JP7177680B2 - planetary gear - Google Patents
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Description
本発明は、遊星歯車装置に関する。 The present invention relates to a planetary gear system.
まず、図1を用いて、従来の遊星歯車装置を説明する。ここに例示する遊星歯車装置は、主に、太陽歯車21、複数の遊星歯車22(22a、22b、22c)、遊星キャリア23(23a、23b)、内歯車24から構成される、いわゆるスター型と定義される構造の遊星歯車装置20である。なお、遊星歯車22は、その回転中心を所定量偏心させて製造されたものであり、この偏心によって後述する累積ピッチ誤差(偏心誤差)が生じる。
First, a conventional planetary gear device will be described with reference to FIG. The planetary gear device exemplified here is mainly composed of a
この遊星歯車装置20は、以下のように回転駆動力を伝達する。すなわち、例えば、ガスタービン用の遊星歯車装置の場合、動力源であるガスタービンと連結された入力軸25が回転駆動すると、これと一体となっている太陽歯車21も同時に回転し、これとかみ合う遊星歯車22が回転駆動される。さらに遊星歯車22とかみ合う内歯車24が回転駆動され、これと篏合している出力軸が発電機などの被動機に回転を伝達する。
This
このようなガスタービン用の遊星歯車装置はピッチ円周速が大きいため、一般産業用の歯車装置と比較して、歯車のかみ合いに起因したねじり振動が大きい特徴がある。このねじり振動は、歯面に動荷重を発生させるため、低減が求められる。 Since such planetary gear systems for gas turbines have a high pitch circumferential velocity, they are characterized by large torsional vibrations caused by the meshing of the gears compared to general industrial gear systems. Since this torsional vibration generates a dynamic load on the tooth surface, it is required to be reduced.
ねじり振動の原因となる起振力は、被動歯車の駆動歯車に対する進み遅れ、すなわち伝達誤差によって発生する。伝達誤差はかみ合いの進行に伴う歯の剛性変動と、歯車の製造誤差によって発生する。 The vibratory force that causes torsional vibration is generated by the lead/lag of the driven gear with respect to the drive gear, that is, the transmission error. The transmission error is caused by tooth rigidity variation as meshing progresses and gear manufacturing error.
この伝達誤差を低減する遊星歯車装置としては、特許文献1に記載のものが知られており、特許文献1では、遊星歯車の偏心誤差方向が、装置軸直角断面で見た場合に、すべて所定の方向となるように組み立てることで伝達誤差を低減している。
As a planetary gear device that reduces this transmission error, the one described in
しかしながら、特許文献1の構成では、期待通りに伝達誤差を低減するには、各遊星歯車の1周分の累積ピッチ誤差(偏心誤差)を結ぶことで形成される波形を、同じくする必要があり、高精度・高額な製造技術が必要とされる。このため、コスト低減などの事情により、加工精度が悪く各遊星歯車によって累積ピッチ誤差の波形が異なり、更に各歯間にピッチ誤差のばらつきがある遊星歯車を使用せざるを得ない場合等には、期待通りに伝達誤差を低減できず、大きなねじり振動に起因する大きな動荷重が各遊星歯車に発生したり、各遊星歯車が負担する静荷重が著しく偏ったりするという問題が生じる場合がある。
However, in the configuration of
そこで、本発明では、仮に各遊星歯車によって累積ピッチ誤差の波形が異なり、更に各歯間にピッチ誤差のばらつきがある遊星歯車を使用する場合であっても、各遊星歯車に掛かる動荷重を抑制したり、静荷重を均等化したりすることができる遊星歯車装置を提供することを目的とする。 Therefore, in the present invention, the dynamic load applied to each planetary gear is suppressed even if the waveform of the accumulated pitch error is different for each planetary gear and even if planetary gears with variations in pitch error between teeth are used. It is an object of the present invention to provide a planetary gear device capable of equalizing static loads.
課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構造を採用する。 In order to solve the problem, for example, the structure described in the claims is adopted.
その一例を挙るならば、太陽歯車と、該太陽歯車と同一位相で同時にかみ合うように配置された複数の遊星歯車と、該複数の遊星歯車とかみ合うように配置された内歯車と、を備える遊星歯車装置であって、各遊星歯車の累積ピッチ誤差が最大となる歯が、遊星歯車の歯数Zを遊星歯車の個数pで除した歯数ずつずれてかみ合いが始まるように組み立てる。 For example, it comprises a sun gear, a plurality of planetary gears arranged to simultaneously mesh with the sun gear in the same phase, and an internal gear arranged to mesh with the plurality of planetary gears. The planetary gear device is assembled so that the tooth of each planetary gear having the maximum accumulated pitch error shifts by the number of teeth Z of the planetary gear divided by the number p of the planetary gears and meshing starts.
本発明の遊星歯車装置によれば、仮に偏心誤差が大きい遊星歯車を使用する場合であっても、各遊星歯車に掛かる動荷重を抑制したり、静荷重を均等化したりすることができる。 According to the planetary gear device of the present invention, even if planetary gears with a large eccentricity error are used, the dynamic load applied to each planetary gear can be suppressed and the static load can be equalized.
以下、図面を用いて、本発明の遊星歯車装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。 The planetary gear device of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each embodiment, the same symbols are used for the same components.
本発明の実施例1に係る遊星歯車装置20を、図2、図3を用いて説明する。なお、図1との共通点は重複説明を省略する。
A
図2は、図1に例示した構成のうち、本実施例の遊星歯車22の特徴を説明するために必要な構成を抜粋した平面図である。ここに示す遊星歯車22の各々は、Z個の歯を持つ歯車であり、各々の歯には、回転方向と逆方向に向かって、#1から#Zの歯番号を付けている。なお、本実施例では、太陽歯車21と遊星歯車22のすべてのかみ合い部において、同一位相で同時にかみ合うように、太陽歯車21、遊星歯車22、内歯車24等を設計しており、例えば、太陽歯車21の歯数を18、遊星歯車22の歯数を36、内歯車24の歯数を90、遊星歯車22の数を3、とするような組み合わせとする。
FIG. 2 is a plan view of a configuration necessary for explaining the features of the planetary gear 22 of this embodiment extracted from the configuration illustrated in FIG. Each of the planetary gears 22 shown here is a gear having Z teeth, and each tooth is numbered from #1 to #Z in the opposite direction of rotation. In this embodiment, the
ここで、遊星歯車22aの任意の歯#n(1≦n≦Z)が太陽歯車21の歯とピッチ点でかみ合っている状態を考える。上述したように本実施例の遊星歯車装置20では、すべてのかみ合い部において、同一位相で同時にかみ合うため、遊星歯車22aの歯#nが太陽歯車21とかみ合っている場合、遊星歯車22b、22cも太陽歯車21とかみ合っているため、以下ではそれらの遊星歯車の歯にも#nという歯番号を付ける。
Here, consider a state in which an arbitrary tooth #n (1≤n≤Z) of the
次に、遊星歯車22aの歯#1の決定方法を説明する。
Next, a method for determining
図3に示す3a、3b、3cは、遊星歯車22a、22b、22cの累積ピッチ誤差であり、本実施例では、最終的に図3に示す特性が得られるように遊星歯車装置20を組み立てる。横軸の下方に示す、歯#A、歯#B、歯#Cは、それぞれ、累積ピッチ誤差3aが最大値となる歯、累積ピッチ誤差3bが最大値となる歯、累積ピッチ誤差3cが最大値となる歯であり、累積ピッチ誤差3aが最大値となる歯#Aを、以降では歯#1と定義する。
3a, 3b, and 3c shown in FIG. 3 are cumulative pitch errors of the
このように遊星歯車22aの歯#1を定義した場合、遊星歯車22bの歯#Bと遊星歯車22cの歯#Cは、次の式1、式2により決定することができる。
When the
ただし、Zは遊星歯車の歯数、pは遊星の個数(図2の例では「3」)である。Zがpの倍数でない場合は繰り上げまたは繰り下げによって整数に修正した値を#Bおよび#Cとする。 However, Z is the number of teeth of the planetary gear, and p is the number of planetary gears ("3" in the example of FIG. 2). If Z is not a multiple of p, the values corrected to integers by rounding up or down are #B and #C.
このようにして遊星歯車22の歯#1、歯#B、歯#Cを決めた遊星歯車装置20は、以下のように製造されることが望ましい。
The
まず、例えば、機械構造用炭素鋼や、機械構造用合金鋼などの柱管を焼準し、ギヤブランクを製作する。次に、例えばホブ切りなどの歯切り加工によって歯を形成する。これにより、遊星歯車22は凡そ完成するが、その後、熱処理を行っても良いし、最後に、研削などの仕上げ加工を施しても良い。 First, for example, a column tube made of carbon steel for machine structural use or alloy steel for machine structural use is normalized to produce a gear blank. The teeth are then formed, for example by a gear cutting process such as hobbing. As a result, the planetary gear 22 is almost completed. After that, heat treatment may be performed, and finally, finishing such as grinding may be performed.
遊星歯車装置20に組み込む遊星歯車22が全て完成すると、遊星歯車22の歯面のピッチ誤差をそれぞれ測定する。そして、測定したピッチ誤差に基づいて累積ピッチ誤差を算出し、累積ピッチ誤差が最大となる歯のそれぞれに何らかのマークを設ける。
When all the planetary gears 22 incorporated in the
そして、遊星歯車22aとして選択した遊星歯車22は、マークのある歯が太陽歯車1とかみ合うように組み立てる。また、遊星歯車22bとして選択した遊星歯車22は、マークのある歯から回転逆方向に#B離れた歯が太陽歯車1とかみ合うように組み立て、遊星歯車22cとして選択した遊星歯車22は、マークのある歯から回転逆方向に#C離れた歯が太陽歯車1とかみ合うよう組み立てる。
Then, the planetary gear 22 selected as the
このようにして遊星歯車装置20を組み立てることで、遊星歯車22の累積ピッチ誤差が、遊星歯車22aにおいては歯#1で最大となり、遊星歯車22bにおいては歯#Bで最大となり、遊星歯車22cにおいては歯#Cで最大となるため、図3に示すような特性を得ることができる。
By assembling the
この結果、本実施例の遊星歯車装置においては、累積ピッチ誤差起因で発生する伝達誤差が各遊星歯車間で異なるため、遊星歯車装置全体での伝達誤差が低減できる。ひいては起振力が低減でき、ねじり振動を低減することができる。 As a result, in the planetary gear device of this embodiment, the transmission error caused by the cumulative pitch error differs among the planetary gears, so that the transmission error in the entire planetary gear device can be reduced. As a result, the vibrating force can be reduced, and the torsional vibration can be reduced.
次に、本発明の実施例2に係る遊星歯車装置を、図4を用いて説明する。なお、実施例1との共通点は重複説明を省略する。
Next, a planetary gear device according to
実施例1では、遊星歯車22の各歯間のピッチ誤差のばらつきを無視しており、故に、図3では、累積ピッチ誤差3a~3bを滑らかな正弦波状のものとして示した。しかしながら、実際には、遊星歯車22の各歯間のピッチ誤差にばらつきが存在するため、このばらつきを考慮する必要がある。
In Example 1, variations in the pitch error between the teeth of the planetary gear 22 are ignored, so in FIG. 3 the
そこで、本実施例では、各々の遊星歯車22に各歯間のピッチ誤差のばらつきが存在する場合であっても、実施例1と同様の効果を得ることを目的とする。 Therefore, in the present embodiment, it is an object to obtain the same effect as in the first embodiment even when the planetary gears 22 have variations in the pitch error between the teeth.
図4に、各歯間のピッチ誤差がばらつく場合の、遊星歯車22a、22b、22cの累積ピッチ誤差4a、4b、4cを示す。なお、#1、#B、#Cの意味は実施例1と同様である。
FIG. 4 shows the accumulated
実施例2においては、歯#Bおよび歯#Cは以下のように決める。 In Example 2, tooth #B and tooth #C are determined as follows.
まず、遊星歯車22a、22b、22cの任意の歯#nにおける累積ピッチ誤差を、それぞれ、Fpa(n)、Fpb(n)、Fpc(n)とし、これらの偏差平方和をS(n)とすると、S(n)は以下の式3で求められる。
First, let Fpa(n), Fpb(n), and Fpc(n) be the cumulative pitch errors at any tooth #n of the
なお、 note that,
はFpa(n)、Fpb(n)、Fpc(n)の平均値である。ここで以下の式4のように偏差平方和の平均値Saveを定義する。 is the average value of Fpa(n), Fpb(n) and Fpc(n). Here, the average value Save of the sum of squares of deviations is defined as in Equation 4 below.
そして、式4により求められる偏差平方和の平均値Saveが最大となる、#1、#B、#Cの組み合わせを採用し、実施例1と同様の手順で遊星歯車装置20を組み立てる。
Then, the combination of #1, #B, and #C that maximizes the average value Save of the sum of squared deviations obtained by Equation 4 is adopted, and the
このように累積ピッチ誤差の偏差平方和を最大にする組み立て方を採用することで、実施例1では考慮していなかった各歯間のピッチ誤差のばらつきが存在する場合であっても、実施例1と同様にねじり振動の抑制を実現することができる。 By adopting the assembly method that maximizes the sum of squared deviations of the accumulated pitch errors in this way, even if there is variation in the pitch error between the teeth, which was not taken into consideration in the first embodiment, the present embodiment can Similar to 1, suppression of torsional vibration can be realized.
次に、本発明の実施例3に係る遊星歯車装置を、図5を用いて説明する。なお、上述する実施例との共通点は重複説明を省略する。
Next, a planetary gear device according to
実施例1、2では、各々の遊星歯車22における歯#1、歯#B、歯#Cが略等間隔で設定されるように遊星歯車装置20を組み立てることでねじり振動、すなわち、遊星歯車22に掛かる動荷重を抑制したが、本実施例では、各々の遊星歯車22に掛かる静荷重を均等化することを目的とする。
In
図5に、遊星歯車22a、22b、22cの累積ピッチ誤差5a、5b、5cを示す。なお、本実施例においても、#1、#B、#Cの意味は実施例1と同様である。
FIG. 5 shows the
実施例3においては、歯#Bおよび歯#Cは以下のように決める。 In Example 3, tooth #B and tooth #C are determined as follows.
すなわち、上述した式3、式4から計算される偏差平方和の平均値Saveが最小となる、#1、#B、#Cの組み合わせを採用し、実施例1と同様の手順で遊星歯車装置20を組み立てる。
That is, the combination of #1, #B, and #C, which minimizes the average value Save of the sum of squared deviations calculated from the above-described
このように、累積ピッチ誤差の偏差平方和を最小にする組み立て方を採用すると、図5に示すように、#B、#Cが#1に近接する。この場合、累積ピッチ誤差起因で発生する伝達誤差が各遊星歯車間で近似するため、遊星歯車装置全体での伝達誤差を低減できず、ねじり振動を低減することはできないが、遊星歯車間の荷重を等配させることができる。 In this way, when the assembling method that minimizes the sum of squared deviations of the accumulated pitch errors is adopted, #B and #C are close to #1 as shown in FIG. In this case, since the transmission error caused by the cumulative pitch error is approximated between the planetary gears, the transmission error in the entire planetary gear system cannot be reduced, and the torsional vibration cannot be reduced. can be equally distributed.
次に、本発明の実施例4に係る遊星歯車装置を、図6を用いて説明する。なお、上述する実施例との共通点は重複説明を省略する。 Next, a planetary gear device according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. Duplicate descriptions of the points in common with the above-described embodiment will be omitted.
実施例1~3の遊星歯車装置は、太陽歯車21と遊星歯車22のすべてのかみ合い部が同一位相で同時にかみ合うように設計されたものであったが、実施例4の遊星歯車装置は、各かみ合い部が同一位相で同時にはかみ合わず、次々とかみ合う遊星歯車装置である。例えば、太陽歯車21の歯数を19、遊星歯車22の歯数を37、内歯車の歯数を92、遊星歯車の数を3、とするような組み合わせとする。
The planetary gear devices of Examples 1 to 3 were designed so that all the meshing portions of the
図6に、各かみ合い部が次々とかみ合う場合の、遊星歯車22a、22b、22cの累積ピッチ誤差6a、6b、6cを示す。なお、#1、#B、#Cの意味は実施例1と同様である。
FIG. 6 shows the
実施例4においては、#Bおよび#Cは以下のように決める。 In Example 4, #B and #C are determined as follows.
すなわち、上述した式3、式4から計算される偏差平方和の平均値Saveが最小となる、#1、#B、#Cの組み合わせを採用し、実施例1と同様の手順で遊星歯車装置20を組み立てる。
That is, the combination of #1, #B, and #C, which minimizes the average value Save of the sum of squared deviations calculated from the above-described
このように、累積ピッチ誤差の偏差平方和を最小にする組み立て方を採用すると、かみ合い部が同一位相で同時にかみ合わない遊星歯車装置においても、遊星歯車間の荷重を等配させることができる。 Thus, by adopting an assembly method that minimizes the sum of squared deviations of accumulated pitch errors, it is possible to evenly distribute the load between the planetary gears even in a planetary gear device in which the meshing portions do not mesh simultaneously in the same phase.
3a~3c、4a~4c、5a~5c、6a~6c…累積ピッチ誤差
20…遊星歯車装置、
21…太陽歯車、
22、22a、22b、22c…遊星歯車、
23、23a、23b…遊星キャリア、
24…内歯車、
25…入力軸、
3a to 3c, 4a to 4c, 5a to 5c, 6a to 6c...
21 ... sun gear,
22, 22a, 22b, 22c... planetary gears,
23, 23a, 23b...planet carrier,
24... internal gear,
25 ... input shaft,
Claims (3)
各遊星歯車の累積ピッチ誤差の偏差平方和の平均値が最大となるように組み立てたことを特徴とする遊星歯車装置。 A planetary gear device comprising a sun gear, a plurality of planetary gears arranged to simultaneously mesh with the sun gear in the same phase, and an internal gear arranged to mesh with the plurality of planetary gears,
A planetary gear device characterized by being assembled so that the average value of the sum of squared deviations of accumulated pitch errors of each planetary gear is maximized.
各遊星歯車の累積ピッチ誤差の偏差平方和の平均値が最小となるように組み立てたことを特徴とする遊星歯車装置。 A planetary gear device comprising a sun gear, a plurality of planetary gears arranged to simultaneously mesh with the sun gear in the same phase, and an internal gear arranged to mesh with the plurality of planetary gears,
A planetary gear device characterized by being assembled so as to minimize the average value of the sum of squared deviations of cumulative pitch errors of each planetary gear.
各かみ合い部が同一位相で同時にはかみ合わず、次々とかみ合う遊星歯車装置であって、
各遊星歯車の累積ピッチ誤差の偏差平方和の平均値が最小となるように組み立てたことを特徴とする遊星歯車装置。 a sun gear, a plurality of planetary gears arranged to sequentially mesh with the sun gear, and an internal gear arranged to mesh with the plurality of planetary gears ;
A planetary gear system in which each meshing portion meshes in sequence and does not mesh at the same time in the same phase ,
A planetary gear device characterized by being assembled so as to minimize the average value of the sum of squared deviations of cumulative pitch errors of each planetary gear.
Priority Applications (1)
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