JP7020377B2 - Bevel gear manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ベベルギヤの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a bevel gear.
近年、鍛造により形成されるベベルギヤが用いられている。ベベルギヤの歯形形状を鍛造で形成する際、歯先の形状が尖っていると、成形圧により金型に許容以上の応力がかかり、その状態を繰り返すことで破損に至ることがある。 In recent years, bevel gears formed by forging have been used. When the tooth profile of the bevel gear is formed by forging, if the shape of the tooth tip is sharp, the molding pressure exerts an unacceptable stress on the die, and repeated states may lead to breakage.
従来、このような分野の技術として、特表2007-509761号公報がある。この公報に記載されたベベルギヤでは、歯先のRをなだらかに形成することで、応力集中を防ぐことができる。このベベルギヤは、金型への充満度を下げて欠肉させて形成している。 Conventionally, there is Japanese Patent Publication No. 2007-509761 as a technique in such a field. In the bevel gear described in this publication, stress concentration can be prevented by gently forming the radius of the tooth tip. This bevel gear is formed by reducing the filling degree of the mold and filling the mold.
しかしながら、前述した従来のベベルギヤは、金型への充満度を下げて欠肉させた状態で製造することから、形状を制御することが難しい。また偏肉が発生するため、噛み合い率が変化することが考えられる。なお、金型に許容以上の応力がかかり、歯先部分に割れが発生しやすいが、金型の割れが早期に発生すると製造コストが高くなるという問題がある。 However, it is difficult to control the shape of the above-mentioned conventional bevel gear because the mold is manufactured in a state where the filling degree of the mold is reduced and the mold is deficient. In addition, it is possible that the meshing rate changes due to uneven thickness. It should be noted that stress exceeding the permissible amount is applied to the mold, and cracks are likely to occur in the tooth tip portion, but there is a problem that the manufacturing cost increases if the mold cracks at an early stage.
ここで、金型の応力を下げるために、歯先の形状をなだらかにして応力集中を防ぐことは有効である一方、歯先のRを大きくすると、製品の歯面長が小さくなり、噛み合い率が下がることから製品機能への悪影響が発生する。
本発明は、十分な長さの必要歯面長を担保しつつ、鍛造による製造時の金型への応力集中を低減したベベルギヤの製造方法を提供するものである。
Here, in order to reduce the stress of the mold, it is effective to smooth the shape of the tooth tip to prevent stress concentration, but if the radius of the tooth tip is increased, the tooth surface length of the product becomes smaller and the meshing ratio becomes smaller. As a result, the product function is adversely affected.
The present invention provides a method for manufacturing a bevel gear in which stress concentration on a die during manufacturing by forging is reduced while ensuring a required tooth surface length of a sufficient length.
本発明にかかるベベルギヤの製造方法は、金型を用いて、歯先が徐変R形状であるベベルギヤを製造するベベルギヤの製造方法であって、ベベルギヤの歯部は、複数の歯がピッチ方向に連続して配置されており、前記歯は、ピッチ方向に略平坦形状を有する歯先と、歯底と前記歯先の間に配置されるとともに、前記歯先を挟むように配置される歯面と、を有し、徐変R形状を形成前の歯において、略平坦形状の前記歯先の端部であるとともに、歯面の端部である箇所にO点を設定し、略平坦形状である前記歯先の両端部の中間の面上にT点を設定し、前記歯面における必要歯面長を設定し、歯底側から前記必要歯面長を確保した際の前記歯先側の端部をS点として設定し、前記T点と前記S点を結ぶ直線に対して、前記O点からの垂線が交わる点をP点として設定し、前記O点と前記P点を結ぶ直線上であって、3Dモデリング/CAE解析により型に発生する応力が最小となる点をQ点として設定する際に、前記O点とQ点の間の距離が、前記O点と前記P点とを結んだ距離の30~50%となるようにQ点を設定し、前記S点と前記Q点と前記T点を結ぶスプライン曲線を設定し、前記スプライン曲線の設定を前記歯の内端から外端にかけて連続して行い、前記歯先が徐変R形状である歯の形状を規定する。
これにより、歯先が徐変R形状であるベベルギヤの形状を規定できる。
The method for manufacturing a bevel gear according to the present invention is a method for manufacturing a bevel gear in which a bevel gear having a gradually changing R-shaped tooth tip is manufactured by using a mold. The teeth are continuously arranged, and the teeth are arranged between a tooth tip having a substantially flat shape in the pitch direction and a tooth bottom and the tooth tip, and a tooth surface arranged so as to sandwich the tooth tip. In the tooth before forming the gradually changing R shape, an O point is set at the end of the tooth tip having a substantially flat shape and the end of the tooth surface, and the tooth has a substantially flat shape. A point T is set on an intermediate surface between both ends of a certain tooth tip, a required tooth surface length on the tooth surface is set, and the required tooth surface length is secured from the tooth bottom side on the tooth tip side. The end is set as the S point, the point where the vertical line from the O point intersects with respect to the straight line connecting the T point and the S point is set as the P point, and the straight line connecting the O point and the P point is set. Therefore, when the point where the stress generated in the mold is minimized by 3D modeling / CAE analysis is set as the Q point, the distance between the O point and the Q point is the O point and the P point. The Q point is set so as to be 30 to 50% of the connected distance, the spline curve connecting the S point, the Q point and the T point is set, and the setting of the spline curve is set from the inner end of the tooth to the outside. This is performed continuously toward the end to define the shape of the tooth whose tip is a gradually changing R shape.
Thereby, the shape of the bevel gear whose tooth tip has a gradually changing R shape can be defined.
これにより、十分な長さの必要歯面長を担保しつつ、鍛造による製造時の金型への応力集中を低減したベベルギヤの製造方法を提供することができる。 This makes it possible to provide a method for manufacturing a bevel gear in which stress concentration on a die during manufacturing by forging is reduced while ensuring a required tooth surface length of a sufficient length.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に示すように、ベベルギヤ1は、金型を用いた鍛造により成形されるギヤである。ベベルギヤ1には、ピッチ方向に連続した複数の歯11が形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
ここで図2は、1つの歯11の断面図である。図3、図4は、歯11の歯先21と、歯先21を挟むように配置されている歯面22の拡大図である。すなわち、図3、図4は、図2の点線四角部の拡大図である。なお、図3は歯先21に徐変Rを設定していない状態の歯11の拡大図であり、図4は、図3に示した歯の状態から、徐変Rを設定した状態の歯11を示している。なお以下では、徐変Rを設定していない状態の歯11において、歯先21がピッチ方向に略平坦形状となっているものとして説明する。
Here, FIG. 2 is a cross-sectional view of one
ここで、図3に示すように、歯先21に徐変Rを設定していない通常のベベルギヤを鍛造により作成する場合には、歯先21面に垂直方向の応力σ1、及び歯面22に垂直方向の応力σ2が発生する。そのため、歯先21の端部かつ歯面22の端部であるO点を起点として、金型が破損しやすい。
Here, as shown in FIG. 3, when a normal bevel gear in which the gradual change R is not set on the
次に、鍛造によりベベルギヤ1を成形する際の歯先21の徐変R形状の規定方法について説明する。以下では、図2に示すように、歯11における所定の断面について説明している。
Next, a method of defining the gradually changing R shape of the
なお、歯先21に徐変Rを設定していないベベルギヤを、基準のベベルギヤとして用いる。すなわち基準のベベルギヤは、歯先21と歯面22の間の頂点を起点として、金型に対して高い応力がかかるベベルギヤである。例えば、図4に示すように、歯先21に徐変R形状を有する歯11は、基準のベベルギヤの歯の歯先21及び歯面22の一部を削った形状となる。
A bevel gear in which the gradual change R is not set for the
最初に、O点の設定を行う(ステップS1)。具体的には、図2、図3に示すように、基準のベベルギヤの歯先21と、一方の歯面22aとの間の頂点であって、鍛造を行った場合に金型の破損の起点となる点を第1のO点とする。言い換えると、第1のO点は、歯先21の略平坦の端部であるとともに、歯面22aの端部の箇所である。
First, the O point is set (step S1). Specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, it is the apex between the
また同様に、図2に示すように、歯先21と他方の歯面22bとの間の頂点であって、鍛造を行った場合に金型の破損の起点となる点を第2のO点とする。
Similarly, as shown in FIG. 2, the second O point is the apex between the
次に、T点の設定を行う(ステップS2)。例えば、第1のO点と第2のO点の中間であり、第1のO点と第2のO点から等距離であって、歯先21上の位置をT点として設定する。なお、T点の設定方法はこの方法に限られず、例えば図2に示すように歯11が線対称の形状であれば、その対称線上であって、かつ、歯先21上の点をT点として設定してもよい。ここでは、歯先21上において、両端部の略中央の位置にT点を設定したものとする。
Next, the T point is set (step S2). For example, the position on the
次に、S点の設定を行う(ステップS3)。図2、図4に示すように、S点の設定を行うために、歯面22には、必要歯面長の設定を行う。この必要歯面長は、歯11の歯元或いは歯元の近傍から設定した歯先21方向への長さであり、機能製品要件によって変更することができる。
Next, the S point is set (step S3). As shown in FIGS. 2 and 4, in order to set the S point, the required tooth surface length is set on the
ここで、必要歯面長を設定した際に、歯面22a上であって歯元から歯先21に向けて必要歯面長を示す線分を仮定したときに、この線分における歯先21側の端部をS点として設定する。また、S点とT点とを結んだ直線S-Tを設定する。
Here, when the required tooth surface length is set, assuming a line segment on the
次に、P点の設定を行う(ステップS4)。直線S-Tに対して、O点から垂線を引いて交わった点をP点として設定する。また、O点とP点を結んだ直線O-Pを設定する。 Next, the P point is set (step S4). A point where a perpendicular line is drawn from the point O and intersects the straight line ST is set as the point P. In addition, a straight line OP connecting points O and P is set.
応力最小となるQ点の設定を行う(ステップS5)。ここでQ点は直線O-P上に設定されるとともに、O点とQ点を結ぶ線分O-Qの距離が、線分O-Pの距離の30%~50%となるようにQ点を設定する。 Set the Q point that minimizes the stress (step S5). Here, the Q point is set on the straight line OP, and the distance of the line segment OQ connecting the O point and the Q point is 30% to 50% of the distance of the line segment OP. Set a point.
このときQ点は、ベベルギヤ1の3Dモデリングを構築し、CAE(コンピュータ支援解析:Computer Aided Engineering)によって、金型を用いてベベルギヤ1を形成する際に型に発生する応力が最小となるQ点の位置を算出することにより、設定する。
At this time, the Q point is the Q point where the stress generated in the mold is minimized when the 3D modeling of the
S点、Q点、T点を結ぶスプライン曲線を設定する(ステップS6)。なお、S点とT点について正接させるようにして、スプライン曲線の設定を行う。 A spline curve connecting points S, Q, and T is set (step S6). The spline curve is set so that the points S and T are in tangent contact with each other.
ここで、ステップS1~ステップS6の処理によるスプライン曲線の設定を、歯11における所定の断面だけでなく、ベベルギヤの歯11の内端から外端まで連続して実行する(ステップS7)。これにより、複数のスプライン曲線を設定する。そして、これらのスプライン曲線によって描かれる線の集合が、歯先21及び歯面22aの表面となるように、歯11の徐変R形状を規定する。なお例えば、内端は傘状であるベベルギヤの歯の大端であり、外端は小端である。
Here, the setting of the spline curve by the processing of steps S1 to S6 is continuously executed not only from the predetermined cross section of the
その後、スプライン曲線の設定によって規定された徐変R形状の歯先21を有するベベルギヤを鍛造するものとして、金型を形成する。
After that, a die is formed as a forging of a bevel gear having a
これにより、噛み合う相手歯車との必要歯面長を担保しながら、鍛造製造時の金型にかかる応力の集中を低下させるという、相反する鍛造製造要件を両立した製品形状を提案することができる。言い換えると、鍛造により形成されたベベルギヤでは噛み合い率の低下を抑制することができ、また、鍛造の際の金型の割れが早期に発生することを抑制できるため、製造コストを低下させることができる。 This makes it possible to propose a product shape that meets the conflicting forging manufacturing requirements of reducing the concentration of stress applied to the die during forging manufacturing while ensuring the required tooth surface length with the mating gear. In other words, the bevel gear formed by forging can suppress the decrease in the meshing ratio, and can suppress the early occurrence of cracking of the die during forging, so that the manufacturing cost can be reduced. ..
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
例えば、ステップS6において、スプライン曲線を設定することによって徐変R形状を設定するものとして説明したが、スプライン曲線に限られず他の曲線を用いても良い。また、本手法によって徐変R形状を規定して鍛造するものは、ベベルギヤに限られず、他の種類の歯車を製造する際に利用しても良い。 For example, in step S6, the gradual change R shape is set by setting the spline curve, but the spline curve is not limited to the other curve. Further, what is forged by defining the gradually changing R shape by this method is not limited to the bevel gear, and may be used when manufacturing other types of gears.
なお例えば、上記のベベルギヤ1では、歯先21が略平坦形状であるものとして説明したが、実際に製品として用いる際には、歯先21の形状を製品中心軸と同軸の円錐形状とすることができる。この歯先21の円錐形状については略平坦形状に近似するものとして扱うことができ、上記の方法により、歯先21に徐変R形状を設定できる。
For example, in the above-mentioned
また、T点の設定について、歯先21上の中央位置として設定するものとして説明したがこれに限られない。例えば歯先21上において、第1のO点と第2のO点の中間の任意の位置を、T点として設定しても良い。
Further, the setting of the T point has been described as being set as the center position on the
1 ベベルギヤ
11 歯
21 歯先
22 歯面
22a 第1の歯面
22b 第2の歯面
1
Claims (1)
ベベルギヤの歯部は、複数の歯がピッチ方向に連続して配置されており、
前記歯は、
ピッチ方向に略平坦形状を有する歯先と、
歯底と前記歯先の間に配置されるとともに、前記歯先を挟むように配置される歯面と、を有し、
徐変R形状を形成前の歯において、
略平坦形状の前記歯先の端部であるとともに、歯面の端部である箇所にO点を設定し、
略平坦形状である前記歯先の両端部の中間の面上にT点を設定し、
前記歯面における必要歯面長を設定し、歯底側から前記必要歯面長を確保した際の前記歯先側の端部をS点として設定し、
前記T点と前記S点を結ぶ直線に対して、前記O点からの垂線が交わる点をP点として設定し、
前記O点と前記P点を結ぶ直線上であって、3Dモデリング/CAE解析により型に発生する応力が最小となる点をQ点として設定する際に、前記O点とQ点の間の距離が、前記O点と前記P点とを結んだ距離の30~50%となるようにQ点を設定し、
前記S点と前記Q点と前記T点を結ぶスプライン曲線を設定し、
前記スプライン曲線の設定を前記歯の内端から外端にかけて連続して行い、前記歯先が徐変R形状である歯の形状を規定する、
ベベルギヤの製造方法。 It is a method of manufacturing a bevel gear that manufactures a bevel gear whose tooth tip has a gradually changing R shape using a mold.
In the tooth part of the bevel gear, multiple teeth are continuously arranged in the pitch direction.
The tooth
Tooth tips that have a substantially flat shape in the pitch direction,
It has a tooth surface that is arranged between the tooth bottom and the tooth tip and is arranged so as to sandwich the tooth tip.
In the tooth before forming the gradually changing R shape,
An O point is set at the end of the tooth tip having a substantially flat shape and at the end of the tooth surface.
A point T is set on the intermediate surface between both ends of the tooth tip, which has a substantially flat shape.
The required tooth surface length on the tooth surface is set, and the end portion on the tooth tip side when the required tooth surface length is secured from the tooth bottom side is set as the S point.
The point where the perpendicular line from the O point intersects with respect to the straight line connecting the T point and the S point is set as the P point.
The distance between the O point and the Q point when setting the point on the straight line connecting the O point and the P point where the stress generated in the mold by 3D modeling / CAE analysis is minimized as the Q point. However, the Q point is set so as to be 30 to 50% of the distance connecting the O point and the P point.
A spline curve connecting the S point, the Q point, and the T point is set.
The spline curve is continuously set from the inner end to the outer end of the tooth, and the shape of the tooth whose tip is a gradually changing R shape is defined.
How to manufacture bevel gears.
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