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タイトル研究者指導教官坂本海峰松澤努森川浩次日高一憲中江道彦１．緒言 1 産業界の要求歯車装置の小型化低騒音化それを実現するためには 高精度化 歯面を滑らか要求本研究ラッピング加工 歯面粗さの低減 負荷能力に及ぼす影響本研究今年度 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今年度ラ面ッ疲圧ピ労強ン寿さグ命を加の工調に判査よ定をる行効い果２．試験機および試験方法 2 高荷重用歯車運転性能試験機運転試験機上面荷重負荷継手側面動力循環側歯車箱試験側歯車箱歯車諸元歯車諸元駆動歯車従動歯車モジュール m 歯数 z 歯幅 b[mm] かみ合いピッチ円直径 db[mm] かみ合い圧力角 αb[deg.] 転位係数 x 4 22 23 13 10 89.173 93.533 21.978 0.158 0.151 調質歯車荒歯切り後調質処理焼き入れ 850℃ 焼き戻し 520℃ 硬さ 37HRC 仕上げホブ切り（ホブ回転数 100 min-1）浸炭歯車荒歯切り後浸炭処理歯面研削加工硬さ 750HV 運転条件運転条件 SCM435 調質歯車接触応力 σH[MPa] 負荷トルク T[N・m] 745 830 915 1000 SCM415 浸炭歯車 1800 53.3 66.1 80.3 96.0 310.9 モータ駆動軸回転数潤滑油油量油温（調質歯車）油温 (浸炭歯車) [min-1] [m3/min] [℃] [℃] 1819 タービン油 32 mm2/s 2×10‐3 40±5 70±5 ３．調質歯車における 3 試験結果および考察歯面写真の比較 SCM435調質 σH=915MPa(Test No.02‐04) ND=0 ND=1×106 Tip Root ピッチングが多数発生激しい摩耗 2mm 面積率ピッチング面積率調質歯車 23％ピッチング面積率％ 25 20 急激な増加 15％ 15 判定が困難 10 7％ 5 明らかに低い 0 0 6 5×10 繰返し数 ND 7 1×10 歯形誤差（歯幅中央）歯形誤差歯形誤差 μm 400 最大値平均値最小値 300 200 100 急激な増加 745MPa 0 0 6 5×10 繰返し数 ND 1×10 変化なし 7 歯面粗さの変化(歯形方向) 粗さ 8 歯形方向 μ mRa 7 最大値平均値最小値歯面粗さ 9 5 6 急激な増加 915MPa 4 3 830MPa 2 ほとんど変化なし 1 0 745MPa 0 5×10 6 繰返し数 1×10 ND 7 調質歯車Ｓ－Ｎ曲線Ｓ－Ｎ曲線最大ヘルツ応力 σH MPa ・疲労寿命判定は妥当・耐久限はσH＝745MPa 1000 ・試験機の有用性，再現性 900 800 700 600 SCM435 調質仕上げ歯切り１×106 5×106１×107 繰返し数 ND ４．浸炭歯車における 4 試験結果および考察試験前後の歯面写真歯面写真 SCM415浸炭 σH=1800MPa(Test No.02‐06) ND=0 ND=1×107 ＴｉｐＲｏｏｔ擦過痕 2mm 歯形方向歯面粗さ積算摩耗量 g μmRa 浸炭歯車における試験結果 0.2 0.1g以下 0.1 0 2 歯形方向 2μmRa以下 1 0 ピッチング歯形誤差面積率％ μm 浸炭試験結果 100 約50μm 50 0 10 5 σH=1800MPa (Test No.02–06) 0 0 6 5×10 繰返し数　ND 7 1×10 約 6％これらの結果から結果 σH=1800MPaでは ND=1×107で疲労寿命に達していない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浸炭歯車の運転試験時に生じた問題（1）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 70±5℃ 油温浸炭歯車の運転試験時に生じた問題（2） σH=1800MPaでは荷重継手部の固定ボルト破損試験機の破損，作業者の危険固定ボルトの強度向上ボルト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負荷部（ブレーキ）送り用モータ微小振動加工条件ラッピング加工条件回転数 1] 砥粒振動周波数 [Hz] 振幅 [mm] 送り速度 [mm/min] ストローク [mm] [min- 2000 WA1000 88 0.7 300 10 ラッピング加工前後での歯面写真歯面写真研削加工後ラッピング加工後ＴｉｐＲｏｏｔすじ状の研削目研削目消失 2mm ラッピング加工前後での歯形方向断面曲線ラッピング加工後 1μm 研削加工後小さくなっている 100μm 断面曲線歯形・歯すじ方向歯面粗さ歯面粗さ研削加工後ラッピング加工後歯面粗さ μmRa 0.2 0.1 歯元歯先ピッチ点 0 歯形方向歯すじ方向歯形・歯すじ誤差 μm 60 6 50 歯形誤差 40 4 30 20 2 10 0 歯幅中央歯先ピッチ点歯元 0 μm 研削加工後ラッピング加工後 8 歯すじ誤差 70 誤差これらの結果から結果ラッピング加工負荷能力向上の指針が得られた６．結言 6 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 浸炭歯車 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 試験機名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：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，工作物を引っかく歯形誤差 σH=745MPa （Test No.02-01 ） ND=0 歯すじ誤差 σH=745MPa （Test No.02-01） ND=0 誤差歯形方向歯面粗さ 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 レプリカ写真 σH=915MPa （Test No.02-04 ） ND=1×106 レプリカ主要化学成分成分 SCM435鋼 C Si Mn P 0.33～ 0.15～ 0.60～ 0.030 0.38 0.35 0.85 以下 S Cr Mo 0.030 0.90～ 0.15～ 1.20 0.30 以下 SCM415鋼 C Si Mn P 0.13～ 0.15～ 0.60～ 0.030 0.18 0.35 0.85 以下 S Cr Mo 0.030 0.90～ 0.15～ 1.20 0.30 以下ヘルツの式 H ＝ 0.35 Fn (1 / 1.  1 /  2 ) b(1 / E1  1 / E 2 )  FN : 歯面垂直荷重   １ , ：歯面の曲率半径 2  2 E 1 , E ：縦弾性係数 ｂ＝歯幅  その２ dw1 Z1 23 小歯車かみ合いピッチ円半径 2 ＝ Z  Z a= ×91.2＝44.587mm 22  23 1 2 dw1 曲率半径ρ１＝ 2 ×sinαｂ＝44.587×sin21.978°＝16.687mm Z 22 大歯車かみ合いピッチ円半径ｄｗ２＝ Z 2Z a= ×91.2＝46.613mm 22  23 1 2 dw2 曲率半径ρ2＝ ×sinαｂ＝46.767×sin21.978°＝17.445mm 2 H2 ＝ 0.35Fn (1 /ρ1  1 /ρ2）ｂ (1 / E1  1 / E2 )  H b2 / E 2 H b σ2 H b(1 / E1  1 / E 2 ) ＝ 0.35(1 /ρ  1 /ρ ) ＝ 0.35(1 /   1 /  ) ＝ 0.35E (1 /   1 /  ) 1 2 1 2 1 2 2 Fn 2  E  21000kgf/mm2  ｂ＝ 10mm 円周荷重 F=Fｎcosαｂ式①を式②に代入して・・・・② 2  (7４ 5  106 ) 2  10  10-3  cos21.978 2 H b cos b = ＝ 0.35(1 / 1  1 /  2 ) 0.35 210000 106  (1 /(16.687 103 )  (1 /(17.445 103 )) 2 F その３ =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．おもり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よりるトルク N･ m TM  おもりとおもり台によ  126N･ m Tｇ＝レバーの自重によるトルク 17． TM＝T－Tｇ＝53.255－17.126＝36.129N･m TM＝(M＋m)×ｇ×L より TM 36 .129 M＝－ｍ＝ 9.8  0.55 gL －5.0＝1.753 kg M : おもり㎏ ｍ : おもり台＝ 5.0㎏   2 ｇ : 重力加速度＝ 9.8m/s  L :レバーの長さ＝ 0.55m  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．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．