動力伝達用プラスチック歯車の低騒音化に関する研究

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動力伝達用プラスチック歯車の低騒音化を図る方策を検討することを目的としてナイロン樹脂歯車と鋼歯車の歯車対における騒音発生機構を詳細に調べた.検討に先立ち,歯車の振動・騒音の発生に大きな影響を及ぼすと考えられているかみ合い伝達誤差(幾何学的に決定される正確なかみ合い位置からの回転方向のずれ)を計測するとともに,かみ合い伝達誤差計測のために取り付けた高分解能のロータリーエンコーダのパルス信号を回転角度検出の基準信号として用いることにより,かみ合い伝達誤差と歯元ひずみ波形などの変動関係を正確に捉えることのできる計測システムを新たに構築した.また,試験機を試作し,静荷重によるプラスチック歯車の変形状態を調べるとともに静的な変形を考慮したかみ合い伝達誤差の計算モデルを検討した.プラスチックは振動や衝撃の吸収性に優れていることからプラスチック歯車は振動吸収性に優れ低騒音であると考えられている.しかし,比較的低速な回転速度(400rpm程度)の運転条件における騒音発生機構を調べた結果,ナイロン樹脂歯車(従動側)と鋼歯車(駆動側)の歯車対では,歯のかみ合いが2対かみ合い領域から1対かみ合い領域に移る際にナイロン樹脂歯車の歯が急激にたわみ,歯車本体が振動していることが明らかになった.この結果についてはナイロン樹脂歯車の歯のたわみ変形について検討した結果とも一致した.プラスチック歯車の歯車対では歯のたわみが大きいため,かみ合い伝達誤差が大きくなる.このことは歯車の振動・騒音発生の主な原因とされているCorner impact(かみ合い始めに従動歯車歯先かど部が駆動歯車歯元部に強く衝突すること)が大きくなることを意味する.しかし,歯車本体の振動状態からナイロン樹脂歯車の歯車対においてCorner impactの影響は予想されるほど大きくないことが明らかになった.