2012 Fiscal Year Research-status Report
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24560158
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
永村 和照 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70108794)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 歯車 / 楕円歯車 / 振動加速度 / 歯元応力 / トルク変動 / 動荷重 / 歯面分離 |
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| Research Abstract |
本研究は，非円形歯車の運転の高性能化，高速化を目的としており，非円形歯車の運転性能を明らかにする．非円形歯車は高速回転領域では，振動や軸トルクの変動が大きくなり，運転性能が悪化する．そこでまず，従来行ってきた２種類の楕円歯車の研究をさらに進め，楕円歯車の運転性能について，理論的，実験的に明らかにした．
平成24年度は，現有の動力吸収式試験機を用いて，楕円歯車の円周方向振動加速度，歯元応力，騒音および軸トルクを測定した．円周方向振動加速度は，歯車本体に取り付けた2個の加速度ピックアップにより測定した．つぎに歯元応力の測定について，円形歯車の場合はすべての歯に同じ荷重が加わっているためにすべての歯でほぼ同じ値を示すが，楕円歯車ではかみあう歯対によって加わる荷重が異なる．そのため，歯元応力の測定にあたっては，楕円歯車の円周方向90°ごとの４枚の歯にひずみゲージを貼って歯元応力を測定し，それらの応力を比較することにより歯面動荷重の挙動を求めた．測定した楕円歯車の振動加速度，騒音および軸トルク変動の解析には，設備備品として購入の4ch FFTアナライザを用いて行った．このFFTアナライザにより，振動加速度の実効値を算出するとともに，振動加速度，騒音，軸トルクの周波数分析を行って振動を実験的に把握した．
また，楕円歯車の振動シミュレーションプログラムに改良を加え，歯車円周方向振動加速度，動荷重，軸トルク変動の計算精度を高めるとともに，楕円歯車のかみあい特性や性能を，数値計算により理論的に把握した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
非円形歯車の運転の高性能化，高速化を目的として非円形歯車の運転性能を明らかにするため，平成24年度は，２種類の楕円歯車I，IIを用いてそれらの円周方向振動加速度，歯元応力，騒音，軸トルク変動を測定した．また，振動シミュレーションプログラムにより楕円歯車の振動加速度，動荷重，軸トルク変動を計算し，以下の成果を得た．このことより，おおむね順調に進展していると考えている．
(1) 楕円歯車は，本研究の場合，回転速度400rpm付近からかみあい歯面の分離および非かみあい歯面への衝突が発生し，歯車円周方向振動加速度および歯車軸のトルク変動が著しく大きくなり，振動の原因となっている．また騒音も大きくなる．
(2) 回転速度の上昇に伴い，楕円歯車の角加速比が最大になる歯では動荷重係数が増加するが，角加速比が最小となる歯では動荷重係数が減少して負の値を示し，歯面の分離や非かみあい歯面への衝突が発生する．
(3) 楕円歯車の駆動軸のトルク変動は，回転速度が上昇すると円形歯車よりも著しく大きくなる．また，楕円歯車Iのトルク変動よりも楕円歯車IIのほうが大きい．
(4) 回転速度が低速の場合には楕円歯車のトルク変動の実験結果とシミュレーション結果はほぼ一致するが，回転速度が高速になるにつれてトルク変動の実験結果とシミュレーション結果は一致しなくなり，高速回転域でのシミュレーションの精度が今後の課題である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度に得られた結果にもとづいて，楕円歯車の高性能化を実現する方法を開発し，その妥当性を検証する．さらに，楕円歯車以外の非円形歯車についても実験および理論的解析を行い，その運転性能の向上を図る．
(1) 楕円歯車の高性能化の検証
平成24年度と同じ方法で，運転性能を向上させた楕円歯車の振動加速度，歯元応力，騒音および軸トルクの測定を行う．また，シミュレーションプログラムを改良して計算精度の向上を図り，測定結果と計算結果を比較・考察し，楕円歯車の高性能化に対する評価と検証を行う．
(2) 楕円歯車以外の非円形歯車の設計と運転性能向上の研究
以上の楕円歯車の研究成果をもとに，楕円歯車と同様な手法を用いて，楕円形状以外の非円形歯車を試作設計・製作し，それらの運転性能向上の研究を理論的，実験的に行う．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
設備備品の購入はなく，物品費として，実験に使用する楕円歯車，振動加速度ピックアップおよびひずみゲージを消耗品として購入する．また，新たに試作設計する非円形歯車の製作・購入費を計上している．研究情報収集や研究成果発表のために旅費を計上
している．
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