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 タイトルタイトル

１．緒言 1

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

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 本研究

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 今年度 今年度今年度

２．試験機および試験方法 2

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

駆動歯車従動歯車 モジュール m 歯数 z 歯幅 b[mm] 1310 かみ合いピッチ円直径 d b [mm] かみ合い圧力角 α b [deg.] 転位係数 x 歯車諸元 歯車諸元

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

運転条件 モータ駆動軸回転数 [min - 1 ] 潤滑油 油量 [m 3 /min] 油温 （調質歯車） [ ℃ ] 油温 ( 浸炭歯車 ) [ ℃ ] 70± タービン油 32 mm 2 /s 40±5 2×10 ‐ 3 SCM435 調質歯車 SCM415 浸炭歯車 接触応力 σ H [MPa] 負荷トルク T[N ・ m] 運転条件

３．調質歯車における 試験結果および考 察 3

SCM435 調質 σ H =915MPa(Test No.02 ‐ 04) N D =0N D =1×10 6 歯面写真の比較 Tip Root ピッチングが多数発生 激しい摩耗 2mm

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

急激な増加 歯形誤差（歯幅中央） 最小値 1 × × 6 830MPa 745MPa 歯形誤差 変化なし

歯面粗さの変化 ( 歯形方 向 ) 歯面粗さ μ mRa 繰返し数 N D σ H =1000MPa 915MPa 5 × × 7 0 歯形方向 急激な増加 830MPa 最大値 最小値 平均値 粗さ ほとんど変化な し 745MPa

調質歯車Ｓ－Ｎ曲線 Ｓ－Ｎ曲線 繰返し数 N D 最大ヘルツ応力 σ H MPa SCM435 調質 仕上げ歯切り １ ×10 6 5×10 6 １ ×10 7 ・疲労寿命判定は妥当 ・耐久限は σ H ＝ 745MPa ・試験機の有用性，再現 性

４．浸炭歯車における 試験結果および考 察 4

SCM415 浸炭 σ H =1800MPa(Test No.02 ‐ 06) N D =0N D =1×10 7 試験前後の歯面写真 歯面写真 擦過痕 2mm ＴｉｐＴｉｐ Ｒｏ ｏｔ

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

これらの結果から N D =1×10 7 で疲労寿命に達してい ない σ H = 1800MPa 以上で運転試験を行 う必要がある σ H =1800MPa で は 面圧強さを得るために 結果

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

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 固定ボルトの強度向 上 ボルト σ H =1800MPa で は 浸炭歯車の運転試験時に生じた問題 （ 2 ）

５．ラッピング加工による 変化 5

加工 機 ラッピング加工機 微小振動用モー タ 負荷部（ブレー キ ） 偏心カム 被加工歯車 ラップ歯 車 微小振動 駆動用モー タ 送り用モー タ

回転数 [min -1 ] 2000 砥粒 WA1000 振動周波数 [Hz] 88 振幅 [mm] 0.7 送り速度 [mm/min] 300 ストローク [mm] 10 荷重 [N] 15.2 加工時間 [sec] 8 ×2 回 ラッピング加工条件 加工条件加工条件

研削加工後ラッピング加工後 ラッピング加工前後での歯面写真 歯面写真 すじ状の研削目 研削目消失 Ｔｉ ｐ Ｒｏ ｏｔ 2mm

研削加工後ラッピング加工後 ラッピング加工前後での歯形方 向断面曲線 断面曲 線 小さくなって いる 100μm 1μm

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

歯形誤差 μ m 研削加工後 ラッピング加工後 歯すじ誤差 μ m 歯先ピッチ点 歯元 歯幅中央 歯形・歯すじ誤差 誤差

これらの結果から 負荷能力向上の指針が得られた ラッピング加 工 結果

６．結言 6

結言①結言① 調質歯車 ピッチング面積率 ＋ 歯面 写真 寿命判定法 Ｓ－Ｎ曲 線 試験機の有用性・再現 性 結言 1

結言②結言② 浸炭歯車 σ H =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③結言③ ラッピング加 工 浸炭歯車 ＋ ラッピング 加工 歯形・歯すじ誤差，歯面粗さとも 改善 結言 3

試験機 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 ： ： 試験機 名

ラッピング加工 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 ラッピ ング

歯形誤差 σ H =745MPa （ Test No ） N D =0 歯すじ誤差 σ H =745MPa （ Test No ） N D =0 誤差

歯形方向歯面粗さ σ H =745MPa （ Test No ） N D =0 歯すじ方向歯面粗さ σ H =745MPa （ Test No ） N D =0 Tip 粗さ粗さ

レプリカ写真 σ H =915MPa （ Test No ） N D =1×10 6 レプリカレプリカ

主要化学成分 SCM435 鋼 CSiMnPSCrMo 0.33 ～ ～ ～ 以下 以下 0.90 ～ ～ 0.30 SCM415 鋼 成分成分 CSiMnPSCrMo 0.13 ～ ～ ～ 以下 以下 0.90 ～ ～ 0.30

ヘルツの式 ＝

小歯車かみ合いピッチ円半径 ＝ a= ×91.2 ＝ mm 曲率半径 ρ １ ＝ ×sinα ｂ ＝ ×sin21.978° ＝ mm 大歯車かみ合いピッチ円半径ｄｗ ２ ＝ a= ×91.2 ＝ mm 曲率半径 ρ 2 ＝ ×sinα ｂ ＝ ×sin21.978° ＝ mm ＝ ＝＝ Fn ＝ その２その２

円周荷重 F=F ｎ cosα ｂ ・・・・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 ＝ ×44.587×10 － 3 ＝ Ｎ･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その３

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 ＝ T M ＋ T ｇ より T M ＝ T － T ｇ ＝ － ＝ N ･ m T M ＝ (M ＋ m)× ｇ ×L より M ＝ －ｍ＝ － 5.0 ＝ 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

浸炭処理 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． 浸炭