歯車振動に関する実験研究 (実験Ⅲ -...
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-
歯車振動に関する実験研究
(実験Ⅲ)
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
1 研究対象とする歯車の紹介
島根大学総合理工学部 李 樹庭
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
N8級の許容値
単一ピッチ誤差 18
累積ピッチ誤差 55
全歯形誤差 27
歯みぞの振れ 44
両歯面かみあい誤差全かみあい72
両歯面1ピッチ 29
38.3+0,2 0
氏名 西村 篤投影法
作成
名称 大歯車 尺度 図番 H24-A005-01
大歯車 SCM415(S45C代替) 1
品番 名称 材質 個数 摘要
1:2
2012/12/3学籍番号 s094056
機械設計研究室
平歯車
歯車歯形 標準基
準
ラ
ッ
ク
歯形 並歯
モジュール 4
圧力角 20°
歯数 30
転位係数 0
基準ピッチ円直径 120
基礎円直径 112.76
仕上げ方法 ホブギリ
マタギ歯厚 43.0105
マタギ歯数 4枚
精度 JIS N8級
相手歯車図番 H24-A003-01
40 (20)
R0,2
注記:
1.歯面浸炭焼き入れ
2.硬度HRC55~60
3.特記なき角部はC0.3MAXとし、バリ・カエリのないこと
4.特記なき隅部はR1MAXのこと
5.歯車精度データ(歯筋誤差、歯形誤差、ピッチ誤差)測定用、全歯数で測定
30‹
M5•~8/O4.13•~12.39
0.015 A
O0.05 A
128
•}0,1
Ra 3.2
R2
C1
R2
Ra 3.2
Ra 3
.2
60•}0,02
C2
O6
0
Ra 3.2
0.01
A
C2
Ra 3
.2
C2
1.5
Ra 3.
2
B部詳細(2:1)
M5•~8/O4.13•~12.39
B
PCD8
5
図番H24-A005-01
Ra 6.3 Ra 3.2 Ra 1.6
12
0‹
O5,2
51
20‹
O5,2
5
0
-0.050
R0,
2
10
JS
9 +
0,0
18
-0,0
18
Ra 3.2
O3
5 H
7 +
0,0
25
0
島根大学総合理工学部 李 樹庭
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
Reduction ratio i Τ2 3
Speed[rpm] 1100~3000
Torque[N m] 208
試験条件
歯車諸元
Gear typeStandard involute spur gear
Driving Driven(test gear)
Number of teeth 20 30
Module[mm] 4
Pressure angle α[°] 20Standard pitch circle[mm] 80 120
Contact ratio ε 1.61
Shifting coefficient 0
Face width[mm] 40
Material SCM415
Heat-treatment Carburizing
Accuracy(JIS) JIS N4
Cutting method Ground
試験用小歯車
試験用大歯車Shimane University, Machine Design Lab.
2018/9
-
型式:ASPB-A-200(共和電業)
加速度センサー:
2 歯車振動測定のための加速計の取り付け方
Ch1
Ch2
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
• 試験用大歯車の円周方向振動を測定できるように取り付ける
• 不釣り合いによる振動を防ぐため,測定円に対し,二個の加速度センサーを軸対称に取り付ける
-
256
310
コード
3 ギアボックスの内部構造
mm
mm
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
4 信号の取り出し方(軸中空穴+スリップリング)
アンプ A/D変換 記録装置
静止しながら回転体からの電気信号を伝達できる回転コネクタ
スリップリング
コード
スリップリング
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
5 歯車加速度波形の測定・記録装置
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
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動力吸収式歯車試験機を用いた歯車振動の測定実験
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
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1.動力吸収式歯車試験機の3D図
Motor
GearboxTorque meter
Powder brake
Coupling
CouplingCoupling
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
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2 歯車のトルク波形の測定・記録装置
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
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3 歯車回転数及び歯のかみあい位置の記録装置
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
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4 振動測定実験の様子(ビデオ)
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
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動力循環式歯車試験機を用いた歯車振動の測定実験
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
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1 動力循環式歯車実験装置の3D
トルク負荷装置(負荷カップリング)
ギアボックス1
モーター
ギアボックス2Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
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2 ギヤボックスの内部構造
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
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3 動力循環装置の原理
モータ
継手
負荷カップリング
振動測定用ギアボックス 動力循環用ギアボックス
小歯車1 小歯車2
大歯車1 大歯車2
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
4 ギヤボックスの内部構造の写真
-
5 トルク負荷装置の紹介
負荷カップリング
ストッパ
アーム
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
トルク負荷装置
歯車に負荷をかけて振動測定が可能
負荷カップリング
ねじり側カップリング
固定側カップリング
6負荷カップリング動作の様子
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
7 動力循環式歯車振動実験装置
-
測定結果の処理と分析
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
大歯車の加速度信号(1000rpm)
0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 1 0 0 0 r p m
T im e t S e c .
Ge
ar a
cc
ele
ra
tio
n
m/
s2
C H 2
0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 1 0 0 0 r p m C H 1
Ge
ar
a
cc
ele
ra
tio
n m
/s
2
T i m e t S e c .
0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 1 0 0 0 r p m
T i m e t S e c .
Ge
ar
a
cc
ele
ra
tio
n m
/s
2
( C H 1 + C H 2 ) / 2
1 歯車振動波形の測定結果及び処理
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 2 0 0 0 r p m C H 1
Ge
ar
a
cc
ele
ra
tio
n m
/s
2
T i m e t S e c .
0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 2 0 0 0 r p m
T im e t S e c .
Ge
ar a
cc
ele
ra
tio
n
m/
s2
C H 2
0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 2 0 0 0 r p m
T i m e t S e c .
Ge
ar
a
cc
ele
ra
tio
n m
/s
2
( C H 1 + C H 2 ) / 2
大歯車の加速度信号(2000rpm)
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 3 0 0 0 r p m C H 1
Ge
ar
a
cc
ele
ra
tio
n m
/s
2
T i m e t S e c .
0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0 S p e e d = 3 0 0 0 r p m
T i m e t S e c .
Ge
ar
a
cc
ele
ra
tio
n m
/s
2
C H 2
0 . 0 0 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 3 0 0 0 r p m
T im e t S e c .
Ge
ar
ac
ce
lera
tio
n
m/
s2
(C H 1 + C H 2 ) / 2
大歯車の加速度信号(3000rpm)
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
0 . 0 2 0 0 . 0 2 5 0 . 0 3 0 0 . 0 3 5 0 . 0 4 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 1 0 0 0 r p m
T i m e t S e c .
Ge
ar
a
cc
ele
ra
tio
n m
/s
2
( C H 1 + C H 2 ) / 2
0 . 0 2 0 0 . 0 2 5 0 . 0 3 0 0 . 0 3 5 0 . 0 4 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 2 0 0 0 r p m
T i m e t S e c .
Ge
ar
a
cc
ele
ra
tio
n m
/s
2
( C H 1 + C H 2 ) / 2
0 .0 2 0 0 .0 2 5 0 .0 3 0 0 .0 3 5 0 .0 4 0
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0S p e e d = 3 0 0 0 r p m
T im e t S e c .
Ge
ar
ac
ce
lera
tio
n
m/
s2
(C H 1 + C H 2 )/ 2
2 歯車の円周振動波形の分離
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
1300
2200
2300
2575
2446
2618
3 歯車振動の両振幅と回転数との関係
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
5Fz 6Fz 7Fz 8Fz 9Fz 10Fz
非整数次振動成分 歯車加工誤差によるものである
Fz 2Fz 3Fz 4Fz
4.2Fz 5.4Fz 6.3Fz
2275[rpm]
4500[Hz]
4 歯車振動波形の周波数分析結果
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
Campbell線図
𝐹𝑧:かみあい周波数
𝐹𝑧 = 𝑧 ×𝑛
60
𝑧:歯数𝑛:回転数
-
1000[rpm](モータ回転数)
2000[rpm](モータ回転数)
5 出力軸のトルクの波形
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
2Fos 3FosFis
出力軸回転周波数(Fos)
入力軸回転周波数(Fis)
理論解析の固有振動数(1次モード)と一致
69[Hz]
[N m
]
6 トルク変動波形の周波数分析結果
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
7 2次元周波数成分の比較(歯形誤差のみの影響)
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100000
5
10
15
20
25
30
35
40
12Fz10Fz
8Fz
6Fz
5Fz
4Fz
3Fz
2Fz
Am
plitu
de m
/s2
Frequency Hz
No errors Profile errors only
Fz
Speed=2000min-1
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100000
5
10
15
20
25
30
35
40
11Fz9Fz7Fz
6Fz
5Fz
4Fz
3Fz
2Fz
Am
plitu
de m
/s2
Frequency Hz
No errors Pitch errors only
Non-integer-multiple components
Fz
Speed=2000min-1
2次元周波数成分の比較(ピッチ誤差のみの影響)
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 100000
5
10
15
20
25
30
35
40
12Fz10Fz
8Fz7Fz
6Fz
5Fz
4Fz
3Fz
2Fz
Am
plitud
e m
/s2
Frequency Hz
No errors Profile & pitch errors
Speed=2000min-1
Fz
2次元周波数成分の比較(歯形誤差とピッチ誤差の影響)
Shimane University, Machine Design Lab. 2018/9
-
8 歯車加工誤差、組立誤差と周波数成分の関係歯車の状態 時間領域の振動波形 周波数領域
正常
歯車軸ミスアライメント
偏心
局所異常
歯面摩耗
ピッチ誤差
𝑓𝑚:かみあい周波数
𝑓𝑚 = 𝑧 ×𝑛
60
𝑧:歯数𝑛:回転数
𝑓𝑟:回転周波数
𝑓𝑟 =𝑛
60
出典:KG Gears Catalogue
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