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JP7702282B2 - Gear profile design device, gear profile design method, and gear profile design program - Google Patents
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JP7702282B2 - Gear profile design device, gear profile design method, and gear profile design program - Google Patents

Gear profile design device, gear profile design method, and gear profile design program Download PDF

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Description

本発明は、歯車形状設計装置、歯車形状設計方法、及び歯車形状設計プログラム歯車形状設計装置に関する。 The present invention relates to a gear shape design device, a gear shape design method, and a gear shape design program gear shape design device.

従来、動力の伝達機構として多用されている歯車の形状について様々な研究がなされている。歯車の形状を設計するにあたり、現在は、運動方程式をモデル化することによる機構解析、有限要素法による数値解析を用いたFEM解析、専用ソフトによる歯面剛性の動的評価の高速・高精度化のシミュレーション等の手法を単独で又は組み合わせて最適な歯車形状を算出する努力が続けられている(例えば非特許文献1)。 Traditionally, various research has been conducted on the shape of gears, which are widely used as power transmission mechanisms. In designing gear shapes, efforts are currently being made to calculate optimal gear shapes using methods such as mechanical analysis by modeling equations of motion, FEM analysis using numerical analysis by the finite element method, and simulation using dedicated software to achieve high speed and high accuracy dynamic evaluation of tooth surface rigidity, either alone or in combination (for example, Non-Patent Document 1).

「平歯車の歯のかみあい剛性に及ぼす歯車加工精度及び歯面修正の影響」李樹庭(日本機械学会2012年度年次大会講演論文,2012年,No.12-1)"Effect of Gear Machining Accuracy and Tooth Surface Modification on Meshing Rigidity of Spur Gear Teeth" by Shu-Ting Lee (Presentation Paper at the 2012 Annual Meeting of the Japan Society of Mechanical Engineers, 2012, No. 12-1)

しかしながら、未だに、操作者の意図に即して最適な歯車の形状を自動的に設計する技術は確立されておらず、実際はシミュレーションを用いて可変値を様々な値に設定しトライアンドエラーを繰り返すことで歯車の設計を行っている。 However, the technology to automatically design the optimal gear shape based on the operator's intentions has not yet been established, and in practice gears are designed using simulations with various variable values set and repeated trial and error.

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、歯車の自動設計を行うことができる歯車形状設計装置、歯車形状設計方法、及び歯車形状設計プログラム歯車形状設計装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of these circumstances, and aims to provide a gear shape design device, a gear shape design method, and a gear shape design program gear shape design device that can automatically design gears.

上記課題を解決するために、本発明の或る態様は、歯車の材料に関する情報及び歯車を実装する際に歯車と噛み合う他の歯車に関する周辺情報を含む仕様情報、及び歯車の形状情報のうちの一部を取得する情報取得部と、情報取得部が取得した仕様情報及び形状情報に基づいて、歯車の性能を示す所定の性能指数を満たす歯車の形状情報であって、情報取得部で取得した歯車の形状情報以外の形状情報の少なくとも一部を算出する算出部とを備える。 In order to solve the above problem, one aspect of the present invention includes an information acquisition unit that acquires specification information including information on the material of the gear and peripheral information on other gears that mesh with the gear when the gear is implemented, and a portion of the gear shape information, and a calculation unit that calculates at least a portion of gear shape information other than the gear shape information acquired by the information acquisition unit, which satisfies a predetermined performance index that indicates the performance of the gear, based on the specification information and shape information acquired by the information acquisition unit.

本発明の実施形態による歯車形状設計装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a gear shape design device according to an embodiment of the present invention. 歯車形状設計装置による一連の動作を示すフロー図である。FIG. 1 is a flow diagram showing a series of operations performed by the gear shape design device. 歯車形状設計装置の制御用プログラムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a control program for the gear shape design device.

以下、本発明の実施形態について詳述する。実施形態では、歯車形状設計装置により、オープンループ型6軸ロボットアームの減速機構に用いられる平歯歯車を設計することを例に挙げ詳細な説明を行う。また近年、ロボットアームを用いた作業工程の増加に伴い、人間とロボットアームとが近い距離で作業を行う機会が増えている。この場合、ロボットアームで用いられる平歯歯車の駆動時の騒音、特に出力が大きい肩回転、又は肩旋回を行う減速機構の2つの平歯歯車同士(例えば、クランク側のスパーギアとモータ側のインプットギア)の噛み合い時の騒音が問題になることが多い。したがって実施形態では、スパーギアの騒音に着目し騒音を低減するために最適な歯車の形状を算出する例について詳述する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention. In the embodiment, a detailed description is given of an example in which a gear shape design device is used to design a spur gear used in a reduction mechanism of an open-loop type six-axis robot arm. In recent years, with an increase in work processes using robot arms, there are more opportunities for humans to work in close proximity to the robot arm. In such cases, noise caused by driving the spur gear used in the robot arm, particularly noise caused by shoulder rotation with a large output or noise caused by meshing between two spur gears (for example, a spur gear on the crank side and an input gear on the motor side) in a reduction mechanism that performs shoulder rotation, is often a problem. Therefore, in the embodiment, an example is described in detail in which the noise of the spur gear is focused on and the shape of the gear that is optimal for reducing noise is calculated.

歯車形状設計装置の概要を説明する。歯車形状設計装置は、操作者が歯車の形状に関する要求情報を入力することで、所望の性能を有する最適な歯車の形状に関する情報を出力する。つまり操作者が現段階で歯車が満たしていなければならないと決定した形状の条件(一部の情報)のみを歯車形状設計装置に入力すれば、歯車形状設計装置が残りの歯車の形状に関する情報を出力する。 An overview of the gear shape design device is given below. The gear shape design device outputs information on the optimum gear shape that has the desired performance when an operator inputs required information on the gear shape. In other words, if the operator inputs only the shape conditions (part of the information) that the gear must satisfy at the current stage into the gear shape design device, the gear shape design device outputs the remaining information on the gear shape.

この際、歯車形状設計装置から出力される情報に基づいて製造される歯車は、所定の性能指数を満たすものである。性能指数とは歯車の性能を示す数値である。歯車の性能としては、上述した騒音の他に、歯車の振動、効率、伝達精度等が挙げられる。歯車駆動時の騒音を減らすためには歯車駆動時のかみ合い剛性変動を少なくしたり、歯車駆動時のかみ合い伝達誤差を少なくしたりすることが考えられる。これを加味して歯車形状設計装置は、かみ合い剛性変動又はかみ合い伝達誤差の一方又は両方が、所望の値より少なくなるできる形状情報を出力する。性能指数は、操作者が歯車形状設計装置に入力する値であっても良いし、予め決定されて歯車形状設計装置に記憶されていてもよい。 In this case, the gear manufactured based on the information output from the gear shape design device satisfies a predetermined performance index. The performance index is a numerical value indicating the performance of the gear. In addition to the noise mentioned above, the performance of the gear can include gear vibration, efficiency, transmission accuracy, etc. In order to reduce the noise when the gears are driven, it is possible to reduce the meshing stiffness fluctuation when the gears are driven and to reduce the meshing transmission error when the gears are driven. Taking this into account, the gear shape design device outputs shape information that can reduce one or both of the meshing stiffness fluctuation and the meshing transmission error below a desired value. The performance index may be a value input by the operator to the gear shape design device, or it may be determined in advance and stored in the gear shape design device.

以下、実施形態について説明する。図1は、歯車形状設計装置のブロック図である。図1に示すように、歯車形状設計装置1は、入力部2と、情報取得部4と、算出部6と、出力部8と、記憶部10とを備える。 The following describes an embodiment. FIG. 1 is a block diagram of a gear shape design device. As shown in FIG. 1, the gear shape design device 1 includes an input unit 2, an information acquisition unit 4, a calculation unit 6, an output unit 8, and a storage unit 10.

入力部2は、操作者が各種操作を行うためのインターフェイスである。入力部2は、操作者が操作するコンピュータの入力デバイスによって構成され、操作者が歯車形状設計装置1に情報を入力するために用いられる。歯車形状設計装置1に入力される情報としては、歯車の設計情報がある。歯車の設計情報とは、歯車の形状情報と、歯車の仕様情報とを含む情報である。 The input unit 2 is an interface for the operator to perform various operations. The input unit 2 is composed of an input device of a computer operated by the operator, and is used by the operator to input information to the gear shape design device 1. Information input to the gear shape design device 1 includes gear design information. The gear design information includes gear shape information and gear specification information.

歯車の形状情報とは、設計される歯車の全体形状に関する情報、及び個々の歯の形状に関する情報を含む情報である。歯車の全体形状に関する情報は、歯車の直径、及び歯車の種類に関する情報を含む。歯の形状情報は、歯の寸法、及び形状に関する情報を含む。歯の形状情報としては、歯のクラウニング量、及び歯形修整量がある。 Gear shape information includes information about the overall shape of the gear to be designed and information about the shapes of the individual teeth. Information about the overall shape of the gear includes information about the gear diameter and gear type. Tooth shape information includes information about the dimensions and shapes of the teeth. Tooth shape information includes the amount of tooth crowning and the amount of tooth profile modification.

歯車の仕様情報とは、歯車の材料に関する情報、及び歯車を実装する際に設計対象となる歯車と噛み合う他の歯車に関する周辺情報を含む情報である。歯車を減速機構の他の歯車等と組み合わせて実装する際には周辺部材との関係で、歯車と駆動シャフトとの結合方法、歯車のモジュール、歯数、及び歯厚を加味するのが重要である。したがって歯車の仕様情報は、歯車と駆動シャフトとの結合方法に関する情報、歯車のモジュールに関する情報、歯数に関する情報、及び歯厚に関する情報を含む。また設計対象の歯車が減速機に用いられるスパーギア(減速機構のインプットギアと噛み合うギア)である場合、スパーギアの数を歯車の仕様情報に含めることができる。また仕様情報に制約情報を含めてもよい。制約情報は、加工上の制約に関する情報、及び構造上の制約に関する情報を含む。加工制約とは、歯車の製造設備に関連する制約であり、歯車を製造する際に利用可能な設備で実現が困難な形状等に関する制約である。構造上の制約は、寸法に関する制約及び耐久性に関する制約を含む。寸法制約とは、歯車を収容する空間の寸法に関する制約である。耐久性の制約は、歯車の機械的強度に関する制約である。周辺情報とは、設計対象となる歯車と噛み合う歯車(単に「相手方の歯車」ということがある)に関する情報である。周辺情報としては、相手方の歯車の歯数、歯厚、モジュール、形状情報がある。 Gear specification information includes information on the gear material and peripheral information on other gears that mesh with the gear to be designed when the gear is implemented. When implementing a gear in combination with other gears in a reduction mechanism, it is important to take into account the method of connecting the gear to the drive shaft, the gear module, the number of teeth, and the tooth thickness in relation to the peripheral parts. Therefore, the gear specification information includes information on the method of connecting the gear to the drive shaft, the gear module, the number of teeth, and the tooth thickness. In addition, if the gear to be designed is a spur gear used in a reducer (a gear that meshes with the input gear of the reduction mechanism), the number of spur gears can be included in the gear specification information. The specification information may also include constraint information. The constraint information includes information on processing constraints and structural constraints. Processing constraints are constraints related to the manufacturing equipment for gears, and are constraints on shapes, etc. that are difficult to realize with the equipment available when manufacturing gears. Structural constraints include dimensional constraints and durability constraints. Dimensional constraints are constraints on the dimensions of the space that houses the gear. Durability constraints are constraints on the mechanical strength of the gear. Peripheral information is information about the gear that meshes with the gear being designed (sometimes simply called the "counter gear"). Peripheral information includes the number of teeth, tooth thickness, module, and shape of the counter gear.

情報取得部4は、入力部2に入力された形状情報及び仕様情報を入力部2から取得して算出部6に供給する。入力部2に性能指数が入力された場合、情報取得部4は性能指数を入力部2から取得する。 The information acquisition unit 4 acquires the shape information and specification information input to the input unit 2 from the input unit 2 and supplies the information to the calculation unit 6. When a performance index is input to the input unit 2, the information acquisition unit 4 acquires the performance index from the input unit 2.

算出部6は、情報取得部4から供給された形状情報及び仕様情報に基づいて、形状情報の残りの少なくとも一部(つまり、情報取得部4から供給された形状情報以外の形状情報の少なくとも一部)を算出する。算出部6により算出される形状情報としては、操作者が入力していない形状情報のみ(つまり、残りの形状情報のみ)であってもよいし、入力された形状情報及び残りの形状情報を統合して作成された歯車の設計図(例えば2次元又は3次元CAD図面情報)のような歯車全体の形状に関する情報であってもよい。なお、算出部6による形状情報の算出方法については後述する。 The calculation unit 6 calculates at least a portion of the remaining shape information (i.e., at least a portion of the shape information other than the shape information supplied from the information acquisition unit 4) based on the shape information and specification information supplied from the information acquisition unit 4. The shape information calculated by the calculation unit 6 may be only the shape information not input by the operator (i.e., only the remaining shape information), or may be information on the overall shape of a gear, such as a gear design drawing (e.g., 2D or 3D CAD drawing information) created by integrating the input shape information and the remaining shape information. The method of calculating the shape information by the calculation unit 6 will be described later.

出力部8は、算出部6で算出された形状情報を操作者に出力するインターフェイスである。出力部8としては、モニタ等の画像表示手段やプリンタ等の画像形成手段を用いることができる。 The output unit 8 is an interface that outputs the shape information calculated by the calculation unit 6 to the operator. The output unit 8 can be an image display means such as a monitor or an image forming means such as a printer.

記憶部10は、所定の情報を記憶する記憶媒体により構成される。記憶部10に記憶された情報は、算出部6により読み出される。記憶部10には、過去に設計した歯車の形状情報と、仕様情報と、性能指数とを関連付けたデータベースが記憶されている。データベースは予め作成され、記憶部10に記憶される。データベースの構築にあたり、歯車形状設計装置1により設計されたギアを実際に製造し、製造した歯車を使用して性能指数を測定した結果を収集してもよいし、歯車形状設計装置1により設計された歯車でシミュレーションを行って性能指数を測定してもよい。つまりデータベースは、歯車形状設計装置1により設計された歯車のフィードバックデータにより構築されている。データベースには、所望の性能指数を発揮した歯車の情報に加えて所望の性能指数を発揮しなかった、いわば不具合を起こした歯車の情報を含めてもよい。また、歯車形状設計装置1により設計していないギアの性能指数を測定又はシミュレートしてデータベースに含めてもよい。また、外部から情報を取得可能な情報更新部(図示せず)を設け、データベースを逐次アップデートできるようにしてもよい。 The storage unit 10 is composed of a storage medium that stores predetermined information. The information stored in the storage unit 10 is read by the calculation unit 6. The storage unit 10 stores a database that associates shape information, specification information, and performance indexes of previously designed gears. The database is created in advance and stored in the storage unit 10. In constructing the database, a gear designed by the gear shape design device 1 may be actually manufactured and the performance indexes measured using the manufactured gears may be collected, or a simulation may be performed with the gear designed by the gear shape design device 1 to measure the performance index. In other words, the database is constructed from feedback data of the gears designed by the gear shape design device 1. In addition to information on gears that exhibit the desired performance index, the database may also include information on gears that do not exhibit the desired performance index, that is, gears that have caused a malfunction. Furthermore, the performance indexes of gears not designed by the gear shape design device 1 may be measured or simulated and included in the database. Furthermore, an information update unit (not shown) that can acquire information from the outside may be provided so that the database can be updated sequentially.

次に算出部6についてさらに詳細な説明を行う。算出部6は、情報取得部4で取得した形状情報、仕様情報、及び記憶部10に記憶されたデータベースに基づいて、残りの形状情報を算出する。この際、算出部6は性能指数(この例では「かみ合い剛性変動」)が所望の値以下となるような形状情報を算出する。算出部6は、記憶部10に予め記憶された性能指数又は性能指数の閾値を読み出してもよいし、入力部2を介して操作者により入力された性能指数又は性能指数の閾値を情報取得部4で取得してもよい。算出部6は、記憶部10に記憶されたデータベースを参照し、情報取得部4で取得した形状情報、及び仕様情報を満たす歯車をデータベースから抽出する。さらに算出部6は、抽出された歯車のうちかみ合い剛性変動が所望の値以下となっている歯車を抽出する。算出部6は、抽出された歯車の形状情報を算出結果として出力部8に供給する。この際、算出部6は、かみ合い剛性変動が最も少ない歯車の形状情報のみを出力部8に供給してもよい。また算出部6は、複数の歯車の形状情報を、かみ合い剛性変動が少ない順に並べてリスト化した形状情報を出力部8に供給してもよい。 Next, the calculation unit 6 will be described in more detail. The calculation unit 6 calculates the remaining shape information based on the shape information and specification information acquired by the information acquisition unit 4 and the database stored in the storage unit 10. At this time, the calculation unit 6 calculates shape information such that the performance index (in this example, "mesh stiffness fluctuation") is equal to or less than the desired value. The calculation unit 6 may read out the performance index or the performance index threshold value stored in advance in the storage unit 10, or may acquire the performance index or the performance index threshold value input by the operator via the input unit 2 by the information acquisition unit 4. The calculation unit 6 refers to the database stored in the storage unit 10 and extracts gears that satisfy the shape information and specification information acquired by the information acquisition unit 4 from the database. Furthermore, the calculation unit 6 extracts gears whose mesh stiffness fluctuation is equal to or less than the desired value among the extracted gears. The calculation unit 6 supplies the shape information of the extracted gears to the output unit 8 as the calculation result. At this time, the calculation unit 6 may supply only the shape information of the gear with the smallest mesh stiffness fluctuation to the output unit 8. The calculation unit 6 may also supply to the output unit 8 shape information that lists the shape information of multiple gears in order of least meshing stiffness variation.

以下、図2を参照しながら歯車形状設計装置1の作用を説明する。図2は、歯車形状設計装置による一連の動作を示すフロー図である。 The operation of the gear shape design device 1 will be explained below with reference to Figure 2. Figure 2 is a flow diagram showing a series of operations performed by the gear shape design device.

操作者により形状情報及び仕様情報が入力部2に入力されると、歯車形状設計装置1は一連の処理を開始する。このとき形状情報として、歯車の全体形状に関する情報のみが入力されたものとする。ステップS1において歯車形状設計装置1は、入力された形状情報及び仕様情報を情報取得部4にて取得する。次いでステップS2において歯車形状設計装置1は、歯車の形状情報を算出する。この処理は、算出部6が記憶部10に記憶されたデータベースを参照し、かつ性能指数を参照して残りの形状情報(歯車の全体形状以外の形状情報、つまり歯の形状情報)を算出する。次いでステップS3において歯車形状設計装置1は、算出した形状情報を出力する。これにより操作者に、所望の性能指数を満たす形状情報を提供できる。 When the operator inputs shape information and specification information into the input unit 2, the gear shape design device 1 starts a series of processes. At this time, it is assumed that only information regarding the overall shape of the gear is input as shape information. In step S1, the gear shape design device 1 acquires the input shape information and specification information using the information acquisition unit 4. Next, in step S2, the gear shape design device 1 calculates the shape information of the gear. In this process, the calculation unit 6 refers to the database stored in the memory unit 10 and also refers to the performance index to calculate the remaining shape information (shape information other than the overall shape of the gear, i.e., tooth shape information). Next, in step S3, the gear shape design device 1 outputs the calculated shape information. This makes it possible to provide the operator with shape information that satisfies the desired performance index.

図3は、歯車形状設計装置の制御用プログラムのブロック図である。制御用プログラムは、所定の記憶媒体に格納されており、歯車形状設計装置により実行されたときに歯車形状設計装置の各部を動作させる指令を含む。 Figure 3 is a block diagram of the control program of the gear shape design device. The control program is stored in a specified storage medium, and includes instructions that operate each part of the gear shape design device when executed by the gear shape design device.

図1及び図3を参照して、歯車形状設計装置の制御用プログラム20は、入力部2に入力された形状情報及び仕様情報を情報取得部4に取得させる取得指示部22と、算出部6に形状情報を算出させる算出指示部24と、出力部8に形状情報を出力させる出力指示部26とを備える。歯車形状設計装置1により制御用プログラム20が実行されると、歯車形状設計装置1は図2に示すフローに従って形状情報を算出する。 Referring to Figs. 1 and 3, the control program 20 of the gear shape design device includes an acquisition instruction unit 22 that causes the information acquisition unit 4 to acquire the shape information and specification information input to the input unit 2, a calculation instruction unit 24 that causes the calculation unit 6 to calculate the shape information, and an output instruction unit 26 that causes the output unit 8 to output the shape information. When the control program 20 is executed by the gear shape design device 1, the gear shape design device 1 calculates the shape information according to the flow shown in Fig. 2.

以上のように実施形態によれば、複数の形状情報のうちの一部を入力することで残りの形状情報を出力できる。出力された形状情報は、所望の性能指数を満足するものである。したがって、最適な歯車を得るために繰り返し解析を行う必要がなくなるか、少なくとも解析を行う回数を大幅に減らせる。 As described above, according to the embodiment, by inputting a portion of multiple pieces of shape information, the remaining shape information can be output. The output shape information satisfies the desired performance index. Therefore, it is not necessary to perform repeated analyses to obtain an optimal gear, or at least the number of analyses can be significantly reduced.

次に実施形態の変形例について説明する。 Next, we will explain a variation of the embodiment.

上述の実施形態において、算出部6は歯車の製造条件に関する製造条件情報を算出してもよい。製造条件情報は、設計した歯車を実際に製造する際の条件に関する情報である。製造条件は、歯車の許容公差、歯車の加工条件、及び歯車の表面処理条件を含む情報である。製造条件は、過去に設計した歯車の形状情報、仕様情報、及び性能指数と共に記憶部10内のデータベース内に格納されている。算出部6は、算出した形状情報に関連付けられた製造条件情報を形状情報と共に出力部8に供給する。 In the above-described embodiment, the calculation unit 6 may calculate manufacturing condition information related to the manufacturing conditions of the gear. The manufacturing condition information is information related to the conditions when the designed gear is actually manufactured. The manufacturing conditions include the allowable tolerance of the gear, the machining conditions of the gear, and the surface treatment conditions of the gear. The manufacturing conditions are stored in a database in the storage unit 10 together with shape information, specification information, and performance index of previously designed gears. The calculation unit 6 supplies the manufacturing condition information associated with the calculated shape information to the output unit 8 together with the shape information.

また、操作者が入力部2に製造条件情報を入力できるようにしてもよい。この場合、情報取得部4は入力部2に入力された製造条件を取得して算出部6に供給する。算出部6は、データベース内から歯車を抽出する際に製造条件を満たす歯車(入力された製造条件と一致する製造条件の歯車)を抽出する。これにより、操作者が指定した製造条件で製造される歯車の形状情報を操作者に提供できる。 The operator may also be allowed to input manufacturing condition information into the input unit 2. In this case, the information acquisition unit 4 acquires the manufacturing conditions input into the input unit 2 and supplies them to the calculation unit 6. When extracting gears from the database, the calculation unit 6 extracts gears that satisfy the manufacturing conditions (gears with manufacturing conditions that match the input manufacturing conditions). This makes it possible to provide the operator with shape information for gears manufactured under the manufacturing conditions specified by the operator.

また別の変形例として、算出部6を人工知能により実現してもよい。この場合、算出部6は、上述したデータベースを利用して学習済みモデルを構築する。情報取得部4で取得された形状情報及び仕様情報を算出部6に入力すると、算出部6は学習済みモデルを実行して所望の性能指数を満たす形状情報を算出する。 As another variation, the calculation unit 6 may be realized by artificial intelligence. In this case, the calculation unit 6 uses the above-mentioned database to construct a trained model. When the shape information and specification information acquired by the information acquisition unit 4 are input to the calculation unit 6, the calculation unit 6 executes the trained model to calculate shape information that satisfies the desired performance index.

算出部6を人工知能により実現する場合、形状情報、及び仕様情報に含まれる複数の情報を入力部2に入力する際に、操作者が各情報を必須の条件(must条件)又は希望の条件(want条件)に分類できるようにしてもよい。例えば、歯のクラウニング量(形状情報)及び歯車の材料(仕様情報)を入力部2に入力する際にこれらの情報をmust条件として分類し、残りの情報をwant条件として分類する。この場合、算出部6は、must条件を満たし、かつwant条件により重み付けがされた結果を算出する。これにより、性能指数を満足し、かつ少なくともwant条件を満たす歯車の形状情報を出力できる。 When the calculation unit 6 is realized by artificial intelligence, the operator may be able to classify each piece of information contained in the shape information and specification information into a required condition (must condition) or a desired condition (want condition) when inputting the information into the input unit 2. For example, when inputting the amount of tooth crowning (shape information) and the gear material (specification information) into the input unit 2, this information is classified as a must condition, and the remaining information is classified as a want condition. In this case, the calculation unit 6 calculates a result that satisfies the must conditions and is weighted by the want conditions. This makes it possible to output shape information for gears that satisfy the performance index and at least satisfy the want conditions.

また、別の変形例として、算出部6は、must条件から歯車の形状情報(つまり、残りの形状情報)を算出する計算モデルを用いてる構成としてもよい。この場合、算出部6は一つ又は複数の計算モデルを有している。算出部6は、must条件を満たし、かつ所望の性能指数を満足する計算モデルを選択し、選択した計算モデルを実行することで残りの形状情報を算出する。計算モデルを実行するに当たりwant条件を重み付け係数として用いてもよい。 As another modified example, the calculation unit 6 may be configured to use a calculation model that calculates the gear shape information (i.e., the remaining shape information) from the must conditions. In this case, the calculation unit 6 has one or more calculation models. The calculation unit 6 selects a calculation model that satisfies the must conditions and the desired performance index, and calculates the remaining shape information by executing the selected calculation model. The want conditions may be used as weighting coefficients when executing the calculation model.

実施形態では、設計情報を形状情報と仕様情報とに分類し、形状情報と仕様情報をさらに細かい情報に分類している。しかしながら形状情報と仕様情報の分類の仕方は実施形態の例に限られるものではなく、設計現場のニーズに応じて分類の仕方を変えてもよく、結果的に歯車形状設計装置を使用する段階で決定されていない設計情報を算出できればよい。 In the embodiment, the design information is classified into shape information and specification information, and the shape information and specification information are further classified into more detailed information. However, the method of classifying the shape information and specification information is not limited to the example of the embodiment, and the classification method may be changed according to the needs of the design site, so long as it is possible to calculate design information that has not been determined at the stage of using the gear shape design device.

各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのCPUをはじめとする電子素子や機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。 In terms of hardware, each block can be realized by electronic elements and mechanical parts, such as a computer's CPU, and in terms of software, by computer programs, but here we depict functional blocks that are realized by the cooperation of these. Therefore, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various ways by combining hardware and software.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 In addition, any combination of the above components, or mutual substitution of the components or expressions of the present invention among methods, devices, programs, temporary or non-temporary storage media on which programs are recorded, systems, etc. are also valid aspects of the present invention.

1 歯車形状設計装置; 2 入力部; 4 情報取得部; 6 算出部; 8 出力部; 10 記憶部; 20 制御用プログラム; 22 取得指示部; 24 算出指示部; 26 出力指示部 1 Gear shape design device; 2 Input unit; 4 Information acquisition unit; 6 Calculation unit; 8 Output unit; 10 Storage unit; 20 Control program; 22 Acquisition instruction unit; 24 Calculation instruction unit; 26 Output instruction unit

Claims (8)

減速機用の歯車の材料に関する情報及び前記歯車を実装する際に前記歯車と噛み合う他の歯車に関する周辺情報を含む仕様情報、前記歯車の複数の形状情報のうちの一部と、前記歯車の性能を示す性能指数とを取得する情報取得部と、
過去に設計した前記歯車の前記形状情報と、前記仕様情報と、前記歯車の性能を示す性能指数とを関連付けたデータベースが記憶された記憶部と、
前記データベースを参照し、前記情報取得部が取得した前記歯車の一部の前記仕様情報及び前記形状情報を満たしかつ前記性能指数が所定の値以下となる前記歯車を抽出し、当該抽出した歯車の形状情報であって、前記情報取得部で取得した前記歯車の形状情報以外の形状情報の少なくとも一部を算出結果として出力する算出部とを備え、
前記歯車はスパーギアであり、
前記仕様情報は、前記スパーギアの数に関する情報を含み、
前記性能指数は、かみ合い伝達誤差及びかみ合い剛性変動の少なくともいずれか一方である、歯車形状設計装置。
an information acquisition unit that acquires specification information including information about a material of a gear for a speed reducer and peripheral information about other gears that mesh with the gear when the gear is installed, a part of multiple pieces of shape information about the gear , and a performance index that indicates the performance of the gear ;
a storage unit in which a database is stored in which the shape information of the gear previously designed, the specification information, and a performance index indicating the performance of the gear are associated with each other;
a calculation unit that refers to the database, extracts gears that satisfy the specification information and the shape information of some of the gears acquired by the information acquisition unit and have a performance index that is a predetermined value or less , and outputs, as a calculation result , at least a part of shape information of the extracted gears other than the shape information of the gears acquired by the information acquisition unit,
the gear is a spur gear,
the specification information includes information regarding the number of the spur gears,
The performance index is at least one of meshing transmission error and meshing stiffness variation .
前記情報取得部は、歯車の構造上の制約及び歯車の製造上の制約の少なくとも一方に関する制約情報を取得し、
前記算出部は、前記制約情報を加味して前記複数の形状情報のうちの残りを算出する、請求項1に記載の歯車形状設計装置。
the information acquisition unit acquires constraint information relating to at least one of a structural constraint of a gear and a manufacturing constraint of the gear;
The gear shape design device according to claim 1 , wherein the calculation unit calculates the remaining of the plurality of pieces of shape information by taking into account the constraint information.
前記算出部で得られた前記形状情報を出力する出力部を備える、請求項1又は2に記載の歯車形状設計装置。 The gear shape design device according to claim 1 , further comprising an output unit that outputs the shape information obtained by the calculation unit. 前記算出部は、前記歯車の製造条件に関する製造条件情報を算出する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の歯車形状設計装置。 The gear shape design device according to claim 1 , wherein the calculation unit calculates manufacturing condition information relating to manufacturing conditions of the gear. 前記仕様情報は、前記歯車の駆動シャフトとの結合方法に関する情報、前記歯車の歯の数に関する情報、及び前記歯車のモジュールに関する情報、前記歯の厚さに関する情報の少なくとも1つを含む、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の歯車形状設計装置。 5. The gear shape design device according to claim 1, wherein the specification information includes at least one of information on a method of coupling the gear with a drive shaft, information on a number of teeth of the gear, information on a module of the gear, and information on a thickness of the teeth. 前記形状情報は、前記歯車の歯のクラウニング量、及び前記歯の歯形修整量の少なくとも一方を含む、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の歯車形状設計装置。 6. The gear profile design device according to claim 1 , wherein the shape information includes at least one of an amount of crowning of the gear teeth and an amount of tooth profile modification of the gear teeth. 減速機用の歯車の材料に関する情報及び前記歯車を実装する際に前記歯車と噛み合う他の歯車に関する周辺情報を含む仕様情報、前記歯車の形状情報のうちの一部と、前記歯車の性能を示す性能指数とを取得するステップと、
過去に設計した前記歯車の前記形状情報と、前記仕様情報と、前記歯車の性能を示す性能指数とを関連付けたデータベースが記憶された記憶部の前記データベースを参照し、取得した前記歯車の一部の前記仕様情報及び前記形状情報を満たしかつ前記性能指数が所定の値以下となる前記歯車を抽出し、当該抽出した歯車の形状情報であって、取得した前記歯車の形状情報以外の形状情報の少なくとも一部を算出結果として出力するステップとを備え
前記歯車はスパーギアであり、
前記仕様情報は、前記スパーギアの数に関する情報を含み、
前記性能指数は、かみ合い伝達誤差及びかみ合い剛性変動の少なくともいずれか一方である、歯車形状設計方法。
acquiring specification information including information on the material of a gear for a speed reducer and peripheral information on other gears that mesh with the gear when the gear is mounted, a portion of shape information of the gear , and a performance index that indicates the performance of the gear ;
referring to a database in a storage unit in which the database storing the shape information of previously designed gears, the specification information, and a performance index indicating the performance of the gears is stored, extracting gears that satisfy the specification information and shape information of some of the acquired gears and have a performance index equal to or less than a predetermined value , and outputting, as a calculation result , at least a part of shape information of the extracted gears other than the acquired shape information of the gears ,
the gear is a spur gear,
the specification information includes information regarding the number of the spur gears,
wherein the performance index is at least one of meshing transmission error and meshing stiffness variation .
情報取得部、記憶部及び算出部を備える歯車形状設計装置の制御用プログラムであって、
コンピュータを、
減速機用の歯車であってスパーギアである前記歯車の材料に関する情報及び前記歯車を実装する際に前記歯車と噛み合う他の歯車に関する周辺情報を含む仕様情報であって前記スパーギアの数に関する情報を含む前記仕様情報と、前記歯車の複数の形状情報のうちの一部と、前記歯車の性能を示す性能指数であってかみ合い伝達誤差及びかみ合い剛性変動の少なくともいずれか一方である前記性能指数とを取得する前記情報取得部に前記仕様情報前記形状情報及び前記性能指数を取得させる取得指示部と、
過去に設計した前記歯車の前記形状情報と、前記仕様情報と、前記歯車の性能を示す性能指数とを関連付けたデータベースが記憶された前記記憶部の前記データベースを参照し、前記情報取得部が取得した前記歯車の一部の前記仕様情報及び前記形状情報を満たしかつ前記性能指数が所定の値以下となる前記歯車を抽出し、当該抽出した歯車の形状情報であって、前記情報取得部で取得した前記歯車の形状情報以外の形状情報の少なくとも一部を算出結果として出力する前記算出部に、前記形状情報を算出させる算出指示部
として機能させるための制御用プログラム。
A control program for a gear shape design device including an information acquisition unit, a storage unit, and a calculation unit,
Computer,
an acquisition instruction unit that causes the information acquisition unit to acquire specification information including information on the material of the gear, which is a spur gear for a reducer, and peripheral information on other gears that mesh with the gear when the gear is installed, the specification information including information on the number of the spur gears, a part of multiple pieces of shape information of the gear , and a performance index that indicates the performance of the gear, the performance index being at least one of a meshing transmission error and a meshing stiffness variation ; and
a calculation instruction unit which refers to the database in the storage unit in which a database correlating the shape information of the gears designed in the past, the specification information, and a performance index indicating the performance of the gears is stored, extracts gears that satisfy the specification information and the shape information of some of the gears acquired by the information acquisition unit and have the performance index equal to or less than a predetermined value , and outputs as a calculation result at least a part of the shape information of the extracted gears other than the shape information of the gears acquired by the information acquisition unit ;
A control program that functions as a
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