望�C)

3

467

3355 nu

-3、

Mげんvj-死VT下

上死点 v カッタ上死点

v o 上死点

v

点

下 死v カッタ上死点

v

ペ?

川ン

〔仕上げ〕

-2 -4

_...1500

Z

ム1000 代

If\ 5001uC…

「く 事

、ゴ サマー500 ひ-1000

-8 -10

2000

(E・Z)

トムヘム語41骨子 T.No.57(SH251改NC)

T.No.33(SH251 )

T

ム

T.No.56

^↑

〔荒歯切り〕

一一争 時間

0.01 ト-→_sec

�1500

Z

ム1000

「く 1....

If\ 500

モ在「く 価+

斗 十で-500 ひ-1000

〔荒歯切り〕

。

-10

。 -4 -2

-6 -8

(E・Z)

トムヘム審dlh円れ」

2000

荷重モデル

[荒仕上] [仕上]

上死点下死点上死点 上死点下死点上死点

+1 I _ I +

。 切削力0

荷重の向き右ねじれ正転時

一→は逆転時も向変わらず

|

^{ホイール ーー〉は逆転時方向反転}

ウォーム

�

[実測295]

300rpm [180rpm]

360rpm

�

m3 1/50 [m5 1/83J

1kW DCモータ C-1000-15

山洋電気 ^43rpm

25z

1/5減速モータ 0.75kW

GLM-2B-5-075 日精工業

図6-17 歯面摩耗再現試験装置(概念図)

負ィ可制御の電気回路構成図を8Z1 6 -1 8 に 示す。 試験にjjたっての計測は1;;(1 6 - 1 9

に示すように ，ウォーム軸の トルクを歪みゲージで測定し スラス トノJは!官僚係 数を0.05と仮定しトルクの値から換算した。ウォーム11111似数は300rpm -どとし た。

試験ウォームギヤの諸元と形状を図 6-20に示す。試験前の歯!市平11さrtll *)�をi災l 6 - 2 1 に示す。 歯車形自Ijり盤に使用しているウォームギヤをそのまま川い たが ウォーム は約lμm R y， ホイールは約3� 5μm Ryにした。 使用した潤滑�IÜは 3程

類で， 性状表を表6-3 に示す。 油A，Bはパラフイン系鉱hlJ. �r�l cはイ7機モリブ デン入り極圧ギヤ油である。 油A， Bは作動油と共用にすることを前提とし， �III Cは高粘度による潤滑改善を期待した。

6.3.2 試験結果

表6-4に試験結果総括を示す。 試験番号順に実験を行った。 以下表6-4にア した)11買に述べる。

試験①は摩耗挙動の再現試験である。 荷重1500N (通常の100 %定格スラス ト)をかけて80時間で摩耗量(パックラッシの増加量)が25μmになることが

確認でき，本試験を基準として 摩耗対策試験を進めることにした。試験①までは ホイール材aカ\A BB3である。

低周波発信器負荷率切換回路電力増幅器 負荷方向切換器

f=1 0'"'-'1 OOHz

(電流)

図6-18 変動負荷制御回路

SLlP RING REB-8A 共和電業

STRAIN GAUGE KFC-2-D 16-16

共和電業

図6-19 試験機での計測部位と計測項目

ウォーム リード _3.0 ピッチ円直径 60 mm

口 数

ホイール 歯 数 ⁸⁴ モジュール 3

圧力角 15度 中心距離 156 ^mm

ウォーム詳細図

ーυ一通一突一什り一深

会」

一ハり -P 4l一/\1-ら一座分一泊等一世

<D ぱ3

等分6・ゅ8テーハ・ピン穴 件10座ぐり深10

。ωN

NmN OON

し側 使用前(1 )

作1akroQre.ph

R但Ij 使用前(1 )

Feínpn:ïf

(a)ウォーム

し倶Ij R倶IJ

f 'l仁川戸

Per1hen

1206

江土二i�ー}

門「εkrogreph

(b)ホイール

A

B

C

表6-3 潤滑油性状表

銘 ネ丙 動粘度 引火点

40VC 100UC X 1 0-6m2/s X10・6m2/s

C

シェルテラスオイル32 32.0 5.5 204 シェルテラスオイル56 56.0 7.8 240 オプチギヤBM5150 218 18.8 232

単位 イ蒲 考

パラフィン系鉱油

パラフィン系鉱油

有機モリブデン

入り極圧ギヤ油

表6-4 摩耗試験結果一覧表

百じを示す)

ホイール

ま蕨耳 (歯百〕

ウォーム | ウォーム

|回転数

|・予備試験

I

ABB3-S I SCM4151295rom

。I (現行ホイール・ウォームの本試験|桝02・R_I R I 正転 装置上での摩耗挙動チ工/;)

Test No

試験目的 ^運転条存

潤滑油 テラス#32

ウォームスラストl(kgf) | I ウォーム摩耗回結果

150 1""" ， 11) ./

20Hz ^{1_�2CI /}

世oll:4

|・面組度向上 ホイール試E夷 I t

②I (砥粒含有ナイロンTうyシくオ;z: 1#299・R fーン社製>による面粗度向

上ホイールの試験)

R-① T T

正転 150 『 晶 121

E 20"---，ト

ーーーーー-1 � ' OI/

ーをoo 20 40 60 80 100 120 ll: 140 160(H)

|・面粗度向王王イール追加試験|

^↑

③I (テスト2のホイール歯面に対し I #299-R

‘ウォームを新位置として 250kgfのスラストをかけホイール 面粗度の効果の確認)

|・特殊潤滑油潤滑試験 11

④ I (テスト2のホイールの逆歯面に 1#299・L て、オアチrアBM5150によ

る潤滑効果の確認)

R-⑦

L-②

-E T E -TA ↑ 法

オ7'チγJ7BM5150

250 ^ー_E ^30ト­₁₁₃₁

ミ20ト//' 圃_I I .... 10←f

時 リ

ーー ν

。Oす古(H)

250

250

;:1二k

|・特殊潤滑油当たり付ホイール1 ^•

|試験 I

⑤I

(河川で40H運転した同一1#299・L 歯面に対し、テラス#32潤滑

にて、250kgfを加える)

L-② 逆4

i- +@十 -TA

テラス#32

|・ハイスウォーム試験 ↑

⑤ I

(テスト1の現行ホイールのL歯面|桝02・LIL と新作ハイスウォームとの組合せ

試験)

M35

瀞 T - TA

²⁵⁰ 三20ト^{E 1161 30ト} /

•

圃 /

金 1/

001γ古(H) .ホイール材質変更試験 I PBC3

⑦I

(PBC3ホイールの新規製作歯I R

面に司いきなり250kgfを 加える)

R-①

6It--- -TA

正

¹⁵⁰

守' Jas''''''!

nu nu ハu nu nu nU

6 5 4 3 2 1

『E、ご圃古島電

|・ホイール材質変更試験 | ↑

③I (テスト7と同一条件歯面に I L 対し‘150kgfを与える) L-①

T蹴

₁₅₀

oH「tEIH1

�ックうッシ調整試験 T

⑨I (テスト8で当たりのついたホ イール歯面に対し司ハ'ックうッシを 調整によるウォーム新歯面との

|・最高対策試験組合せ)

⑪I (テス卜9の歯面に対し.オア チキ'アBM5150潤滑にて

250kgfを与える)

L

し②干 逆

・-- ゐll -TA

正転 オアチキ'J7BM5150

250

I ^{18) 19)}

円イ770

^「)

し L-② 250

'2t: "-20__，ド ，， 110)

圃lOt-笹口」一一ι一一』ーo 20 40(H)

歯面の摩耗量は1 9μm であった。

fお而粗さを小さくすることで ，摩耗52改汗の傾向がよよられたため，�A験①はl試験

⑦のホイールを用いて， ウォーム位i�'I�を変え， 仰îfi=をIWやして，iA験を継続した。

試験②のスラスト1500N で摩耗量が飽和した的而は 2500Nで は大きな初WJ摩 耗になり，歯面仕上げ改善や歯面なじみ改善のみ ではl匂術主域まで述転できない ことが分かった。 40時間試験後の歯面は摩耗JEが大きくなり ホイール8から

1 2μm， ウォーム22μm となった。

試験④は試験②の裏側の歯面を用いて潤滑油を変史して試験したものであるo

?FJJ Cをなじみ油と位置付けたものである。 初期に40 時間す，'î度の大きいirjJ Cを使

用した。 初期摩耗率が大きく減少した。

試験①はその後， これまでの試験に用いた油Aに変えたものであるが， 40 1I与 問で10μmの摩耗となり泊Cによる歯面なじみの効果は持続しなかった。

試験⑤はS CM415浸炭焼入れ材の硬さがABB3のマトリクス巾の硬質組織に 対して不十分なので摩耗が起こると考え， ウォームを工具銅(ハイスM 35)に変 えたものである。 歯面粗さは試験①と同様であるが， ウォーム硬さ増の効果は

まったく認められな かった。

試験⑦は， ホイール材を摺動基礎試験で効果があったPBC3(リン??銅鋳造材) に変え， 2500Nの荷重をかけたものである。初期摩耗が非常に大きく， '，1_ WJに運

1500Nで試験を行った。 60時間で摩耗飽和の傾向がUjた。

試験①は試験③で得られたホイール的而を 新たなウォームとキ1[合わせたもの

である。 摩耗量が80時間で約2μmに激減した。

試験⑪は試験①の継続として， 潤滑油を i!il Aからi!iJ Cに変えて 何i立を2500N

に増やしたものである。 歯面摩耗が進展しなくなった。

試験⑪は摩耗が停止した試験⑬に継続して 潤滑油を油Bに戻し2500Nで逆

転したところ， 120時間で2μm程度の良好な摩耗状況が実現した。

試験⑫は1500N (100%)を超える1800N (120%)で述続運転を行ったもの

である。500時間でlμm程度の摩耗になり， 実用域の摩耗レベルに到達したこと

が確認できた。

6.4.1 狙い

大ねじれ角のはすば歯車加工に耐えるように設計基準を作成した。本論文で提

案したウォームギヤ歯当たり解析で確実に歯面の作動条件を定量化し，歯面なじ

み手順を確実に行うこととした。以降の歯面摩耗トラブルは生じていないことよ

り， 本基準は有効であるとして， 三菱重工業(株)京都精機製作所の工作機械のマ

スタウォーム設計に活用されている。

イール材の組合わせとする。

(B)運転中のかみあい而のhll股厚さをl缶百[} ;IIJ脱分離状態にすることを1 I 1��1{にす る。

(C)常に適正な潤滑油を供給する。 特にす14 }交とhl!中異物に1Ì:なする0 6.4.3 設計の手}II貢

図6-22にマスタホイール設計手順を示す。 本設計手}II買のポイントは， かみあ い歯面の面圧，すべり速度及び潤滑状態を前章までに述べた繭当たり解析プログ ラムを活用する点である。 ポイントになる手}II買の内容を以下に述べる。

①負ィ苛の想定

設計の出発点となる。回転速度と負荷パターンの例を図6-23に示す。 スラ スト最大負荷で歯面焼イ寸きの検討を， 時間平均負荷で歯而摩耗の検討を行

つ。

②^{歯車諸元の設定}

定の負荷に対し， 最大PV値に対する歯車諸元の影響を図6-24に示す。

削述の歯当たり解析プログラムで検討した結果である。PV値の低減にはホ イール径固定でモジュールを大きくし面圧を低減させることがもっとも効 呆的である。 したがって， 従来機種のマスタホイールの諸元を参考に， 許 容範囲でモジュールをより大きく選定する。 歯形の中高は�[I!膜形成にイT効

一、'つ

一か度一一度精一一精求一nv一工要一一加の一「1111し

llIL-­抗抵

レ一何

力負

一「蹴

転

回

モジュール

転位係数

ト

_{一一一一一}(2

)

圧力角・歯形 ウォーム

すべり速度・トルク ホイーjレ: PBB2司PBC2

ウォーム: SCM ⁴¹⁵

卜(3)

HRC62以上 (歯元応力)

し一一一一一一一ー1--+-(5)ウォ _ーム歯車の歯当たり解析プログラム

「〔ベーシックデータ〕

NO

I

_I :歯形・規格・モジ、ユール・圧力角・進 み角・中心距離・転位係数・. .

.

^.

〔潤滑油〕

粘度・粘度圧力係数・比重・摩擦係数

〔ウォームデータ〕

NO

I

:条数・平均径・ピッチ径・

〔ホイールデータ〕

歯数・平均径・ピッチ径・­

〔砥石データ〕

〔荷重データ〕

ふ

「歯元曲げ応力司接触応力司PVイ直司j由属 L厚さ司Dイ直司荷重 各分布図_{ーーー田ーー」}i

←。v一

焼イ寸きチェック

...L

代小M門司冊4.1

一一-里喪主王乙7_____ f�

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刊↑7・皿ー

30秒サイクル ワークオート ローディング

図6-23 負荷パターン例(三菱GH250P型)

� 50

計算条件

(モジューjレ) ^x (ホイール歯数)

= 5.9 ^X 48 ⁼ 283.2 -中心距離 ^{180 mm} - ホイールピッチ円径 283.2 mm

・ ウォームピッチ円径 76.8 mm

トルク 50 N'm

・ 回転速度 3，000 ^rpm

ば3Cコ

nU ハU ハU ハU 4 3 2 1 F×)ω\EE・εε\Z

坦〉止村階

-�失ふこよーー一一

20- 30

圧力角 ^5-進み角¹⁰ 3 4 5 6 7 8 -1 .0 0 1 .0

モジュール 転位係数 (ウォーム)

図6-24 歯面PV値計算例

①ギヤ材研

工i支終的に はfruJ 摩耗試験で良好であったウォーム(SCM415泌氏焼入れ)_{， ホ} イール(リン青銅PBB2，PBC2)を選定する。 なお ウォームの似託収点fM

処理(セラミックスやイオンプレーティング)は'1性能改芹に寄与しない。な

お， 従来はABB (アルミ青銅)であったが， これは硬さが大きく'1良川的に

耐摩耗材と認識され使われていた。

④潤滑油

作動油でウォーム を潤滑することを止め できるだけ粘度の大きいウォー

ムギヤ油を選定する。

①歯当たり解析

かみあい歯面の作動条件や 潤j骨解析に歯当たり解析を利ハ]する。

⑤焼イ寸きチェック

図6-25に図6-24の諸元にて計算したP-Vマップと焼付き限界の関係を不

す。 潤滑油により限界の設計を変える。 斜めの限界線の範問内かどうかを

検討する。

⑦摩耗チェック

図6-26に図5- 1 1のデータを元に摩耗量と潤滑状態、(歯面*Jlさの和/iril JJ英

厚さ)の設計マップを示す。 比摩耗量で， 所定の時間運転した時の摩耗]f(

ドキュメント内 円筒ウォームギヤの歯当たり解析による負荷能力向 上に関する研究 (ページ 46-64)