JPH11141657A - 歯 車 - Google Patents
歯 車Info
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- JPH11141657A JPH11141657A JP30309597A JP30309597A JPH11141657A JP H11141657 A JPH11141657 A JP H11141657A JP 30309597 A JP30309597 A JP 30309597A JP 30309597 A JP30309597 A JP 30309597A JP H11141657 A JPH11141657 A JP H11141657A
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Abstract
料が受けるダメージの集中を無くすことによって歯車の
歯の最大負荷能力を高める。 【解決手段】 互いに歯合する2つの平歯車11,12
の歯13,14の接触面における軸方向への相対間隔の
軸方向への変化を、上記軸方向への相当応力分布または
最大剪断応力分布等で表される材料が受けるダメージが
均一になるように決定する。こうして、歯13,14の
軸方向両端のエッジ部における相当応力または最大剪断
応力等で表される材料が受けるダメージの集中を防止す
る。その結果、上記相当応力または最大剪断応力等で表
される材料が受けるダメージの集中が無くなる分だけ歯
13,14の静的最大負荷容量および動的最大負荷容量
を高めることができる。
Description
面のクラウニング形状の改良に関する。
7に示すような平歯車がある。平歯車1と平歯車2とは
互いに歯合して、平歯車1の軸(図示せず)または平歯車
2の軸(図示せず)の何れか一方の回転力を他方に伝達す
る。その場合に、平歯車1の歯1aの歯面と平歯車2の
歯2aの歯面とは互いに線接触して、両歯面間に摩擦や
滑りが生ずる。
1で代表する)においては、図8に示すように、歯1aの
歯面3における回転方向に直交する方向(つまり、平歯
車1の軸方向)への断面形状には、接触圧力の集中を避
けるためにクラウニングと呼ばれるわずかな膨らみを形
成するようにしている。このようなクラウニングの形状
として、ルンドベルグ(Lundberg)は、接触圧力を転動
体の軸方向に均一にするようなクラウニング形状を提案
しており、現在ではこのクラウニング形状が最適とされ
ている。
ンドベルグのクラウニング形状によれば、確かに平歯車
1の軸方向へ均一な接触圧力分布を呈する。ところが、
実際に歯1aが受けるダメージを評価すると、破壊,金属
疲労や塑性変形等の材料が受けるダメージの軸方向への
分布は一様でないという問題がある。ところで、歯1a,
2aのように互いに線接触して回転力を伝達する2つの
相互接触部材においては、両相互接触部材の接触面にお
ける最適間隔決定の問題を、図4に示すような有限幅円
筒21と半無限体(以下、単に平面と言う)22との相対
接近量(相対隙間)問題に置き換えることができる。図4
において、X,Y,Zは無次元座標であり、X軸はx/b,
Y軸はy/b,Z軸はz/bである。但し、x,y,zは座
標であり、bは回転方向へのヘルツ(Hertz)の接触幅の
1/2である。
形状を適用した有限幅円筒21に発生する軸方向に均一
な接触圧力下での相当応力σEをヘルツの最大接触応力
Phで無次元化した無次元化相当応力ΣE(=σE/Ph)の
分布を示す。ここで、相当応力σEとは、金属材料の降
伏条件の一種のフォン・ミーゼス(Von Mises)の降伏条
件に用いられる応力成分である。図9より、上記有限幅
円筒21の内部における破壊や疲労を表す無次元化相当
応力ΣEは、回転軸から半径方向に有効長さの0.8倍の
箇所Aに帯状に強くあらわれる。そして、特に、上記帯
状箇所Aのうちの側面近傍の領域Bで降伏応力(=0.6
0)を越える強い値を示し、領域Bから降伏が始まるこ
とが分かる。このように、例え、接触圧力分布を軸方向
に均一にしたとしても、必ずしも3次元の相当応力分布
は均一とはならず、相当応力σEが集中する箇所が存在
する。そのために、平歯車1,2の歯1a,2aに最大負荷
能力を与えることができないという問題がある。このよ
うな問題は、平歯車に限るものではなく、ハスバ歯車や
傘歯車ウォームギヤ等にも発生する。
は最大剪断応力等で表される材料が受けるダメージの集
中を無くして最大負荷能力を高めることができる歯車を
提供することにある。
め、請求項1に係る発明は、互いに歯合して回転力を伝
達する2つの歯車において、歯合する2つの歯の接触面
の間隔における上記歯の相対移動方向に直交する方向へ
の変化が、接触圧力下での上記方向への相当応力分布ま
たは最大剪断応力分布等の材料が受けるダメージを評価
する物理量が均一になるように設定されていることを特
徴としている。
触面の間隔における上記方向への変化は、接触圧力下で
の上記方向への相当応力分布または最大剪断応力分布等
で表される材料が受けるダメージが均一になるように設
定されている。したがって、上記相当応力または最大剪
断応力等で表される材料にダメージが集中する箇所が存
在せず、その分だけ上記歯の最大負荷能力が高められ
る。
係る発明の歯車において、上記歯合する2つの歯の接触
面の間隔における上記方向への変化が、実質的に下記の
式で表されることを特徴としている。
等価半径R、等価ヤング率E'、上記歯の有効長Lwe、材
料の圧縮に関する強度σEmax、および、材料の最大剪断
応力に関する強度τmaxが分かれば、接触圧力下での上
記方向への相当応力分布または最大剪断応力分布が均一
になるような上記歯合する2つの歯の接触面の間隔が容
易に得られる。
態により詳細に説明する。図1は、本実施の形態の歯車
の一例としての平歯車を示す図である。平歯車11およ
び平歯車12は互いに歯合して、平歯車11の軸(図示
せず)あるいは平歯車12の軸(図示せず)の何れか一方
の回転力を他方に伝達する。図2は、平歯車11の歯1
3の斜視図である。
車12の歯14との接触面の相対隙間の問題は、図4に
示すような有限幅円筒21と平面22との隙間の問題に
置き換えることができる。そこで、以下、両歯13,1
4の接触面の相対隙間を、図4の力学モデルを用いて説
明する。
1と平面22との相対隙間においては、有限幅円筒21
に対する接触圧力分布を有限幅円筒21の軸方向に均一
にしたとしても、3次元の相当圧力分布または最大剪断
応力分布等で表される材料が受けるダメージは均一には
ならない。そこで、本実施の形態においては、上述の点
に着目して、有限幅円筒21の軸方向への相当応力分布
または最大剪断応力分布等で表される材料が受けるダメ
ージが均一になるように、有限幅円筒21のクラウニン
グ形状(つまり、歯面15のクラウニング形状)を決定す
るのである。
ニング形状与えて、乾燥接触問題における基礎式を用い
て接触2物体間(つまり、有限幅円筒21と平面22と
の間)の相対距離Hを求め、接触圧力を求める。そし
て、得られた接触圧力の分布を用いて3次元の内部応力
分布を得、この3次元内部応力分布から次式によって相
当応力を求める。 σE=[1/2{(σX−σY)2+(σY−σZ)2+(σZ−σX)2
+6τXY 2+6τYZ 2+6τZX 2}0.5] ここで、 σE:相当応力 σX:YZ面に作用する垂直応力成分 σY:XZ面に作用する垂直応力成分 σZ:XY面に作用する垂直応力成分 τXY:XY面に作用する剪断応力成分 τYZ:YZ面に作用する剪断応力成分 τZX:ZX面に作用する剪断応力成分
分布が有限幅円筒21の軸方向に均一になるようにクラ
ウニング形状を変更し、上述の解析を繰り返す。こうし
て、材料内部のダメージが軸方向に均一に分布するよう
にクラウニング形状を決定するのである。
形状の式は、次のような式である。
て算出された有限幅円筒21のクラウニング量の一例を
示す図である。また、図5は、上記クラウニング形状の
式が適用された有限幅円筒21における接触圧力pをヘ
ルツの最大接触応力Phで無次元化した無次元化接触圧
力P(=p/Ph)の分布である。図5(a)はY=0におけ
るZX面の接触圧力分布であり、図5(b)はX=0にお
けるYZ面の接触圧力分布である。また、図6は、図9
の場合と同じ荷重条件下での軸方向への無次元化相当応
力ΣEの分布を示す。
おけるクラウニング形状によれば、有限幅円筒21の軸
方向の接触圧力分布は、中央部から軸方向両端のエッジ
部に向かって少しずつ減少し、上記エッジ部で曲線的に
低下するようになっている。
元化相当応力ΣEの分布から分かるように、上記ルンド
ベルグのクラウニング形状を適用した場合の上記エッジ
部での無次元化相当応力ΣEの上昇(図9参照)が無くな
り、そのまま曲線的に減少している。その結果、図9に
見られるような上記帯状領域Aの側面近傍に現れる降伏
応力を越える強い相当応力の集中が回避される。
歯合する2つの歯13,14の接触面における上記歯の
相対移動方向に直交する軸方向への相対間隔が、上記式
で求められるクラウニング形状になるようにするのであ
る。
互いに歯合する2つの歯13,14の接触面における軸
方向への相対間隔を、上記方向への無次元化相当応力Σ
Eの分布を均一にするように決定している。したがっ
て、歯13,14の軸方向両端エッジ部における無次元
化相当応力ΣEの集中を防止できる。すなわち、本実施
の形態によれば、無次元化相当応力ΣEの集中が無くな
る分だけ歯13,14の静的最大負荷容量および動的最
大負荷容量を高めることができるのである。
しているが、この発明はこれに限定されるものではな
い。例えば、ハスバ歯車や傘歯車ウォームギヤ等にも適
用可能である。
る発明の歯車は、互いに歯合する2つの歯の接触面の間
隔における上記歯の相対移動方向に直交する方向への変
化を、接触圧力下での上記方向への相当応力分布または
最大剪断応力分布等の材料が受けるダメージを評価する
物理量が均一になるように設定したので、上記相当応力
または最大剪断応力等で表される材料が受けるダメージ
が集中する箇所が存在せず、その分だけ上記歯の静的最
大負荷容量および動的最大負荷容量を高めることができ
る。さらに、上記歯の耐圧痕性や寿命の向上を図ること
ができる。
歯合する2つの歯の接触面の間隔における上記方向への
変化を、実質的に下記の式で表したので、上記相対移動
方向への等価半径R、等価ヤング率E'、上記歯の有効
長Lwe、材料の圧縮に関する強度σEmax、および、材料
の最大剪断応力に関する強度τmaxが分かれば、接触圧
力下での上記方向への相当応力分布または最大剪断応力
分布が均一になるような上記歯合する2つの歯の接触面
の間隔を容易に得ることができる。
斜視図である。
一例を示す図である。
ある。
図である。
布を示す図である。
限幅円筒における図6と同じ荷重条件下での無次元化相
当応力分布を示す図である。
15…歯面。
Claims (2)
- 【請求項1】 互いに歯合して回転力を伝達する2つの
歯車において、 歯合する2つの歯の接触面の間隔における上記歯の相対
移動方向に直交する方向への変化が、接触圧力下での上
記方向への相当応力分布または最大剪断応力分布等の材
料が受けるダメージを評価する物理量が均一になるよう
に設定されていることを特徴とする歯車。 - 【請求項2】 請求項1に記載の歯車において、 上記歯合する2つの歯の接触面の間隔における上記方向
への変化が、実質的に下記の式で表されることを特徴と
する歯車。 【数1】
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30309597A JP3683085B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 歯車 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30309597A JP3683085B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 歯車 |
Publications (2)
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JPH11141657A true JPH11141657A (ja) | 1999-05-25 |
JP3683085B2 JP3683085B2 (ja) | 2005-08-17 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30309597A Expired - Fee Related JP3683085B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 歯車 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3683085B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012171602A (ja) * | 2011-02-24 | 2012-09-10 | Suzuki Motor Corp | 船外機の動力伝達装置 |
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-
1997
- 1997-11-05 JP JP30309597A patent/JP3683085B2/ja not_active Expired - Fee Related
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