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タイトル. No.11 ラッピング加工が浸炭歯車の負荷能力に及ぼす影響 研究者　 坂本海峰　松澤努 指導教官 森川浩次　日高一憲　中江道彦　. 1. １．緒言. 要求. 小型化. 歯車装置の. 低騒音化. それを実現するためには. 高精度化. 歯面を滑らか. 産業界の要求. 本研究. ラッピング加工. 本研究. 歯面粗さの低減 負荷能力に及ぼす影響. 今年度. ラッピング加工による効果. 疲労寿命の判定を行い　面圧強さを調査. 　今年度. SCM435 調質 歯車の運転　　試験. SCM415 浸炭歯車の運転　　試験.

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Presentation Transcript

  1. タイトル No.11 ラッピング加工が浸炭歯車の負荷能力に及ぼす影響 研究者　 坂本海峰　松澤努 指導教官 森川浩次　日高一憲　中江道彦　

  2. 1 １．緒言

  3. 要求 小型化 歯車装置の 低騒音化 それを実現するためには • 高精度化 • 歯面を滑らか 産業界の要求

  4. 本研究 ラッピング加工 本研究 • 歯面粗さの低減 • 負荷能力に及ぼす影響

  5. 今年度 ラッピング加工による効果 疲労寿命の判定を行い　面圧強さを調査 　今年度 • SCM435調質歯車の運転　　試験 • SCM415浸炭歯車の運転　　試験 • SCM415浸炭歯車にラッピ　ング加工

  6. 2 ２．試験機および試験方法

  7. 運転試験機 荷重負荷継手 試験側歯車箱 動力循環側歯車箱 高荷重用歯車運転性能試験機 上面 側面

  8. 歯車諸元 4 23 22 歯車諸元

  9. 焼き入れ 850℃ 歯面研削加工 調質処理 硬さ　37HRC 硬さ　750HV 焼き戻し 520℃ 浸炭処理 仕上げホブ切り （ホブ回転数　100 min-1） 調質歯車 荒歯切り後 浸炭歯車 荒歯切り後

  10. 運転条件 1819 　　タービン油　　32 mm2/s 2×10‐3 40±5 　運転条件

  11. 3 ３．調質歯車における 　　試験結果および考察

  12. 2mm 歯面写真の比較 Tip Root 激しい摩耗 ピッチングが多数発生

  13. 面積率 23％ =1000MPa σ H 急激な増加 15％ 判定が困難 7％ 明らかに低い ピッチング面積率 25 調質歯車 20 915MPa 15 ピッチング面積率　％ 830MPa 10 745MPa 5 0 6 7 0 5 10 1 10 × × N 繰返し数　 D

  14. 歯形誤差 400 =915MPa σ 最大値 H 平均値 m 300 1000MPa 歯形誤差　μ 200 100 急激な増加 0 N 繰返し数　 D 歯形誤差（歯幅中央） 最小値 830MPa 745MPa 変化なし 6 7 0 5 10 1 10 × ×

  15. 粗さ 急激な増加 ほとんど変化なし 歯面粗さの変化(歯形方向) 9 歯形方向 8 =1000MPa 7 最大値 mRa 平均値 σ H 最小値 6 5 歯面粗さ　μ 915MPa 4 3 830MPa 2 1 745MPa 0 6 7 0 5 10 1 10 × × N 繰返し数　 D

  16. 1000 MPa 900 800 最大ヘルツ応力 σH 700 SCM435 調質 仕上げ歯切り 600 １×107 5×106 １×106 繰返し数 ND 調質歯車Ｓ－Ｎ曲線 Ｓ－Ｎ曲線 ・疲労寿命判定は妥当 ・耐久限はσH＝745MPa ・試験機の有用性，再現性

  17. 4 ４．浸炭歯車における 　　試験結果および考察

  18. 擦過痕 2mm 試験前後の歯面写真 歯面写真 Ｔｉｐ Ｒｏｏｔ

  19. 浸炭歯車における試験結果 浸炭試験結果 積算摩耗量　　g 0.1g以下 歯形方向歯面粗さμmRa 2μmRa以下 歯形誤差　μm 約50μm ピッチング面積率　％ 約6％

  20. σH=1800MPaでは 面圧強さを得るために σH=1800MPa以上で運転試験を行う必要がある これらの結果から 結果 ND=1×107で疲労寿命に達していない

  21. 調質歯車　　設定油温　40±5℃ 歯面面圧が高い 油温の激しい上昇 浸炭歯車の運転試験時に生じた問題（1） 油温 浸炭歯車　70±5℃

  22. σH=1800MPaでは 荷重継手部の固定ボルト　破損 試験機の破損，作業者の危険 浸炭歯車の運転試験時に生じた問題（2） ボルト 固定ボルトの強度向上

  23. 5 ５．ラッピング加工による変化

  24. ラッピング加工機 加工機 駆動用モータ 被加工歯車 微小振動用モータ ラップ歯車 偏心カム 送り用モータ 負荷部（ブレーキ ） 微小振動

  25. ラッピング加工条件 加工条件

  26. 研削目消失 すじ状の研削目 2mm ラッピング加工前後での歯面写真 歯面写真 Ｔｉｐ Ｒｏｏｔ

  27. 1μm 100μm 小さくなっている ラッピング加工前後での歯形方向断面曲線 断面曲線

  28. ラッピング加工後 歯形・歯すじ方向歯面粗さ 歯面粗さ 研削加工後 0.2 mRa 歯面粗さ　　μ 歯元 0.1 歯先 ピッチ点 0 歯 す じ 方 向 歯形方向

  29. ラッピング加工後 歯形・歯すじ誤差 誤差 70 8 研削加工後 60 m m 6 50 40 歯すじ誤差　μ 歯形誤差　　μ 4 30 20 2 10 0 0 歯元 歯幅中央 歯先 ピッチ点

  30. ラッピング加工 負荷能力向上の指針が得られた これらの結果から 結果

  31. 6 ６．結言

  32. 寿命判定法 Ｓ－Ｎ曲線 試験機の有用性・再現性 結言1 結言① 調質歯車 ピッチング面積率　＋　歯面写真

  33. σH=1800MPa以上で運転試験を行う必要がある 歯車諸元を改善する必要がある 結言2 結言② 浸炭歯車

  34. 歯形・歯すじ誤差，歯面粗さとも改善 結言3 結言③ ラッピング加工 浸炭歯車　＋　ラッピング加工

  35. 試験機 試験機名 高荷重用動力循環式歯車運転性能試験機 ： FZG（Forschungsstelle fur Zahnrader und Getriebebau）方式 ：

  36. ラッピング加工 ラッピング 砥粒とラップ（工具）の間にラップ剤を介在させ，相対運動させることにより，微量の切りくずを除去し，平滑な面を得る方法 湿式 砥粒が転がり，外周の切れ歯によって工作物をえぐる 乾式 砥粒がラップに埋め込まれ，工作物を引っかく

  37. 歯形誤差 σH=745MPa （Test No.02-01 ）　ND=0 誤差 歯すじ誤差 σH=745MPa（Test No.02-01） ND=0

  38. 歯形方向歯面粗さ σH=745MPa （Test No.02-01） ND=0 粗さ 歯すじ方向歯面粗さ σH=745MPa （Test No.02-01） ND=0 Tip

  39. レプリカ写真 σH=915MPa （Test No.02-04 ）　ND=1×106 レプリカ

  40. 主要化学成分 成分 SCM435鋼 SCM415鋼

  41. ヘルツの式 ＝

  42. 小歯車かみ合いピッチ円半径　　＝　　　a=×91.2＝44.587mm小歯車かみ合いピッチ円半径　　＝　　　a=×91.2＝44.587mm 曲率半径ρ１＝　　×sinαｂ＝44.587×sin21.978°＝16.687mm 大歯車かみ合いピッチ円半径ｄｗ２＝　　　a=×91.2＝46.613mm 曲率半径ρ2＝　　×sinαｂ＝46.767×sin21.978°＝17.445mm その２ ＝ Fn＝ ＝ ＝

  43. 円周荷重　F=Fｎcosαｂ 　　　・・・・② 式①を式②に代入して F=　　　　　　　　＝ =1194.4N トルク　Ｔ=円周荷重×小歯車かみ合いピッチ円半径 　　　　　＝1194.4×44.587×10－3＝53.255Ｎ･ｍ 以上の計算結果より，負荷トルクT＝53.3N･ｍとした． その３

  44. 次におもり台に載せるおもりの計算法を示す．次におもり台に載せるおもりの計算法を示す． 負荷トルクT＝TM＋Tｇ　　　より TM＝T－Tｇ＝53.255－17.126＝36.129N･m TM＝(M＋m)×ｇ×L より M＝　　－ｍ＝　　　　　－5.0＝1.753 kg 　上記の計算より，レバー先端から0.55mの位置におもり台をかけ，おもり台 に約2.0㎏のおもりをのせて54.6N･mのトルクを負荷した． 　また同様にして，他の接触応力における負荷トルクとおもりを計算した． おもり

  45. 浸炭処理 浸炭 浸炭にはガス浸炭を用いた． 900℃で120分間浸炭後空冷． 850℃で15分間油焼入れ． 140℃で油冷してから170℃で90分間焼き戻しを行った．

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