EHL条件下のローラのトラクション係数

接触面間の金属接触をほぼ完全に防止して、面圧強さを著しく向上させることに成功した(5) (表3 - 2と図3 -5 )。

この時に達成された技術を更に発展させて、高圧領域のEHL油膜のトラクション係数を明らかにすることができた。さらに、実験困難な P Jlesn与3.0GPa 以上の高圧領域のトラクション係数を本研究で明らかにした実験整理式で推定した。

3. 2 試験機と実験条件

実験に用いた動力循環式2円筒転がり試験機の主要部の平面図を図 3-1に示す。この試験機は、九州大学で設計されたものを佐賀大学で少し設計変更して製作されたもので、最大50 k Nの荷重を加えることができる。この試験機は、重荷重の下でも安定して試験ローラ間の EHL油膜の形成状態を確認しながらトラクション係数を測定できる。

ローラ試験片の形状を図3-2に示す。この試験ローラには、三つの特徴がある。(1)ローラの有効接触幅が10 mm であるのに対して、取付部の厚さはその2. 5倍となっている。(2)テーパの取付け穴ですき間なく軸に固定できる。(3)側面キーによって、負荷運転中の試験ローラ精度の低下およびキーみぞ底からの破壊を防止している。

すべり率|σf I = 2 %以下の実験では、動力循環用歯車の歯数比を1にして、 1対の試験ローラに直径差を与えた。試験ローラの材質は、クロムモリブテン鋼(SCM435またはSCM440) である。

焼入焼戻しによって、ブリネル硬さHB与540とした後に、接触面はM社製の精密円筒研削盤でRJlsx与O.2μmの粗さに仕上げた。

試験油としては、粘度の大きく異なる代表的潤滑油A，Cを選んだ。

潤滑油Aは、非常に粘度が高い潤滑油(600W Cylinder Oil)である。

円tanべυ

Power circu1ating gears

Universa1 coup1ings

円udnH 円ud ・、，

nHAU

--lo r

nvTl Fコ nu F'

--zl

nu 円'lv

51 i p ri ngs

ρ』nμ nu rw ea

O Tl A⑤ω 戸」 udγ1 BGh

図3

-

¹ バックアップロール式大型2円筒転がり試験機 (最大押付け荷重 5 ^{0 k}^N)

図3

-

² 一対の試験ローラ(すべり率の大きいとき〉

また、潤滑油Cは、工作機械をはじめ各種産業機械の歯車および軸受などで使用される潤滑油(DTE Heavy Medium)である。これらの試験油の特性値を表3-1に示す〈付録参照、〉。温度による粘度変化を大気圧下で測定した結果を図3-3に示す。大部分の実験は、潤滑油を40

+ 10C (313+1 K)の温度に調節して、試験ローラの接触部上部から

1. ^{5 Q /}minの割合で直径7mm のノズルから供給した。一部の実験で

油温を700C (343 K)とした。潤滑油は供給する前に高性能フィルターを通過させて直径1μm以上の固体粒子を除去した。

表3 ^-1 試験に用いた潤滑油の性状

Test oil A C

Specific weight 15/4 _oc 0.903 0.873 Viscosity @ 40 oc 371. 6 63. 34

Cmm2/s⁾ @ 100 oc 28.9 8.58 Viscosity index

lndex αC1/GPa)

10000

♂1000

... 100

υ3 れJ

E50

+〉A、

。 u tn

〉ー 5

0

VI 103 107

at 400 C 25. 8 21. 0

100 120

Temperature oc

図3 - 3 試験油粘度の温度による変化(大気圧下〉

Pしpupしpu

。。

ハUハununu AU寸AUT寸/『，f m m m m nynynドnv r rr r

nunununu 「Jnu寸qvn斗

nO刈nTnonuT 可EB「1M可ls「ベJH

++++

Oil A 0.015

s-0 αコ

斗ーコ、

+-> 0.010

c: c:

ω 0

・r- .，...

ιJ+->

� � _0.005

斗- s...

<lJ s...

o 0

しJιJ

10 Load

30 P ( kN )

。。

試験ローラ軸受けなどの損失を補正する係数図3-4

軸受損失などの補正

3. 2. 1

実測している駆動トルクには、試験機のバックアッフローラなどの従って、試験ロー軸受損失などに基づく損失トルクが含まれている。

前述の損失の影響を除く (=T/P)は、

ラ聞のトラクション係数μ 次式で計算した。

ため、

- ・・・・・・・・(₃_-₁)

T 2 Tr

p - DP ^- ^f1.B

P は1対 Tは試験ローラ外周における駆動力(接線力〉、

ただし、

Trはひずみゲージによって測の試験ローラに加えた半径方向荷重、

μBは駆動ローラ軸と Dは試験ローラの直径、

定された駆動トルク、

バックアップローラ軸の摩擦損失を試験ローラ外周接触面の摩擦係数 μBは純ころがり状態で負荷試験をに換算した等価摩擦係数である。

本実験に行なったとき得られる摩擦トルクから近似的に計算できる。

本研究で問題用いた試験機のμBの計算値は図3-4のようになった。

にしている高圧領域ではトラクション係数の値が大きいので、駆動ロ

ーラ軸などの摩擦損失を補正する摩擦係数μBがトラクション係数に及ぼす影響は少ない。

3. 3 実験結果

ローラ接触面の動力伝達能力は、接触圧力が高くなる程大きくなるが、接触圧力がある限界値(面圧強さ〉を越えると、ローラを構成する材料が疲労破壊してしまう。ローラと歯車を組合せたハイブリッド形変速機を設計・製作する時には、最大トラクション係数μ皿8Xと接触面の面圧強さを特に考慮、する必要がある。なお、面圧強さ(ピッ

チングの生じない限界の接触圧力〉は、一般に最大ヘルツ圧力P皿8X で表すことが多いので、実験結果はP1I8Xで整理することにする。

試験油Cを用いて行なった高圧領域におけるローラの耐久試験の主な実験結果を表3-2と図3-5に示している( 5)。従来の研究で明らかにされていないP1I8X = 2 . 0 G P a以上の圧力では、接触面聞に完

全なEHL油膜を安定して形成させるのは簡単ではない。例えば、接触面の面圧強さを大きくするために Hv=700以上の硬さに浸炭硬化した鋼ローラを用いれば、接触面に十分のEHL油膜が確保できない。

また、なじみ性の良いHB=5 0 0 以下の硬さの鋼を使用すればP1I8X

=2. 2GPa程度で試験ローラが疲労破壊した。本研究では、ずぶ焼入・焼戻しを行なった後に、精密研削仕上したクロムモリブテン鋼ローラ(HB匂54 0 )を用いることによって、 P118X = 2 . 6 G P aまでのEHL油膜のトラクション係数の測定に成功した。

図3- 6，...，図3-8は、潤滑油AとCのトラクション係数が圧力とすべり率によって、どのように変化するかを示す。試験ローラ間の接触圧力は、最大ヘルツ圧で P118X = 0 . 8 2 G P a (83. 7 kgf / mmつから2 . 6 G P a (265 kgf / mmつまで変化させた。図3 -6と図3 - 8 を比較すれば分かるように、供給される潤滑油の粘度が約6倍も異なっていても、トラクション係数には、あまり差の現われないことが分

- 41

表3 ^- ² 耐久試験の主な実験結果と実験条件など

No. Hardness Roughness

Load Plllax Revo・ P1ts

of ^HB(lIv) �同制 ¹^{ut1 ons}

Exp. Or1.1 Fo1. Or1.1 Fo1. ^kN ^MPa Nz

(1) (800) 550 2.5 2.5 10.6 1500 13 ^X106 Pits*

(2) (800) 520 3.0 3.0 18.9 2000 0.8x106 ^P1ts*

(3) 525 525 3.0 3.0 18.9 2000 6.5x106 ^{P1ts *} (4) (800) 550 0.2 3.0 18.9 2000 10 x 106 No (5) 385 385 0.2 0.2 17.0 1900 llx106 No (6) 500 500 0.3 0.2 25.0 2300 10 ^X106 No (7) 430 430 0.2 0.2 15.3 1800 11 x 106 No (8) 395 395 0.2 0.2 17.0 1900 11 x 106 ^No

(9) 450 450 0.1 0.1 17.0 1900 10 x 106 No (10) 445 445 0.15 0.15 18.9 2000 10 x 106 No

(11 ) 440 440 0.2 0.2 19.8 2050 ^O.2x 106 ^P1ts*

(12) 445 445 0.2 0.2 20.8 2100 0.2x106 ^Pits*

(13) 475 475 0.2 0.2 22.8 2200 llx106 No

(14) 470 470 0.2 0.2 25.0 2300 11 x 106 No ( 15) 500 520 0.2 0.2 27.2 2400 10 ^X106 No (16) 545 545 0.2 0.2 27.2 2400 10 x 106 No ( 17) 510 510 0.2 0.2 28.1 2440 10 ^X106 No (18) 515 515 0.2 0.2 28.3 2450 10 x 106 No (19) 555 555 0.2 0.2 29.5 2500 10 ^X106 No (20) 515 510 0.2 0.2 30.9 2560 10 x 106 No 8.6x106 ^*合

(21 ) 520 520 0.2 0.2 29.5 2500 ^Pits

6.9xl06 ^*合

(22) 565 565 0.15 0.2 31. 9 2600 ^P1ts

(23) 580 580 0.2 0.2 31.9 2600 7.0x106 ^{P1t*s 合} 1.1x106 ^{* *}

(24) 565 565 0.2 0.2 37.0 2800 ^Pits

ロ5) I (醐)

寸

210.2118.912叩o -

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(26) 1(800)150010.21 0.2125.012300 11.0x1061 ^Pits*

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ドキュメント内歯車とローラを組合せたハイブリッド形変速機に関する研究 (ページ 42-48)

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