JP7435385B2 - 減速機における偏心ウエアリングの設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、減速機における偏心ウエアリングの設計方法に関するものである。

従来、減速機においては、歯車が寿命に達した場合、ケーシングが小さいものであれば、それをそっくりそのまま取り換えるが、とくに圧延機用の主減速機として使用されるものにあっては、ケーシングのサイズが大きいため、ケーシングをそのまま流用して歯車、軸受、偏心ウエアリングを交換する場合が多い。その際に問題となるのがケーシングの摩耗や歪等による更新後の歯車の軸心調整である。

歯車の軸心調整が適切に行われなければ、良好な歯当たりを確保することができないことから、歯車の寿命に大きな影響を与えるばかりか、騒音や振動の原因にもなる。

減速機における歯車間の軸心調整に係わる先行技術としては、減速機の歯車の回転軸を支承する滑り軸受を、内径の軸心を外径の軸心に対して偏心させた滑り軸受とする、例えば、特許文献１に開示された技術が知られており、かかる技術によれば、軸受を回転させるだけで軸心調整することが可能であり、その調整作業が容易になるとされていた。

ところで、特許文献１においては、更新前に測定した軸心位置から偏心量を求めているものの偏心量の具体的な求め方は明記されておらず、とくに、軸受の外側に偏心ウエアリングが配置され、該偏心ウエアリングを軸受の周りに適宜回動させることにより軸心調整を行う形式の減速機においては、既存のケーシングをそのまま流用して歯車、転がり軸受、偏心ウエアリングを新規なものに更新する場合に、特許文献1に開示された技術では対応不能であり、偏心ウエアリングの新たな設計手法の開発が望まれていた。

特開２０００－２３０５４５号公報

本発明の課題は、既存のケーシングをそのまま流用して歯車、転がり軸受、偏心ウエアリングを新規なものに更新するに当たり、良好な歯当たりを確保するのに必要な偏心量を求め、その偏心量に設定された偏心ウエアリングを設計するのに有用な、減速機における偏心ウエアリングの設計方法を提案するところにある。

本発明は、入力側、出力側に配置された転がり軸受を介して回転可能に支持され、駆動源からの駆動力を入力するとともに、入力された駆動力を、回転速度を減じながら圧延機側へと出力する少なくとも２つの歯車と、該歯車を支持する転がり軸受を内側に保持し、該転がり軸受の周りに適宜回動させることにより該歯車の軸心を偏心させてその軸心位置の調整を行う偏心ウエアリングと、該歯車、転がり軸受、偏心ウエアリングをそれぞれ据え付ける内部空間を有し上下の割面を合わせることによって該内部空間を密閉する上下２つ割りのケーシングとを備えた減速機につき、該減速機の該歯車、該転がり軸受、該偏心ウエアリングを、該ケーシングをそのまま流用して新規な歯車、転がり軸受、偏心ウエアリングに更新するに当たり、
更新前における歯車の軸心位置を、転がり軸受が配置された入力側、出力側の少なくとも２箇所において測定するとともに、各偏心ウエアリングの偏心量および摩耗量、各転がり軸受の摩耗量、ケーシングの摩耗量をそれぞれ測定し、その測定された各偏心ウエアリングの偏心量および摩耗量、各転がり軸受の摩耗量がゼロとなる軸心位置を更新後の推定軸心位置として求め、その求められた推定軸心位置に基づいて新規な偏心ウエアリングの偏心量を決定することを特徴とする減速機における偏心ウエアリングの設計方法である。

上記の構成からなる方法において、前記推定軸心位置は、新規な歯車を新規な転がり軸受にて支持するとともに該新規な転がり軸受を同心ウエアリングにて保持することにより求め、前記新規な偏心ウエアリングの偏心量は、新規な転がり軸受、同心ウエアリングの組付け公差を考慮に入れて決定するのが望ましい。

偏心ウエアリングに必要な偏心量は、前記ケーシングの割面に平行で、かつ、前記駆動源の回転軸の軸心に直交する直線を横軸とし、該横軸と直交する直線を縦軸とし、該横軸と該縦軸とが交差し、かつ、前記駆動源の回転軸の軸心と一致する点を原点とする平面座標系において入力側、出力側の推定軸心位置を求め、その求められた入力側、出力側の推定軸心位置を中心とする円を描いてその相互間において交点が形成される円の半径を各偏心ウエアリングの偏心量とすることが好ましい。

本発明は、推定軸心位置を基にして偏心量を決定し、その決定された偏心量となるように偏心ウエアリングの設計を行うものであって、これによれば、既存のケーシングを流用したままであっても、軸心位置の調整が容易であり、良好な歯当たりを確保することができる。

圧延機の駆動用減速機の設置状況を模式的に示した図である。 図１のＡ－Ａ断面を拡大して示した図である。 推定軸心位置を求める要領を示した図である。 更新前の軸心位置と、推定軸心位置を入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓについて示した図である。 ２軸の推定軸心位置と、偏心量を与え、組付け公差を考慮した更新後の軸心位置を、入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓについて示した図である。 転がり軸受、偏心ウエアリングの組付け公差を中央値として偏心ウエアリングの偏心量を求めた図である。 図６において転がり軸受、偏心ウエアリングの組付け公差を最小値とした場合の各歯車の軸心位置を示した図である。 図６において転がり軸受、偏心ウエアリングの組付け公差を最大値とした場合の各歯車の軸心位置を示した図である。 偏心ウエアリングを回動させたときの軸心位置の変位状況を示した図である。

以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
図１は、圧延機の駆動用減速機の設置状況を模式的に示した図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面を拡大して示した図である。

図１、２における符号１は、圧延機のワークロール、２は、ピニオンスタンド、３は、主減速機、４は、モータ等で構成された駆動源、５は、ワークロール１とピニオンスタンド２とをつなぐスピンドル、６は、ピニオンスタンド２と主減速機３とをつなぐリーディングスピンドル、７は、駆動源４と主減速機３とをつなぐギアカップリング、８は、主減速機３とリーディングスピンドル６とをつなぐギアカップリング、９は、リーディングスピンドル６とピニオンスタンド２とをつなぐギアカップリングである。

駆動源４からの駆動力は、主減速機３、リーディングスピンドル６、ピニオンスタンド２、スピンドル５を通じてワークロール１へと出力される。

主減速機３は、入力側Ｄs、出力側Ｆsに配置された転がり軸受３ａ、３ｂを介して回転可能に支持され、駆動源４からの駆動力を入力する小歯車（１軸）３ｃと、入力側Ｄs、出力側Ｆsに配置された転がり軸受３ｄ、３ｅを介して回転可能に支持され、小歯車３ｃにおいて入力された駆動力を、回転速度を減じながら圧延機側へと出力する大歯車（２軸）３ｆと、転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅを内側に保持する偏心ウエアリング３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊと、小歯車３ｃ、大歯車３ｆ、転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ、偏心ウエアリング３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊをそれぞれ据え付ける内部空間を有し上下の割面（水平な面）Ｍを合わせることによって該内部空間を密閉する上下２つ割りのケーシング３ｋを備えたもので構成されている。

偏心ウエアリング３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊは、ケーシング３ｋへの組付け状態で、それそのものを回動させ、小歯車３ｃ、大歯車３ｆの軸心３ｃ１、３ｆ１を、偏心量を半径とする円形軌道に沿って移動させるものであって、これにより歯当たりの調整を可能としている。

本発明は、上記の構成からなる主減速機３において、ケーシング３ｋをそのまま流用し、小歯車３ｃ、大歯車３ｆ、転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ、偏心ウエアリング３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊを新規な小歯車３ｃ、大歯車３ｆ、転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ、偏心ウエアリング３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊに更新するに当たり、該偏心ウエアリング３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊの必要最小量の偏心量を以下の要領にしたがい決定することにより新規な偏心ウエアリングの設計を行うとするものである。なお、更新範囲としては、ギアカップリング７、８の取り換えも含まれる。

更新後の偏心ウエアリング３ｇ～３ｊの偏心量は、ケーシング３ｋの割面Ｍに平行で、駆動源４の回転軸の軸心４ａに直交する直線をＸ軸（横軸）とし、ケーシング３ｋの割面Ｍに平行で、かつ、駆動源４の回転軸の軸心４ａに平行な直線をＹ軸とし、Ｘ－Ｙ面と直交する直線をＺ軸（縦軸）とした座標系において、小歯車３ｃの軸心３ｃ１、大歯車３ｆの軸心３ｆ１がケーシング３ｋの据え付け面に対して平行でかつ、軸心間距離Ｌが許容誤差（減速機の製造メーカが与える許容誤差等）の範囲に収まるように設定する。

具体的には、
１）ギアカップリング７、８を縁切りし、更新前における各歯車の軸心位置を、転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅが配置された入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓの少なくとも２箇所においてレーザートラッカー等の位置測定器を用いて測定する。
２）転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ、偏心ウエアリング３ｇ～３ｊ、ケーシング３ｋの摩耗量を測定する。
３）上記の１）で測定された軸心位置に、上記２）で測定された摩耗量を足すとともに、各歯車を、偏心させることなしに更新した場合の軸心位置（測定された各偏心ウエアリングの偏心量および摩耗量、各転がり軸受の摩耗量がゼロとなる軸心位置）を、更新後の推定軸心位置としてＸ－Ｚ座標上で求める（図４参照）。
４）上記３）で求められた各軸の入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓの軸心位置の相対関係から、転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ、同心ウエアリングの組付け公差を考慮し、各軸の軸心３ｃ１、３ｆ１が入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓで最大限遠ざかる場合の軸心位置をＸ―Ｚ座標上で求める（図５参照）。
５）上記４）で求められた軸心位置を中心とし、かつ、入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓの軸心周りで交点が形成される円を描き、その円の半径から偏心ウエアリング３ｇ～３ｊの最小偏心量を求める（図５参照）。
６）上記５）で求められた小歯車３ｃ、大歯車３ｆの偏心ウエアリング３ｇ～３ｊの最小偏心量に対して、その軸心３ｃ１、３ｆ１がＸ―Ｚ座標において同じ距離でかつ、Ｘ－Ｙ座標において予め設定される許容誤差の範囲内に収まる軸心間距離Ｌとなる偏心量（必要最少量の偏心量）を求め（図６参照）、その偏心量となるように、偏心ウエアリング３ｇ～３ｊを設計する。

なお、測定された各歯車の軸心位置を求めるに当たっては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が交差する原点を、駆動源４の回転軸の軸心４ａと一致させ、該軸心４ａを基準として各歯車の軸心位置を換算表示するのが好ましい。また、推定軸心位置を求めるに当たっては、図３に示すように、更新する新規な転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅと同心ウエアリング１０を用い、これらを既存のケーシング３ｋに組付けて測定するのが好ましく、これにより推定軸心位置をより正確に把握することができる。

図４は、上記１）～３）にしたがって求められた更新前の軸心位置と、推定軸心位置を入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓについて示した図である。なお、図４において小歯車３ｃは、１軸と表示し、大歯車３ｆは２軸と表示している。

また、図５は、駆動源４の回転軸の軸心４ａからの誤差が小歯車３ｃと比較して小さい大歯車３ｆの軸心位置につき、上記４）で求められた軸心位置に対して上記５）によって求められた軸心位置、すなわち、偏心量ｄｍｍを与え、組付け公差を考慮した更新後の軸心位置を入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓについて示した図である。ここに、偏心量ｄは、設計指針で定められる値を用いることができ、１軸についても同様の値が与えられる。

上掲図５の結果を踏まえ、小歯車３ｃ、大歯車３ｆの軸心３ｃ１、３ｆ１がＸ－Ｚ座標系において全て一致する場合の偏心ウエアリング３ｇ～３ｊの偏心量を、最小値ｄｍｍ以上という条件で求めたもの、すなわち、入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓの軸心位置（偏心無の軸心位置）を中心とする円を描き、その相互間において形成される交点から円の中心に至るまでの半径ｄ１～ｄ４（ｄ≦ｄ４＜ｄ３＜ｄ１＝ｄ２）を偏心ウエアリング３ｇ～３ｊの偏心量としたものが図６である。なお、図６は、転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ、同心ウエアリング１０（または、新規な偏心ウエアリング３ｇ～３ｊ）の組付け公差を中央値とした場合を示している。

偏心ウエアリング３ｇ～３ｊに、ｄ１～ｄ４となる偏心量を与えた場合にあっては、小歯車３の入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓの軸心３ｃ１、大歯車３ｆの入力側Ｄｓ、出力側Ｆｓの軸心３ｆ１をそれぞれＹ軸に対してほぼ平行にすることが可能（軸心間距離の誤差が小さい）であり、軸心調整により良好な歯当たりを確保することができる。

図７は、図６に示したものにおいて、転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ、同心ウエアリング１０（偏心ウエアリング３ｇ～３ｊ）の組付け公差を最小値とした場合の軸心位置を示した図であり、図８は、図６に示したものにおいて、転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅ、同心ウエアリング１０の組付け公差を最大値とした場合の軸心位置を示した図である。

組付け公差を最小値とした場合、最大値とした場合においては、図７、８から明らかなように、軸心間距離の誤差ΔＬが大きくなる傾向にあるが、その誤差が予め設定されている規定の範囲（減速機メーカで決められている値等）内にあることが確認されれば、ｄ１～ｄ４を偏心ウエアリング３ｇ～３ｊの偏心量とすることができ、これに基づいて偏心ウエアリング３ｇ～３ｊを設計すればよい。

偏心ウエアリング３ｇ～３ｊの偏心量は、設計指針として予め最小値、最大値が決められている場合、その範囲内で上記の要領に従い、必要な偏心量に設定するのが好ましい。

図９は、偏心ウエアリング３ｇ～３ｊをケーシング３ｋに組付けた状態を模式的に示した図である。偏心ウエアリング３ｇ～３ｊには、それを転がり軸受３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅの周りで回動させて小歯車３ｃ、大歯車３ｆの軸心位置を適宜変更、調整するための位置調整穴が複数設けられる（図示せず）。偏心ウエアリング３ｇ～３ｊを１穴回動させた場合の軸心位置の変位量は、設計指針にしたがって設定するのが望ましい。なお、１穴当たりの変位量は、（Ｘ軸方向の変位量^２＋Ｚ軸方向の変位量^２）^０．５で求めることができる。

以上、本発明では、２軸式の減速機を対象として偏心ウエアリングを設計する場合について説明したが、本発明は、３軸以上の減速機への適用も可能であり、２軸式の減速機を対象としたものに限定されるものではない。

本発明によれば、既存のケーシングをそのまま流用して歯車、転がり軸受、偏心ウエアリングを新規なものに更新するに当たり、軸心位置の簡便な調整を可能として良好な歯当たりを確保し得る減速機における偏心ウエアリングの設計方法を提供することができる。

１ ワークロール
２ ピニオンスタンド
３ 主減速機
３ａ、３ｂ 転がり軸受
３ｃ 小歯車
３ｃ１ 軸心
３ｄ、３ｅ 転がり軸受
３ｆ 大歯車
３ｆ１ 軸心
３ｇ～３ｊ 偏心ウエアリング
３ｋ ケーシング
４ 駆動源
５ スピンドル
６ リーディングスピンドル
７ ギアカップリング
８ ギアカップリング
９ ギアカップリング
１０ 同心ウエアリング
Ｄｓ 入力側
Ｆｓ 出力側
Ｍ 割面

Claims (2)

1. 入力側、出力側に配置された転がり軸受を介して回転可能に支持され、駆動源からの駆動力を入力するとともに、入力された駆動力を、回転速度を減じながら圧延機側へと出力する少なくとも２つの歯車と、該歯車を支持する転がり軸受を内側に保持し、該転がり軸受の周りに適宜回動させることにより該歯車の軸心を偏心させてその軸心位置の調整を行う偏心ウエアリングと、該歯車、転がり軸受、偏心ウエアリングをそれぞれ据え付ける内部空間を有し上下の割面を合わせることによって該内部空間を密閉する上下２つ割りのケーシングとを備えた減速機につき、該減速機の該歯車、該転がり軸受、該偏心ウエアリングを、該ケーシングをそのまま流用して新規な歯車、転がり軸受、偏心ウエアリングに更新するに当たり、
   更新後の各歯車の偏心ウエアリングの偏心量を下記１～５の手順にしたがって決定することを特徴とする減速機における偏心ウエアリングの設計方法。
   記
   前記ケーシングの割面に平行で、かつ、前記駆動源の回転軸の軸心に直交する直線をＸ軸（横軸）、ケーシングの割面に平行で、駆動源の回転軸の軸心に平行な直線をＹ軸、Ｘ－Ｙ面と直交する直線をＺ軸（縦軸）とする座標系において、
   １．更新前における各歯車の軸心位置を、転がり軸受が配置された入力側、出力側の少なくとも２箇所において測定するとともに、各偏心ウエアリングの偏心量および摩耗量、各転がり軸受の摩耗量、ケーシングの摩耗量をそれぞれ測定し、その測定された各偏心ウエアリングの偏心量および摩耗量、各転がり軸受の摩耗量、ケーシングの摩耗量を、測定された軸心位置に加えて測定された各偏心ウエアリングの偏心量および摩耗量、各転がり軸受の摩耗量がゼロとなる軸心位置を更新後の推定軸心位置としてＸ－Ｚ座標上で求める。
   ただし、測定された各歯車の軸心位置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が交差する原点を、駆動源の回転軸の軸心に一致させ、該駆動源の回転軸の軸心を基準として各歯車の軸心位置を、予め設定した各歯車の軸心間距離を考慮してＸ－Ｚ座標上で換算表示したものとする。
   ２．上記１において求められた各歯車の軸の入力側、出力側の推定軸心位置の相対関係から、新規な転がり軸受、同心ウエアリングの組付け公差を利用してその組付け公差の範囲内で各歯車の軸の軸心が入力側、出力側で最大限遠ざかる場合の軸心位置を、Ｘ－Ｚ座標上で求める。
   ３．上記２において求められた軸心位置を中心とし、かつ、各歯車の軸の入力側、出力側の軸心周りで接点が形成される同一半径の円を描き、その円の半径を偏心ウエアリングの最小偏心量とする。
   ４．上記３で求められた各歯車の偏心ウエアリングの最小偏心量に対して、該最小偏心量以上で、かつ、各歯車の軸心がＸ－Ｚ座標上において全て一致するように各歯車の偏心無の軸心を中心に円を描き、その円の相互間において形成される交点から各円の中心に至るまでの半径を偏心ウエアリングの偏心量とする。ここで、各歯車の軸心および偏心量は転がり軸受、同心ウエアリングおよび偏心ウエアリングの組付け公差を中央値としている。
   ５．上記４で得られた偏心量を用いて算出した、新規な転がり軸受、同心ウエアリングの組付け公差の最小値および最大値の場合の軸心間距離の誤差が、予め設定されている軸心間距離の許容誤差の範囲に収まるかどうかを、確認し、許容誤差の範囲に収まる軸心間距離の誤差であると確認されたならば上記４で得られた偏心量を更新後の各歯車の偏心ウエアリングの偏心量とする。
2. 入力側、出力側に配置された転がり軸受を介して回転可能に支持され、駆動源からの駆動力を入力するとともに、入力された駆動力を、回転速度を減じながら圧延機側へと出力する少なくとも２つの歯車と、該歯車を支持する転がり軸受を内側に保持し、該転がり軸受の周りに適宜回動させることにより該歯車の軸心を偏心させてその軸心位置の調整を行う偏心ウエアリングと、該歯車、転がり軸受、偏心ウエアリングをそれぞれ据え付ける内部空間を有し上下の割面を合わせることによって該内部空間を密閉する上下２つ割りのケーシングとを備えた減速機につき、該減速機の該歯車、該転がり軸受、該偏心ウエアリングを、該ケーシングをそのまま流用して新規な歯車、転がり軸受、偏心ウエアリングに更新するに当たり、
   更新後の各歯車の偏心ウエアリングの偏心量を下記１～５の手順にしたがって決定することを特徴とする減速機における偏心ウエアリングの設計方法。
   記
   前記ケーシングの割面に平行で、かつ、前記駆動源の回転軸の軸心に直交する直線をＸ軸（横軸）、ケーシングの割面に平行で、駆動源の回転軸の軸心に平行な直線をＹ軸、Ｘ－Ｙ面と直交する直線をＺ軸（縦軸）とする座標系において、
   １．新規な歯車を新規な転がり軸受にて支持するとともに該新規な転がり軸受を同心ウエアリングに保持して前記流用するケーシングに組付け、各歯車の軸心位置を、転がり軸受が配置された入力側、出力側の少なくとも２箇所において測定し、その測定された各歯車の軸心位置を更新後の推定軸心位置としてＸ－Ｚ軸座標上で求める。
   ただし、測定された各歯車の軸心位置は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が交差する原点を、駆動源の回転軸の軸心に一致させ、該駆動源の回転軸の軸心を基準として各歯車の軸心位置を、予め設定した各歯車の軸心間距離を考慮してＸ－Ｚ座標上で換算表示したものとする。
   ２．上記１において求められた各歯車の軸の入力側、出力側の推定軸心位置の相対関係から、新規な転がり軸受、同心ウエアリングの組付け公差の範囲内で各歯車の軸の軸心が入力側、出力側で最大限遠ざかる場合の軸心位置を、Ｘ－Ｚ座標上で求める。
   ３．上記２において求められた軸心位置を中心とし、かつ、各歯車の軸の入力側、出力側の軸心周りで接点が形成される同一半径の円を描き、その円の半径を偏心ウエアリングの最小偏心量とする。
   ４．上記３で求められた各歯車の偏心ウエアリングの最小偏心量に対して、該最小偏心量以上で、かつ、各歯車の軸心がＸ－Ｚ座標上において全て一致するように各歯車の偏心無の軸心を中心に円を描き、その円の相互間において形成される交点から各円の中心に至るまでの半径を偏心ウエアリングの偏心量とする。ここで、各歯車の軸心および偏心量は転がり軸受、同心ウエアリングおよび偏心ウエアリングの組付け公差を中央値としている。
   ５．上記４で得られた偏心量を用いて算出した、新規な転がり軸受、同心ウエアリングの組付け公差の最小値および最大値の場合の軸心間距離の誤差が、予め設定されている軸心間距離の許容誤差の範囲に収まるかどうかを、確認し、許容誤差の範囲に収まる軸心間距離の誤差であると確認されたならば上記４で得られた偏心量を更新後の各歯車の偏心ウエアリングの偏心量とする。

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