JP7457489B2 - planetary gearbox - Google Patents
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Description
本発明は、遊星歯車装置に関する。 The present invention relates to a planetary gear system.
従来から、モータ等の駆動源の出力軸の回転速度を減速するために減速機が用いられている。減速機としては例えば、太陽歯車、内歯車、及び、太陽歯車と内歯車との間に設けられている遊星歯車を同軸上に複数段備える複合遊星歯車装置が知られている（特許文献１参照）。 BACKGROUND ART Conventionally, a speed reducer has been used to reduce the rotational speed of an output shaft of a drive source such as a motor. As a reduction gear, for example, a compound planetary gear device is known, which includes a sun gear, an internal gear, and a plurality of coaxial stages of planetary gears provided between the sun gear and the internal gear (see Patent Document 1). ).
ところで、遊星歯車装置において、歯車から発する騒音を低減するために、はすば歯車が用いられている。 By the way, in planetary gear systems, helical gears are used to reduce noise emitted from the gears.
しかしながら、はすば歯車は、動力を伝達する際に、軸線方向（スラスト方向）に分力が生じる。このため、はすば歯車を用いる遊星歯車装置は、遊星歯車に生じるスラスト方向の分力により、遊星歯車の端面及びその受け面である内歯車の端面に摩擦が生じていた。従来のはすば歯車を用いる遊星歯車装置では、この摩擦により効率の低下する場合や、あるいは歯車が摩耗して耐久性の低下につながる場合があり、上記スラスト方向の分力を低減することが求められていた。 However, when a helical gear transmits power, component force is generated in the axial direction (thrust direction). For this reason, in planetary gear devices using helical gears, friction occurs between the end surfaces of the planetary gears and the end surfaces of the internal gears serving as the receiving surfaces thereof due to component forces in the thrust direction generated in the planetary gears. In conventional planetary gear systems that use helical gears, this friction can reduce efficiency, or the gears can wear out, leading to decreased durability, so it is not possible to reduce the component force in the thrust direction. It was wanted.
本発明は、上述の課題を一例とするものであり、効率と寿命とを両立することができる遊星歯車装置を提供することを目的とする。 The present invention takes the above-mentioned problem as an example, and an object of the present invention is to provide a planetary gear device that can achieve both efficiency and longevity.
上記目的を達成するために、本発明に係る遊星歯車装置は、第１内歯車と、前記第１内歯車と軸線方向に離間して設けられている第２内歯車と、前記第１内歯車に噛み合う複数の第１遊星歯車、及び、前記第２内歯車に噛み合う複数の第２遊星歯車を有し、一組の前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車が一体となって回転するように軸線方向に連結されている複数の遊星歯車ユニットと、を備え、前記第１内歯車、前記第１遊星歯車、前記第２内歯車、及び、前記第２遊星歯車は、軸線方向に対して所定のねじれ角を有するはすば歯車によって構成され、前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車を構成するはすば歯車の軸線方向に対する傾く方向、及び前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車を構成するはすば歯車の軸線方向に対する傾く方向が同一であり、前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角及び前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角は、異なっていて、前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角及び前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角は、前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車と前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車それぞれの軸線方向に働く力に基づいて定められている。 In order to achieve the above object, the planetary gear device according to the present invention comprises a first internal gear, a second internal gear spaced apart from the first internal gear in the axial direction, a plurality of first planetary gears meshing with the first internal gear, and a plurality of second planetary gears meshing with the second internal gear, and a plurality of planetary gear units connected in the axial direction so that a set of the first planetary gears and the second planetary gears rotate together, and the first internal gear, the first planetary gears, the second internal gear, and the second planetary gears are constituted by helical gears having a predetermined twist angle with respect to the axial direction, and the first internal gear and the first planetary gears are constituted by helical gears having a predetermined twist angle with respect to the axial direction. The direction of inclination of the helical gear relative to the axial direction and the direction of inclination of the helical gears constituting the second internal gear and the second planetary gear relative to the axial direction are the same, the twist angles of the helical gears constituting the first internal gear and the first planetary gear and the twist angles of the helical gears constituting the second internal gear and the second planetary gear are different, and the twist angles of the helical gears constituting the first internal gear and the first planetary gear and the twist angles of the helical gears constituting the second internal gear and the second planetary gear are determined based on the forces acting in the axial direction of the first internal gear and the first planetary gear and the second internal gear and the second planetary gear, respectively.
本発明の一態様に係る遊星歯車装置において、前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車は、前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車と歯数が異なっていて、前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角及び前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角は、前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車と前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車それぞれの軸線方向に働く力が等しくなるように定められている。 In a planetary gear device according to one aspect of the present invention, the second internal gear and the second planetary gear have a different number of teeth than the first internal gear and the first planetary gear, and the helical gears constituting the first internal gear and the first planetary gear and the helical gears constituting the second internal gear and the second planetary gear are set so that the forces acting in the axial direction of the first internal gear and the first planetary gear and the second internal gear and the second planetary gear are equal.
本発明に係る遊星歯車装置によれば、効率と寿命とを両立することができる。 According to the planetary gear device according to the present invention, both efficiency and longevity can be achieved.
以下、本発明の実施の形態に係る遊星歯車装置について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a planetary gear device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施の形態に係る遊星歯車装置２を備える駆動装置１の構成を概略的に示す斜視図である。図１に示すように、駆動装置１は、本発明の実施の形態に係る遊星歯車装置２と、駆動源としてのモータ３とを有している。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of a drive device 1 including a
［遊星歯車装置の構成］
次に、駆動装置１が備える本実施の形態に係る遊星歯車装置２の構成を説明する。
[Structure of planetary gear device]
Next, the configuration of the
図２は、遊星歯車装置２の構成を概略的に示す軸線方向に沿った断面図である。また、図３は、遊星歯車装置２のＡ－Ａ断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view along the axial direction schematically showing the configuration of the
以下、説明の便宜上、遊星歯車装置２において、出力側（図２の矢印ａ方向側）を外側とし、入力側（図２の矢印ｂ方向側）を内側とする。また、説明の便宜上、遊星歯車装置２や駆動装置１の各構成について、遊星歯車装置２及び駆動装置１における入力軸２０の軸線ｘに基づいて説明する。遊星歯車装置２を構成している歯車は、単体においてそれぞれ軸線を有している。
Hereinafter, for convenience of explanation, in the
図２及び図３に示すように、本実施の形態に係る遊星歯車装置２は、第１内歯車１２０と、第１内歯車１２０と軸線ｘ方向に離間して設けられている第２内歯車２２０と、第１内歯車１２０に噛み合う複数の第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０、及び、第２内歯車２２０に噛み合う複数の第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０を有し、一組の第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０が一体となって回転するように軸線ｘ方向に連結されている複数の遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０と、を備える遊星歯車装置である。第１内歯車１２０、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０、第２内歯車２２０、及び、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０は、軸線ｘ方向に対して所定のねじれ角を有するはすば歯車によって構成されている。第１内歯車１２０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０を構成するはすば歯車の軸線ｘ方向に対する傾く方向、及び第２内歯車２２０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０を構成するはすば歯車の軸線ｘ方向に対する傾く方向が同一である。第１内歯車１２０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０を構成するはすば歯車のねじれ角及び第２内歯車２２０及び前記第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０を構成するはすば歯車のねじれ角は、異なっている。第１内歯車１２０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０を構成するはすば歯車のねじれ角及び第２内歯車２２０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０を構成するはすば歯車のねじれ角は、第１内歯車１２０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と第２内歯車２２０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０それぞれの軸線ｘ方向に働く力に基づいて定められている。以下、遊星歯車装置２の構成及び動作を具体的に説明する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
筐体部１０は、遊星歯車装置２の入力側（内側ｂ）を覆う入力側筐体１１と、遊星歯車装置２の出力側（外側ａ）を覆う出力側筐体１２とを有している。入力側筐体１１は、入力軸２０の一部など、遊星歯車装置２の構成要素のうち、モータ３に近い入力側に配置されている構成要素を収容している。入力側筐体１１は、軸線ｘ方向において入力側の端部に入力軸２０の入力端部２１を露出させることができるように入力側開口部１３が設けられている。出力側筐体１２は、出力部４０、及び、第２内歯車２２０など、遊星歯車装置２の構成要素のうち、軸線ｘ方向においてモータ３とは反対側の出力側に配置されている構成要素を収容している。出力側筐体１２は、軸線ｘ方向において出力側の端部に出力部４０の出力端部４１を露出させることができるように出力側開口部１４が設けられている。
The
筐体部１０は、入力側筐体１１と出力側筐体１２とを突き合わせて接合することで、遊星歯車装置２の構成要素を収容する。筐体部１０は、軸線ｘ方向において、入力側筐体１１と出力側筐体１２との間に、第１内歯車１２０の径方向外側に設けられている挟持リブ１２１が挟持されている。筐体部１０は、挟持リブ１２１を挟んで入力側筐体１１と出力側筐体１２とを突き合わせて接合することで、筐体部１０が第１内歯車１２０の固定部材として機能する。
The
入力軸２０は、筐体部１０の入力側筐体１１内部において軸線ｘに一致または略一致するように配置されている。入力軸２０は、入力端部２１がモータ３の回転軸（不図示）と共働して回転可能に接続されることで、モータ３からの回転力が入力される。入力軸２０は、例えば、径方向内側の軸中心に空洞部２２が設けられている中空軸である。なお、入力軸２０は、中空軸に限定されず、空洞部を有しない中実の軸であってもよい。入力軸２０は、径方向外側に太陽歯車１１０が形成されている。
The
図４は、遊星歯車装置２が備える太陽歯車１１０、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０、第１内歯車１２０、及び第２内歯車２２０を示すためのＡ－Ａ断面図である。
FIG. 4 is an AA sectional view showing the
図４に示すように、遊星歯車装置２は、太陽歯車１１０と、複数段の遊星歯車を有する遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０と、複数段の内歯車により構成されている、３Ｋ型の複合遊星歯車機構である。複数段の遊星歯車は、具体的には、例えば、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０である。また、複数段の内歯車は、具体的には、例えば、第１内歯車１２０及び第２内歯車２２０である。なお、本実施の形態において、遊星歯車機構の段数は、遊星歯車装置２の例に限定されない。また、本実施の形態において、遊星歯車機構は、太陽歯車を有していない、２Ｋ－Ｈ型などの複合遊星歯車機構であってもよい。
As shown in FIG. 4, the
上述したように、太陽歯車１１０、第１内歯車１２０、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０、第２内歯車２２０、及び、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０は、いずれも軸線ｘ方向に対して所定のねじれ角β１，β２を有するはすば歯車によって構成される。以下の説明において、遊星歯車装置２における入力側の歯車である、第１内歯車１２０、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０を複数段の遊星歯車機構のうち第１段の遊星歯車機構（以下、「第１遊星歯車機構１００」。）ともいう。また、以下の説明において、第２内歯車２２０、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０を複数段の遊星歯車機構のうち第２段の遊星歯車機構（以下、「第２遊星歯車機構２００」。）ともいう。
As described above, the
太陽歯車１１０は、入力軸２０の径方向外側に形成されている。太陽歯車１１０は、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０を構成している第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と噛み合う。このため、太陽歯車１１０は、ねじれ角β１のほか、モジュール、圧力角などの歯車の基本的な仕様である諸元が第１内歯車１２０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と共通しているはすば歯車である。
The
図５は、遊星歯車装置２が備える第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と第１内歯車１２０とを示すための平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing the first
図２乃至図５に示すように、第１内歯車１２０は、入力軸２０の径方向外側に設けられている。第１内歯車１２０は、径方向内側に設けられている第１内歯車本体１２２が太陽歯車１１０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０に面し、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と噛み合う。このため、第１内歯車１２０は、第１内歯車本体１２２に、ねじれ角β１のほか、モジュール、圧力角などの歯車の基本的な仕様である諸元が太陽歯車１１０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と共通しているはすば歯車が構成されている。第１内歯車１２０は、上述したように径方向外側に設けられている挟持リブ１２１が筐体部１０に挟持されていることにより、筐体部１０に固定されている。
As shown in FIGS. 2 to 5, the first
図６は、遊星歯車装置２が備える第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０と第２内歯車２２０とを示すための平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing the second
図２乃至図４、及び図６に示すように、第２内歯車２２０は、入力軸２０の径方向外側であり、かつ、第１内歯車１２０に対して軸線ｘ方向において出力側に設けられている。第２内歯車２２０は、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０に面し、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０と噛み合う。このため、第２内歯車２２０は、径方向内側に、ねじれ角β２のほか、モジュール、圧力角などの歯車の基本的な仕様である諸元が第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０と共通しているはすば歯車である第２内歯車本体２２１が構成されている。第２内歯車２２０は、第２内歯車本体２２１の出力側に、第２内歯車軸部２２２が構成されている。第２内歯車２２０は、出力側筐体１２に取り付けられている軸受５０に支持されている。第２内歯車２２０は、軸受５０に支持されていることにより、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０から伝達される回転力に応じて回転可能に構成されている。第２内歯車２２０は、軸線ｘの位置に中空軸である入力軸２０との間で軸線ｘ方向において連通している貫通孔を構成するために、軸線ｘを中心として環状の孔部２２３が設けられている。
As shown in FIGS. 2 to 4 and 6, the second
図７は、遊星歯車装置２が備える太陽歯車１１０、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０、及びキャリア１７０，２７０を示すための側面図である。また、図８は、遊星歯車装置２が備える遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０を示すための側面図である。
FIG. 7 is a side view showing the
図７及び図８に示すように、複数の遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、軸線ｘに平行な軸を軸線として、太陽歯車１１０の径方向外側かつ第１内歯車１２０の径方向内側に配置されている。複数の遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、それぞれ軸線ｘ方向において入力側に第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０が構成されている。第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０は、太陽歯車１１０、及び、第１内歯車１２０の双方と噛み合う。このため、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０は、ねじれ角β１のほか、モジュール、圧力角などの歯車の基本的な仕様である諸元が太陽歯車１１０及び第１内歯車１２０と共通しているはすば歯車が構成されている。なお、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０の歯の位置と、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０との歯の位置との周方向における角度の差（位相差）は、特に限定されない。また、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、いずれのユニットも第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０との間に設計上の位相差がなくてもよい。
7 and 8, the multiple
また、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、それぞれ軸線ｘ方向において出力側に第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０が構成されている。第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０は、第２内歯車２２０と噛み合う。このため、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０は、ねじれ角β２のほか、モジュール、圧力角などの歯車の基本的な仕様である諸元が第２内歯車２２０と共通しているはすば歯車が構成されている。
Further, the
以上のように、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０のねじれ角β１は、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０のねじれ角β２と異なっている。
As described above, in the
遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０において、遊星歯車軸部３１１，３２１，３３１，３４１と各遊星歯車との間には軸受が設けられており、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０、及び、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０は、それぞれ遊星歯車軸部３１１，３２１，３３１，３４１に対して一体となって回転する。つまり、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０において、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０とは、一体となって共働して回転する。
In the
遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、周方向にそれぞれ所定の角度θを設けて等間隔で配置されている。角度θは、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０の数に応じて定まる。遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、キャリア１７０に固定された遊星歯車軸部３１１，３２１，３３１，３４１に対して回転可能に支持されており、太陽歯車１１０から伝達される回転力により軸線ｘを中心に自転及び公転する。
The
ここで、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０のうち、遊星歯車ユニット３２０は、遊星歯車軸部３２１の出力端部３２１ａと第２遊星歯車２４０の出力側の端部２４０ａとの間に移動規制部として機能するスペーサ部３２２が設けられている。スペーサ部３２２は、遊星歯車ユニット３２０がキャリア１７０に支持されている状態において、キャリア１７０の出力側の端部１７０ａと第２遊星歯車２４０の端部２４０ａとの間に生じる間隙（遊び）を解消している。
Here, among the
遊星歯車ユニット３２０は、遊星歯車軸部３２１の入力端部３２１ｂと第１遊星歯車１４０の入力側の端部１４０ｂとの間に移動規制部として機能するスペーサ部３２３が設けられている。スペーサ部３２３は、遊星歯車ユニット３２０がキャリア１７０に支持されている状態において、キャリア１７０の入力側の端部１７０ｂと第１遊星歯車１４０の端部１４０ｂとの間に生じる間隙（遊び）を解消している。
In the
なお、遊星歯車装置２において、スペーサ部が設けられている遊星歯車ユニットは、上述した遊星歯車ユニット３１０に限定されず、他の遊星歯車ユニット３２０，３３０，３４０に設けられていてもよい。また、スペーサ部が設けられている遊星歯車ユニットの数は、少なくとも１つの遊星歯車ユニットであればよいため、複数の遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０にスペーサ部が設けられていてもよい。
In the
また、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０において、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０、及び、遊星歯車軸部３１１，３２１，３３１，３４１は、それぞれ別部材により製作したものを組み立てても、あるいは、切削加工などにより一体で成形してもよい。また、遊星歯車装置２において、搭載される遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０の数は、上述の４個に限定されず、適宜選択可能である。
Furthermore, in the
出力部４０は、筐体部１０の出力側筐体１２内部において軸線ｘに一致または略一致するように配置されている。出力部４０は、出力端部４１が第２内歯車２２０の第２内歯車軸部２２２の出力側の端部と接続している。出力部４０は、出力端部４２が出力側の回転軸（不図示）と共働して軸線ｘ周りに回転可能に接続される。このため、出力部４０の出力端部４２からは、モータ３からの回転力が出力される。出力部４０は、例えば、径方向内側の軸中心に空洞部４３が設けられている中空軸である。なお、出力部４０は、中空軸に限定されず、空洞部を有しない中実の軸であってもよい。また、出力部４０を設けず、第２内歯車２２０の第２内歯車軸部２２２を直接出力側の回転軸とすることも可能である。
The
［遊星歯車装置の動作］
次に、以上説明した構成を備える遊星歯車装置２の動作について説明する。
[Operation of planetary gear system]
Next, the operation of the
遊星歯車装置２において、図１及び図２に示すように、入力軸２０は、入力端部２１がモータ３の回転軸（不図示）に接続されているため、モータ３からの回転力により回転する。複数の遊星歯車ユニット３１０、３２０，３３０，３４０は、入力軸２０の径方向外側に形成されている太陽歯車１１０と複数の第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０が噛み合っているため、入力軸２０が回転することで太陽歯車１１０と第１内歯車１２０との間で回転する。
In the
第２内歯車２２０は、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０の第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０と噛み合っているため、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０が回転することで回転する。ここで、第２内歯車２２０は、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０に構成されている第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０との歯数の差により減速して回転する。出力部４０は、第２内歯車２２０とともに回転可能に構成されているため、第２内歯車２２０が回転することにより回転する。
Since the second
遊星歯車装置２は、第１遊星歯車機構１００を構成している太陽歯車１１０、第１内歯車１２０、及び、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０のねじれ角β１と、第２遊星歯車機構２００を構成している第２内歯車２２０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０のねじれ角β２と異なっている。このように、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０のねじれ角β１と、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０のねじれ角β２を異なる角度とすることで、位相誤差があった場合に、適切な噛み合い位置を得るためにｚ軸方向に移動する移動量を少なくすることが可能となる。また、遊星歯車装置２は、入力軸２０からの回転力が出力部４０から出力される際に減速される減速機として機能する。このため、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０の歯数は、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０の歯数よりも多い。
The
図９は、遊星歯車装置２が備える第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０に加わる分力を示すための模式図である。また、図１０は、遊星歯車装置２が備える太陽歯車１１０、第２内歯車２２０、及び、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０の回転方向と第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０に加わる分力を示すための模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing component forces applied to the first
図９に示すように、第１内歯車１２０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０を構成するはすば歯車の軸線ｘ方向に対する傾く方向、及び、第２内歯車２２０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０を構成するはすば歯車の軸線ｘ方向に対する傾く方向（ねじれ方向）が同一である。このため、図９及び図１０に示すように、遊星歯車装置２は、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０に加わる接線方向の分力（接線荷重）Ｙ１の方向と第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０に加わる接線荷重Ｙ２の方向とが反対の方向となっている。また、遊星歯車装置２は、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０の回転方向ＲＰ２と太陽歯車１１０の回転方向ＲＳ１及び第２内歯車２２０の回転方向Ｒ２とが反対の方向となっている。
As shown in FIG. 9, the directions in which the helical gears constituting the first
図１１は、遊星歯車装置２が備える遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０に加わる分力、及び、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０と遊星歯車軸部３１１，３２１，３３１，３４１との摩擦面Ｆｒを示すための模式図である。
FIG. 11 shows component forces applied to the
図９及び図１１に示すように、遊星歯車装置２は、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０に加わる軸線ｘ方向に働く力、つまりスラスト方向の分力（スラスト荷重）Ｔ１の方向と第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０に加わるスラスト荷重Ｔ２の方向とが反対の方向となっている。このため、遊星歯車装置２が備える遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０において、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と遊星歯車軸部３１１，３２１，３３１，３４１との接触面Ｆｒ１は、スラスト荷重Ｔ１による摩擦力Ｘ１を受ける。また、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０において、第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０と遊星歯車軸部３１１，３２１，３３１，３４１との接触面Ｆｒ２は、スラスト荷重Ｔ２による摩擦力を受ける。
As shown in FIGS. 9 and 11, the
遊星歯車装置２において、遊星歯車ユニット３１０,３２０，３３０，３４０が有する第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０のねじれ角β１と第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０のねじれ角β２とが異なっている。ここで、ねじれ角β１，β２は、第１内歯車１２０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０に加わるスラスト荷重Ｔ１と第２内歯車２２０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０に加わるスラスト荷重Ｔ２に基づいて、スラスト荷重Ｔ１とスラスト荷重Ｔ２とが等しくなるように定められている。
In the
図１２は、遊星歯車装置２が備える遊星歯車に加わる分力を示すための模式図である。
FIG. 12 is a schematic diagram showing component forces applied to the planetary gears included in the
上述したように、遊星歯車装置２が備える遊星歯車は、いずれもはすば歯車を用いている。図１２に示すように、はすば歯車は、ねじれ角βを有しているため、スラスト荷重Ｔが発生する。
As described above, the planetary gears included in the
スラスト荷重：Ｔ、半径方向荷重：Ｓ、接線荷重：Ｆ、円周方向荷重：ｆ、及び、歯面に垂直な方向の荷重：Ｖには、
Ｔ＝Ｆ・ｔａｎβ…（１）
Ｓ＝Ｆ・ｔａｎαｎ／ｃｏｓβ…（２）
ｆ＝Ｆ／ｃｏｓβ…（３）
Ｖ＝ｆ／ｃｏｓαｎ＝Ｆ／（ｃｏｓβ・ｃｏｓαｎ）…（４）
の関係がある。ここで、歯車圧力角：αｎとする。
Thrust load: T, radial load: S, tangential load: F, circumferential load: f, and load in the direction perpendicular to the tooth surface: V.
T=F・tanβ…(1)
S=F・tanαn/cosβ…(2)
f=F/cosβ…(3)
V=f/cosαn=F/(cosβ・cosαn)…(4)
There is a relationship between Here, it is assumed that the gear pressure angle is αn.
なお、はすば歯車は、通常歯車同士が滑らずに力を伝えるため、摩擦力Ｘ，ＴＴ１は無視できるが、２段遊星歯車においてスラスト荷重Ｔの差分が生じる場合は以下の摩擦力Ｘ，ＴＴ１を考慮する。
Ｘ＝ＴＴ１・ｃｏｓβ…（５）
ＴＴ１＝μＶ…（６）
ここで、μ：摩擦係数
In addition, since helical gears normally transmit force without slipping between the gears, frictional forces X and TT1 can be ignored. However, when a difference in thrust load T occurs in a two-stage planetary gear, the following frictional forces X and TT1 must be taken into consideration.
X = TT1 · cosβ ... (5)
TT1=μV...(6)
Where μ is the friction coefficient
図１３は、遊星歯車装置２が備える遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０に加わる力を示すための模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram showing the forces applied to the
遊星歯車装置２において、遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０は、第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０と第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０とにより構成される２段はすば遊星歯車である。このような遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０において、スラスト荷重Ｔ１，Ｔ２により軸線ｘ方向に滑らない条件は、摩擦力Ｘ１，Ｘ２を考慮するとＴ１＞Ｔ２となり、以下の式（６）により定められる。
In the
Ｔ１－Ｔ２≦Ｘ１＋Ｘ２…（６） T1-T2≦X1+X2…(6)
ここで、Ｔ１、Ｔ２、Ｘ１、Ｘ２は、式（１）～式（５）より、
Ｔ１＝Ｆ１・ｔａｎβ１…（７）
Ｔ２＝Ｆ２・ｔａｎβ２…（８）
Ｘ１＝μ・Ｆ１／ｃｏｓαｎ１…（９）
Ｘ２＝μ・Ｆ２／ｃｏｓαｎ２…（１０）
である。
これら式（７）～式（１０）を式（６）に代入すると、
Here, T1, T2, X1, and X2 are expressed by the following formulas (1) to (5):
T1 = F1 tan β1 ... (7)
T2 = F2 tan β2 ... (8)
X1=μ·F1/cosαn1 (9)
X2=μ·F2/cosαn2 (10)
It is.
Substituting these formulas (7) to (10) into formula (6), we get
Ｆ１・ｔａｎβ１－Ｆ２・ｔａｎβ２≦μ・Ｆ１／ｃｏｓαｎ１＋μ・Ｆ２／ｃｏｓαｎ２…（１１）
となる。
F1·tanβ1−F2·tanβ2≦μ·F1/ cosαn1 +μ·F2/cosαn2 (11)
It becomes.
ここで、β１を先に決め、スラスト方向に動かない限界のβ２を求める。具体的には、式（１１）を以下の式（１２）に変形することにより求められる。 Here, β1 is determined first, and the limit β2 that does not move in the thrust direction is determined. Specifically, it is obtained by transforming equation (11) into equation (12) below.
ｔａｎβ２≦Ｆ１／Ｆ２（ｔａｎβ１－μ／ｃｏｓαｎ１）－μ／ｃｏｓαｎ２…（１２） tanβ2≦F1/F2 (tanβ1−μ/cosαn1)−μ/cosαn2…( 12 )
以上の式（１２）の関係を満たすねじれ角β１，β２のはすば歯車を用いるように構成されていることにより、遊星歯車装置２は、使用状態において、スラスト荷重Ｔ１とスラスト荷重Ｔ２とを等しくすることができるとともに、スラスト荷重Ｔ１とスラスト荷重Ｔ２との方向を軸線ｘ方向において反対方向にすることができる。つまり、遊星歯車装置２は、摩擦力Ｘ１、Ｘ２、スラスト荷重Ｔ１、スラスト荷重Ｔ２のｘ軸方向の力の差分を最小限に抑えることができる。つまり、遊星歯車装置２によれば、第１遊星歯車機構１００を構成するはすば歯車のねじれ角β１及び第２遊星歯車機構２００を構成するはすば歯車のねじれ角β２の差が式（１２）の条件を満たす角度以下であれば遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０が軸線ｘ方向に移動することを抑えることができる。また、遊星歯車装置２は、式（１２）の関係を満たすようにねじれ角β１，β２を選択すれば適宜角度を設定することができるため、ねじれ角β１，β２の選択範囲が広がり、上述のような作用を奏する遊星歯車装置を容易に設計することができる。
By being configured to use helical gears with helical angles β1 and β2 that satisfy the relationship of equation (12) above, the
従って、第１内歯車１２０及び第１遊星歯車１３０，１４０，１５０，１６０を構成するはすば歯車の軸線ｘ方向に対する傾く方向、及び第２内歯車２２０及び第２遊星歯車２３０，２４０，２５０，２６０を構成するはすば歯車の軸線ｘ方向に対する傾く方向が同一であり、第１遊星歯車機構１００を構成するはすば歯車のねじれ角β１及び第２遊星歯車機構２００を構成するはすば歯車のねじれ角β２が以上の式（１２）の関係を満たすように異なっている遊星歯車装置２によれば遊星歯車ユニット３１０，３２０，３３０，３４０の軸線ｘ方向の移動を抑えることで、摩擦面Ｆｒ１，Ｆｒ２での摩擦と伝達効率の低下を防ぐことが可能となるため、効率と寿命とを両立することができる。
Therefore, the direction of inclination of the helical gears constituting the first
その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。 In addition, those skilled in the art can modify the present invention as appropriate based on conventionally known knowledge. As long as such modifications still have the structure of the present invention, they are, of course, included within the scope of the present invention.
１…駆動装置、２…遊星歯車装置、３…モータ、１０…筐体部、１１…入力側筐体、１２…出力側筐体、１３…入力側開口部、１４…出力側開口部、２０…入力軸、２１…入力端部、２２…空洞部、３０…軸受、３１…遊星歯車軸部、４０…出力部、４１…出力端部、４２…出力端部、４３…空洞部、１００…第１遊星歯車機構、１１０…太陽歯車、１２０…第１内歯車、１２１…挟持リブ、１２２…第１内歯車本体、１３０，１４０，１５０，１６０…第１遊星歯車、１４０ｂ…端部、１７０…キャリア、１７０ａ…端部、２００…第２遊星歯車機構、２２０…第２内歯車、２２１…第２内歯車本体、２２２…第２内歯車軸部、２２３…孔部、２３０，２４０，２５０，２６０…第２遊星歯車、２４０ａ…端部、２７０…キャリア、２７０ｂ…端部、３１０，３２０，３３０，３４０…遊星歯車ユニット、３１１，３２１，３３１，３４１…遊星歯車軸部、３２１ａ…出力端部、３２１ｂ…入力端部、３２２，３２３…スペーサ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Drive device, 2... Planetary gear device, 3... Motor, 10... Housing part, 11... Input side housing, 12... Output side housing, 13... Input side opening, 14... Output side opening, 20 ...Input shaft, 21...Input end, 22...Cavity, 30...Bearing, 31...Planetary gear shaft, 40...Output part, 41...Output end, 42...Output end, 43...Cavity, 100... First planetary gear mechanism, 110... Sun gear, 120... First internal gear, 121... Clamping rib, 122... First internal gear body, 130, 140, 150, 160... First planetary gear, 140b... End, 170 ...Carrier, 170a...End, 200...Second planetary gear mechanism, 220...Second internal gear, 221...Second internal gear main body, 222...Second internal gear shaft, 223...Hole, 230, 240, 250 , 260... Second planetary gear, 240a... End, 270... Carrier, 270b... End, 310, 320, 330, 340... Planetary gear unit, 311, 321, 331, 341... Planetary gear shaft, 321a... Output End part, 321b...Input end part, 322, 323... Spacer part
Claims (2)
前記第１内歯車と軸線方向に離間して設けられている第２内歯車と、
前記第１内歯車に噛み合う複数の第１遊星歯車、及び、前記第２内歯車に噛み合う複数の第２遊星歯車を有し、一組の前記第１遊星歯車及び前記第２遊星歯車が一体となって回転するように軸線方向に連結されている複数の遊星歯車ユニットと、
を備える遊星歯車装置であり、
前記第１内歯車、前記第１遊星歯車、前記第２内歯車、及び、前記第２遊星歯車は、軸線方向に対して所定のねじれ角を有するはすば歯車によって構成され、
前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車を構成するはすば歯車の軸線方向に対する傾く方向、及び前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車を構成するはすば歯車の軸線方向に対する傾く方向が同一であり、
前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角及び前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角は、異なっていて、
前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角及び前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角は、前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車と前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車それぞれの軸線方向に働く力に基づいて定められていて、
前記第１遊星歯車の軸線方向に対するねじれ角をβ１、前記第２遊星歯車の軸線方向に対するねじれ角をβ２、前記第１遊星歯車の歯車圧力角をαｎ１、前記第２遊星歯車の歯車圧力角をαｎ２、摩擦係数をμとするとき、先に決めた前記ねじれ角β１から、スラスト方向に動かない限界のβ２を以下の式
ｔａｎβ２≦Ｆ１／Ｆ２（ｔａｎβ１－μ／ｃｏｓαｎ１）－μ／ｃｏｓαｎ２
から求める、
遊星歯車装置。 a first internal gear;
a second internal gear provided apart from the first internal gear in the axial direction;
a plurality of first planetary gears that mesh with the first internal gear; and a plurality of second planetary gears that mesh with the second internal gear; one set of the first planetary gear and the second planetary gear are integrally formed; a plurality of planetary gear units connected in the axial direction so as to rotate together;
A planetary gear device comprising:
The first internal gear, the first planetary gear, the second internal gear, and the second planetary gear are configured by helical gears having a predetermined helix angle with respect to the axial direction,
A direction in which the helical gears constituting the first internal gear and the first planetary gear are tilted with respect to the axial direction, and a direction in which the helical gears constituting the second internal gear and the second planetary gear are tilted with respect to the axial direction. are the same,
The helix angles of the helical gears constituting the first internal gear and the first planetary gear and the helical gears constituting the second internal gear and the second planetary gear are different,
The helix angle of the helical gears constituting the first internal gear and the first planetary gear, and the helix angle of the helical gears constituting the second internal gear and the second planetary gear are the same as those of the first internal gear. and determined based on forces acting in the axial direction of each of the first planetary gear, the second internal gear, and the second planetary gear ,
The torsion angle of the first planetary gear with respect to the axial direction is β1, the torsion angle of the second planetary gear with respect to the axial direction is β2, the gear pressure angle of the first planetary gear is αn1, and the gear pressure angle of the second planetary gear is When αn2 and the friction coefficient are μ, the limit β2 that does not move in the thrust direction is calculated from the above-determined torsion angle β1 using the following formula.
tanβ2≦F1/F2 (tanβ1−μ/cosαn1)−μ/cosαn2
seek from ,
Planetary gear system.
前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角及び前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車を構成するはすば歯車のねじれ角は、前記第１内歯車及び前記第１遊星歯車と前記第２内歯車及び前記第２遊星歯車それぞれの軸線方向に働く力が等しくなるように定められている、
請求項１に記載の遊星歯車装置。 The second internal gear and the second planetary gear have a different number of teeth from the first internal gear and the first planetary gear,
The helix angle of the helical gears constituting the first internal gear and the first planetary gear, and the helix angle of the helical gears constituting the second internal gear and the second planetary gear are the same as those of the first internal gear. and the forces acting in the axial direction of the first planetary gear, the second internal gear, and the second planetary gear are set to be equal.
The planetary gear system according to claim 1.
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