WO2019003924A1 - 鉄道車両用歯車形撓み軸継手及びそれを備えた鉄道車両用台車 - Google Patents

鉄道車両用歯車形撓み軸継手及びそれを備えた鉄道車両用台車 Download PDF

Info

Publication number
WO2019003924A1
WO2019003924A1 PCT/JP2018/022610 JP2018022610W WO2019003924A1 WO 2019003924 A1 WO2019003924 A1 WO 2019003924A1 JP 2018022610 W JP2018022610 W JP 2018022610W WO 2019003924 A1 WO2019003924 A1 WO 2019003924A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tooth
gear
external
width direction
radius
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/022610
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
與志 佐藤
武宏 西村
進 平田
Original Assignee
川崎重工業株式会社
株式会社九州ハセック
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 川崎重工業株式会社, 株式会社九州ハセック filed Critical 川崎重工業株式会社
Priority to US16/313,535 priority Critical patent/US11008024B2/en
Priority to KR1020187036504A priority patent/KR102195291B1/ko
Priority to EP18815498.3A priority patent/EP3460278B1/en
Priority to CN201880002533.XA priority patent/CN109563884B/zh
Priority to SG11201811678SA priority patent/SG11201811678SA/en
Publication of WO2019003924A1 publication Critical patent/WO2019003924A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D3/00—Wagons or vans
    • B61D3/16—Wagons or vans adapted for carrying special loads
    • B61D3/18—Wagons or vans adapted for carrying special loads for vehicles
    • B61D3/182—Wagons or vans adapted for carrying special loads for vehicles specially adapted for heavy vehicles, e.g. public work vehicles, trucks, trailers
    • B61D3/185—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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/18—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts the coupling parts (1) having slidably-interengaging teeth
    • F16D3/185—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts the coupling parts (1) having slidably-interengaging teeth radial teeth connecting concentric inner and outer coupling parts
    • 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
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/16—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts
    • F16D3/18—Universal joints in which flexibility is produced by means of pivots or sliding or rolling connecting parts the coupling parts (1) having slidably-interengaging teeth
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F3/00—Types of bogies
    • B61F3/02—Types of bogies with more than one axle
    • B61F3/04—Types of bogies with more than one axle with driven axles or wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/38—Arrangements or devices for adjusting or allowing self- adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves, e.g. sliding axles, swinging axles
    • 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
    • F16H1/10—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving only two intermeshing members with parallel axes one of the members being internally toothed
    • 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
    • F16H1/26—Special means compensating for misalignment of axes
    • 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
    • F16H55/088—Profiling with corrections on tip or foot of the teeth, e.g. addendum relief for better approach contact
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19949—Teeth
    • Y10T74/19963—Spur
    • Y10T74/19972—Spur form

Definitions

  • the present invention relates to a gear type flexible shaft coupling applied to a bogie of a railway vehicle, and a railway vehicle bogie provided with the gear type flexible shaft coupling.
  • a power transmission device for transmitting torque generated by a power source to a wheelset is mounted on the railcar carriage.
  • a power transmission device provided with a gear type flexible shaft coupling.
  • the gear type flexible shaft coupling is designed to allow the relative displacement between the drive shaft and the driven shaft by the tilt displacement (change of the tilt angle of the hub axis with respect to the sleeve axis) of the meshing portion of the internal teeth of the sleeve and the external teeth of the hub.
  • the torque is transmitted from the drive shaft to the driven shaft while being allowed.
  • An object of the present invention is to provide a gear type flexible shaft coupling for a railway vehicle, which has a large allowable relative displacement.
  • a gear type flexible shaft coupling for a railway vehicle includes two external gears and two internal gears meshing with the two external gears, and viewed in the tooth thickness direction, the external gears
  • the tip of the tooth has a circular arc of tip crowning radius so that the distance from the axial center becomes maximum at the center of the tooth width direction and the distance from the axial center becomes minimum at both ends in the tooth width direction.
  • the tooth base of the external gear forms an arc of a crowning radius of the tooth so that the distance from the axial center is maximum at the center in the tooth width direction and the distance from the axial center is minimum at both ends in the tooth width direction.
  • the crowning radius of the base is smaller than the crowning radius of the tip, and the external gear has a reference tooth height which is a tooth height at the center position in the tooth width direction and an end tooth height which is a tooth height at an end position in the tooth width direction.
  • the ratio of the end gear to the reference gear is 1 It is set to 21 or more.
  • a gear type flexible shaft coupling for a railway vehicle comprises two external gears and two internal gears meshing with the two external gears, and viewed in the thickness direction, the external The tip of the gear has an arc of tip crowning radius so that the distance from the axial center is maximum at the center in the lateral direction and the distance from the axial center is minimum at both ends in the lateral direction.
  • the tooth root of the external gear forms an arc of the crowning radius of the root so that the distance from the axial center is maximum at the center in the tooth width direction and the distance from the axial center is minimum at both ends in the tooth width direction.
  • the crown crown radius is smaller than the crown crown radius, and the tooth height of the external teeth increases from the center in the tooth width direction toward both ends in the tooth width direction, and the tooth root relative to the crown crown radius Crowning radius ratio Rb / Rc is 0 37 is set to be equal to or less than.
  • the axial line of the external gear can be inclined with respect to the axial line of the internal gear by forming the tooth tip of the external gear in an arc shape when viewed in the tooth thickness direction.
  • the ratio of the end tooth height to the reference tooth height to 1.21 or more, and / or the crown crown radius to the crown crown radius
  • the ratio of 0.37 or less it is possible to set the allowable value of the inclination angle of the axis of the external gear to the axis of the internal gear (hereinafter referred to as “permissible inclination”) to exceed 6 degrees. become. Since the allowable inclination angle is increased, the relative displacement amount allowed between the two axes can be increased.
  • a railway car bogie is provided on a bogie frame for supporting a vehicle body, an axle, a wheel shaft having wheels provided at both ends of the axle, and the bogie frame, and an output shaft thereof is It has a main motor extending parallel to an axle, a gear unit for transmitting rotation to the axle, and the above-mentioned gear type flexible shaft joint for a railway vehicle disposed between the main motor and the gear unit.
  • FIG. 5A is an axial sectional view of the gear type flexible shaft coupling
  • FIG. 5B is a partial side view of the gear type flexible shaft coupling
  • FIG. 5A is an axial sectional view of the gear type flexible shaft coupling
  • FIG. 5B is a partial side view of the gear type flexible shaft coupling
  • FIG. 5A is an axial sectional view of the gear type flexible shaft coupling
  • FIG. 5B is a partial side view of the gear type flexible shaft coupling
  • 5C is a schematic view showing the position and posture of the external teeth relative to the internal teeth. It is radial orthogonal cross section of an external tooth and an internal tooth, and is an explanatory view of tooth surface crowning radius Ra and permissible inclination angle deltaM. It is a perspective view of an external gear. It is an axial direction sectional view of an external gear, and is an explanatory view of a tip crowning radius Rb, a root crowning radius Rc, a reference tooth height h0 and an end tooth height he. It is a graph which shows the relationship between tooth surface crowning radius Ra or allowable inclination angle ⁇ M with respect to base crowning radius Rc.
  • FIG. 1 is a plan view of a parallel Cardan-type drive bogie 1 (hereinafter, simply referred to as a “bogie”) of a railway vehicle to which the gear-type flexible shaft coupling 10 according to the embodiment is applied.
  • the carriage 1 includes a carriage frame 2 that supports a vehicle body (not shown) from below.
  • two wheel sets 3 are disposed apart in the longitudinal direction of the vehicle and elastically supported by the bogie frame 2 via an axle box support device (not shown).
  • Each wheelset 3 has an axle 4 extending in the vehicle width direction and a pair of wheels 5 provided at both ends of the axle 4.
  • the carriage frame 2 (for example, the cross beam 2a thereof) is provided with two main motors 6 for rotating the two wheel sets 3 respectively.
  • each main motor 6 is oriented parallel to the axle 4 and is connected to the input shaft 7 a of the gear device 7 via the gear type flexible shaft coupling 10.
  • the gear unit 7 is constituted by a parallel shaft type gear pair, and the input shaft 7 a is oriented parallel to the axle 4.
  • the gear type flexible shaft coupling 10 is disposed between the main motor 6 and the gear device 7.
  • the gear unit 7 transmits the rotation to the axle 4.
  • the gear unit 7 has a small gear 7 b fixed to the input shaft 7 a and a large gear 7 c meshed with the small gear 7 b and fixed to the axle 4.
  • the torque generated by the main motor 6 is transmitted to the corresponding wheelset 3 via the gear type flexible shaft coupling 10 and the gear unit 7.
  • the axle box support device functions as a primary suspension of the carriage 1.
  • the main motor 6 is fixed to the carriage frame 2 on a spring, and the gear unit 7 is fixed to the wheel shaft 3 under the spring.
  • the output shaft 6a can be displaced relative to the input shaft 7a according to the deflection of the axle box support device.
  • the gear type flexible shaft coupling 10 transmits torque from the output shaft 6a to the input shaft 7a while permitting this relative displacement.
  • the "relative displacement” includes axial displacement, parallel displacement (radial displacement), and angular displacement.
  • FIG. 2 is an axial sectional view showing the gear type flexible shaft coupling 10.
  • the gear type flexible shaft coupling 10 includes a driving hub 11, a driven hub 21, and a sleeve 30. While the drive shaft 91 (the output shaft 6a of the main motor 6 in the example of FIG. 1) is fixed to the drive hub 11, the driven shaft 92 (the input shaft 7a of the gear unit 7 in the example of FIG. 1) is the driven hub It is fixed to 21.
  • the driving hub 11 includes a cylindrical portion 12 formed in a cylindrical shape, and an external gear 13 provided on an outer peripheral surface of the cylindrical portion 12.
  • the external gear 13 has a protruding portion 13a protruding radially outward from the cylindrical portion 12, and a root portion 13b formed in a ring shape protruding outward from the protruding portion 13a in the axial direction to surround the cylindrical portion 12, and the root portion 13b And a plurality of external teeth 14 projecting radially outward from the teeth.
  • the plurality of external teeth 14 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the root portion 13b.
  • the driven hub 21 includes a cylindrical portion 22 and an external gear 23.
  • the external gear 23 has a projecting portion 23a, a root portion 23b and a plurality of external teeth 24 in the same manner as the external gear 13.
  • the sleeve 30 is formed in a cylindrical shape and has openings at both axial ends.
  • Two internal gears 31 and 32 are provided on the inner circumferential surface of the sleeve 30 axially apart from each other.
  • the internal gear 31 has a plurality of internal teeth 33 projecting from the inner peripheral surface of the sleeve 30.
  • the plurality of internal teeth 33 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the sleeve 30.
  • the internal gear 32 Similar to the internal gear 31, has a plurality of internal teeth 34.
  • the number of external teeth 14 and internal teeth 33 is the same, and the number of external teeth 24 and internal teeth 34 is the same.
  • the driving hub 11 is accommodated on one side of the sleeve 30 in the axial direction, and the external gear 13 is engaged with the internal gear 31.
  • the driven hub 21 is accommodated on the other side of the sleeve 30 in the axial direction, and the external gear 23 is meshed with the internal gear 32.
  • the gear type flexible shaft coupling 10 includes the two external gears 13 and 23 and the two internal gears 31 and 32 meshing with the two external gears 13 and 23, respectively.
  • the sleeve 30 is provided with a first divided body 30A constituting one axial half and a second divided body 30B constituting the other axial half.
  • the sleeve 30 is configured by connecting two axially opposed pieces 30A and 30B with a plurality of reamer bolts 39.
  • the first divided body 30 ⁇ / b> A includes an internal gear 31 and accommodates the driving hub 11.
  • the second divided body 30 ⁇ / b> B includes an internal gear 32 and accommodates the driven hub 21.
  • the cylindrical portion 12 has, at its central portion, an axial insertion hole 12 a which is open to the axially outer end surface and extends in the axial direction.
  • the tip end of the driving shaft 91 is inserted into the shaft insertion hole 12a.
  • the driving shaft 91 is coupled to the driving hub 11 (and its external gear 13) using fastening means such as screws, splines and / or keys in a state where the tip thereof is inserted into the shaft insertion hole 12a.
  • the cylindrical portion 22 also has a shaft insertion hole 22a, and similarly to the driving shaft 91, the driven shaft 92 is also inserted into the shaft insertion hole 22a and the driven hub 21 (and its external gear 23) Combined with
  • the driving hub 11 rotates integrally with the driving shaft 91.
  • the rotation of the driving hub 11 is transmitted to the sleeve 30 via the contact portion between the external gear 13 and the internal gear 31.
  • the rotation of the sleeve 30 is transmitted to the driven hub 21 via the contact portion between the internal gear 32 and the external gear 23, whereby the driven shaft 92 rotates integrally with the driven hub 21.
  • FIG. 3 is a radial cross-sectional view of the external gear 13 and the internal gear 31.
  • Both the external teeth 14 and the internal teeth 33 have a cross-sectional shape that is line-symmetrical to the center line C in the tooth thickness direction.
  • the reference section tooth shape of the external gear 13 and the internal gear 31 has a number of teeth (hereinafter referred to as "the number of teeth N") which is larger than the number of teeth of the external teeth 14 and the internal teeth 33 (hereinafter referred to as "the actual number of teeth N0").
  • the number N of teeth is set to a value sufficiently larger than the number N0 of actual teeth in order to obtain a shape exceeding the tolerance required when manufacturing the involute shape of the number N0 of actual teeth.
  • the number N of teeth is set to a value 25% or more larger than the number N0 of actual teeth.
  • the number of teeth N may be set to infinity.
  • the reference cross-sectional tooth form is an isosceles trapezoid.
  • the reference cross-section tooth form of the external gear 24 of the external gear 23 and the internal gear 34 of the internal gear 32 is formed similarly to the above.
  • FIG. 4 is a radially orthogonal sectional view of the external gear 13 (in particular, one of the external teeth 14).
  • the external teeth 14 have two tooth surfaces 14 a.
  • an arc-shaped bulge (so-called “tooth surface crowning”) is attached to both of the two tooth surfaces 14a, and both of the tooth surfaces 14a form an arc in a radial cross section.
  • the radius of this arc is referred to as “tooth surface crowning radius Ra”.
  • the center of the arc is located on the center line in the tooth width direction in the radial orthogonal sectional view of the external teeth 14.
  • each tooth surface 14a is formed in line symmetry with reference to the tooth width direction center line, and the two tooth surfaces 14a are formed in line symmetry with respect to the tooth thickness direction center line There is.
  • the diameter of the tooth top of the external gear 13 is set to be substantially the same (slightly smaller) as the diameter of the tooth root of the internal gear 31.
  • FIG. 5A to 5C show a state in which the gear type flexible shaft coupling 10 allows relative displacement of the drive shaft 91 with respect to the driven shaft 92.
  • FIG. 5A the relative displacement of the driving shaft 91 with respect to the driven shaft 92 is permitted by the tilting of the driving hub 11 and / or the driven hub 21 with respect to the sleeve 30.
  • the degree of inclination is represented by an inclination angle ⁇ with respect to the center line of the driving hub 11 or the driven hub 21 with respect to the center line of the sleeve 30.
  • FIGS. 5B and 5C illustrate the inclination of the motive hub 11 relative to the sleeve 30.
  • FIG. 6 is a radial orthogonal cross-sectional view of the external teeth 14 of the external gear 13 and the internal teeth 33 of the internal gear 31.
  • the driving hub 11 is inclined relative to the sleeve 30 by an allowable inclination angle ⁇ M.
  • a portion of the tooth surface 14 a of the external gear 14 in contact with the internal gear 33 is referred to as “limit contact portion PM”.
  • the limit contact portion PM is not realistic to be set at the tooth width end, and is set at a position slightly closer to the center in the tooth width direction (about 1 mm as an example) than that.
  • the angle between the straight line passing through the center of the arc of the tooth surface 14a and the limit contact site PM and the straight line passing through the center of the arc of the tooth surface 14a and extending in the tooth thickness direction of the external gear 14 It is.
  • the distance from the center of the arc of the tooth flank 14a to the limit contact site PM is the tooth crowning radius Ra.
  • the tooth thickness direction is orthogonal to the tooth width direction.
  • Ra BM / sin ⁇ M.
  • the tooth width is suppressed to 24 mm or less.
  • FIG. 7 is a perspective view of the external gear 13.
  • tooth width B is a distance in the tooth width direction from one end in the tooth width direction of the external teeth 14 to the other end in the tooth width direction.
  • the teeth of the external teeth 14 are straight teeth as one example, and the width direction coincides with the axial direction.
  • the “tooth height hi” is the distance from the tooth tip 14 b to the tooth root 14 c on the tooth thickness direction center line C at an arbitrary position in the tooth width direction.
  • both the tooth tip 14b and the tooth base 14c of the external teeth 14 have a maximum distance from the axial center at the center in the tooth width direction and a minimum distance from the axial center at both ends in the tooth width direction.
  • make an arc
  • the radius of the arc formed by the tooth top 14b is referred to as “tooth top crowning radius Rb”
  • the radius of the arc formed by the tooth root 14c is referred to as “tooth crowning radius Rc”.
  • the tip 14b of the external tooth 14 is crowned so that the distance from the axial center is maximum at the center in the tooth thickness direction and the distance from the axial center is minimum at both ends in the tooth thickness direction. It forms a circular arc of radius Rb. That is, the tips 14 b of the external teeth 14 form a spherical surface.
  • the tooth height at an arbitrary position in the tooth width direction has the same value as the tooth height at a line symmetrical position where the distance from the arbitrary position and the tooth width direction center line C is the same.
  • the tooth height at the center position in the tooth width direction is referred to as “reference tooth height h0”
  • the tooth height at the end position in the tooth width direction is referred to as "end tooth height he”.
  • FIG. 8 is an axial sectional view of the external gear 13. Tooth crowning radius Rc is smaller than tooth crowning radius Rb. Even if the arc of the tooth top 14b and the arc of the tooth root 14c are concentric, the dimensional relationship between the two radii Rb and Rc is as follows. In the present embodiment, the center of the arc (spherical surface) of the tip 14b is on the axis. On the other hand, although the center of the arc of the tooth root 14c is on the center line in the tooth width direction when viewed in the tooth thickness direction, it is positioned closer to the external tooth 14 than the axial center.
  • the reference tooth height h0 is formed to be smaller than the end tooth height he. Furthermore, the tooth height hi is minimized at the center position in the tooth width direction, and increases in the tooth width direction with increasing distance from the center position in the tooth width direction, and is maximum at the end position in the tooth width direction.
  • the reference tooth height h0 is the minimum value of the tooth height hi that changes with the position in the tooth width direction, and the end tooth height he is the maximum value of the tooth height hi.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the crowning radius Ra and the crowning radius Rc.
  • the crowning radius Ra of the tooth surface is inversely proportional to the sine of the allowable inclination angle ⁇ M (sin ⁇ M)
  • the graph indirectly shows the relationship between the allowable inclination angle ⁇ M and the crowning radius Rc. . This relationship arises from processing constraints. Tooth surface crowning is applied to the tooth surface 14 a by advancing the processing tool from the outside of the external gear 13.
  • the flank crowning radius Ra In order to reduce the flank crowning radius Ra (to increase the curvature of the flank crowning), it is necessary to allow the machining tool to enter deeper at the end position in the face width direction, and the tooth height at the end position in the face width direction (end teeth The tool interferes with the teeth if the length he) is not kept large.
  • the reduction in the crown crown radius Rc is associated with the increase in the end height he, as described above. From the above, due to processing restrictions, in order to reduce the diameter of the crowning radius Ra, it is necessary to reduce the diameter of the crowning radius Rc. Further, by reducing the crown crown radius Rc and increasing the end tooth height he, the tooth crowning radius Ra can be reduced, and the allowable inclination angle ⁇ M can be increased without increasing the tooth width.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the radius ratio Rc / Rb and the allowable inclination angle ⁇ M
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the tooth height ratio he / h0.
  • the radius ratio Rc / Rb is a ratio of the crown crown radius Rc to the crown crown radius Rb.
  • the tooth height ratio he / h0 is the ratio of the end tooth height he to the reference tooth height h0.
  • the smaller the radius ratio Rc / Rb is, the smaller the diameter crowning radius Ra can be realized, and the allowable inclination angle ⁇ M is increased.
  • the larger the tooth height ratio he / h0 the smaller the tooth crowning radius Ra can be realized as the root crowning radius Rc becomes smaller, and the allowable inclination angle ⁇ M increases.
  • the allowable inclination angle ⁇ M is approximately 6 ° at the limit of the tooth width of 24 mm or less.
  • the radius ratio Rc / Rb is set to 0.37 or less after the tooth width B is suppressed to 24 mm or less.
  • the radius ratio Rc / Rb is preferably set to 0.30 to 0.36.
  • the gear type flexible shaft coupling 10 in which the allowable inclination angle ⁇ M is 7 ° to 12 °.
  • the tooth height ratio he / h0 is set to 1.21 or more after the tooth width B is suppressed to 24 mm or less.
  • the tooth height ratio he / h0 is preferably set to 1.22 to 1.29.
  • the allowable inclination angle ⁇ M is 7 ° to 12 °.
  • the allowable inclination angle ⁇ M is set to 7 ° under the conditions of setting the tooth width B to 24 mm, the distance BM from the tooth width direction center to the limit contact site to 11 mm, and the crowning radius Ra to 90 mm. be able to.
  • the crown crown radius Rc is set to 29 mm, the radius ratio Rc / Rb and the tooth height ratio he / h0 can satisfy the above-mentioned numerical range.
  • provision of the tooth surface crowning by the forming method can be realized.
  • the crown base radius Rc is set to a small value of 29 mm under the condition that the tooth width B is set to 24 mm
  • the external teeth 14 are formed using a forming method.
  • crowning with a small radius can be applied to the tooth surface 14a without generating an undercut at the base of the tooth, unlike the generating process using a hobbing machine. Therefore, it is possible to achieve both of preventing the decrease in bending strength of the tooth root (and thus increasing the transmission power) and increasing the allowable inclination angle ⁇ M.
  • the cutting of the tool with respect to the gear material becomes symmetrical with respect to the center of the tooth width, so that the tooth surface 14a can be easily formed in line symmetry with respect to the center of the tooth width compared to the forming method. . Therefore, when the external gear is inclined with respect to the internal gear, uniform contact between the external and internal teeth can be realized between two positions 180 degrees apart, and vibration noise can be reduced.
  • the diameter of the tooth tip of the external gear 13 is set to be substantially the same as the diameter of the tooth root of the internal gear 31. Therefore, the hubs 11 and 21 are less likely to be misaligned with respect to the sleeve 30, and vibration noise can be reduced also from this point.
  • a reference section tooth shape is taken as a tooth shape of an involute gear whose number of teeth is larger than that of an external gear and an internal gear. Therefore, compared with the case where the reference cross-sectional tooth shape is a normal involute tooth shape, the change in the tooth-shape pressure angle in the cross-sectional width end face is smaller. Therefore, abnormal wear and seizing do not easily occur, and the transmission power is increased.

Landscapes

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

Abstract

歯車形撓み軸継手が、２つの外歯車と、２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車とを備える。外歯車の歯元クラウニング半径が外歯車の歯先クラウニング半径よりも小さく、外歯車は、歯幅方向中央位置の歯丈である基準歯丈が歯幅方向端位置の歯丈である端歯丈よりも小さくなるように形成される。端歯丈の基準歯丈に対する比率が、１．２１以上に設定され、かつ／または、歯先クラウニング半径に対する歯元クラウニング半径の比率Ｒｃ／Ｒｂが、０．３７以下に設定される。

Description

鉄道車両用歯車形撓み軸継手及びそれを備えた鉄道車両用台車
　本発明は、鉄道車両の台車に適用される歯車形撓み軸継手、および歯車形撓み軸継手を備えた鉄道車両用台車に関する。
　鉄道車両用台車には、動力源で発生されたトルクを輪軸に伝達する動力伝達装置が搭載される。例えば、特許文献１に示すように、動力伝達装置には、歯車形撓み軸継手を備えたものがある。歯車形撓み軸継手は、スリーブの内歯とハブの外歯の噛合い部分の傾き変位（スリーブの軸線に対するハブの軸線の傾斜角の変化）によって原動軸と被動軸との間の相対変位を許容しながら、原動軸から被動軸にトルクを伝達する。
実開昭５８－７２５２６号公報
　歯車形撓み軸継手を用いた平行カルダン式駆動台車において、乗客の乗降等により台車の軸ばねのたわみによって台車枠の高さが変化するため、主電動機の回転軸と歯車装置の小歯車軸の高さにはズレ（相対変位）が生じる。かかるズレは、歯車形撓み軸継手の軸間の傾き変位によって吸収されるが、この傾き変位の許容角度（以下、「許容相対変位量」ともいう）は６°程度が限界とされている。そのため、乗り心地を改善すべく軸ばねの上下ばね定数を柔らかくしようとすると、軸ばねの上下たわみが増加し、歯車形撓み軸継手の許容角度の限界を超えるという問題がある。
　また、操舵台車においては、操舵時に車軸がヨーイング方向に変位するため、主電動機の回転軸と歯車装置の小歯車軸には相対変位が生じる。そのため、平行カルダン式の操舵台車においては、軸ばねの上下たわみだけでなく操舵による相対変位が加わるため、許容相対変位量を大きく超えてしまうことになる。このように、平行カルダン式駆動台車においては操舵機能を付加させることは難しいという問題がある。
　本発明は、許容相対変位量が大きい、鉄道車両用の歯車形撓み軸継手を提供することを目的としている。
　本発明の一形態に係る鉄道車両用歯車形撓み軸継手は、２つの外歯車と、前記２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車と、を備え、歯厚方向に見て、前記外歯車の歯先は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯先クラウニング半径の円弧を成し、歯厚方向に見て、前記外歯車の歯元は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯元クラウニング半径の円弧を成し、前記歯元クラウニング半径が前記歯先クラウニング半径よりも小さく、前記外歯車は、歯幅方向中央位置の歯丈である基準歯丈が、歯幅方向端位置の歯丈である端歯丈よりも小さくなるように形成され、前記端歯丈の前記基準歯丈に対する比率が、１．２１以上に設定される。
　本発明の別の形態に係る鉄道車両用歯車形撓み軸継手は、２つの外歯車と、前記２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車と、を備え、歯厚方向に見て、前記外歯車の歯先は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯先クラウニング半径の円弧を成し、歯厚方向に見て、前記外歯車の歯元は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯元クラウニング半径の円弧を成し、前記歯元クラウニング半径は前記歯先クラウニング半径よりも小さく、前記外歯の歯丈は、歯幅方向中央から歯幅方向両端に向かうにつれて大きくなっており、前記歯先クラウニング半径に対する前記歯元クラウニング半径の比率Ｒｂ／Ｒｃが、０．３７以下に設定される。
　前記構成によれば、歯厚方向に見て外歯車の歯先を円弧状に形成することで、外歯車の軸線を内歯車の軸線に対して傾斜させることが可能になる。基準歯丈を端歯丈よりも小さくなるように形成するにあたり、端歯丈の基準歯丈に対する比率を１．２１以上に設定することで、かつ／または、歯先クラウニング半径に対する歯元クラウニング半径の比率を０．３７以下に設定することで、内歯車の軸線に対する外歯車の軸線の傾斜角の許容値（以下、「許容傾斜角」という）を６度を超えるように設定することが可能になる。許容傾斜角が大きくなるので、２軸間で許容される相対変位量を大きくすることができる。
　本発明の一形態に係る鉄道車両用台車は、車体を支持する台車枠と、車軸、および当該車軸の両端に設けられた車輪を有する輪軸と、前記台車枠に設けられ、その出力軸が前記車軸と平行に延びる主電動機と、前記車軸に回転を伝達する歯車装置と、前記主電動機と前記歯車装置との間に配置された上述の鉄道車両用歯車形撓み軸継手とを備える。
　本発明によれば、許容相対変位量が大きい、鉄道車両用の歯車形撓み軸継手を提供できる。
実施形態に係る歯車形撓み軸継手が適用された鉄道車両の台車の平面図である。 実施形態に係る歯車形撓み軸継手の軸方向断面図である。 実施形態に係る外歯車および内歯車の径方向断面図である。 外歯の径方向直交断面図である。 図５Ａ－Ｃは、歯車形撓み軸継手が原動軸の被動軸に対する相対変位を許容している状態を示す。図５Ａは、歯車形撓み軸継手の軸方向断面図、図５Ｂは、歯車形撓み軸継手の部分側面図、図５Ｃは、外歯の内歯に対する位置および姿勢を表した模式図である。 外歯および内歯の径方向直交断面図であり、歯面クラウニング半径Ｒａおよび許容傾斜角δＭの説明図である。 外歯車の斜視図である。 外歯車の軸方向断面図であり、歯先クラウニング半径Ｒｂ、歯元クラウニング半径Ｒｃ、基準歯丈ｈ０および端歯丈ｈｅの説明図である。 歯元クラウニング半径Ｒｃに対する、歯面クラウニング半径Ｒａあるいは許容傾斜角δＭの関係を示すグラフである。 許容傾斜角δＭに対する、半径比率Ｒｃ／Ｒｂの関係を示すグラフである。 許容傾斜角δＭに対する、歯丈比率ｈｅ／ｈ０の関係を示すグラフである。
　以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。全図を通じて同一又は対応する要素には同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。
　（台車）
　図１は、実施形態に係る歯車形撓み軸継手１０が適用された鉄道車両の平行カルダン式駆動台車１（以下、単に「台車」という）の平面図である。台車１は、不図示の車体を下から支持する台車枠２を備えている。例示の台車１では、２つの輪軸３が、車両長手方向に離れて配置され、不図示の軸箱支持装置を介して台車枠２に弾性的に支持されている。各輪軸３は、車両幅方向に延びる車軸４、および車軸４の両端に設けられた一対の車輪５を有する。台車枠２（例えば、その横梁２ａ）には、２つの輪軸３をそれぞれ回転駆動する２つの主電動機６が設けられている。各主電動機６の出力軸６ａは、車軸４と平行に向けられ、歯車形撓み軸継手１０を介して歯車装置７の入力軸７ａと連結されている。歯車装置７は平行軸式歯車対で構成され、入力軸７ａは車軸４と平行に向けられている。歯車形撓み軸継手１０は、主電動機６と歯車装置７との間に配置される。歯車装置７は、回転を車軸４に伝達する。歯車装置７は、入力軸７ａに固定された小歯車７ｂ、および小歯車７ｂと噛合されて車軸４に固定された大歯車７ｃを有する。主電動機６で発生されたトルクは、歯車形撓み軸継手１０および歯車装置７を介し、対応する輪軸３に伝達される。
　軸箱支持装置は、台車１の一次サスペンションとして機能する。主電動機６はバネ上の台車枠２に固定され、歯車装置７はバネ下の輪軸３に固定されている。軸箱支持装置の撓みに応じて、出力軸６ａは、入力軸７ａに対して相対変位し得る。歯車形撓み軸継手１０は、この相対変位を許容しながら、出力軸６ａから入力軸７ａへとトルクを伝達する。「相対変位」には、軸方向変位、平行変位（径方向変位）、角度変位が含まれる。
　（歯車形撓み軸継手）
　図２は、歯車形撓み軸継手１０を示す軸方向断面図である。歯車形撓み軸継手１０は、原動ハブ１１、被動ハブ２１、およびスリーブ３０を備える。原動軸９１（図１の例では、主電動機６の出力軸６ａ）が原動ハブ１１に固定される一方で、被動軸９２（図１の例では、歯車装置７の入力軸７ａ）が被動ハブ２１に固定される。
　原動ハブ１１は、円筒状に形成された円筒部１２、および円筒部１２の外周面に設けられた外歯車１３を含む。外歯車１３は、円筒部１２から径方向外側に突出する突出部１３ａ、および突出部１３ａから軸方向外側に突出して円筒部１２を外囲するリング状に形成された根元部１３ｂ、根元部１３ｂから径方向外側に突出する複数の外歯１４を有する。複数の外歯１４は、根元部１３ｂの周方向に等間隔をおいて並べられている。原動ハブ１１と同様にして、被動ハブ２１は円筒部２２および外歯車２３を含み、外歯車１３と同様にして、外歯車２３は突出部２３ａ、根元部２３ｂおよび複数の外歯２４を有する。
　スリーブ３０は、円筒状に形成され、軸方向両端に開口を有している。２つの内歯車３１，３２が、スリーブ３０の内周面に軸方向に離れて設けられている。内歯車３１は、スリーブ３０の内周面から突出する複数の内歯３３を有する。複数の内歯３３は、スリーブ３０の周方向に等間隔をおいて並べられている。内歯車３１と同様にして、内歯車３２は複数の内歯３４を有する。外歯１４および内歯３３の数は同じであり、外歯２４および内歯３４の数は同じである。
　原動ハブ１１はスリーブ３０の軸方向一方側に収納され、外歯車１３が内歯車３１に噛合されている。被動ハブ２１はスリーブ３０の軸方向他方側に収納され、外歯車２３が内歯車３２に噛合されている。このように、歯車形撓み軸継手１０は、２つの外歯車１３，２３と、２つの外歯車１３，２３それぞれと噛み合う２つの内歯車３１，３２とを備えている。
　組立性を考慮して、スリーブ３０は、軸方向の一方側半部を構成する第１分割体３０Ａ、および軸方向の他方側半部を構成する第２分割体３０Ｂを備えている。スリーブ３０は、軸方向に突き合わされた２つの分割体３０Ａ，３０Ｂを複数のリーマボルト３９で連結することによって構成される。第１分割体３０Ａは、内歯車３１を備え、原動ハブ１１を収納する。第２分割体３０Ｂは、内歯車３２を備え、被動ハブ２１を収納する。
　円筒部１２は、その中心部に、軸方向外端面に開放されて軸方向に延びる軸挿入孔１２ａを有する。原動軸９１の先端が、軸挿入孔１２ａに挿入される。原動軸９１は、その先端を軸挿入孔１２ａに挿入した状態で、ネジ、スプラインおよび／またはキーといった締結手段を用いて原動ハブ１１（およびその外歯車１３）に結合されている。円筒部１２と同様にして、円筒部２２も軸挿入孔２２ａを有し、原動軸９１と同様にして、被動軸９２も軸挿入孔２２ａに挿入されて被動ハブ２１（およびその外歯車２３）に結合される。
　原動軸９１が回転すると、原動ハブ１１が原動軸９１と一体回転する。原動ハブ１１の回転は、外歯車１３と内歯車３１との接触部位を介してスリーブ３０に伝達される。スリーブ３０の回転は、内歯車３２と外歯車２３との接触部位を介して被動ハブ２１に伝達され、それにより被動軸９２が被動ハブ２１と一体回転する。
　図３は、外歯車１３および内歯車３１の径方向断面図である。外歯１４も内歯３３も、歯厚方向中心線Ｃに対し、線対称の断面形状を有している。外歯車１３および内歯車３１の基準断面歯形は、外歯１４および内歯３３の歯数（以下、「実歯数Ｎ０」という）よりも多い歯数（以下、「歯形歯数Ｎ」という）のインボリュート歯形を採用する。歯形歯数Ｎは、実歯数Ｎ０のインボリュート形状の製造時に要求される公差を超える形状を得るために、実歯数Ｎ０に対して十分に大きい値に設定される。一例として、歯形歯数Ｎは、実歯数Ｎ０よりも２５％以上大きい値に設定される。歯形歯数Ｎは無限大に設定されていてもよい。その場合、基準断面歯形は、等脚台形になる。なお、詳細図示を省略するが、外歯車２３の外歯２４および内歯車３２の内歯３４の基準断面歯形も、上記同様に形成されている。
　図４は、外歯車１３（特に、そのうち１つの外歯１４）の径方向直交断面図である。図４に示すように、外歯１４は、２つの歯面１４ａを有する。本実施形態では、２つの歯面１４ａ両方に、円弧状の膨らみ（いわゆる「歯面クラウニング」）が付けられており、どちらの歯面１４ａも、径方向直交断面視において円弧を成している。以下、この円弧の半径を「歯面クラウニング半径Ｒａ」という。円弧の中心は、外歯１４の径方向直交断面視において、歯幅方向中心線上に位置する。両面に歯面クラウニングを付けることで、外歯１４の歯厚は、歯幅方向中央位置で最大となり、歯幅方向端位置で最小となる。径方向直交断面視において、各歯面１４ａは、歯幅方向中心線を基準にして線対称に形成され、２つの歯面１４ａは、歯厚方向中心線を基準にして線対称に形成されている。
　また、外歯車１３の歯先の直径は内歯車３１の歯元の直径と略同じ（僅かに小さい）に設定されている。それにより、原動ハブ１１のスリーブ３０に対する芯ずれが生じず、振動およびこれに伴う騒音を低減できる。
　図５Ａ－Ｃは、歯車形撓み軸継手１０が原動軸９１の被動軸９２に対する相対変位を許容している状態を示す。図５Ａに示すように、原動軸９１の被動軸９２に対する相対変位は、原動ハブ１１および／または被動ハブ２１が、スリーブ３０に対して傾斜することによって許容される。傾斜の程度は、スリーブ３０の中心線に対する原動ハブ１１または被動ハブ２１の中心線に対する傾斜角δで表される。
　図５Ｂおよび５Ｃでは、原動ハブ１１のスリーブ３０に対する傾斜を図示している。図５Ｂおよび５Ｃに示すように、原動ハブ１１がスリーブ３０に対して傾斜している状態では、１８０度離れた２位置（図示例では、θ＝９０°，２７０°の２位置）で外歯１４が内歯３３と接触し、それによりハブ－スリーブ間の動力伝達を可能にしている。接触状態にある外歯１４と内歯３３においては、外歯１４の歯幅方向が内歯３３の歯幅方向に対して傾斜角δだけ傾斜する。それにより、内歯３３は、外歯１４の歯面のうち歯幅方向において中央と端との中間の部位と接触する。
　傾斜角δが大きいほど、軸間の相対変位量は大きい。逆にいえば、歯車形撓み軸継手１０において許容される相対変位量を大きくするには、傾斜角δの許容値（以下、「許容傾斜角δＭ」（図６を参照））を大きくすることを求められる。
　図６は、外歯車１３の外歯１４および内歯車３１の内歯３３の径方向直交断面図である。この図では、原動ハブ１１がスリーブ３０に対して許容傾斜角δＭだけ傾斜している。以下、この場合に外歯１４の歯面１４ａのうち内歯３３と接触している部位を「限界接触部位ＰＭ」という。限界接触部位ＰＭは、歯幅端に設定することは現実的でなく、それよりも僅かに歯幅方向中央寄り（一例として、１ｍｍ程度）の位置に設定される。
　歯面１４ａの円弧の中心と限界接触部位ＰＭとを通過する直線と、歯面１４ａの円弧の中心を通過して外歯１４の歯厚方向に延びる直線との成す角が、許容傾斜角δＭである。原動ハブ１１がスリーブ３０に対して許容傾斜角δＭを超えて傾斜すると、内歯３３と接触可能な外歯１４が無くなり、動力伝達不能となる。歯面１４ａの円弧の中心から限界接触部位ＰＭまでの距離は、歯面クラウニング半径Ｒａである。径方向直交断面において、歯厚方向は歯幅方向と直交する。
　以上より、歯面クラウニング半径Ｒａ、歯幅方向中央から限界接触部位ＰＭまでの距離ＢＭ、および許容傾斜角δＭは、次式：Ｒａ＝ＢＭ／ｓｉｎδＭ　を充たす。許容傾斜角δＭを大きくするためには、歯面クラウニング半径Ｒａを小さくし、かつ／または、距離ＢＭを大きくすることが必要になる。距離ＢＭを増大するには、外歯１４の歯幅の増大を必要とするが、歯車形撓み軸継手１０が適用される台車１の設計制約から歯幅の増大には限界がある。本実施形態では、台車１への適用を考慮して、歯幅は２４ｍｍ以下に抑えられている。
　図７は、外歯車１３の斜視図である。ここで、「歯幅Ｂ」は、外歯１４の歯幅方向一端から歯幅方向他端までの歯幅方向距離である。外歯１４の歯筋は一例として直歯であり、歯幅方向は軸方向と一致する。「歯丈ｈｉ」は、歯幅方向における任意位置において、歯厚方向中心線Ｃ上における歯先１４ｂから歯元１４ｃまでの距離である。
　歯厚方向に見て、外歯１４の歯先１４ｂも歯元１４ｃも、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるように、円弧を成している。以下、歯先１４ｂが成す円弧の半径を「歯先クラウニング半径Ｒｂ」とし、歯元１４ｃが成す円弧の半径を「歯元クラウニング半径Ｒｃ」とする。
　歯幅方向に見て、外歯１４の歯先１４ｂは、歯厚方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯厚方向両端で軸心からの距離が最小となるように、歯先クラウニング半径Ｒｂの円弧を成している。すなわち、外歯１４の歯先１４ｂは球面を形成している。
　歯厚方向に見て、歯先１４ｂが成す円弧も歯元１４ｃが成す円弧も、歯幅方向中央と軸心とを通過する歯幅方向中心線を基準として、線対称になる。そのため、歯幅方向における任意位置での歯丈は、当該任意位置と歯幅方向中心線Ｃからの距離が同じとなる線対称位置での歯丈と同値となる。以下、歯幅方向中央位置での歯丈を「基準歯丈ｈ０」といい、歯幅方向端位置での歯丈を「端歯丈ｈｅ」という。
　図８は、外歯車１３の軸方向断面図である。歯元クラウニング半径Ｒｃは、歯先クラウニング半径Ｒｂよりも小さい。なお、歯先１４ｂの円弧と歯元１４ｃの円弧が同心であっても、両半径Ｒｂ，Ｒｃの寸法関係はこのようになる。本実施形態では、歯先１４ｂの円弧（球面）の中心が軸心上にある。一方で、歯元１４ｃの円弧の中心は、歯厚方向に見たときに歯幅方向中心線上にあるものの、軸心よりも外歯１４に近位に位置付けられている。
　歯先１４ｂの円弧および歯元１４ｃの円弧がこのように設定されているので、歯丈ｈｉは、歯幅方向の位置によって変化する。基準歯丈ｈ０は、端歯丈ｈｅよりも小さくなるように形成される。更に言えば、歯丈ｈｉは、歯幅方向中央位置で最小となり、歯幅方向において歯幅方向中央位置から離れるほど大きくなり、歯幅方向端位置で最大となる。基準歯丈ｈ０は、歯幅方向の位置によって変化する歯丈ｈｉの最小値であり、端歯丈ｈｅは、歯丈ｈｉの最大値である。
　図９は、歯面クラウニング半径Ｒａと歯元クラウニング半径Ｒｃとの関係を示すグラフである。前述したとおり、歯面クラウニング半径Ｒａは、許容傾斜角δＭの正弦（ｓｉｎδＭ）と反比例することから、当該グラフは、許容傾斜角δＭと歯元クラウニング半径Ｒｃとの関係を間接的に示している。この関係性は、加工上の制約から生じる。加工工具を外歯車１３の外から進入させていくことによって、歯面１４ａに歯面クラウニングが付与される。歯面クラウニング半径Ｒａを小さくする（歯面クラウニングの曲率を大きくする）ためには、歯幅方向端位置においてより深く加工工具を進入させる必要があり、歯幅方向端位置における歯丈（端歯丈ｈｅ）を大きく確保していなければ、工具が歯と干渉する。歯元クラウニング半径Ｒｃの小径化は、上述のとおり、端歯丈ｈｅの増大化と関連する。以上より、加工上の制約から、歯面クラウニング半径Ｒａの小径化には、歯元クラウニング半径Ｒｃの小径化が必要となる。また、歯元クラウニング半径Ｒｃを小径化し、端歯丈ｈｅを増大化すれば、歯面クラウニング半径Ｒａを小径化でき、歯幅の増大を伴わずとも許容傾斜角δＭを大きくすることができる。
　図１０は、半径比率Ｒｃ／Ｒｂと許容傾斜角δＭとの関係を示すグラフであり、図１１は、歯丈比率ｈｅ／ｈ０との関係を示すグラフである。半径比率Ｒｃ／Ｒｂは、歯先クラウニング半径Ｒｂに対する歯元クラウニング半径Ｒｃの比率である。歯丈比率ｈｅ／ｈ０は、基準歯丈ｈ０に対する端歯丈ｈｅの比率である。図１０に示すように、半径比率Ｒｃ／Ｒｂが小さくなるほど、（歯面クラウニング半径Ｒａの小径化を実現でき、）許容傾斜角δＭが増大する。図１１に示すように、歯丈比率ｈｅ／ｈ０が大きくなるほど、（歯元クラウニング半径Ｒｃの小径化に伴う歯面クラウニング半径Ｒａの小径化を実現でき、）許容傾斜角δＭが増大する。
　従前の鉄道車両用の歯車形撓み軸継手では、歯幅２４ｍｍ以下において、許容傾斜角δＭはおおむね６°が限界である。
　本実施形態に係る歯車形撓み軸継手は、歯幅Ｂを２４ｍｍ以下に抑えたうえで、半径比率Ｒｃ／Ｒｂが０．３７以下に設定される。これにより、許容傾斜角δＭが６°を超える歯車形撓み軸継手１０を提供できる。半径比率Ｒｃ／Ｒｂは好ましくは、０．３０～０．３６に設定される。これにより、許容傾斜角δＭが７°から１２°の歯車形撓み軸継手１０を提供できる。
　また、本実施形態に係る歯車形撓み軸継手１０は、歯幅Ｂを２４ｍｍ以下に抑えたうえで、歯丈比率ｈｅ／ｈ０が１．２１以上に設定される。これにより、許容傾斜角δＭが６°を超える歯車形撓み軸継手１０を提供できる。歯丈比率ｈｅ／ｈ０は好ましくは、１．２２～１．２９に設定される。これにより、許容傾斜角δＭが７°から１２°の歯車形撓み軸継手１０を提供できる。このように許容傾斜角δＭが６°を超える歯車形撓み軸継手１０を鉄道車両用台車に適用することにより、従来実現できなかった平行カルダン式駆動台車に操舵機能を付加させることができる。
　なお、歯幅Ｂを２４ｍｍ、歯幅方向中心から限界接触部位までの歯幅方向距離ＢＭを１１ｍｍ、歯面クラウニング半径Ｒａを９０ｍｍに設定する条件下において、許容傾斜角δＭを７°に設定することができる。このとき、歯元クラウニング半径Ｒｃは２９ｍｍに設定することで、半径比率Ｒｃ／Ｒｂおよび歯丈比率ｈｅ／ｈ０が上記数値範囲を充たすことができる。また、成形加工法による歯面クラウニングの付与を実現できる。
　なお、歯幅Ｂを２４ｍｍに設定する条件下で、歯元クラウニング半径Ｒｃが２９ｍｍの小さな値に設定されるが、成形加工法を用いて外歯１４が形成されている。成形加工法の採用により、ホブ盤を用いた創成加工法とは異なり、歯元にアンダーカット（えぐれ）を生じさせずに、小半径のクラウニングを歯面１４ａに付与できる。そのため、歯元の曲げ強度の低下を防ぐこと（ひいては伝達動力の増加）と、許容傾斜角δＭを大きくすることとを両立できる。また、成形加工法の採用により、歯車材に対する工具の切り込みが歯幅中央に対して対称となるので、創成加工法と比べ、歯面１４ａを歯幅中央に対して線対称に成形しやすくなる。そのため、外歯車が内歯車に対して傾斜しているときに、１８０度離れた２位置間において外歯と内歯との均等な接触を実現でき、振動騒音を低減できる。
　また、外歯車１３の歯先の直径は内歯車３１の歯元の直径と略同じに設定されている。そのため、ハブ１１，２１がスリーブ３０に対して芯ずれを生じにくく、この点からも振動騒音を低減できる。
　そして、本実施形態では、基準断面歯形が、外歯車および内歯車よりも多い歯数のインボリュート歯車の歯形としている。そのため、基準断面歯形が通常のインボリュート歯形である場合と比べ、歯幅端断面における歯形圧力角の変化が小さい。そのため、異常摩耗や焼付きが生じにくく、伝達動力が増加する。
　これまで実施形態について説明したが、上記構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜変更、削除および／または追加可能である。
１　鉄道車両用台車
２　台車枠
３　輪軸
４　車軸
５　車輪
６　主電動機
６ａ　出力軸
７　歯車装置
１０　歯車形撓み軸継手
１３，２３　外歯車
３１，３２　内歯車
Ｒｂ　歯先クラウニング半径
Ｒｃ　歯元クラウニング半径
Ｒｃ／Ｒｂ　半径比率
ｈ０　基準歯丈
ｈｅ　端歯丈
ｈｅ／ｈ０　歯丈比率
 

Claims (6)

  1. 　２つの外歯車と、
    　前記２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車と、を備え、
    　歯厚方向に見て、前記外歯車の歯先は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯先クラウニング半径の円弧を成し、
    　歯厚方向に見て、前記外歯車の歯元は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯元クラウニング半径の円弧を成し、
    　前記歯元クラウニング半径が前記歯先クラウニング半径よりも小さく、前記外歯車は、歯幅方向中央位置の歯丈である基準歯丈が、歯幅方向端位置の歯丈である端歯丈よりも小さくなるように形成され、
    　前記端歯丈の前記基準歯丈に対する比率が、１．２１以上に設定される、鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
  2. 　２つの外歯車と、
    　前記２つの外歯車それぞれと噛み合う２つの内歯車と、を備え、
    　歯厚方向に見て、前記外歯車の歯先は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯先クラウニング半径の円弧を成し、
    　歯厚方向に見て、前記外歯車の歯元は、歯幅方向中央で軸心からの距離が最大となり、歯幅方向両端で軸心からの距離が最小となるよう、歯元クラウニング半径の円弧を成し、
    　前記歯元クラウニング半径は前記歯先クラウニング半径よりも小さく、前記外歯の歯丈は、歯幅方向中央から歯幅方向両端に向かうにつれて大きくなっており、
    　前記歯先クラウニング半径に対する前記歯元クラウニング半径の比率Ｒｃ／Ｒｂが、０．３７以下に設定される、鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
  3. 　前記外歯車の歯幅が２４ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
  4. 　前記外歯車および前記内歯車の基準断面歯形が、前記外歯車および前記内歯車のモジュールと同じモジュールで前記外歯車および前記内歯車の歯数よりも多い歯数のインボリュート歯車の歯形である、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
  5. 　前記外歯車の歯先の直径は、前記内歯車の歯元の直径と略同じである、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の鉄道車両用歯車形撓み軸継手。
  6. 　車体を支持する台車枠と、
    　車軸、および当該車軸の両端に設けられた車輪を有する輪軸と、
    　前記台車枠に設けられ、その出力軸が前記車軸と平行に延びる主電動機と、
    　前記車軸に回転を伝達する歯車装置と、
    　前記主電動機と前記歯車装置との間に配置される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の鉄道車両用歯車形撓み軸継手とを備える、鉄道車両用台車。
     
PCT/JP2018/022610 2017-06-29 2018-06-13 鉄道車両用歯車形撓み軸継手及びそれを備えた鉄道車両用台車 WO2019003924A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/313,535 US11008024B2 (en) 2017-06-29 2018-06-13 Railcar flexible gear coupling and railcar bogie including same
KR1020187036504A KR102195291B1 (ko) 2017-06-29 2018-06-13 철도차량용 기어형 유연축 커플링 및 그를 구비한 철도차량용 대차
EP18815498.3A EP3460278B1 (en) 2017-06-29 2018-06-13 Gear-type flexible shaft coupling for railway vehicle, and railway vehicle bogie equipped with same
CN201880002533.XA CN109563884B (zh) 2017-06-29 2018-06-13 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
SG11201811678SA SG11201811678SA (en) 2017-06-29 2018-06-13 Railcar flexible gear coupling and railcar bogie including same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017126903A JP6730722B2 (ja) 2017-06-29 2017-06-29 鉄道車両用歯車形撓み軸継手及びそれを備えた鉄道車両用台車
JP2017-126903 2017-06-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019003924A1 true WO2019003924A1 (ja) 2019-01-03

Family

ID=64740636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/022610 WO2019003924A1 (ja) 2017-06-29 2018-06-13 鉄道車両用歯車形撓み軸継手及びそれを備えた鉄道車両用台車

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11008024B2 (ja)
EP (1) EP3460278B1 (ja)
JP (1) JP6730722B2 (ja)
KR (1) KR102195291B1 (ja)
CN (1) CN109563884B (ja)
SG (1) SG11201811678SA (ja)
WO (1) WO2019003924A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6730722B2 (ja) * 2017-06-29 2020-07-29 川崎重工業株式会社 鉄道車両用歯車形撓み軸継手及びそれを備えた鉄道車両用台車
CN112572478B (zh) * 2020-12-30 2024-04-16 中车资阳机车有限公司 一种机车用牵引传动装置
US11054013B1 (en) * 2021-01-08 2021-07-06 Enplas Corporation Profile modification for planetary gear device gear teeth

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5872526U (ja) 1981-11-12 1983-05-17 東洋電機製造株式会社 歯車形軸継手
JP2001132765A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Sumitomo Metal Ind Ltd 鉄道車両用歯車形撓み軸継手
JP2004211789A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Mitsubishi Electric Corp 撓み軸継ぎ手
JP2012149762A (ja) * 2010-12-28 2012-08-09 Kyushu Hasec Co Ltd ギヤカップリングおよびその製造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2035171A (en) * 1932-12-17 1936-03-24 Julian S Loewus Shaft coupling
US2922294A (en) * 1956-05-07 1960-01-26 Wildhaber Ernest Toothed couplings
US2927510A (en) * 1956-05-07 1960-03-08 Wildhaber Ernest Method and machine for producing toothed couplings
US3243973A (en) * 1963-01-30 1966-04-05 Drafto Corp Flexible gear couplings
JPS5872526A (ja) 1981-10-23 1983-04-30 Green Cross Corp:The モノクロ−ルｈｂｓ抗体の製造方法
US5271289A (en) * 1992-12-16 1993-12-21 Baxter Jr Meriwether L Non-involute gear
US5718633A (en) * 1995-03-09 1998-02-17 Meritor Heavy Vehicle Systems, Llc Universal joint wear indicator
JP2985821B2 (ja) * 1997-02-20 1999-12-06 三菱電機株式会社 撓み軸継ぎ手
JP2002021871A (ja) * 2000-07-07 2002-01-23 Central Japan Railway Co 鉄道車両用歯車形撓み軸継手
US6871719B2 (en) 2001-12-27 2005-03-29 Torque-Traction Technologies, Inc. Drive train member having convex splines
EP1775492B1 (en) * 2004-05-17 2012-08-29 Jtekt Corporation Spider joint
WO2013035172A1 (ja) * 2011-09-07 2013-03-14 三菱電機株式会社 ギアカップリング
JP6098185B2 (ja) * 2013-01-22 2017-03-22 株式会社リコー ２段スプラインカップリングジョイント、及びこれを用いた駆動伝達装置、画像形成装置
JP6300083B2 (ja) * 2013-08-23 2018-03-28 株式会社リコー 駆動伝達装置および画像形成装置
WO2016171092A1 (ja) * 2015-04-22 2016-10-27 日本精工株式会社 トルク伝達用継手及びウォーム減速機
JP6730722B2 (ja) * 2017-06-29 2020-07-29 川崎重工業株式会社 鉄道車両用歯車形撓み軸継手及びそれを備えた鉄道車両用台車

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5872526U (ja) 1981-11-12 1983-05-17 東洋電機製造株式会社 歯車形軸継手
JP2001132765A (ja) * 1999-11-05 2001-05-18 Sumitomo Metal Ind Ltd 鉄道車両用歯車形撓み軸継手
JP2004211789A (ja) * 2002-12-27 2004-07-29 Mitsubishi Electric Corp 撓み軸継ぎ手
JP2012149762A (ja) * 2010-12-28 2012-08-09 Kyushu Hasec Co Ltd ギヤカップリングおよびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102195291B1 (ko) 2020-12-24
EP3460278B1 (en) 2021-05-12
EP3460278A4 (en) 2020-03-18
SG11201811678SA (en) 2019-01-30
EP3460278A1 (en) 2019-03-27
US11008024B2 (en) 2021-05-18
US20200182344A1 (en) 2020-06-11
CN109563884A (zh) 2019-04-02
KR20190032288A (ko) 2019-03-27
JP2019011773A (ja) 2019-01-24
CN109563884B (zh) 2021-04-30
JP6730722B2 (ja) 2020-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019003924A1 (ja) 鉄道車両用歯車形撓み軸継手及びそれを備えた鉄道車両用台車
CN108656868B (zh) 具有离合器套环的组件及制造方法
EP0206573B1 (en) Limited slip differential
JP6597774B2 (ja) トルク伝達用継手及びウォーム減速機
JP2008545927A (ja) クラウンギヤ及びクラウンギヤを備えたディファレンシャル装置
US20030108384A1 (en) Polygonal interface between driving and driven components
JPH0328613B2 (ja)
JP2014510676A (ja) 鉄道車両用のトルク支持体及びボギー台車
CN108351012A (zh) 连接组件和用于制造连接组件的方法
JP4501356B2 (ja) 鉄道車両用歯車装置及び鉄道車両用台車
JP2007314133A (ja) 輪軸及び台車
JP3891113B2 (ja) 撓み軸継ぎ手
JP2020153486A (ja) 車両用ドライブシャフト
EP0860621B1 (en) Flexible coupling
US20050130785A1 (en) Bevel gear
US20090084211A1 (en) Hypoid gear device and final reduction gear for vehicle
KR101413458B1 (ko) 기어 커플링 및 그 제조 방법
JP4818171B2 (ja) 鉄道車両用駆動装置
JP2007074856A (ja) 車両用回転電機
JP3774092B2 (ja) 鉄道車両用歯車形撓み軸継手
JP6729362B2 (ja) 歯車形軸継手
CN108290491B (zh) 轮内电动机驱动装置
WO2023170947A1 (ja) たわみ軸継手
GB2386850A (en) Method of manufacturing an axle pinion gear
JP7126908B2 (ja) 電動車両駆動装置及びインホイールモータ駆動装置

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187036504

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018815498

Country of ref document: EP

Effective date: 20181220

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

Ref document number: 18815498

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE