WO2020183536A1 - 鉄道車両用歯車装置 - Google Patents

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WO2020183536A1
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tooth
small gear
large gear
small
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Inventor
小野　寛
勇 辻
Original Assignee
東洋電機製造株式会社
株式会社イワサテック
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a gear device for a railway vehicle including a small gear connected to an output shaft of a drive source and a large gear engaged with the small gear and connected to an axle.
  • an arc gear in which the tooth line, which is the intersection line between the tooth surface and the pitch cylinder, has an arc shape in which the twist angle with respect to the generatrix of the pitch cylinder is zero at the center in the tooth width direction is known (for example).
  • Patent Document 1 This arc gear has an advantage that it can be manufactured as an integral body while taking advantage of the features of a bevel gear that can cancel thrusts with each other.
  • a pair of two arc gears their axes are arranged in parallel and meshed with each other, and are generally used in gear pumps for transferring viscous fluids such as fuel oil and lubricating oil.
  • the present invention is a gear device for a railroad vehicle including a small gear connected to an output shaft of a drive source and a large gear engaged with the small gear and connected to an axle.
  • the small gear and the large gear are each composed of an arc-shaped gear in which the tooth streak, which is the intersection of the tooth surface and the pitch cylinder, has an arc shape in which the twist angle with respect to the bus of the pitch cylinder is zero at the center in the tooth width direction.
  • the radius of curvature of the small gear tooth streak is larger than the radius of curvature of the large gear tooth streak
  • the small gear and the large gear are located at both ends in the width direction of the tooth surface of one of the small gear and the large gear.
  • a releasing portion is provided so that the tooth surface of the other gear of the gear does not come into contact with the tooth surface.
  • the radius of curvature of the tooth trace of the small gear is larger than the radius of curvature of the tooth trace of the large gear, and the small gear is formed at both ends in the width direction of the tooth surface of one of the small gear and the large gear. Since a releasing portion is provided so that the tooth surface of the other gear of the large gear does not come into contact with the tooth surface, the tooth surfaces at the meshing portion between the small gear and the large gear exclude the releasing portions at both ends in the width direction of the tooth surface. You can make contact with the gear. As a result, even if the tooth tip portion of the small gear and the large gear is bent due to high load and high speed rotation, sufficient thrust canceling performance can be ensured and one-sided contact of the tooth surface is prevented.
  • FIG. 1 The perspective view which shows the outline of the small gear and the large gear provided in the gear device for a railroad vehicle of this invention.
  • the schematic diagram which shows the tooth streak of the meshing part between the small gear and the large gear shown in FIG.
  • the railroad gear device includes a gear box (not shown) installed on the bogie of the vehicle, and inside the gear box, an output shaft of an electric motor as a drive source (not shown). It includes a small gear 2 having an axle 1 connected to the small gear 2 and a large gear 4 connected to the axle 3 that meshes with the small gear 2.
  • the output shaft and the axle 3 are arranged in the horizontal direction, respectively, and the axles 1 and 3 are parallel to each other.
  • lubricating oil (not shown) is stored in the inner bottom of the gear box, the lower part of the large gear 4 is immersed in the lubricating oil, and the lubricating oil is scraped and lifted as the large gear 4 rotates. Lubricating oil is used to lubricate the meshing portion between the large gear 4 and the small gear 2, the bearing, and the like.
  • Lubricating oil is used to lubricate the meshing portion between the large gear 4 and the small gear 2, the bearing, and the like.
  • the tooth lines 21 and 41 which are the intersections of the tooth surface and the pitch cylinder, are twisted with respect to the generatrix 22 and 42 of the pitch cylinder at the center c in the tooth width direction. It is composed of arc gears that have an arc shape with angles ⁇ 1 and ⁇ 2 being zero. Further, the radius of curvature r 1 of the tooth streak 21 of the small gear 2 is larger than the radius of curvature r 2 of the tooth streak 41 of the large gear 4 (r 1 > r 2 ), and is located at both ends of the tooth surface of the large gear 4 in the width direction. , A releasing portion 5 is provided so that the tooth surface of the small gear 2 does not come into contact with the tooth surface.
  • the tooth surfaces can come into contact with each other except for the releasing portions 5 at both ends in the width direction of the tooth surfaces.
  • the contact between the tooth surfaces of the small gear 2 and the large gear 4 at this part is a line contact in the tooth contact direction when the motor is stopped, and when the motor is operating, the teeth are bent due to the bending of the tooth tip portion due to high load and high speed rotation. It is a surface contact that makes contact in both the width and the tooth depth. However, even with this surface contact, the tooth surfaces of the meshing portions of the small gear 2 and the large gear 4 do not come into contact with each other in the region between the contact surfaces closest to the center c in the tooth width direction, and a clearance 6 is formed.
  • the small gear 2 and the large gear 4 can come into contact with each other at the meshing portion except for the releasing portions 5 at both ends in the width direction of the tooth surface. Even if the tooth tip portion of the gear 4 is bent due to high load and high speed rotation, the thrust canceling performance can be sufficiently ensured and one-sided contact of the tooth surface is prevented. Therefore, tooth breakage or pitching due to one-sided contact of the tooth surface does not occur. Further, the meshing ratio between the small gear 2 and the large gear 4 can be increased so as to reduce noise as compared with the case of crowning.
  • the releasing portion 5 can be formed by cutting, for example, from the portion of the tooth surface of the large gear 4 in contact with the tooth surface of the small gear 2 to the tooth end in the width direction. It should be noted that the releasing portion 5 is also a portion corresponding to a portion having a higher brittleness than other portions because it is easily hardened by charcoal burning performed at the time of manufacturing the large gear 4. Since the releasing portion can remove a portion of the teeth of the large gear 4 having a relatively low brittleness, the releasing portion 5 does not participate in the meshing between the small gear 2 and the large gear 4. This is advantageous in preventing tooth breakage and pitching of the small gear 2 and the large gear 4 when the electric motor is operating.
  • the present invention is not limited thereto.
  • a wide variety of structures can be adopted for the parts other than the small gear 2 and the large gear 4, including those conventionally known.
  • the relieving portion 5 is provided on the large gear 4, but the relieving portion 5 may be provided on the small gear 2.
  • the diameter of the pitch circle of the pinion 2 and the gear wheel 4, the number of teeth, the specific numerical values of the radius of curvature r 1, r 2 is not particularly limited.

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Abstract

駆動源の出力軸に連結される小歯車２と、小歯車２に噛合する、車軸３に連結される大歯車４とを備え、小歯車２と大歯車４は、それぞれ、歯面とピッチ円筒との交線である歯すじ２１，４１が、歯幅方向中央ｃでピッチ円筒の母線２２，４２に対するねじれ角度θ１，θ２が零となる円弧状である円弧歯車で構成される鉄道車両用歯車装置において、小歯車２の歯すじ２１の曲率半径ｒ１は、大歯車４の歯すじ４１の曲率半径ｒ２より大きく、小歯車２と大歯車４のうちの一方の歯車の歯面の幅方向両端部に、小歯車２と大歯車４のうちの他方の歯車の歯面が当たらないようにするレリービング部５が設けられる。

Description

鉄道車両用歯車装置
　本発明は、駆動源の出力軸に連結される小歯車と、小歯車に噛合する、車軸に連結される大歯車とを備える鉄道車両用歯車装置に関する。
　従来、円筒歯車として、歯面とピッチ円筒との交線である歯すじが、歯幅方向中央でピッチ円筒の母線に対するねじれ角度が零となる円弧状である円弧歯車が知られている（例えば、特許文献１参照）。この円弧歯車は、スラストを打消し合うことができるやまば歯車の特長を生かしつつ、一体物として作製できるという利点を有している。そして、円弧歯車は、２個一対として互いの軸を平行に配置して噛合させ、一般に、燃料油、潤滑油等の粘性流体移送用の歯車ポンプに使用されている。
　円弧歯車の上記特長に注目し、鉄道車両用歯車装置が備える、互いに噛合する小歯車及び大歯車への応用が考えられる。然しながら、試作、実験したところ、鉄道車両用歯車装置が備える小歯車及び大歯車のトルク伝達は、上記歯車ポンプに使用される円弧歯車よりもピッチ円の直径が大きいことから重量が重たく、その上高速で回転するという高負荷高速回転で行われるため、大小両歯車の歯先部分に撓みが生じ、スラスト打消し性能が低下して噛合する歯面が片当りし、歯折損やピッチング等が発生するという問題が見出された。歯面の片当りの解消には歯すじにクラウニングを施すことが有効であることが知られているが、歯すじをクラウニングすると、円弧歯車の上記特長の一つであるスラスト打消し性能が低下し、スラストの抑制効果が損なわれるという別の問題を招く。
特開平１１－１１８０２３号公報
　本発明は、以上の点に鑑み、スラスト打消し性能を十分に確保でき、歯面の片当りを防止できる鉄道車両用歯車装置を提供することをその課題としている。
　上記課題を解決するために、本発明は、駆動源の出力軸に連結される小歯車と、小歯車に噛合する、車軸に連結される大歯車とを備える鉄道車両用歯車装置であって、小歯車と大歯車は、それぞれ、歯面とピッチ円筒との交線である歯すじが、歯幅方向中央でピッチ円筒の母線に対するねじれ角度が零となる円弧状である円弧歯車で構成されるものにおいて、小歯車の歯すじの曲率半径は、大歯車の歯すじの曲率半径より大きく、小歯車と大歯車のうちの一方の歯車の歯面の幅方向両端部に、小歯車と大歯車のうちの他方の歯車の歯面が当たらないようにするレリービング部が設けられることを特徴とする。
　本発明によれば、小歯車の歯すじの曲率半径が大歯車の歯すじの曲率半径より大きく、小歯車と大歯車のうちの一方の歯車の歯面の幅方向両端部に、小歯車と大歯車のうちの他方の歯車の歯面が当たらないようにするレリービング部が設けられるため、小歯車と大歯車との噛合部における歯面同士は歯面の幅方向両端部のレリービング部を除いた部分で接触できる。これによって、小歯車と大歯車は、高負荷高速回転により歯先部分に撓みが生じても、スラスト打消し性能を十分に確保でき、歯面の片当りが防止される。
本発明の鉄道車両用歯車装置が備える小歯車と大歯車の概要を示す斜視図。 図１に示す小歯車と大歯車との噛合い部の歯すじを示す模式図。
　図１及び図２を参照して、鉄道用歯車装置は、車両の台車に設置される歯車箱（図示省略）を備え、この歯車箱の内部に、図外の駆動源としての電動機の出力軸に連結される車軸１を有する小歯車２と、小歯車２に噛合する、車軸３に連結される大歯車４とを備えている。出力軸及び車軸３は、それぞれ、水平方向に配置され、車軸１，３は互いに平行である。また、歯車箱の内底部には潤滑油（図示省略）が貯油され、大歯車４の下部がその潤滑油に浸漬し、大歯車４の回転に伴って潤滑油が掻き揚げられ、掻き揚げられた潤滑油により大歯車４と小歯車２との噛合部、軸受け等の潤滑が行われるようにしている。その他、鉄道用歯車装置の部品、要素等については公知のものを利用することができるため、これ以上の詳細な説明は省略する。
　図２に示す如く、小歯車２と大歯車４は、それぞれ、歯面とピッチ円筒との交線である歯すじ２１，４１が、歯幅方向中央ｃでピッチ円筒の母線２２，４２に対するねじれ角度θ１，θ２が零となる円弧状である円弧歯車で構成されている。また、小歯車２の歯すじ２１の曲率半径ｒ１は、大歯車４の歯すじ４１の曲率半径ｒ２より大きく（ｒ１＞ｒ２）、大歯車４の歯面の幅方向両端部に、小歯車２の歯面が当たらないようにするレリービング部５が設けられている。
　このような小歯車２と大歯車４との噛合部では、歯面同士が歯面の幅方向両端部のレリービング部５を除いた部分で接触できる。この部分での小歯車２と大歯車４の歯面同士の接触は、電動機の停止時では歯たけ方向の線接触となり、電動機の作動時では高負荷高速回転に伴う歯先部分の撓みにより歯幅及び歯たけの両方向で接触する面接触となる。但し、この面接触によっても、小歯車２と大歯車４との噛合部の歯面同士は、接触面の最も歯幅方向中央ｃ寄りの部分の間の領域では接触せず、クリアランス６が形成されたままとなる。このように、本実施形態では、小歯車２と大歯車４は、噛合部において歯面同士が歯面の幅方向両端部のレリービング部５を除いた部分で接触できるため、小歯車２と大歯車４は、高負荷高速回転により歯先部分に撓みが生じても、スラスト打消し性能を十分に確保でき、歯面の片当りが防止される。従って、歯面の片当りによる歯折損やピッチング等は生じない。また、小歯車２と大歯車４との噛合い率をクラウニングする場合に比べて低騒音化できるように大きくすることが可能となる。
　レリービング部５は、例えば、大歯車４の歯面において、小歯車２の歯面と接触する部分から幅方向の歯端までを切削して形成することができる。尚、レリービング部５は、大歯車４の製造時に施される浸炭焼入によっても焼きが入りやすく、脆性が他の部分に比べて高い部分に相当する部分でもある。レリービングによって、大歯車４の歯において脆性の比較的低い部分を除去できるため、レリービング部５は、小歯車２と大歯車４との噛合いに関与しない。このことは、電動機の作動時における小歯車２と大歯車４の歯折損やピッチング等の防止により有利となる。
　以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。小歯車２と大歯車４を除く部分については従来公知のものも含め、多種多様な構造を採用することができる。また、上記実施形態ではレリービング部５を大歯車４に設けているが、レリービング部５は小歯車２に設けてもよい。更に、小歯車２と大歯車４のピッチ円の直径、歯数、曲率半径ｒ１，ｒ２の具体的な数値等は特に限定的ではない。
　２…小歯車、２１…歯すじ、２２…母線、３…車軸、４…大歯車、４１…歯すじ、４２…母線、５…レリービング部、θ１，θ２…ねじれ角度、ｒ１…歯すじ２１の曲率半径、ｒ２…歯すじ４１の曲率半径、ｃ…歯幅方向中央。

Claims (1)

  1. 　駆動源の出力軸に連結される小歯車と、小歯車に噛合する、車軸に連結される大歯車とを備える鉄道車両用歯車装置であって、
    　小歯車と大歯車は、それぞれ、歯面とピッチ円筒との交線である歯すじが、歯幅方向中央でピッチ円筒の母線に対するねじれ角度が零となる円弧状である円弧歯車で構成されるものにおいて、
    　小歯車の歯すじの曲率半径は、大歯車の歯すじの曲率半径より大きく、
    　小歯車と大歯車のうちの一方の歯車の歯面の幅方向両端部に、小歯車と大歯車のうちの他方の歯車の歯面が当たらないようにするレリービング部が設けられることを特徴とする鉄道車両用歯車装置。
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