obtained from a mathematical formula. However, it is not easy to obtain contact points when there is a pitch error, tooth profile correction, etc. over the entire region of the contact point locus line, and numerical analysis is used here.

図1は設計基準を示した説明図であり、101は歯車1、102は歯車2、103は歯車1軸、104は歯車2軸、105は設計基準面(XY平面)、106は設計基準点P、107は静止座標系(X、Y、Z)を表す。ここでは、主として設計基準面上で設計基準点を中心にかみあう歯形、接触点軌跡線そしてその線上の諸量を扱う。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing design criteria, where 101 is a gear 1, 102 is a gear 2, 103 is a gear 1 axis, 104 is a gear 2 axis, 105 is a design reference plane (XY plane), and 106 is a design reference point. P and 107 represent a stationary coordinate system (X, Y, Z). Here, the tooth profile, the contact point trajectory line and the various quantities on the line that mainly mesh with the design reference point on the design reference plane are mainly handled.

図2は一対2組(m,n)の隣り合う歯形の構成を示した説明図であり、201は歯形1m、202は歯形2m、203は歯形1n、204は歯形2n、205は歯形m対、206は歯形n対、207はピッチ誤差、208は歯底円1、209は歯先円1、210は歯底円2、211は歯先円2、212は回転、213は元歯形1mを表す。図2に示すように一対2組(m、n)の隣り合う歯形を考え、m組205の歯形1m201にピツチ誤差207を与える。そして歯形2の組(歯形2m202,歯形2n204) を回転212させ歯形1に接触させる。この場合、一般にm、n組(歯形m対205、歯形n対206)のいずれかで歯面が接触する。回転と共に描く歯形と接触点の軌跡を求めれば、接触点の移行メカニズムが解明できる。諸量は評価値で、角速度比、すべり率1、2、相対曲率等である。接触点の移行時、すなわちn組(歯形n対206)の接触が終了してm組(歯形m対205)に移行するとき、衝撃的に移行するかどうかを含めそのメカニズムを直感的につかむことは難しい。後述するが、実際にはn組からm組に移行するとき、角あたりが発生しこれによりピッチ誤差等が吸収されて移行する。従って衝撃的に移行すると言うことではない。しかしながら、角あたりが発生するため、角速度比は移行するときに変化し、すべり率の一方は無限大になり、相対曲率も無限大となる。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the configuration of adjacent tooth forms of two pairs (m, n), where 201 is a tooth form 1m, 202 is a tooth form 2m, 203 is a tooth form 1n, 204 is a tooth form 2n, and 205 is a tooth form m pair. 206 is a pair of tooth profiles, 207 is a pitch error, 208 is a root circle 1, 209 is a tip circle 1, 210 is a root circle 2, 211 is a tip circle 2, 212 is rotated, and 213 is an original tooth profile 1m. Represent. As shown in FIG. 2, a pair of adjacent tooth forms (m, n) are considered, and a pitch error 207 is given to the tooth form 1 m 201 of the m set 205. Then, the set of tooth profiles 2 (tooth profile 2m202, tooth profile 2n204) is rotated 212 and brought into contact with the tooth profile 1. In this case, the tooth surface is generally in contact with any of m and n groups (tooth profile m pair 205, tooth profile n pair 206). If the tooth profile drawn with rotation and the locus of the contact point are obtained, the transition mechanism of the contact point can be clarified. Various quantities are evaluation values, such as an angular velocity ratio, a slip ratio of 1, 2 and a relative curvature. At the time of transition of the contact point, that is, when the contact of the n set (tooth profile n pair 206) is finished and the transition to the m set (tooth profile m pair 205) is made, the mechanism is intuitively grasped including whether or not to make a shocking transition. It ’s difficult. As will be described later, in actuality, when shifting from the n set to the m set, a corner hit occurs, and the pitch error and the like are absorbed thereby to shift. Therefore, it is not to say that the transition is shocking. However, since angular contact occurs, the angular velocity ratio changes when shifting, one of the slip rates becomes infinite, and the relative curvature also becomes infinite.

解析ソフトにおける接触点の解法を示す。歯形1G1および歯形2G2は歯形変数vと回転角φを変数として次の数式で表すことができる。また、歯形法線1n1、歯形法線2n2は次の数式で表すことができる。ここで,G1、G2、n1、n2はベクトルである。
(数1)
G1=G1(v1,φ1)
(数2)
G2=G2(v2,φ2)
(数3)
n1=n1(v1,φ1),
(数4)
n2=n2(v2,φ2)
接触点の条件式は次式で表せる。
(数5)
G1=G2
(数6)
n1=n2
以上の式では4変数に対して最終的にスカラーの3条件式が与えられる。従って、接触点の次式が求まる.接触点は計算上m,n組で求まるが、先に接触した方が実際の接触点となる。ここで,Qはベクトルである。
(数7)
Q=Q(φ1)
この式の解式を求めるのは難しいので、実際の解は数値計算で求める。数値計算では3次の計算が必要であるが、本ソフトでは2次の計算で収束させるアルゴリズムを開発した。これにより、大幅な時間短縮が計られた。
The solution method of the contact point in the analysis software is shown. The tooth profile 1G1 and the tooth profile 2G2 can be expressed by the following formulas using the tooth profile variable v and the rotation angle φ as variables. Further, the tooth profile normal 1n1 and the tooth profile normal 2n2 can be expressed by the following mathematical expressions. Here, G1, G2, n1, and n2 are vectors.
(Equation 1)
G1 = G1 (v1, φ1)
(Equation 2)
G2 = G2 (v2, φ2)
(Equation 3)
n1 = n1 (v1, φ1),
(Equation 4)
n2 = n2 (v2, φ2)
The conditional expression of the contact point can be expressed by the following expression.
(Equation 5)
G1 = G2
(Equation 6)
n1 = n2
In the above equations, scalar three conditional expressions are finally given to four variables. Therefore, the following equation for the contact point is obtained. The contact point can be obtained by calculation with m and n pairs, but the contact point first becomes the actual contact point. Here, Q is a vector.
(Equation 7)
Q = Q (φ1)
Since it is difficult to find the solution of this equation, the actual solution is obtained by numerical calculation. Numerical calculation requires third-order calculations, but this software has developed an algorithm that converges with second-order calculations. As a result, significant time savings were achieved.

角速度比は一般に一定であるが、接触点の移行時等は変化するので解式を求めておく必要がある。次に解析ソフトにおける角速度比の解法を示す。図3は角速度比の一般解法を示す説明図であり、301は歯形法線、302は歯形法線2、303は交点P2、304は接触点Q、305は接触点Q2、306は距離はr1、307は距離 r2、308は半径 rg1、309は半径 rg2、310は角速度 ω1、311は角速度 ω2、312は歯車中心線を表す。角速度比は図3を参照にして次式より求まる。これは接触点の位置と歯面法線N301方向により、最終的には歯面法線Nと歯車中心線O12(312)の交点の位置により決まることを示します。始めこの位置は設計基準点P106で一定であるが、接触点の移行時は接触点の位置と歯面法線方向が変化するため位置がP2(106)に変化し最終的に角速度比が変化する。ここで、片側が角あたりの場合の共通歯面法線は他方の歯面法線に従う。
(数8)
ω=ω1 / ω2=rg2 / rg1=r2 / r1
Although the angular velocity ratio is generally constant, it changes at the time of transition of the contact point, so it is necessary to obtain a solution. Next, the solution of the angular velocity ratio in the analysis software is shown. FIG. 3 is an explanatory view showing a general solution of the angular velocity ratio, 301 is a tooth profile normal, 302 is a tooth profile normal 2, 303 is an intersection point P2, 304 is a contact point Q, 305 is a contact point Q2, and 306 is a distance r1. , 307 is a distance r2, 308 is a radius rg1, 309 is a radius rg2, 310 is an angular velocity ω1, 311 is an angular velocity ω2, and 312 is a gear center line. The angular velocity ratio is obtained from the following equation with reference to FIG. This indicates that it is determined by the position of the contact point and the tooth surface normal N301 direction, and finally by the position of the intersection of the tooth surface normal N and the gear center line O12 (312). Initially, this position is constant at the design reference point P106, but when the contact point moves, the position changes to P2 (106) because the position of the contact point and the tooth surface normal direction change, and the angular velocity ratio finally changes. To do. Here, the common tooth surface normal when one side is around a corner follows the other tooth surface normal.
(Equation 8)
ω = ω1 / ω2 = rg2 / rg1 = r2 / r1

歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図は、回転と共に描く歯形と接触点の軌跡を示したものである。この図より接触点の移行メカニズムが解明できる。図4はシミュレーション用歯面の図であり、401は歯面を表す。表1にシミュレーションに用いる歯車の基本的な諸元を示す。歯形は一般的なインボリュート歯形である。基準面の傾き(ねじれ角)が零になっているが、零でないヘリカルギヤの場合も同様な結論を得る。

Figure 0006205600
The simulation diagram of the tooth profile and the contact point trajectory shows the tooth profile drawn with the rotation and the trajectory of the contact point. From this figure, the transition mechanism of contact points can be clarified. FIG. 4 is a diagram of a simulation tooth surface, and 401 represents the tooth surface. Table 1 shows the basic specifications of the gears used in the simulation. The tooth profile is a general involute tooth profile. Although the inclination (torsion angle) of the reference surface is zero, the same conclusion is obtained for a non-zero helical gear.
Figure 0006205600

図5はピッチ誤差無しの場合の歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図であり、501は歯形1、502は歯形2、503は(順1)、504は(順2)、505は(順3)、506はピッチ、507は接触点軌跡線、508は回転を表す。ここで、(順1)は順番が1であることを表す。誤差無の場合はインボリュート歯形のかみあい理論に基づき簡明に説明できる。一対2組(m、n)の隣り合う歯形を回転させる。接触点はイニシャル時はn組の歯形が接し、回転と共に、図(順1)503〜(順3)505の順に移動する。ピツチ誤差が無い場合の特徴は、m、n組が同時に接触点を持つ区間(順2)504が存在することである。   FIG. 5 is a simulation diagram of the tooth profile and the locus of the contact point when there is no pitch error, 501 is tooth profile 1, 502 is tooth profile 2, 503 is (order 1), 504 is (order 2), and 505 is (order 3). ), 506 represents a pitch, 507 represents a contact point locus line, and 508 represents rotation. Here, (order 1) indicates that the order is 1. When there is no error, it can be explained simply based on the involute tooth meshing theory. Rotate adjacent pair of teeth (m, n). At the initial point, n sets of tooth forms are in contact with each other at the initial stage, and move in the order of the figures (order 1) 503 to (order 3) 505 with rotation. A characteristic when there is no pitch error is that there is a section (order 2) 504 in which m and n pairs simultaneously have contact points.

図6はピッチ誤差有りの場合の歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図である。誤差有の場合、接触点の移行時の歯形と接触点の軌跡は、誤差無の場合に比べ大きく異なる。第1に、接触点の軌跡領域が歯先側に偏る。第2に接触点の軌跡線が途中で折曲がった形状を示す。第3に、ピツチ誤差が無い場合と異なり、移行時の瞬間を除き、m、n組に同時に接触点を持つことはない。すなわち、実質的なかみあい率は1であるとも言える。図7は誤差符号が逆の場合の歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図である。図7に示すように、誤差符号が変化すると、接触点の軌跡領域の偏る方向が逆になる。また、折曲る方向も逆となり、設計基準点を中心に回転対称に似た形状を示す。   FIG. 6 is a simulation diagram of the tooth profile and the locus of the contact point when there is a pitch error. When there is an error, the tooth profile at the time of transition of the contact point and the locus of the contact point are greatly different from those when there is no error. First, the locus region of the contact point is biased toward the tooth tip side. Secondly, the locus line of the contact point is bent halfway. Third, unlike the case where there is no pitch error, m and n sets do not have contact points at the same time except for the moment of transition. That is, it can be said that the substantial contact ratio is 1. FIG. 7 is a simulation diagram of the tooth profile and the locus of the contact point when the error sign is reversed. As shown in FIG. 7, when the error sign changes, the direction in which the locus region of the contact point is biased is reversed. Further, the bending direction is reversed, and a shape resembling rotational symmetry about the design reference point is shown.

図8は角あたりの説明図であり、801は角あたりを表す。ピッチ誤差有りの場合の大きな特徴は、接触点の移行時に角あたり801が発生し、これによりピッチ誤差が吸収されることである。また、図9は2度接触の説明図であり、901は二度接触を表す。図9に示すように、接触点の移行時に相手歯面の接触点では2度接触901する。以下の諸量計算は図6の歯形の場合について計算したものである。図10は角速度比の特性図である。図10に示すように、接触点の移行時の角速度比は変化する。これによりトルク変動が発生する。図11はすべり率の特性図である。図11に示すように、接触点の移行時のすべり率は変化する。すべり率1が無限大、他方が1となる。これは、歯形上の歯先の角が継続して接触するため、歯車1速度方向と接触点軌跡線方向が一致し、すべり率1が無限大となるためである。図12は相対曲率の特性図である。図12に示すように、接触点の移行時の相対曲率は無限大となる。これは、歯形1上の角点の曲率が無限大となるため、相対曲率も無限大となるためである。   FIG. 8 is an explanatory diagram per corner, and 801 represents per corner. A major feature when there is a pitch error is that 801 per corner is generated at the time of transition of the contact point, thereby absorbing the pitch error. Moreover, FIG. 9 is explanatory drawing of 2 times contact, 901 represents 2 times contact. As shown in FIG. 9, the contact point 901 is contacted twice at the contact point of the mating tooth surface when the contact point is shifted. The following various quantities are calculated for the tooth profile shown in FIG. FIG. 10 is a characteristic diagram of the angular velocity ratio. As shown in FIG. 10, the angular velocity ratio at the time of transition of the contact point changes. As a result, torque fluctuation occurs. FIG. 11 is a characteristic diagram of the slip ratio. As shown in FIG. 11, the slip rate at the time of transition of the contact point changes. The slip ratio 1 is infinite and the other is 1. This is because the gear tip 1 speed direction and the contact point locus line direction coincide with each other and the slip rate 1 becomes infinite because the corners of the tooth tips on the tooth profile are in continuous contact. FIG. 12 is a characteristic diagram of relative curvature. As shown in FIG. 12, the relative curvature at the time of transition of the contact point is infinite. This is because the curvature of the corner points on the tooth profile 1 is infinite and the relative curvature is also infinite.

前述のように角あたり領域では、角速度比は変化し、すべり率1は無限大となり、相対曲率は無限大となる。相対曲率が無限大と言うことは接触点での応力が無限大となることを意味する。実際には角部の変形を考慮した歯あたりによる応力で考えるが、それでも大きな値となる。角あたりの相手歯面は逆方向のすべりで2回接触する。これらは歯面に傷、摩耗、削り粉、グリース切れ等を発生させ大きな損傷を与える要因となると共に騒音の大きな要因となることを示す。なお、角あたり接触点のすべり方向により摩耗の程度に差があるように見えるが、すべり方向はピッチ誤差の符号や回転方向により異なる。   As described above, in the area around the corner, the angular velocity ratio changes, the slip rate 1 becomes infinite, and the relative curvature becomes infinite. The fact that the relative curvature is infinite means that the stress at the contact point is infinite. Actually, the stress due to tooth contact considering the deformation of the corner is considered, but it is still a large value. The mating tooth surface per corner comes in contact twice by sliding in the opposite direction. These indicate that the tooth surface is scratched, worn, shavings, degreased, and the like, causing a large damage and a large noise factor. Although it seems that there is a difference in the degree of wear depending on the sliding direction of the contact point per corner, the sliding direction varies depending on the sign of the pitch error and the rotation direction.

次に、直線歯形修正が加えられている場合を考える。直線歯形修正は、騒音等を低減するため加えられる。図13は直線歯形修正の歯形構成を示した説明図であり、1301は修正部、1302はカット領域、1303は歯形修正始点、1304は修正角を表す。修正歯形の修正始点を位置係数で示し、方向を修正角で示す。ここで、
(数9)
修正始点半径 = 歯先円半径−位置係数*歯直角モジュール
Next, consider a case where straight tooth profile correction is applied. Linear tooth profile correction is added to reduce noise and the like. FIG. 13 is an explanatory diagram showing a tooth profile configuration for straight tooth profile correction, in which 1301 indicates a correction unit, 1302 indicates a cut region, 1303 indicates a tooth profile correction start point, and 1304 indicates a correction angle. The correction start point of the correction tooth profile is indicated by a position coefficient, and the direction is indicated by a correction angle. here,
(Equation 9)
Correction start point radius = tip circle radius-position factor * tooth right angle module

図14は直線歯形修正の場合の歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図であり、1401は(順4)を表す。図14に示すように、直線歯形修正の場合も歯形修正がない場合の角あたりのような現象が見られる。歯形修正始点での両曲線の合わせ目でのあたりで、ここではこのあたりを頂角あたりとよぶ。図では、n組の通常の接触(順1)503から頂角あたり(順2)504、直線接触(順3)505の順を経てm組の接触(順4)1401への移行がおこなわれる。以下の諸量計算は図14の歯形の場合について計算したものである。主としてこの頂角あたりによりピッチ誤差は吸収され接触点の移行がおこなわれる。接触線軌跡線は領域が偏り曲がりが生じる。この場合もn組の接触点からn組の接触点に接触点移行する瞬間を除き、m、n組で同時に接触点を持つことは無い。すなわち、実質的なかみあい率は1である。誤差符号が変化すると、接触点の軌跡領域の偏る方向が逆になる。また、折曲る方向も逆となり、設計基準点を中心に回転対称に似た形状を示す。   FIG. 14 is a simulation diagram of the tooth profile and the locus of the contact point in the case of straight tooth profile correction, and 1401 represents (order 4). As shown in FIG. 14, a phenomenon such as a corner is observed even in the case of straight tooth correction, in the case where there is no correction of the tooth profile. At the joint of both curves at the starting point of the tooth profile correction, this area is referred to as the apex angle. In the figure, the transition from n normal contacts (order 1) 503 to m sets of contacts (order 4) 1401 through the order of apex angle (order 2) 504 and linear contact (order 3) 505 is performed. . The following various quantities are calculated for the tooth profile shown in FIG. The pitch error is absorbed mainly around the apex angle, and the contact point is shifted. The contact line trajectory line has a biased region. In this case as well, m and n sets do not have contact points at the same time except for the moment when the contact points are transferred from n set contact points to n set contact points. That is, the substantial meshing rate is 1. When the error sign changes, the direction in which the locus region of the contact point is biased is reversed. Further, the bending direction is reversed, and a shape resembling rotational symmetry about the design reference point is shown.

図15は頂角あたり、直線接触、角あたの順を経て接触点の移行がおこなわれる場合のシミュレーション図であり、1501は(順5)を表す。頂角あたりによりピッチ誤差の吸収が足りない場合は、通常の接触から頂角あたり、直線接触、角あたの順を経て接触点の移行がおこなわれる。ここで、直線接触の区間は小さい。図15は、修正角が小さい場合で、この現象が認められる。ここでは、通常の接触(順1)503から頂角あたり(順2)504、直線接触(順3)505、角あたり(順4)1401の順を経て接触点の移行がおこなわれる。   FIG. 15 is a simulation diagram in the case where the contact point is transferred in the order of linear contact and corner contact per apex angle, and 1501 represents (order 5). When the pitch error is not sufficiently absorbed around the apex angle, the contact point is transferred from the normal contact to the apex angle through the linear contact and the angular contact. Here, the straight contact section is small. FIG. 15 shows the phenomenon when the correction angle is small. Here, the transition of the contact point is performed from normal contact (order 1) 503 to apex angle (order 2) 504, linear contact (order 3) 505, and per corner (order 4) 1401.

図16は頂角あたりの説明図であり、1601は頂角あたりを表す。直線歯形修正の場合の大きな特徴は、図16に示すように接触点の移行時に頂角あたり1601や角あたり等が発生し、これによりピッチ誤差が吸収されることである。また、接触点の移行時に相手歯面の接触点では2度接触する。図17は角速度比の特性図である。図17に示すように、接触点の移行時の角速度比は変化する。これによりトルク変動が発生する。図18はすべり率の特性図である。図18に示すように、接触点の移行時のすべり率は大きく変化する。すべり率1が無限大、すべり率2が1となる。これは、歯形上の角点が継続して接触するため、歯車速度1方向と接触点軌跡線方向が一致し、すべり率1が無限大となるためである。図19は相対曲率の特性図である。図19に示すように、接触点の移行時の相対曲率は無限大となる。これは、歯形上の角点の曲率が無限大となるため、相対曲率も無限大となるためである。   FIG. 16 is an explanatory diagram per apex angle, and 1601 represents per apex angle. A major feature in the case of straight tooth profile correction is that, as shown in FIG. 16, 1601 per apex angle, per corner or the like occurs at the time of transition of the contact point, and thereby the pitch error is absorbed. Further, when the contact point is shifted, the contact point of the mating tooth surface contacts twice. FIG. 17 is a characteristic diagram of the angular velocity ratio. As shown in FIG. 17, the angular velocity ratio at the time of transition of the contact point changes. As a result, torque fluctuation occurs. FIG. 18 is a characteristic diagram of the slip ratio. As shown in FIG. 18, the slip ratio at the time of transition of the contact point changes greatly. Slip rate 1 is infinite and slip rate 2 is 1. This is because the corner points on the tooth profile are in continuous contact, so that the gear speed 1 direction matches the contact point locus line direction, and the slip ratio 1 becomes infinite. FIG. 19 is a characteristic diagram of relative curvature. As shown in FIG. 19, the relative curvature at the time of transition of the contact point is infinite. This is because the curvature of the corner points on the tooth profile is infinite and the relative curvature is also infinite.

前述のように頂角あたりや角あたり領域では、角速度比は変化し、すべり率1は無限大となり、相対曲率は無限大となる。相対曲率が無限大と言うことは接触点での応力が無限大となることを意味する。実際には角部の変形を考慮した歯あたりによる応力で考えるが、それでも大きな値となる。頂角あたりや角あたりの相手歯面は逆方向のすべりで2回接触する。これらは歯面に傷、摩耗、削り粉、グリース切れ等を発生させ大きな損傷を与える要因となると共に騒音の大きな要因となることを示す。   As described above, the angular velocity ratio varies around the apex angle or the area around the corner, the slip rate 1 becomes infinite, and the relative curvature becomes infinite. The fact that the relative curvature is infinite means that the stress at the contact point is infinite. Actually, the stress due to tooth contact considering the deformation of the corner is considered, but it is still a large value. The apex angle and the mating tooth surface around the corner come in contact twice by sliding in the opposite direction. These indicate that the tooth surface is scratched, worn, shavings, degreased, and the like, causing a large damage and a large noise factor.

以上のように、歯形修正無の場合は角あたりに起因する騒音や摩耗が発生する。歯先側に直線状に歯形修正されたインボリュート歯形の場合も、歯形修正無の場合に比べれば低騒音化や耐摩耗性に一定の効果があるが、類似の頂角や角あたりが発生し、低騒音化や耐摩耗性に対して不充分となる。   As described above, when the tooth profile is not corrected, noise and wear caused by the corners occur. An involute tooth profile that has been linearly corrected on the tooth tip side also has a certain effect on noise reduction and wear resistance compared to the case without tooth profile correction, but similar apex angles and corner hits occur. Insufficient for noise reduction and wear resistance.

この頂角や角あたりを回避し、騒音や摩耗性を良化させるのが、本発明が解決しようとする課題である。   It is a problem to be solved by the present invention to avoid the apex angle and the corner angle and improve noise and wear.

図20は特定の曲線による歯形修正の歯形構成を示した説明図であり、2001はインボリュート、2002は円弧、2003は基礎円、2004は接点 Qb、2005は曲率中心、2006は円弧半径、2007は歯の中心を通る円を表す。図23は接触点の軌跡のシミュレーション図である。   FIG. 20 is an explanatory diagram showing a tooth profile configuration for tooth profile correction by a specific curve, 2001 is an involute, 2002 is an arc, 2003 is a base circle, 2004 is a contact point Qb, 2005 is a center of curvature, 2006 is an arc radius, 2007 is Represents a circle passing through the center of the tooth. FIG. 23 is a simulation diagram of the locus of contact points.

課題を解決するための手段は、歯形を歯先側が特定の曲線状に歯形修正されたインボリュート歯形とすることである。図20に示すように、インボリュート歯形上の修正歯形の始点をQic1303とし、始点での歯形法線をNic301そして法線301と基礎円2003の交点をQb2004とするとき、修正曲線の始点Qic1303における曲率の曲率中心Oc2005を歯形法線Nic上であり、かつ曲率中心Ocを始点Qicと交点Qbの間に定める。修正歯形は歯先に向かって修正歯形と修正前のインボリュート歯形の距離が離れる曲線とし、修正歯形の始点Qic1303を歯の中心(ラック中心、転位零の場合はピッチ点)を通り歯車1軸を中心とする円2007より歯先側に定める。また、曲線修正歯形の諸元を、図23に示すように、接触している歯形対nの接触(接触順位(順1)503)から歯形対mの接触(接触順位(順2)504)に接触が移行する時の、n対の歯形1上の接触点が歯先を除く歯形上になるように定める。同様にして,歯形1とかみあう歯形2も特定の曲線による歯形修正をおこなう。   A means for solving the problem is to make the tooth profile an involute tooth profile whose tooth profile is modified to a specific curved shape on the tooth tip side. As shown in FIG. 20, when the starting point of the corrected tooth profile on the involute tooth profile is Qic1303, the tooth profile normal at the starting point is Nic301, and the intersection of the normal 301 and the base circle 2003 is Qb2004, the curvature at the starting point Qic1303 of the correction curve is shown. The curvature center Oc2005 is on the tooth profile normal Nic, and the curvature center Oc is defined between the start point Qic and the intersection point Qb. The correction tooth profile is a curve in which the distance between the correction tooth profile and the involute tooth profile before correction increases toward the tooth tip, and the correction tooth profile start point Qic1303 passes through the tooth center (rack center, pitch point in the case of zero displacement) and one gear shaft It is determined on the tooth tip side from the center circle 2007. Further, as shown in FIG. 23, the specifications of the curve-corrected tooth profile are changed from the contact of the tooth profile pair n (contact order (order 1) 503) to the contact of the tooth profile m (contact order (order 2) 504). The contact points on the n pairs of tooth profiles 1 when the contact is transferred to are determined on the tooth profile excluding the tooth tip. Similarly, the tooth profile 2 that meshes with the tooth profile 1 is corrected by a specific curve.

本発明により、騒音低減や耐摩耗に優れた平歯車を実現できる。   According to the present invention, a spur gear excellent in noise reduction and wear resistance can be realized.

図1は設計基準を示した説明図である。(発明が解決しようとする課題)FIG. 1 is an explanatory diagram showing design criteria. (Problems to be solved by the invention) 図2は一対2組(m,n)の隣り合う歯形構成を示した説明図である。(課題)FIG. 2 is an explanatory diagram showing a pair of adjacent tooth profile configurations (m, n). (Task) 図3は角速度比の一般解法を示す説明図である。(発明が解決しようとする課題)FIG. 3 is an explanatory diagram showing a general solution for the angular velocity ratio. (Problems to be solved by the invention) 図4はシミュレーション用歯面の図である。(課題)FIG. 4 is a diagram of a simulation tooth surface. (Task) 図5はピッチ誤差無しの場合の歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図である。(課題)FIG. 5 is a simulation diagram of the tooth profile and the locus of the contact point when there is no pitch error. (Task) 図6はピッチ誤差有りの場合の歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図である。(課題)FIG. 6 is a simulation diagram of the tooth profile and the locus of the contact point when there is a pitch error. (Task) 図7は誤差符号が変化した場合の歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図である。(課題)FIG. 7 is a simulation diagram of the tooth profile and the locus of the contact point when the error sign changes. (Task) 図8は角あたりの説明図である。(課題)FIG. 8 is an explanatory diagram per corner. (Task) 図9は2度接触の説明図である。(課題)FIG. 9 is an explanatory diagram of two-time contact. (Task) 図10角速度比の特性図である。(課題)10 is a characteristic diagram of the angular velocity ratio. (Task) 図11はすべり率の特性図である。(課題)FIG. 11 is a characteristic diagram of the slip ratio. (Task) 図12は相対曲率の特性図である。(課題)FIG. 12 is a characteristic diagram of relative curvature. (Task) 図13は直線歯形修正の歯形構成を示した説明図である。(課題)FIG. 13 is an explanatory diagram showing a tooth profile configuration for straight tooth profile correction. (Task) 図14は直線歯形修正の場合の歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図である。(課題)FIG. 14 is a simulation diagram of the tooth profile and the locus of the contact point in the case of straight tooth profile correction. (Task) 図15は頂角あたり、直線接触、角あたの順を経て接触点の移行がおこなわれる場合のシミュレーション図である.(課題)FIG. 15 is a simulation diagram in the case where the contact point shifts in the order of linear contact and corner contact per apex angle. (Task) 図16は頂角あたりの説明図である。(課題)FIG. 16 is an explanatory diagram per apex angle. (Task) 図17は角速度比の特性図である。(課題)FIG. 17 is a characteristic diagram of the angular velocity ratio. (Task) 図18はすべり率の特性図である。(課題)FIG. 18 is a characteristic diagram of the slip ratio. (Task) 図19は相対曲率の特性図である。(課題)FIG. 19 is a characteristic diagram of relative curvature. (Task) 図20は特定の曲線による歯形修正の歯形構成を示した説明図である。(課題を解決するための手段)FIG. 20 is an explanatory diagram showing a tooth profile configuration for tooth profile correction by a specific curve. (Means for solving the problem) 図21は角あたりが発生する場合の接触点の軌跡のシミュレーション図である。(実施例1)FIG. 21 is a simulation diagram of the trajectory of the contact point when cornering occurs. Example 1 図22は一対2組(m,n)の隣り合う歯形関係を説明する説明図である。(実施例1)FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the relationship between adjacent tooth forms of a pair of two pairs (m, n). Example 1 図23は接触点の軌跡のシミュレーション図である。(実施例1)FIG. 23 is a simulation diagram of the locus of contact points. Example 1 図24は角速度比の特性図である。(実施例1)FIG. 24 is a characteristic diagram of the angular velocity ratio. Example 1 図25はすべり率の特性図である。(実施例1)FIG. 25 is a characteristic diagram of the slip ratio. Example 1 図26は相対曲率の特性図である。(実施例1)FIG. 26 is a characteristic diagram of relative curvature. Example 1 図27は曲線歯形修正を大きくとった場合の歯形の説明図である。(実施例2)FIG. 27 is an explanatory diagram of a tooth profile when a large curve tooth profile correction is taken. (Example 2) 図28は複合歯形修正の場合の歯形の説明図である。(実施例2)FIG. 28 is an explanatory diagram of a tooth profile in the case of complex tooth profile correction. (Example 2)

前述のように、ピッチ誤差がある場合、歯形修正がない場合には角あたりが発生し、直線歯形修正の場合は頂角あたりが発生する。これらを回避するために、ここでは歯先側が特定の曲線で歯形修正されたインボリュート歯形を新たに提案する。この歯形を有する平歯車が発明を実施するための形態となる。以下では主として修正歯形曲線として円弧を用いて説明するが、特定の曲線の一般形でも同様なことが言える。   As described above, when there is a pitch error, a corner hit occurs when there is no tooth profile correction, and a vertex angle occurs when the straight tooth profile is corrected. In order to avoid these problems, an involute tooth profile in which the tooth tip side is modified with a specific curve is proposed here. A spur gear having this tooth form is a form for carrying out the invention. In the following description, arcs are mainly used as the modified tooth profile curve, but the same can be said for the general shape of a specific curve.

歯先側が曲線で歯形修正されたインボリュート歯形であり、図20に示すように、インボリュート歯形上の修正歯形の始点をQicとし、始点での歯形法線をNicそして法線と基礎円の接点をQbとするとき、修正曲線の接点Qicにおける曲率の曲率中心Ocを歯形法線Nic上に定める。   As shown in FIG. 20, the tip of the corrected tooth profile on the involute tooth profile is Qic, the tooth profile normal at the start point is Nic, and the contact point between the normal and the basic circle When Qb is set, the curvature center Oc of the curvature at the contact point Qic of the correction curve is determined on the tooth profile normal Nic.

また、曲率中心Ocを始点Qicと接点Qbの間に定める。修正歯形は歯先に向かって修正歯形と修正前のインボリュート歯形の距離が離れる曲線とする。また、修正歯形の始点Qicは歯の中心(ラック中心、転位零の場合はピッチ点)を通り歯車1軸を中心とする円より歯先側に定める。   Further, the center of curvature Oc is defined between the starting point Qic and the contact point Qb. The corrected tooth profile is a curve in which the distance between the corrected tooth profile and the involute tooth profile before correction increases toward the tooth tip. The starting point Qic of the correction tooth profile is determined on the tooth tip side from a circle passing through the center of the tooth (rack center, pitch point in the case of dislocation zero) and centered on one gear shaft.

また、曲線修正歯形の諸元を、図23に示すように、接触している歯形対nから次に接触する歯形対mに接触が移動する時の、n対の歯形1上の接触点が歯先を除く歯形上になるように定める。   Further, as shown in FIG. 23, the contact point on the n pairs of tooth forms 1 when the contact moves from the contact tooth pair n to the next contact tooth pair m as shown in FIG. It is determined to be on the tooth profile excluding the tooth tip.

以下、詳細な歯形の構成法を図20を用いて説明する。   Hereinafter, a detailed method of forming the tooth profile will be described with reference to FIG.

前述のように、インボリュート歯形上の修正歯形の始点をQic1303とする。修正歯形の始点Qicは歯の中心(ラック中心、転位零の場合はピッチ点)を通り歯車1軸を中心とする円より歯先側に定める。直線歯形修正の場合と同様のピッチ誤差吸収の効果を出すためには、直線歯形修正の場合に比べ始点を歯底側に設定する。修正始点は位置係数で示す。ここで、
(数10)
修正始点半径 = 歯先円半径−位置係数*歯直角モジュール
As described above, the starting point of the correction tooth profile on the involute tooth profile is Qic1303. The starting point Qic of the correction tooth profile is determined on the tooth tip side from a circle centering on one axis of the gear passing through the center of the tooth (rack center or pitch point in the case of zero displacement). In order to obtain the same pitch error absorption effect as in the case of straight tooth profile correction, the starting point is set on the root side compared to the case of straight tooth profile correction. The correction start point is indicated by a position coefficient. here,
(Equation 10)
Correction start point radius = tip circle radius-position factor * tooth right angle module

始点での歯形法線をNic301そして法線301と基礎円2003の接点をQb2004とする。修正曲線の始点Qic1303における曲率の曲率中心Oc2005を歯形法線Nic301上に定める。これにより、修正歯形はインボリュート歯形に接する曲線となる。曲率中心Ocを歯形法線Nic上以外に定めた場合は、直線歯形修正の場合と同様に修正曲線の起点Qicに頂角が生じ、騒音や摩耗に悪影響を及ぼす。曲率半径は曲率半径係数(円弧の場合は円弧半径係数)で示す。ここで、
(数11)
修正曲線曲率半径 = 曲率半径係数*インボリュート歯形曲率半径
The tooth profile normal at the starting point is Nic301, and the contact point between the normal 301 and the base circle 2003 is Qb2004. The curvature center Oc2005 of the curvature at the start point Qic1303 of the correction curve is determined on the tooth profile normal Nic301. Thereby, the correction tooth profile becomes a curve in contact with the involute tooth profile. When the center of curvature Oc is set to a position other than the tooth profile normal line Nic, an apex angle is generated at the starting point Qic of the correction curve as in the case of straight tooth profile correction, which adversely affects noise and wear. The curvature radius is indicated by a curvature radius coefficient (in the case of an arc, an arc radius coefficient). here,
(Equation 11)
Modified curve curvature radius = curvature radius coefficient * involute tooth profile curvature radius

修正曲線の始点Qic1303における曲率の曲率中心Oc2005は始点Qicと接点Qb2004の間に定める。これにより、修正歯形はインボリュート歯形に内接する曲線となる。Qbの外側に定めた場合はピッチ誤差を吸収できず、次の歯に移行するとき衝撃が発生し、騒音や摩耗に悪影響を及ぼす。また、曲率中心Oc2005を修正歯形の始点Qic1303よりモジュールの1.5倍以上実質側に定める。これにより、過度の歯形修正を防ぐことができる。   The curvature center Oc2005 of the curvature at the start point Qic1303 of the correction curve is determined between the start point Qic and the contact point Qb2004. Thereby, the correction tooth profile becomes a curve inscribed in the involute tooth profile. When it is determined outside Qb, the pitch error cannot be absorbed, and an impact is generated when shifting to the next tooth, which adversely affects noise and wear. Further, the center of curvature Oc2005 is determined to be more than 1.5 times the module from the start point Qic1303 of the corrected tooth profile. Thereby, excessive tooth profile correction can be prevented.

修正歯形は歯先に向かって修正歯形と修正前のインボリュート歯形の距離が離れる曲線とする。この距離は歯車1の基礎円に接する直線上の距離とする。曲線は具体的には、円弧、楕円、双曲線等々である。これにより、ピッチ誤差を吸収し、次の歯に移行するときの衝撃を防止する。   The corrected tooth profile is a curve in which the distance between the corrected tooth profile and the involute tooth profile before correction increases toward the tooth tip. This distance is a distance on a straight line contacting the basic circle of the gear 1. Specifically, the curve is an arc, an ellipse, a hyperbola, or the like. This absorbs pitch errors and prevents impact when moving to the next tooth.

図21は角あたりが発生する場合の接触点の軌跡のシミュレーション図である。位置係数が小さく、円弧半径係数が大きいとこの場合でも角あたりが発生する。これはピッチ誤差を吸収しきれない場合である。図21はこの場合の例で、角あたりが発生し接触線軌跡線に曲がりが生じていることがわかる。   FIG. 21 is a simulation diagram of the trajectory of the contact point when cornering occurs. If the position coefficient is small and the circular arc radius coefficient is large, corner hitting occurs even in this case. This is a case where the pitch error cannot be absorbed. FIG. 21 shows an example of this case, and it can be seen that a corner hit occurs and the contact line locus line is bent.

角あたりは始点Qic1303や曲率中心Oc2005等を最適化することにより可能となる。すなわち、歯形上の修正歯形の始点と修正曲線曲率半径を、「接触している歯形対nから次に接触する歯形対mに接触が移行する時の、n対の歯形1上の接触点が歯先を除く歯形上に位置するように定める。」ことにより角あたりを防止できる。図22は一対2組(m,n)の隣り合う歯形関係を説明する説明図であり、2201は基準インボリュート1、2202は修正インボリュート1、2203は基準インボリュート2、2204は修正インボリュート2、2205は相手修正インボリュート誤差、2206は修正前接触点軌跡線、2207は基準インボリュート1、2208は修正インボリュート1、2209は基準インボリュート2、2210は修正インボリュート2、2211は誤差補正、2212は歯形中心線を表す。図22で基準インボリュートはピッチ誤差零、歯形修正無の場合のインボリュート歯形を示す。修正インボリュートは歯形修正が施されたインボリュート歯形を示す。誤差は歯車対m側で示す基準インボリュートのピッチ誤差ΔP1(207)、相手歯形の修正インボリュートによる誤差ΔP2(2205)がある。ここで、「ピッチ誤差+相手曲線誤差」をΔPとする。補正は歯車対n側で示す修正インボリュートによる補正があり、補正量をΔPc2211とする。ここで、接触点が歯先を除く歯形上になるように定める条件は次式を満たすことである。
(数12)
ΔP < ΔPc
The per corner can be achieved by optimizing the starting point Qic1303, the center of curvature Oc2005, and the like. That is, the starting point of the corrected tooth profile on the tooth profile and the radius of curvature of the correction curve are expressed as “the contact point on the n pairs of tooth profiles 1 when the contact is transferred from the contacting tooth profile pair n to the next contacting tooth profile pair m”. It is determined to be positioned on the tooth profile excluding the tooth tip. " FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the relationship between adjacent tooth profiles of a pair of two pairs (m, n). 2201 is a reference involute 1, 2202 is a modified involute 1, 2203 is a reference involute 2, 2204 is a modified involute 2, Corresponding correction involute error 2206 is the contact point locus line before correction, 2207 is the reference involute 1, 2208 is the corrected involute 1, 2209 is the reference involute 2, 2210 is the corrected involute 2, 2211 is the error correction, 2212 is the tooth profile center line . In FIG. 22, the reference involute indicates an involute tooth profile when the pitch error is zero and the tooth profile is not corrected. The corrected involute indicates an involute tooth profile that has undergone tooth profile correction. The errors include a reference involute pitch error ΔP1 (207) shown on the gear pair m side and an error ΔP2 (2205) due to the correction involute of the mating tooth profile. Here, “pitch error + partner curve error” is ΔP. The correction is performed by a correction involute shown on the gear pair n side, and the correction amount is ΔPc2211. Here, the condition for determining the contact point to be on the tooth profile excluding the tooth tip is to satisfy the following equation.
(Equation 12)
ΔP <ΔPc

この条件を満たす修正歯形の始点と修正曲線曲率半径を与えるには、式の解より求める方法、数値解により求める方法、歯形と接触点の軌跡より求める方法等がある。歯形と接触点の軌跡より求める方法の場合では、種々の位置係数、円弧半径係数を与え、シミュレーションにより条件を評価して条件を満たす始点や曲率中心を選択する。例えば、図21の場合はNG、図23の場合はOKとなる。設計時には公差ΔPを誤差ΔPとして与える。生産上は、生産ラインで実際のあるいは基準の相手歯車とかみ合わせ、移行時の接触点が歯先を除く歯形上に位置しているか、画像処理を用いて評価判定することもできる。   In order to give the starting point of the correction tooth profile and the correction curve curvature radius satisfying this condition, there are a method of obtaining from a solution of an equation, a method of obtaining by a numerical solution, a method of obtaining from a locus of a tooth profile and a contact point. In the case of the method of obtaining from the tooth profile and the locus of the contact point, various position coefficients and arc radius coefficients are given, the conditions are evaluated by simulation, and the starting point and the curvature center satisfying the conditions are selected. For example, it is NG in the case of FIG. 21, and OK in the case of FIG. At the time of design, the tolerance ΔP is given as an error ΔP. In production, it is possible to make an evaluation using image processing to determine whether the contact point at the time of transition is located on the tooth profile excluding the tooth tip by meshing with an actual or reference mating gear on the production line.

上記の諸条件を満たす曲線修正歯形を有する歯車の歯形と接触点の軌跡のシミュレーション図を図23に示す。位置係数、円弧半径係数等は簡単の為に歯車1、2の値を同一にとっているが、歯車1、2の値は別でもよい。   FIG. 23 shows a simulation diagram of the tooth profile of a gear having a curved tooth profile satisfying the above various conditions and the locus of the contact point. The position coefficient, the arc radius coefficient, and the like have the same values for the gears 1 and 2 for simplicity, but the values for the gears 1 and 2 may be different.

図24は角速度比の特性図である。図24に示すように、接触点の移行時の角速度比は変化する。これによりトルク変動が発生するが、ピッチ誤差が吸収される。また、n組の接触点からm組の接触点に接触点移行する瞬間を除き、m、n組で同時に接触点を持つことは無い。すなわち、実質的なかみあい率は1である。   FIG. 24 is a characteristic diagram of the angular velocity ratio. As shown in FIG. 24, the angular velocity ratio at the time of transition of the contact point changes. As a result, torque fluctuations occur, but pitch errors are absorbed. Further, except for the moment when the contact point shifts from the n contact points to the m contact points, the m and n contact members do not have contact points at the same time. That is, the substantial meshing rate is 1.

図25はすべり率の特性図である。図25に示すように、接触点の移行時のすべり率は変化する。図26は相対曲率の特性図である。図26に示すように、相対曲率は無限大とならない。   FIG. 25 is a characteristic diagram of the slip ratio. As shown in FIG. 25, the slip rate at the time of transition of the contact point changes. FIG. 26 is a characteristic diagram of relative curvature. As shown in FIG. 26, the relative curvature does not become infinite.

すべり率1が1の接触点ではすべり率2が無限を示す。そして、この接触点では接触点軌跡線に垂直な法線が歯車2軸を通る。なお、このすべり率2が無限の現象は特殊で、図26からもわかるように、干渉や無接触領域との境界とならない。これは相対曲率で無限大となって符号を変えることもなく、接触点軌跡線が途切れることもないためである。この接触点を避けるには、角あたりを回避した方法と同様に、歯形修正曲線の始点Qic、曲率中心Oc等を最適化することにより可能である。   At a contact point where the slip rate 1 is 1, the slip rate 2 is infinite. At this contact point, a normal line perpendicular to the contact point locus line passes through the two gear axes. Note that this phenomenon with an infinite slip rate of 2 is special, and as can be seen from FIG. This is because the relative curvature is infinite, the sign is not changed, and the contact point locus line is not interrupted. In order to avoid this contact point, it is possible to optimize the starting point Qic of the tooth profile correction curve, the center of curvature Oc, etc., as in the method of avoiding corner contact.

このように、本発明による歯形を有する場合、角あたりや頂角あたりが発生しない.相対曲率無限大となり歯形の接触点での応力が無限大となることもない。従って、これらに起因する騒音や摩耗が回避でき、歯面に傷、摩耗、削り粉、油切れ等を発生させて大きな損傷を与えることはない。   As described above, when the tooth profile according to the present invention is used, no corners or apex angle occurs. The relative curvature is infinite, and the stress at the contact point of the tooth profile does not become infinite. Accordingly, noise and wear caused by these can be avoided, and the tooth surface is not damaged by causing scratches, wear, shavings, oil shortage, and the like.

以上では歯形1の特定の曲線による歯形修正について述べたが、これとかみあう歯形2についても、同様にして,特定の曲線による歯形修正をおこなう。歯形1の特定の曲線による歯形修正は上記のピッチ誤差に対して有効で有り、歯形2の特定の曲線による歯形修正は上記のピッチ誤差と符号逆の誤差に対して有効となる。また、右ねじれで右歯面の場合を中心について述べてきたが、左ねじれや左歯面でも同様である。また、曲線歯形は円弧の場合を中心について述べてきたが、曲線は円弧に限らず、楕円、双曲面、その他の場合も同様である。   Although the tooth profile correction by the specific curve of the tooth profile 1 has been described above, the tooth profile correction by the specific curve is similarly performed for the tooth profile 2 meshing with the tooth profile. The tooth profile correction by the specific curve of the tooth profile 1 is effective for the above pitch error, and the tooth profile correction by the specific curve of the tooth profile 2 is effective for the above error of the pitch error and the sign reverse. Further, although the case of the right tooth surface with right twist has been described mainly, the same applies to the left twist and left tooth surface. The curved tooth profile has been described centering on the case of an arc. However, the curve is not limited to an arc, and the same applies to an ellipse, a hyperboloid, and other cases.

実施例1では、直線歯形修正と曲線歯形修正を考えたが、両歯形を複合した歯形修正を考えることができる。図27は曲線歯形修正を大きくとった場合の歯形の説明図である。図27に示すように、曲線歯形修正を大きくとると角あたり回避が容易になるが歯先側の曲がりが大きくなる。複合歯形により、この歯先側の過度な曲がりを防ぐことができる。   In the first embodiment, straight tooth profile correction and curved tooth profile correction are considered. However, tooth profile correction in which both tooth shapes are combined can be considered. FIG. 27 is an explanatory diagram of a tooth profile when a large curve tooth profile correction is taken. As shown in FIG. 27, when the curved tooth profile correction is made large, avoidance per corner becomes easy, but the bending on the tooth tip side becomes large. The compound tooth profile can prevent excessive bending of the tooth tip side.

図28は複合歯形修正の場合の歯形の説明図であり、2801は直線を表す。複合歯形では曲線歯形の先を円弧に接する直線で修正する。これは、直線修正歯形でインボリュートと直線の間を両曲線に接する曲線でカットした場合と考えても良い。   FIG. 28 is an explanatory diagram of a tooth profile in the case of complex tooth profile correction, and 2801 represents a straight line. In the complex tooth profile, the tip of the curved tooth profile is corrected with a straight line in contact with the arc. This may be considered as a case where the straight correction tooth profile is cut by a curve in contact with both curves between the involute and the straight line.

本発明により、騒音低減や耐摩耗に優れた平歯車を実現できる。その為、静粛かつ強い強度を備えた機械要素としての平歯車が要求される機械において広く利用可能である。   According to the present invention, a spur gear excellent in noise reduction and wear resistance can be realized. Therefore, it can be widely used in machines that require a spur gear as a machine element having a quiet and strong strength.

101 歯車1
102 歯車2
103 歯車1軸
104 歯車2軸
105 設計基準面
106 設計基準点
201 歯形1m
202 歯形2m
203 歯形1n
204 歯形2n
205 歯形m対
206 歯形n対
207 ピッチ誤差
208 歯底円1
209 歯先円1
210 歯底円2
211 歯先円2
212 回転
213 元歯形1m
301 歯形法線
302 歯形法線2
303 交点P2
304 接触点Q
305 接触点Q2
306 距離 r1
307 距離 r2
308 半径 rg1
309 半径 rg2
310 角速度 ω1
311 角速度 ω2
312 歯車中心線
401 歯面
501 歯形1
502 歯形2
503 (順1)
504 (順2)
505 (順3)
506 ピッチ
507 接触点軌跡線
508 回転
801 角あたり
901 二度接触
1301 修正部
1302 カット領域
1303 歯形修正始点
1304 修正角
1401 (順4)
1501 (順5)
1601 頂角あたり
2001 インボリュート
2002 円弧
2003 基礎円
2004 接点 Qb
2005 曲率中心
2006 円弧半径
2007 歯の中心を通る円
2201 基準インボリュート1
2202 修正インボリュート1
2203 基準インボリュート2
2204 修正インボリュート2
2205 相手修正インボリュート誤差
2206 修正前接触点軌跡線
2207 基準インボリュート1
2208 修正インボリュート1
2209 基準インボリュート2
2210 修正インボリュート2
2211 誤差補正
2212 歯形中心線
2801 直線
101 Gear 1
102 Gear 2
103 Gear 1 shaft 104 Gear 2 shaft 105 Design reference surface 106 Design reference point 201 Tooth profile 1 m
202 Tooth profile 2m
203 Tooth profile 1n
204 Tooth profile 2n
205 Tooth profile m pair 206 Tooth profile n pair 207 Pitch error 208 Tooth root circle 1
209 Tip circle 1
210 root circle 2
211 Tip circle 2
212 Rotation 213 Original tooth profile 1m
301 Tooth profile normal 302 Tooth profile normal 2
303 Intersection P2
304 Contact point Q
305 Contact point Q2
306 distance r1
307 distance r2
308 radius rg1
309 radius rg2
310 Angular velocity ω1
311 Angular velocity ω2
312 Gear center line 401 Tooth surface 501 Tooth profile 1
502 Tooth profile 2
503 (order 1)
504 (order 2)
505 (order 3)
506 Pitch 507 Contact point locus line 508 Rotation 801 Per corner 901 Twice contact 1301 Correction part 1302 Cut area 1303 Tooth profile correction start point 1304 Correction angle 1401 (order 4)
1501 (order 5)
1601 Per apex angle 2001 Involute 2002 Arc 2003 Base circle 2004 Contact Qb
2005 center of curvature 2006 arc radius 2007 circle passing through tooth center 2201 reference involute 1
2202 Modified Involute 1
2203 Reference Involute 2
2204 Modified Involute 2
2205 Counter-correction involute error 2206 Contact point locus line before correction 2207 Reference involute 1
2208 Modified Involute 1
2209 Reference Involute 2
2210 Modified Involute 2
2211 Error correction 2212 Tooth profile center line 2801 Straight line

Claims (1)

歯先側が曲線で歯形修正された一対のインボリュート歯形であり、それぞれの歯形で、インボリュート歯形上の修正歯形の始点をQicとし、始点での歯形法線をNicそして法線と基礎円の交点をQbとするとき、修正曲線の起点Qicにおける曲率の曲率中心Ocを歯形法線Nic上に定め、曲率中心Ocを起点Qicと交点Qbの間に定め、修正歯形は歯先に向かって修正歯形と修正前のインボリュート歯形の距離が離れる曲線とし、修正歯形の始点Qicを歯の中心を通り歯車軸を中心とする円より歯先側に定め、曲線修正歯形の諸元を、接触している歯形対から次に接触する歯形対に接触が移行する瞬間の、歯形上の接触点が歯先を除く歯形上に位置するように定めることを特徴とする平歯車。   The tooth tip is a pair of involute tooth profiles that have been modified with a curved tooth profile. For each tooth profile, the starting point of the modified tooth profile on the involute tooth profile is Qic, the tooth profile normal at the start point is Nic, and the intersection of the normal and the basic circle When Qb is set, the curvature center Oc of the curvature at the starting point Qic of the correction curve is determined on the tooth profile normal Nic, the center of curvature Oc is determined between the starting point Qic and the intersection point Qb, and the correction tooth profile is a correction tooth profile toward the tooth tip. The involute tooth profile before the correction is a curved curve, the correction tooth profile start point Qic is set on the tooth tip side of the circle centering on the gear axis through the center of the tooth, and the specifications of the curved correction tooth profile are in contact with each other. A spur gear characterized by determining a contact point on a tooth profile at a moment when contact is transferred from a pair to a tooth profile pair to be contacted next, on a tooth profile excluding a tooth tip.
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JP4919497B2 (en) * 2007-03-26 2012-04-18 株式会社エンプラス Resin gear
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