WO2015015806A1 - 平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置 - Google Patents

平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015015806A1
WO2015015806A1 PCT/JP2014/004013 JP2014004013W WO2015015806A1 WO 2015015806 A1 WO2015015806 A1 WO 2015015806A1 JP 2014004013 W JP2014004013 W JP 2014004013W WO 2015015806 A1 WO2015015806 A1 WO 2015015806A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gear
helical
tooth
small gear
cardan drive
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/004013
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
研一 後藤
良彦 大塚
智 林
Original Assignee
東洋電機製造株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東洋電機製造株式会社 filed Critical 東洋電機製造株式会社
Priority to RU2016107393A priority Critical patent/RU2658574C2/ru
Priority to US14/908,915 priority patent/US10036464B2/en
Priority to CN201480041897.0A priority patent/CN105452731B/zh
Priority to JP2015529395A priority patent/JP6321653B2/ja
Priority to KR1020167005675A priority patent/KR20160038054A/ko
Publication of WO2015015806A1 publication Critical patent/WO2015015806A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/08—Profiling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C9/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of transmission system used; Transmission systems specially adapted for locomotives or motor railcars
    • B61C9/38—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion
    • B61C9/48—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors supported on vehicle frames and driving axles, e.g. axle or nose suspension
    • B61C9/50—Transmission systems in or for locomotives or motor railcars with electric motor propulsion with motors supported on vehicle frames and driving axles, e.g. axle or nose suspension in bogies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/02—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion
    • F16H1/04—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members
    • F16H1/06—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with parallel axes
    • F16H1/08—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with parallel axes the members having helical, herringbone, or like teeth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/08—Profiling
    • F16H55/0886—Profiling with corrections along the width, e.g. flank width crowning for better load distribution
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
    • F16C19/34—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load
    • F16C19/36—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers
    • F16C19/364—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with a single row of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • F16C19/546—Systems with spaced apart rolling bearings including at least one angular contact bearing
    • F16C19/547—Systems with spaced apart rolling bearings including at least one angular contact bearing with two angular contact rolling bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/10—Railway vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/61—Toothed gear systems, e.g. support of pinion shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/08—Profiling
    • F16H2055/0893—Profiling for parallel shaft arrangement of toothed members

Definitions

  • the present invention relates to a parallel cardan drive comprising a pair of helical large gears and helical small gears each having gear specifications having a module of 4 to 8, a pressure angle of 20 to 30 ° and a helix angle of 15 to 30 °.
  • the present invention relates to a railway vehicle gear device.
  • the parallel cardan drive type railway vehicle transmits the torque generated by the main motor fixed to the chassis to the axle via a flexible shaft joint and a gear device, and rotates on wheels provided on the axle to travel on the rail.
  • a gear device (hereinafter simply referred to as a “gear device”) used in such a railway vehicle is a pair of helical large gear (hereinafter simply referred to as “large gear”) and helical small gear (hereinafter simply referred to as “gear gear”). It is referred to as a “small gear” and rotates while meshing with each other to transmit torque.
  • the small gear fixed to the rotary shaft connected to the flexible joint and the large gear fixed to the axle are housed in the gear box, and the rotary shaft portions located on both sides in the axial direction of the small gear are respectively the first cones. While being supported by a gear box via a roller bearing, axle portions located on both sides in the axial direction of the large gear are each supported by a gear box via a second tapered roller bearing.
  • the end play value is set to be larger than the end play value of the small gear, but usually, the axle with the large gear fixed has a long axial length, Because it is supported by rails via wheels that are extrapolated on both sides of the axle, even if the end play value is set large, there is almost no adverse effect on the meshing of the paired large gear and small gear Can be considered. For this reason, on the large gear side, tooth profile correction in the tooth surface in the tooth height direction and crowning and relieving correction on the tooth surface in the tooth trace direction are not performed, and only the small gear is in the tooth height direction. It has been conventionally performed to improve the meshing between the large gear and the small gear by modifying the tooth profile with respect to the tooth surface and crowning and relieving with respect to the tooth surface in the tooth trace direction.
  • the predetermined range of the tooth tip and the predetermined range of the tooth root are uniform in the tooth trace direction of the entire tooth width (for example, when the tooth width is 70 mm, 20-30 ⁇ m) tooth profile modification, tooth width direction central area is crowned with a predetermined value (for example, 20 mm) with a circular curve (for example, radius R ⁇ 17685 mm) in the tooth width direction and tooth width direction
  • a predetermined value for example, 20 mm
  • a circular curve for example, radius R ⁇ 17685 mm
  • the amount of correction in the direction of the tooth trace that is obtained by applying relieving (modification) at a predetermined value (for example, 50 ⁇ m) with an arc curve having a radius different from the arc curve at the time of crowning, and adding crowning and relieving at both end faces Is a predetermined value (for example, 70 ⁇ m), and two-dimensional tooth surface modification is performed.
  • a complete contact line region having a width that is an integral multiple of the tooth width direction contact line pitch with respect to the tooth surface of a helical gear.
  • 3D bias tooth surface modification is performed so that contact does not occur when meshing with a tooth surface other than the complete contact line region (that is, the tooth profile shape in the tooth height direction tooth surface sequentially varies depending on the tooth trace direction position) It is known from Patent Document 1 that a so-called bias-out three-dimensional tooth surface modification is performed.
  • a crowning of 5 to 20 ⁇ m is applied in the meshing contact line direction of the tooth surface with respect to the effective meshing range of the tooth surface of the helical gear, and the crowning in the meshing contact line direction, the tooth tip and the tooth root are modified.
  • Patent Document 2 It is known from Patent Document 2 that a so-called bias-in three-dimensional tooth surface modification is performed.
  • the present invention is a low-cost parallel cardan drive type railway that can reduce vibration and noise that occur when a large gear and a small gear mesh with each other only by two-dimensional tooth surface modification.
  • An object of the present invention is to provide a vehicle gear device.
  • the module has 4 to 8, a pressure angle of 20 to 30 °, and a gear specification having a torsion angle of 15 to 30 °, respectively.
  • the tooth surface of the helical small gear is crowned on the tooth surface in the tooth trace direction, and the tooth surface Is characterized by having a sinusoidal shape over the entire width in the tooth width direction of the helical gear, which is located in the central region in the tooth width direction of the helical gear and expressed by a single sine function.
  • the midpoint of the small gear in the tooth width direction and the midpoint of the distance between the load application points of the tapered roller bearings are shifted, and the tooth meshing is effectively performed.
  • the rate may not be improved.
  • the central region may be between the center of the helical small gear in the tooth width direction and the midpoint of the distance between the load acting points of the tapered roller bearings.
  • the maximum clearance in the tooth trace direction with respect to the helical large gear, which can be generated by the precession while the helical small gear rotates, is Cm
  • the pressure angle is ⁇
  • the torsion angle is ⁇
  • the modification amount R 1 when applying the crowning is: It is preferable to set within the range of the formula (1).
  • the module has 4 to 8, a pressure angle of 20 to 30 ° and a torsion angle of 15 to 30 °.
  • the tooth surface in the tooth trace direction of the helical small gear is represented by a single sine function.
  • crowning in a sinusoidal shape over a range of 55% or more of the total width in the tooth width direction of the helical small gear the remaining portions at both ends in the tooth width direction are relieved in an arc shape.
  • the small gear and the large gear come into contact with each other so as to follow the precession movement of the small gear.
  • the tooth contact area is further secured, the tooth meshing rate is improved, and vibration and noise including sidebands generated when the small gear and the large gear mesh can be reduced.
  • the increase in the cost of manufacturing the helical gear is suppressed. Can do.
  • the maximum clearance in the tooth trace direction with respect to the helical large gear, which can be generated by the precession of the helical small gear, is Cm
  • the pressure angle is ⁇
  • the torsion angle is ⁇
  • direction modification amount R 2 is It is preferable to set within the range of the formula (2).
  • the schematic diagram which shows the structure of the railroad vehicle of a parallel cardan drive system.
  • (a) is a partial cross-sectional view showing a gear device of the present invention
  • (b) is a partial cross-sectional view showing an enlarged portion of a small gear
  • (c) is a tooth surface direction tooth surface modification of the small gear. Illustration to explain.
  • the graph which shows the result of having measured noise with the gear apparatus of the prior art example, and having performed frequency analysis of the measurement data with the FFT analyzer.
  • the graph which shows the result of having carried out the simulation analysis of transition of the clearance gap of the tooth trace direction with respect to the tooth surface of the large gear of the tooth surface of a small gear with the gear apparatus of a prior art example.
  • (a) And (b) is a perspective view explaining the clearance gap produced between the tooth surfaces of a small gear and a large gear. The figure explaining the tooth trace direction tooth surface modification of the small gear concerning other embodiments.
  • (a)-(c) is a figure which shows the result of having carried out the simulation analysis of the tooth-contact area
  • RC is a parallel cardan drive type railway vehicle, and the railway vehicle RC is connected to a main motor DM fixed to a chassis (not shown) and connected to the main motor DM through a flexible shaft joint FC.
  • the torque generated by the main motor DM is transmitted to the axle DS via the flexible shaft coupling FC and the gear device GM, and the pair of left and right wheels DW and DW provided on the axle DS are rotated. It runs on a rail that is not shown.
  • the main motor DM and the bending shaft coupling FC detailed description is abbreviate
  • the gear device GM includes a helical small gear (hereinafter referred to as “small gear 1”) and a helical large gear (hereinafter referred to as “large gear 2”),
  • the small gear 1 and the large gear 2 rotate while meshing with each other to transmit torque.
  • the small gear 1 and the large gear 2 are manufactured to have gear specifications having a module of 4 to 8, a pressure angle of 20 to 30 °, and a torsion angle of 15 to 30 °, respectively.
  • the small gear 1 fixed to the rotary shaft 3 connected to the flexible joint FC and the large gear 2 fixed to the axle DS are housed in a gear box 4, and the rotary shaft 3 positioned on both sides in the axial direction of the small gear 1.
  • each second tapered roller bearing 61 positioned on both axial sides of the gear wheel 2 It is pivotally supported by the gear box 4 through 6 2.
  • the first tapered roller bearing 5 1, 5 2 have the same configuration, an inner ring 51 which is an interference fit on the rotary shaft 3, the rollers 52, the retainer -53, are those known and a outer ring 54 Further, presser plates 55a and 55b serving as lids are provided at the bearing mounting locations of the gear box 4 so as to be fitted on the outer ring 54 and sandwich the inner ring 51 between the small gear 1 from both sides in the axial direction.
  • the second tapered roller bearing 6 and 62 also have the same configuration, an inner ring 61 which is an interference fit in the axle DS, the rollers 62, the retainer -63, known comprising an outer ring 64
  • the lids 41 a and 41 b that are fitted on the outer ring 64 are fixed to the bearing mounting portion of the gear box 4.
  • a bearing retainer 65 for sandwiching the inner ring 61 from both sides in the axial direction with the large gear 2 is fixed to the axle DS by interference fitting.
  • noise measurement is performed with the rotation speed of the small gear set to 4480 rpm, and the measurement data is subjected to frequency analysis with an FFT analyzer.
  • the results are shown in FIG. According to this, a peak of a peak noise whose noise level increases at the meshing frequency of 2165 Hz appears, and on both sides, several peaks whose noise level appears greatly at a certain frequency in the low frequency region and the high frequency region. It was confirmed that noise (hereinafter simply referred to as “sideband waves”) appeared. From this, it is considered that when the small gear and the large gear are engaged with each other and the gear device of the conventional example rotates, the contact area of the small gear and the large gear becomes small, resulting in insufficient meshing rate. .
  • the inventors of the present application have made extensive studies and set the rotation phase angle of the rotation shaft to ⁇ , and the tooth surface of the small gear in the direction of the tooth trace relative to the tooth surface of the large gear caused by the precession of the small gear.
  • the maximum clearance + Cm is calculated while the small gear rotates halfway when the rotational phase angle ⁇ of the small gear is between 0 ° and 180 °.
  • the inventor has obtained the knowledge of drawing a locus conforming to a sine curve represented by a single sine function to the minimum gap ⁇ Cm. As shown in FIGS.
  • the clearance C has a tooth trace direction error or a parallelism error in the rotation axis between the small gear 1 and the large gear 2, and the small gear and the large gear are separated from each other.
  • the apex 11a is located in the central region in the tooth width GW direction of the small gear 1 with respect to the tooth surface 11 in the tooth trace direction.
  • the tooth surface 11 is crowned so that the tooth surface 11 has a sinusoidal shape extending over the entire width of the small gear 1 in the tooth width GW direction.
  • the tapered roller bearing 5 1 from the center of the tooth width direction of the pinion 1, 5 2 If the distance to the position are respectively disposed are different, tooth width GW direction midpoint GC and both tapered roller bearings 5 1 of the pinion 1, 5 2 of the load action point 5P, and the middle point 5C of 5P distance It is not possible to improve the tooth meshing rate effectively. In such cases, the central region, if positioned between the small tooth width direction of the center GC and both tapered roller bearings 5 1 of the gear 1, 5 2 of the load action point 5P, midpoint 5C of 5P distance That's fine.
  • modification amount R 1 when subjected to crowning the maximum gap Cm, the pressure angle alpha, the helix angle beta, relative degree of deformation upon contact with a large helical gears are small helical gear
  • influence coefficient A and B
  • the small gear 1 and the large gear 2 are in contact with each other so as to follow this precession motion.
  • the contact area is ensured to the maximum, and the tooth engagement rate is improved.
  • the tooth surface 11 in the tooth trace direction is simply crowned so as to have a sinusoidal shape, a gear grinder capable of two-dimensional tooth surface modification that has been widely used conventionally is used. Can be processed in an equivalent time, and an increase in manufacturing cost of the small gear 1 can be suppressed.
  • crowning is performed on the tooth surface 11 in the tooth trace direction so that the tooth surface 11 has a sinusoidal shape that is represented by a single sine function and extends over the entire width of the small gear 1 in the tooth width GW direction.
  • the present invention is not limited to this. If it demonstrates with reference to FIG. 6, using the same code
  • the apex 11a is located in the central region of the small gear 1 in the tooth width GW direction, and is represented by a single sine function.
  • the sinusoidal shape covers a range GW 1 of 55% or more of the total width of the small gear 1 in the tooth width GW direction.
  • the remaining portions GW 2 and GW 2 on both ends of the tooth width GW direction are relieved in an arc shape.
  • the central region is the center GC in the tooth width direction of the small gear 1 and the load application point 5P of the tapered roller bearings 5 1 and 5 2 as described above.
  • 5P may be located between the center point 5C and the relieving may be performed by combining two or more arc shapes having different radii.
  • the correction amount R 2 in the tooth trace direction obtained by adding crowning and relieving at both end faces of the tooth width GW is the same as above, the maximum clearance is Cm, the pressure angle is ⁇ , the torsion angle is ⁇ , the helical small gear is When the influence coefficients are A and B with respect to the degree of deformation when contacting with a helical gear, the following equation (2) is used.
  • the small gear 1 and the large gear 2 of the gear device GM are manufactured so as to have the above-described gear specifications, and the apex 11a is the center line GL in the tooth width GW direction of the small gear 1 with respect to the small gear 1.
  • the crowning is performed so that the tooth surface 11 has a sinusoidal shape extending over the entire width of the small gear 1 in the tooth width GW direction, which is located above and represented by a single sine function.
  • the modification amount R 1 was 0.045 mm.
  • the apex 11a is located on the center line GL of the small gear 1 in the tooth width GW direction, and is represented by a single sine function, which is 55 of the full width of the small gear 1 in the tooth width GW direction.
  • % GW 1 is crowned in a sinusoidal shape, and the remaining portions GW 2 and GW 2 on both ends of the tooth width GW direction are relieved in an arc shape. Stuff).
  • the modification amount R 2 obtained by adding the crowning and Reribingu was 0.06 mm.
  • the small gear 1 and the large gear 2 of the gear device GM are manufactured so as to have the above-described gear specifications, and the tooth surface in the tooth trace direction with respect to the small gear 1
  • the central region in the width direction is subjected to crowning of an arc curve (for example, radius R ⁇ 17685 mm) and the rib width is applied to both ends of the tooth width direction by relieving with an arc curve having a radius different from the arc curve at the time of the crowning.
  • Tooth surface modification was performed so that the amount of modification in the direction of the tooth trace added with crowning and relieving was 0.070 mm (conventional product).
  • FIG. 7 is a graph showing the modified shapes of the tooth surfaces of the invention products 1 and 2 and the conventional product.
  • the solid line indicates the invention product 1
  • the one-dot chain line indicates the invention product 2
  • the dotted line What is indicated by is a conventional product. According to this, it can be seen that the modified shapes in the tooth trace direction are clearly different.
  • the tooth contact area of the small gear with respect to the large gear when the small gear and the large gear are rotated while meshing with each other of the inventive products 1 and 2 and the conventional product is analyzed with the tooth contact analysis software (Toyo Electric Manufacturing Co., Ltd.)
  • a simulation analysis was performed using a product made by a company, and the results are shown in FIGS.
  • the tooth contact area was about 39% (see FIG. 8C).
  • the tooth contact area is about 64% (see FIG. 8A), and the tooth contact area is improved by about 1.6 times compared to the conventional product, and the invention product 2
  • the tooth contact area was about 48% (see FIG. 8B), and it was confirmed that the tooth contact area was improved about 1.2 times compared to the conventional product. Thereby, it turns out that a meshing rate improves significantly.
  • the invention 2 and the conventional product were used, the rotation speed of the small gear was changed within the range of 4310 rpm to 5478 rpm, the noise level at that time was measured, and the result is shown in FIG. According to this, it was confirmed that the noise level can be effectively reduced by improving the meshing rate, particularly when the rotational speed of the small gear exceeds 4490 rpm and exceeds 5200 rpm.
  • RC parallel cardan drive type railway vehicle, GM ... gear device, 1 ... helical small gear (small gear), 2 ... deviating large gear (large gear), 11 ... tooth surface, 11a ... apex, GW ... tooth Width, GC: midpoint in the tooth width direction, 3 ... rotating shaft, 4 ... gear box, 5 1 , 5 2 ... tapered roller bearing, 5P ... loading point of tapered roller bearing, 5C ... midpoint between loading points, R 1 , R 2 ... Adjustment amount during crowning.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Gear Transmission (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

二次元的な歯面修整だけで大歯車と小歯車とが噛み合うときに発生する振動と騒音とを低減することができる低コストの平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置を提供する。モジュールが４～８、圧力角が２０～３０°及びねじれ角が１５～３０°の歯車諸元を夫々有する、対をなすはすば小歯車（１）とはすば大歯車（２）とを備える平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置では、はすば小歯車の歯筋方向の歯面にクラウニングを施してなる。歯面（１１）は、頂点（１１ａ）がはすば小歯車の歯幅方向中央領域に位置し、単一の正弦関数で表される、はすば小歯車の歯幅方向全幅に亘る正弦曲線形状を持つ。

Description

平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置
　本発明は、モジュールが４～８、圧力角が２０～３０°及びねじれ角が１５～３０°の歯車諸元を夫々有する一対のはすば大歯車とはすば小歯車を備える平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置に関する。
　平行カルダン駆動方式の鉄道車両は、車台に固定の主電動機で発生するトルクを、撓み軸継手、歯車装置を介して車軸に伝達し、車軸に設けた車輪を回転させてレール上を走行する。このような鉄道車両に用いられる歯車装置（以下、単に「歯車装置」という）は、対をなすはすば大歯車（以下、単に「大歯車」という）とはすば小歯車（以下、単に「小歯車」という）とを備え、互いに噛み合いながら回転してトルクを伝達する。この場合、撓み継手に連結される回転軸に固定の小歯車と車軸に固定の大歯車とは歯車箱内に収納され、小歯車の軸方向両側に位置する回転軸部分が夫々第１の円錐ころ軸受を介して歯車箱に軸支されると共に、大歯車の軸方向両側に位置する車軸部分が夫々第２の円錐ころ軸受を介して歯車箱に軸支される。
　この種の歯車装置では、例えば、温度変化に起因して円錐ころ軸受に給油するための潤滑油の粘度が変動して潤滑不良を引き起こすと、円錐ころ軸受が焼き付くといった不具合を招く。そこで、このような歯車装置では、第１及び第２の両円錐ころ軸受の内輪及び外輪と、ころとの夫々の軸方向間隙、所謂エンドプレー値（σｓ）の調整をシムによって行い、一般的な産業用歯車装置におけるエンドプレー値（２０～３０μｍ）と比較して非常に大きなエンドプレー値（例えば、小歯車側では、σｓ：６０～１７０μｍ、大歯車側では、σｓ：８０～２１０μｍ）となるように組み立てることが一般的である。エンドプレー値を大きく設定した場合、円錐ころ軸受の回転軸周りのがたつきが大きくなり、これに伴って小歯車の回転軸の軸心での傾きも大きくなる。その結果、走行時（小歯車の回転時）、撓み継手が振動すると、小歯車に大きな歳差運動が生じ、対をなす大歯車と小歯車との噛み合いに悪影響を及ぼすことになる。
　ここで、大歯車側では、そのエンドプレー値が小歯車のエンドプレー値と比較して一層大きく設定されるが、通常、大歯車が固定の車軸はそれ自体の軸長寸法が長く、しかも、車軸の両側に夫々外挿される車輪を介してレールで支持されている等のため、エンドプレー値を大きく設定しても、対をなす大歯車と小歯車との噛み合いに及ぼす悪影響は殆どないものと見做すことができる。このため、大歯車側に対しては、歯丈方向の歯面における歯形修整や、歯筋方向の歯面に対してクラウニング及びレリービング修整を施さず、小歯車に対してのみ、歯丈方向の歯面に対する歯形修整と、歯筋方向の歯面に対してクラウニングとレリービング修整とを施し、大歯車と小歯車との噛み合いを改善させることが従来から行われている。
　即ち、小歯車に対しては、例えば、歯先の所定範囲と歯元の所定範囲とを歯幅全体の歯筋方向に亘って一律な形状で所定値（例えば、歯幅が７０ｍｍの場合、２０～３０μｍ）の歯形修整を施し、歯筋方向の歯面に、歯幅方向中央領域を円弧曲線（例えば、半径Ｒ≒１７６８５ｍｍ）で所定値（例えば、２０ｍｍ）のクラウニングを施すと共に歯幅方向両端側を当該クラウニング時の円弧曲線とは異なる半径の円弧曲線で所定値（例えば、５０μｍ）のレリービング（修整）を施し、歯幅両端面でのクラウニングとレリービングと加算した歯筋方向の修整量を所定値（例えば、７０μｍ）として二次元的な歯面修整を施している。
　ところで、近年では、鉄道車両の更なる速度向上の要請による電動機の高速回転化に伴い、小歯車の回転数が上昇の一途を辿っている。このため、大歯車と小歯車との間でトルク伝達を行う際に、上記のような歯形修整では、歯当たり領域の面積が小さくなって噛合い率の低下を招来し、大歯車と小歯車とが噛み合うときに発生する振動と騒音のオーバーオール値が大きくなり、しかも、オーバーオール値の主成分である、大歯車と小歯車とが噛み合うときに発生する騒音の周波数が２０００～３０００Ｈｚの範囲に高周波化しているという問題が生じている。このような周波数帯域の騒音は、等ラウドネス曲線にて人間の聴覚が最も敏感となるものであり、同一のホン単位において１０００Ｈｚ以下の周波数帯域の騒音と比較して、１０倍程度うるさい騒音として人間が感知するため、不快感を与える。
　従来、大歯車と小歯車とが噛み合うときに発生する振動と騒音とを低減する方法として、はすば歯車の歯面に対し、歯幅方向接触線ピッチの整数倍の幅の完全接触線領域を残し、この完全接触線領域以外の歯面で噛合い時に接触が起こらない３次元的なバイアス歯面修整を施すこと（つまり、歯筋方向位置によって逐次歯丈方向歯面における歯形形状が異なる、所謂バイアスアウトという三次元的な歯面修整を施すこと）が特許文献１で知られている。また、はすば歯車の歯面の有効噛み合い範囲に対して、歯面の噛み合い接触線方向に５～２０μmのクラウニングを施工し、この噛み合い接触線方向のクラウニングと、歯先及び歯元修整と歯筋修整のためのクラウニングとを加えた後の最大バイアス修整量が１０～４０μmとなるように、歯面に修整を施すこと（つまり、歯筋方向位置によって逐次歯丈方向歯面における歯形形状が異なる、所謂バイアスインという三次元的な歯面修整を施すこと）が特許文献２で知られている。
　然しながら、上記各特許文献記載のものはいずれも三次元的な歯面修整を施すため、従来から広く用いられている二次元的な歯面修整が可能な歯車研削盤ではもはや加工できない。このため、高価かつ高性能な歯車研削盤が必要となり、設備投資に多大なコストがかかる。しかも、三次元的な歯面修整を施すときの加工は、二次元的な歯面修整を施す場合と比較して多大な時間を要し（少なくとも５倍以上の加工時間）、生産性が格段に低下する。その結果、はすば歯車製作に多大なコストがかかるという問題がある。
特許第２９６５９１３号公報 特許第４９５２３６２号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、二次元的な歯面修整だけで大歯車と小歯車とが噛み合うときに発生する振動と騒音とを低減することができる低コストの平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置を提供することをその課題とするものである。
　上記の課題を解決するために、本発明の第一態様では、モジュールが４～８、圧力角が２０～３０°及びねじれ角が１５～３０°の歯車諸元を夫々有する、対をなすはすば小歯車とはすば大歯車とを備える本発明の平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置において、はすば小歯車の歯筋方向の歯面にクラウニングを施してなり、前記歯面は、頂点がはすば小歯車の歯幅方向中央領域に位置し、単一の正弦関数で表される、はすば小歯車の歯幅方向全幅に亘る正弦曲線形状を持つことを特徴とする。
　以上によれば、小歯車の回転時、小歯車に大きな歳差運動が生じても、この歳差運動に追従するように小歯車と大歯車とが歯当たりすることで、歯当たり領域面積が最大限確保されて歯噛合い率が向上する。その結果、小歯車と大歯車とが噛み合うときに発生する側帯波を含む振動と騒音とを低減することができる。また、正弦曲線形状を持つようにクラウニングを施すだけであるため、従来から広く用いられている二次元的な歯面修整が可能な歯車研削盤を用いて同等の時間で加工でき、はすば歯車製作のコスト上昇を抑制することができる。
　ところで、回転軸に固定の小歯車は歯車箱内に収納され、軸方向両側に位置する回転軸部分が夫々円錐ころ軸受を介して歯車箱に軸支されている場合、（１）これら各円錐ころ軸受の形式や仕様が同一であり、（２）小歯車の歯幅方向の中心から円錐ころ軸受が夫々配置されている位置までの距離が同等であり、（３）円錐ころ軸受を支持する歯車箱部分の剛性（当該部分の形状や変位量が同一）が同等であれば、小歯車の歯幅方向の中点と両円錐ころ軸受の荷重作用点間距離の中点とが実質的に合致していると見做すことができる。然し、上記（１）～（３）の少なくも一つが異なると、小歯車の歯幅方向の中点と両円錐ころ軸受の荷重作用点間距離の中点とがずれ、効果的に歯噛合い率を向上することができない場合がある。このような場合、前記中央領域は、前記はすば小歯車の歯幅方向の中心と前記両円錐ころ軸受の荷重作用点間距離の中点との間とすればよい。これにより、歯当たり領域面積が確実に確保されて歯噛合い率を向上させることができる。
　なお、第一の態様において、前記はすば小歯車が回転しながら歳差運動することで生じ得るはすば大歯車に対する歯筋方向の最大隙間をＣｍ、圧力角をα、ねじれ角をβ、はすば小歯車がはすば大歯車と接触するときに変形する度合に対して影響度係数をＡ，Ｂとした場合、前記クラウニングを施すときの修整量Ｒ１は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
の式（１）の範囲内に設定されることが好ましい。
　また、上記の課題を解決するために、本発明の第二態様では、モジュールが４～８、圧力角が２０～３０°及びねじれ角が１５～３０°の歯車諸元を夫々有する、対をなすはすば小歯車とはすば大歯車とを備える平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置において、はすば小歯車の歯筋方向の歯面に、単一の正弦関数で表される、はすば小歯車の歯幅方向全幅の５５％以上の範囲に亘る正弦曲線形状にてクラウニングを施す共に、歯幅方向両端側の残存部分を円弧形状にてレリービングを施して構成したことを特徴とする。
　以上によれば、第一の態様と同様、小歯車の回転時、小歯車の歳差運動に追従するように小歯車と大歯車とが歯当たりすることで、段落番号０００５に記載した上記従来例と比較して、歯当たり領域面積がより一層確保されて歯噛合い率が向上し、小歯車と大歯車とが噛み合うときに発生する側帯波を含む振動と騒音とを低減することができる。この場合、歯面に対してクラウニングとレリービングとの歯筋方向の二次元的な歯面修整を施すだけであるため、第一の態様と同様、はすば歯車製作のコスト上昇を抑制することができる。
　なお、第二の態様において、前記はすば小歯車が回転しながら歳差運動することで生じ得るはすば大歯車に対する歯筋方向の最大隙間をＣｍ、圧力角をα、ねじれ角をβ、はすば小歯車がはすば大歯車と接触するときに変形する度合に対して影響度係数をＡ，Ｂとした場合、前記歯幅両端面でのクラウニングとレリービングとを加算した歯筋方向の修整量Ｒ２は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
の式（２）の範囲内に設定されることが好ましい。
平行カルダン駆動方式の鉄道車両の構成を示す模式図。 (ａ)は、本発明の歯車装置を示す部分断面図、（ｂ）は、小歯車の部分を更に拡大して示す部分断面図、（ｃ）は、小歯車の歯筋方向歯面修整を説明する図。 従来例の歯車装置にて騒音を測定し、測定データをＦＦＴアナライザーにて周波数分析を行った結果を示すグラフ。 従来例の歯車装置にて小歯車の歯面の大歯車の歯面に対する歯筋方向の隙間の推移をシミュレーション解析した結果を示すグラフ。 (ａ)及び（ｂ）は、小歯車と大歯車との歯面間に生じる隙間を説明する斜視図。 他の実施形態に係る小歯車の歯筋方向歯面修整を説明する図。 本発明を適用して製作した小歯車（発明品）と従来例に従い製作した小歯車（従来品）との歯面修整形状を夫々示すグラフ。 (ａ)～（ｃ）は、発明品１，２と従来品との小歯車の歯当たり領域をシミュレーション解析した結果を示す図。 発明品２と従来品とを用い、騒音レベルを測定した結果を示すグラフ。
　以下、図面を参照して、平行カルダン駆動方式の鉄道車両に本発明の歯車装置を適用したものを例に実施形態（第一の態様）を説明する。
　図１を参照して、ＲＣは、平行カルダン駆動方式の鉄道車両であり、鉄道車両ＲＣは、図示省略の車台に固定の主電動機ＤＭと、この主電動機ＤＭに撓み軸継手ＦＣを介して連結される歯車装置ＧＭとを備え、主電動機ＤＭで発生するトルクを、撓み軸継手ＦＣ、歯車装置ＧＭを介して車軸ＤＳに伝達し、車軸ＤＳに設けた左右一対の車輪ＤＷ，ＤＷを回転させて図外のレール上を走行するようになっている。なお、主電動機ＤＭや撓み軸継手ＦＣ等の構成要素については、公知のものが利用できるため、ここでは詳細な説明は省略する。
　図２を参照して、歯車装置ＧＭは、対をなすはすば小歯車（以下、「小歯車１」という）とはすば大歯車（以下、「大歯車２」という）とを備え、小歯車１と大歯車２とが互いに噛み合いながら回転してトルクを伝達する。小歯車１と大歯車２とは、モジュールが４～８、圧力角が２０～３０°及びねじれ角が１５～３０°の歯車諸元を夫々有するように製作されている。また、撓み継手ＦＣに連結される回転軸３に固定の小歯車１と車軸ＤＳに固定の大歯車２とは歯車箱４内に収納され、小歯車１の軸方向両側に位置する回転軸３部分が夫々第１の円錐ころ軸受５１，５２を介して歯車箱４に軸支されると共に、大歯車２の軸方向両側に位置する車軸ＤＳ部分が夫々第２の円錐ころ軸受６１，６２を介して歯車箱４に軸支されている。
　第１の円錐ころ軸受５１，５２は、同一構成を有し、回転軸３にしまり嵌めされる内輪５１と、ころ５２と、リテーナ－５３と、外輪５４とを備える公知のものであり、歯車箱４の軸受装着箇所には、外輪５４に外嵌され、小歯車１との間で内輪５１を軸方向両側から挟み込む蓋体兼用の押え板５５ａ、５５ｂが設けられている。他方、第２の円錐ころ軸受６１，６２もまた、同一構成を有し、車軸ＤＳにしまり嵌めされる内輪６１と、ころ６２と、リテーナ－６３と、外輪６４とを備える公知のものであり、歯車箱４の軸受装着箇所には、外輪６４に外嵌する蓋体４１ａ，４１ｂが固定されている。また、大歯車２との間で内輪６１を軸方向両側から挟み込む軸受押え６５が車軸ＤＳにしまり嵌めにより固定されている。そして、大歯車２が回転すると、歯車箱４下部に収納される潤滑油（図示せず）がかき上げられ、小歯車１と大歯車２との噛み合い面や円錐ころ軸受５１，５２，６１，６２の潤滑が行われる。
　ところで、この種の歯車装置ＧＭでは、例えば、温度変化に起因して潤滑油の粘度が変動して潤滑不良を引き起こすと、円錐ころ軸受５１，５２，６１，６２が焼き付くといった不具合を招く。そこで、第１及び第２の両円錐ころ軸受５１，５２，６１，６２の内輪５１，６１及び外輪５４，６４と、ころ５２，６２との夫々の軸方向間隙、所謂エンドプレー値（σｓ）の調整をシム７ａ，７ｂによって行うと共に（図２（ａ）参照）、各エンドプレー値（σｓ）が、小歯車側で６０～１７０μｍ、大歯車側で８０～２１０μｍとなるように設定している。このように小歯車１のエンドプレー値（σｓ）を大きく設定して小歯車１を組み付けた場合、円錐ころ軸受５１，５２の回転軸３周りのがたつきが大きくなり、これに伴って小歯車１の回転軸３の軸心は、＋θから－θの角度範囲で傾くことになる（図２（ｂ）参照）。その結果、走行時（小歯車の回転時）、撓み継手ＦＣが振動すると、小歯車１に大きな歳差運動が生じ、対をなす小歯車１と大歯車２との噛み合いに悪影響を及ぼす。
　ここで、段落番号０００５に記載した上記従来例の小歯車と大歯車を備えた歯車装置に対して、小歯車の回転数を４４８０ｒｐｍとして騒音測定し、その測定データをＦＦＴアナライザーにて周波数分析を行い、その結果を図３に示す。これによれば、噛合い周波数の２１６５Ｈｚで騒音レベルが大きくなるピーク騒音の山が表れ、その両側に、低周波数領域と高周波数領域との或る周波数にて騒音レベルが大きく表れるいくつかのピーク騒音（以下、単に「側帯波」という）が表れていることが確認された。これから、従来例の歯車装置は、小歯車と大歯車とが噛合って回転するとき、小歯車と大歯車との歯当たり領域面積が小さくなって噛合い率不足を招来していると考えられる。
　そこで、本願の発明者らは、鋭意研究を重ね、回転軸の回転位相角をφとし、小歯車の歳差運動により生じる、当該小歯車の歯面の大歯車の歯面に対する歯筋方向の隙間がどのように推移するかをシミュレーション解析し、小歯車の回転位相角φが０°～１８０°の間で当該小歯車が半回転する間に、図４に示すように、最大隙間＋Ｃｍから最小隙間－Ｃｍへと、単一の正弦関数で表される正弦曲線に則った軌跡を描くことの知見を得た。隙間Ｃは、図５(ａ)及び図５（ｂ）に示すように、小歯車１と大歯車２とに歯筋方向誤差或いは回転軸に平行度誤差があり、小歯車と大歯車とが噛合って回転するときに一方の歯筋方向の端面での小歯車１の歯１０と大歯車２の歯２０との歯面１１，２１間に生じる隙間であって、平行誤差による隙間Ｕ１と食違い誤差による隙間Ｕ２とを加えたものである。
　上記知見に基づいて、本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、歯筋方向の歯面１１に対し、頂点１１ａが小歯車１の歯幅ＧＷ方向中央領域に位置し、単一の正弦関数で表される、小歯車１の歯幅ＧＷ方向全幅に亘る正弦曲線形状を歯面１１が持つようにクラウニングを施した。ここで、上記如く、回転軸３に固定の小歯車１は歯車箱４内に収納され、小歯車１の軸方向両側に位置する回転軸３部分が夫々円錐ころ軸受５１，５２を介して歯車箱４に軸支されている場合、（１）各円錐ころ軸受５１，５２の形式や仕様が同一であり、（２）小歯車１の歯幅方向の中心から円錐ころ軸受５１，５２が夫々配置されている位置までの距離が同等であり、（３）円錐ころ軸受５１，５２を支持する歯車箱４部分の剛性（当該部分の形状や変位量が同一）が同等であれば、小歯車１の歯幅ＧＷ方向の中点ＧＣと両円錐ころ軸受５１，５２の荷重作用点間距離の中点とが実質的に合致していると見做すことができる。このよう場合には、歯幅ＧＷ方向の中心ＧＣを通る中心線ＧＬ上に頂点１１ａが位置すればよい。
　他方で、上記（１）～（３）の少なくも一つが異なると、例えば、図２（ｂ）に示すように、小歯車１の歯幅方向の中心から円錐ころ軸受５１，５２が夫々配置されている位置までの距離が異なると、小歯車１の歯幅ＧＷ方向の中点ＧＣと両円錐ころ軸受５１，５２の荷重作用点５Ｐ，５Ｐ間距離の中点５Ｃとがずれ、効果的に歯噛合い率を向上することができない。このような場合、中央領域は、小歯車１の歯幅方向の中心ＧＣと両円錐ころ軸受５１，５２の荷重作用点５Ｐ，５Ｐ間距離の中点５Ｃとの間に位置していればよい。また、クラウニングを施すときの修整量Ｒ１は、最大隙間をＣｍ、圧力角をα、ねじれ角をβ、はすば小歯車がはすば大歯車と接触するときに変形する度合に対して影響度係数をＡ，Ｂとした場合、次式（１）から算出される。　　
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　以上によれば、小歯車１の回転時、小歯車１に大きな歳差運動が生じても、この歳差運動に追従するように小歯車１と大歯車２とが歯当たりすることで、歯当たり領域面積が最大限確保されて歯噛合い率が向上する。その結果、小歯車１と大歯車２とが噛み合うときに発生する側帯波を含む振動と騒音とを低減することができる。また、歯筋方向の歯面１１に対して、正弦曲線形状を持つようにクラウニングを施すだけであるため、従来から広く用いられている二次元的な歯面修整が可能な歯車研削盤を用いて同等の時間で加工でき、小歯車１の製作コスト上昇を抑制することができる。しかも、中央領域を小歯車１の歯幅方向の中心ＧＣと両円錐ころ軸受５１，５２の荷重作用点５Ｐ，５Ｐ間距離の中点５Ｃとの間に位置させたため、上記（１）～（３）の少なくも一つが異なっていても、歯当たり領域面積が確実に確保されて歯噛合い率を向上せることができる。
　上記実施形態では、歯筋方向の歯面１１に対し、単一の正弦関数で表される、小歯車１の歯幅ＧＷ方向全幅に亘る正弦曲線形状を歯面１１が持つようにクラウニングを施したものを例に説明したが、これに限定されるものではない。同一の部材または要素について同一の符号を用いながら図６を参照して説明すれば、他の実施形態（第二の態様）に係る小歯車１は、その歯筋方向の歯面１１に対して、頂点１１ａが小歯車１の歯幅ＧＷ方向中央領域に位置し、単一の正弦関数で表される、小歯車１の歯幅ＧＷ方向全幅の５５％以上の範囲ＧＷ１に亘る正弦曲線形状にてクラウニングを施し、歯幅ＧＷ方向両端側の残存部分ＧＷ２，ＧＷ２を円弧形状にてレリービングを施して構成されている。なお、上記（１）～（３）の少なくも一つが異なる場合、上記同様、中央領域は、小歯車１の歯幅方向の中心ＧＣと両円錐ころ軸受５１，５２の荷重作用点５Ｐ，５Ｐ間距離の中点５Ｃとの間に位置していればよく、また、半径の異なる二以上の円弧形状を組み合わせてレリービングを施すようにしてもよい。更に、歯幅ＧＷ両端面でのクラウニングとレリービングとを加算した歯筋方向の修整量Ｒ２は、上記同様、最大隙間をＣｍ、圧力角をα、ねじれ角をβ、はすば小歯車がはすば大歯車と接触するときに変形する度合に対して影響度係数をＡ，Ｂとした場合、次式（２）で算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
　次に、本発明の効果を確認するため、次の実験を行った。即ち、歯車装置ＧＭの小歯車１と大歯車２とを上述の歯車諸元を夫々有するように製作し、小歯車１に対して、頂点１１ａが小歯車１の歯幅ＧＷ方向の中心線ＧＬ上に位置し、単一の正弦関数で表される、小歯車１の歯幅ＧＷ方向全幅に亘る正弦曲線形状を歯面１１が持つようにクラウニングを施し、これを発明品１（第一の態様のもの）とした。この場合、修整量Ｒ１を０．０４５ｍｍとした。また、小歯車１に対して、頂点１１ａが小歯車１の歯幅ＧＷ方向の中心線ＧＬ上に位置し、単一の正弦関数で表される、小歯車１の歯幅ＧＷ方向全幅の５５％の範囲ＧＷ１に亘る正弦曲線形状にてクラウニングを施し、歯幅ＧＷ方向両端側の残存部分ＧＷ２，ＧＷ２を円弧形状にてレリービングを施し、これを発明品２（第二の態様のもの）とした。この場合、クラウニングとレリービングとを加算した修整量Ｒ２を０．０６ｍｍとした。比較例として、前記と同様、歯車装置ＧＭの小歯車１と大歯車２とを上述の歯車諸元を夫々有するように製作し、小歯車１に対して、歯筋方向の歯面に、歯幅方向中央領域を円弧曲線（例えば、半径Ｒ≒１７６８５ｍｍ）のクラウニングと、歯幅方向両端側を当該クラウニング時の円弧曲線と異なる半径の円弧曲線でのレリービングとを施し、歯幅両端面でのクラウニングとレリービングと加算した歯筋方向の修整量が０．０７０ｍｍとなるように歯面修整を施した（従来品）。
　図７は、発明品１，２と従来品との歯面の修整形状を夫々示すグラフであり、図７中、実線で示すものが発明品１、一点鎖線で示すものが発明品２、点線で示すものが従来品である。これによれば、歯筋方向の修整形状が明らかに異なることが判る。次に、発明品１，２並びに従来品に対し、互いに噛み合わせながら小歯車と大歯車とを回転させたときの大歯車に対する小歯車の歯当たり領域を、歯当たり解析ソフト（東洋電機製造株式会社製）を用いてシミュレーション解析し、その結果を図８(ａ)～図８（ｃ）に示す。これによれば、従来品では、歯当たり領域は約３９％であった（図８（ｃ）参照）。それに対して、発明品１では、歯当たり領域が約６４％であり（図８（ａ）参照）、歯当たり領域が従来品と比較して約１．６倍向上し、また、発明品２でも、歯当たり領域が約４８％であり（図８（ｂ）参照）、歯当たり領域が従来品と比較して約１．２倍向上していることが確認された。これにより、噛合い率が大幅に向上することが判る。
　次に、発明品２及び従来品を用い、小歯車の回転数を４３１０ｒｐｍ～５４７８ｒｐｍの範囲内で変化させ、そのときの騒音レベルを測定し、その結果を図９に示す。これによれば、特に、小歯車の回転数が４４９０ｒｐｍを超えるとき及び５２００ｒｐｍを超えるときに、噛合い率が向上していることで騒音レベルを効果的に低下できていることが確認された。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。
　ＲＣ…平行カルダン駆動方式の鉄道車両、ＧＭ…歯車装置、１…はすば小歯車（小歯車）、２…はずば大歯車（大歯車）、１１…歯面、１１ａ…頂点、ＧＷ…歯幅、ＧＣ…歯幅方向中点、３…回転軸、４…歯車箱、５１，５２…円錐ころ軸受、５Ｐ…円錐ころ軸受の荷重作用点、５Ｃ…荷重作用点間の中点、Ｒ１，Ｒ２…クラウニング時の修整量。

Claims (5)

  1. 　モジュールが４～８、圧力角が２０～３０°及びねじれ角が１５～３０°の歯車諸元を夫々有する、対をなすはすば小歯車とはすば大歯車とを備える平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置であって、はすば小歯車の歯筋方向の歯面にクラウニングを施してなるものにおいて、
    　前記歯面は、頂点がはすば小歯車の歯幅方向中央領域に位置し、単一の正弦関数で表される、はすば小歯車の歯幅方向全幅に亘る正弦曲線形状を持つことを特徴とする平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置。
  2. 　請求項１記載の平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置であって、
    　回転軸に固定のはすば小歯車が歯車箱内に収納され、はすば小歯車の軸方向両側に位置する回転軸部分が夫々円錐ころ軸受を介して歯車箱に軸支されるものにおいて、
    　前記中央領域は、前記はすば小歯車の歯幅方向の中心と前記両円錐ころ軸受の荷重作用点間距離の中点との間であることを特徴とする平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置。
  3. 　前記はすば小歯車が回転しながら歳差運動することで生じ得るはすば大歯車に対する歯筋方向の最大隙間をＣｍ、圧力角をα、ねじれ角をβ、はすば小歯車がはすば大歯車と接触するときに変形する度合に対して影響度係数をＡ，Ｂとした場合、前記クラウニングを施すときの修整量Ｒ１は、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
    の式（１）の範囲内に設定されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置。
  4. 　モジュールが４～８、圧力角が２０～３０°及びねじれ角が１５～３０°の歯車諸元を夫々有する、対をなすはすば小歯車とはすば大歯車とを備える平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置において、
    　はすば小歯車の歯筋方向の歯面に、単一の正弦関数で表される、はすば小歯車の歯幅方向全幅の５５％以上の範囲に亘る正弦曲線形状にてクラウニングを施す共に、歯幅方向両端側の残存部分を円弧形状にてレリービングを施して構成したことを特徴とする平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置。
  5. 　前記はすば小歯車が回転しながら歳差運動することで生じ得るはすば大歯車に対する歯筋方向の最大隙間をＣｍ、圧力角をα、ねじれ角をβ、はすば小歯車がはすば大歯車と接触するときに変形する度合に対して影響度係数をＡ，Ｂとした場合、前記歯幅両端面でのクラウニングとレリービングとを加算した歯筋方向の修整量Ｒ２は、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
    の式（２）の範囲内に設定されることを特徴とする請求項４記載の平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置。
PCT/JP2014/004013 2013-08-02 2014-07-30 平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置 WO2015015806A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016107393A RU2658574C2 (ru) 2013-08-02 2014-07-30 Зубчатая передача железнодорожного транспортного средства с системой параллельного карданного привода
US14/908,915 US10036464B2 (en) 2013-08-02 2014-07-30 Railway vehicle gear device of parallel cardan drive system
CN201480041897.0A CN105452731B (zh) 2013-08-02 2014-07-30 平行万向节传动方式的铁路车辆用齿轮装置
JP2015529395A JP6321653B2 (ja) 2013-08-02 2014-07-30 平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置
KR1020167005675A KR20160038054A (ko) 2013-08-02 2014-07-30 평행 카르단 구동방식의 철도차량용 치차장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013-161118 2013-08-02
JP2013161118 2013-08-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015015806A1 true WO2015015806A1 (ja) 2015-02-05

Family

ID=52431362

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/004013 WO2015015806A1 (ja) 2013-08-02 2014-07-30 平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10036464B2 (ja)
JP (1) JP6321653B2 (ja)
KR (1) KR20160038054A (ja)
CN (1) CN105452731B (ja)
RU (1) RU2658574C2 (ja)
TW (1) TWI628377B (ja)
WO (1) WO2015015806A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017532510A (ja) * 2014-10-02 2017-11-02 イートン コーポレーションＥａｔｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ギア歯クラウニング配置
JP2018138810A (ja) * 2017-02-24 2018-09-06 東洋電機製造株式会社 平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置
JP2020512940A (ja) * 2017-04-03 2020-04-30 ザ グリーソン ワークス 正弦曲線−放物線混成運動誤差を生成するように歯車を機械加工する方法、それにより製造された歯車、およびその方法を実施するための機械

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016023698A (ja) * 2014-07-18 2016-02-08 キヤノン株式会社 複合歯車およびその製造方法
GB201609531D0 (en) * 2016-05-31 2016-07-13 Romax Technology Ltd Planetary gearsets
DE102016213997A1 (de) * 2016-07-29 2018-02-01 Voith Patent Gmbh Radsatzgetriebe und Verfahren zur Montage
DE102017221736B4 (de) * 2017-12-03 2021-11-25 Audi Ag Verfahren zur Akustikbeeinflussung von Zahnrädern
CN109751395A (zh) * 2019-03-04 2019-05-14 中车北京南口机械有限公司 齿轮及齿轮箱，以及具有该齿轮箱的城轨车辆
JP7273137B2 (ja) * 2019-03-08 2023-05-12 東洋電機製造株式会社 鉄道車両用歯車装置
JP7448364B2 (ja) * 2020-01-31 2024-03-12 マブチモーター株式会社 減速機およびギアドモータ
JP7354914B2 (ja) * 2020-04-16 2023-10-03 トヨタ自動車株式会社 駆動装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05116026A (ja) * 1991-09-13 1993-05-14 Mitsubishi Motors Corp 歯車の歯面修正方法
JPH08197332A (ja) * 1995-01-19 1996-08-06 Toyota Motor Corp 歯車の歯面修整方法
JPH08285048A (ja) * 1995-04-18 1996-11-01 Kawasaki Heavy Ind Ltd はすば／やまば歯車における３次元歯面修整構造
JPH106136A (ja) * 1996-06-17 1998-01-13 Hamada Koki Kk 研削機のｎｃデータ生成装置および生成方法
JP4952362B2 (ja) * 2007-04-27 2012-06-13 住友金属工業株式会社 鉄道車両用歯車装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3180169A (en) * 1962-08-30 1965-04-27 Wildhaber Ernest Gearing
US3327548A (en) * 1964-10-28 1967-06-27 Westinghouse Electric Corp Gearing
DE1575659B1 (de) * 1967-06-06 1971-07-01 Stoeckicht Alexander W Stirnzahnrad mit doppelschraegverzahnung
US3937098A (en) * 1974-11-18 1976-02-10 Rouverol William S High torque gearing
US3982444A (en) * 1975-05-30 1976-09-28 Rouverol William S Constant tooth-load gearing
PL201125A1 (pl) * 1977-09-29 1979-09-24 Obrabiarek Precyzyj Ponar Przekladnia zebata walcowa z kolami o zebach srubowych
IL108101A0 (en) * 1992-12-30 1994-04-12 United Technologies Corp Gear teeth and a method of forming same
JP2965913B2 (ja) 1996-09-18 1999-10-18 川崎重工業株式会社 ３次元歯面修整はすば／やまば歯車
RU2222738C1 (ru) * 2002-05-28 2004-01-27 Открытое акционерное общество "Северсталь" Косозубая зубчатая передача
US7415907B2 (en) * 2003-08-04 2008-08-26 Enplas Corporation Resin double helical gear and gear train using same
JP4381769B2 (ja) * 2003-10-15 2009-12-09 株式会社エンプラス ギヤトレイン及び画像形成装置
US20070042860A1 (en) * 2005-08-19 2007-02-22 Matthieu Rihn Tapered gear tooth apparatus and method
DE102006029153A1 (de) * 2006-06-24 2007-12-27 Daimlerchrysler Ag Vorrichtung zum Konstruieren einer Zahnverbindung
JP4389946B2 (ja) * 2007-02-19 2009-12-24 トヨタ自動車株式会社 動力伝達装置
JP2009174663A (ja) * 2008-01-25 2009-08-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd 傘歯車を有する動力伝達装置
DE102008045318B3 (de) * 2008-09-02 2009-10-08 Voith Patent Gmbh Verzahnung eines Zahnrads

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05116026A (ja) * 1991-09-13 1993-05-14 Mitsubishi Motors Corp 歯車の歯面修正方法
JPH08197332A (ja) * 1995-01-19 1996-08-06 Toyota Motor Corp 歯車の歯面修整方法
JPH08285048A (ja) * 1995-04-18 1996-11-01 Kawasaki Heavy Ind Ltd はすば／やまば歯車における３次元歯面修整構造
JPH106136A (ja) * 1996-06-17 1998-01-13 Hamada Koki Kk 研削機のｎｃデータ生成装置および生成方法
JP4952362B2 (ja) * 2007-04-27 2012-06-13 住友金属工業株式会社 鉄道車両用歯車装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017532510A (ja) * 2014-10-02 2017-11-02 イートン コーポレーションＥａｔｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ギア歯クラウニング配置
JP2018138810A (ja) * 2017-02-24 2018-09-06 東洋電機製造株式会社 平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置
JP2020512940A (ja) * 2017-04-03 2020-04-30 ザ グリーソン ワークス 正弦曲線−放物線混成運動誤差を生成するように歯車を機械加工する方法、それにより製造された歯車、およびその方法を実施するための機械
JP7166277B2 (ja) 2017-04-03 2022-11-07 ザ グリーソン ワークス 正弦曲線－放物線混成運動誤差を生成するように歯車を機械加工する方法、それにより製造された歯車、およびその方法を実施するための機械

Also Published As

Publication number Publication date
TWI628377B (zh) 2018-07-01
TW201518147A (zh) 2015-05-16
RU2658574C2 (ru) 2018-06-21
RU2016107393A3 (ja) 2018-03-02
JP6321653B2 (ja) 2018-05-09
CN105452731B (zh) 2017-11-24
CN105452731A (zh) 2016-03-30
RU2016107393A (ru) 2017-09-07
US20160178046A1 (en) 2016-06-23
JPWO2015015806A1 (ja) 2017-03-02
US10036464B2 (en) 2018-07-31
KR20160038054A (ko) 2016-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6321653B2 (ja) 平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置
JP4389946B2 (ja) 動力伝達装置
KR102416790B1 (ko) 휨맞물림식 기어장치
JP4952362B2 (ja) 鉄道車両用歯車装置
JP2009051354A (ja) 電動パワーステアリング装置
JP6951086B2 (ja) 平行カルダン駆動方式の鉄道車両用歯車装置
WO2021095418A1 (ja) インホイールモータ駆動装置
CN109563884A (zh) 铁道车辆用齿轮形挠曲联轴节及具备该齿轮形挠曲联轴节的铁道车辆用转向架
JP4501356B2 (ja) 鉄道車両用歯車装置及び鉄道車両用台車
JP2015218892A (ja) 歯車装置
JP2736291B2 (ja) 電気車両用駆動歯車装置
KR100235177B1 (ko) 가용성 축 조인트
KR101416165B1 (ko) 백래쉬 보정이 가능한 차동장치
JP6332106B2 (ja) ラビニヨ型遊星歯車装置
JP4554586B2 (ja) 内接噛合型遊星歯車装置
WO2018047329A1 (ja) フェースギア伝達装置
CN205446662U (zh) 减速机
JP7304793B2 (ja) 歯車装置
US11841070B2 (en) Differential transmission apparatus
JP7273137B2 (ja) 鉄道車両用歯車装置
JP7135992B2 (ja) ディファレンシャル装置
JP7053405B2 (ja) 車両駆動装置
JP2023100278A (ja) 遊星歯車装置
KR20020035744A (ko) 원통웜, 웜휠, 및 웜기어
CN117823603A (zh) 蜗杆减速机

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480041897.0

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14832329

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015529395

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14908915

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20167005675

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

Ref document number: 2016107393

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14832329

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1