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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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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 

slide2
1

1.緒言

slide3
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

slide4
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
slide5
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
slide6
2

2.試験機および試験方法

slide7
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

slide8
歯車諸元

4

23

22

歯車諸元

slide9
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

slide10
運転条件

1819

  タービン油  32 mm2/s

2×10‐3

40±5

 運転条件

slide11
3

3.調質歯車における

  試験結果および考察

slide12
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

slide13
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

slide14
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

×

×

slide15
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

slide16
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

slide17
4

4.浸炭歯車における

  試験結果および考察

slide18
擦過痕

2mm

試験前後の歯面写真

歯面写真

Tip

Root

slide19
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%

slide20
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

slide21
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℃

slide22
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

slide23
5

5.ラッピング加工による変化

slide24
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

slide26
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

slide27
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
slide28
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

歯形方向

slide29
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

slide30
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
slide31
6

6.結言

slide32
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

slide33
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

slide34
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

slide37
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

slide38
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

slide39
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

slide40
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

slide41
レプリカ写真

σH=915MPa (Test No.02-04 ) ND=1×106

レプリカ
slide42
主要化学成分成分

SCM435鋼

SCM415鋼

slide44
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=

slide45
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
slide46
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
slide47
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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