九州大学学術情報リポジトリ

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Kyushu University Institutional Repository

中硬度歯車の面圧強さに及ぼす硬さと表面粗さの組 合せの影響に関する基礎研究

扇谷, 保彦

九州大学工学機械科学生産機械

https://doi.org/10.11501/3056746

出版情報：Kyushu University, 1991, 工学博士, 課程博士 バージョン：

権利関係：

中硬度歯車の面回虫さに及ぼす硬さと表面粗さの 組合せの景免響に関する基礎研究

ヰ乏民主~3 勾三 2 月

扇著名当r‑

‑ e 畏 居 室E

中硬度歯車の面圧強さに及ぼす硬さと表面粗さの組合せの影響に関する基礎研究

目 次

第

1

章 緒 論

1 .   1 

1. 2  1.  3 

第2章 2.  1 

2 .   2 

2.  3  2.  4 

2 .   5 

2.  6 

第

3

章

3.  1  3 .   2 

本研究の目的 従来の研究 本研究の内容

試験片・試験機・潤滑油および実験方法

9 

緒 言 ‑ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー'ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー‑‑‑ 13  歯車対とローラ対の対応 ‑ 一 一 ー ー ー ー ー ー 一 一 ー ・ ・ ・ー ・・・ーーーーーーー‑‑‑ 16  パックアップロール式ローラ試験機 ‑ーーーーーー・ーーーーーーーーーーーーーーーー‑‑‑ 23  ローラ試験片 ーーーーーーーーーーーーー・ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー・ーー‑ 26  潤滑油 一 一 一 一 ー 一 一 ー ー ー ‑ 一 ー ・ ー ー 一 ー 一 一 一 一 一 ー ー ー ー ーーー 一 ‑‑‑ ー ー 一 ‑‑‑ 29  実験方法 ^{一 ー 一}一 一 一 一 一 一ー ーー‑‑ ー 一 一 一 ー ー ー ー ーーーーーーー・・ーーー一司 30 

同一硬さの組合せにおいて表面組さの組合せが面圧強さに及ぼす影響 緒 言 ーー ー 一 一 ‑一 一 一 一 ‑‑ 一 一 ーーー ー ー 一 一 ー 一 一 一 ー ー 一 ー ー ー ー ー ー ・ ー ー ー ー ‑‑ 33  実験条件および結果の概要 ・・ーー‑‑ 一 ー 一 一 ー ー ー ー ー ー 司 ー ー ー ー ‑‑ーーー一‑ 35  3.  3  ピッチング強さに及ぼす表面粗さの組合せの影響 ーー・・喧唱‑‑‑‑‑‑‑ 41 

3 .   4 

表面損傷形態に及ぼす表面粗さの組合せの影響 ーーーーー‑‑‑ーーーーー‑

4 5   3 .   5 

異なる表面粗さの組合せにおける表面損傷発生機構 ‑‑‑‑‑一‑‑‑‑‑ 51 

3.  6 

まとめ 57 

第4章 面圧強さに及ぼす硬さと表面粗さの組合せの影響

4.  1 緒 言 59 

4.  2  実験条件および結果の概要 64 

4.  3  ピッチング強さに及ぼす硬さと表面粗さの組合せの影響 ‑一一‑ 68 

4.  4  4.  5 

第

5

章

表面損傷形態に及ぼす硬さと表面粗さの組合せの影響

7 6  

まとめ ^ー"ーーーーーーーーーーーーーー‑‑‑‑‑ーーーーーーーーーーーゅー‑‑‑‑‑‑‑ーーーーーーーーー‑‑‑ーー‑

9 1  

結 論 93 

芸高

1

重量 業者

1.  1  本研究の目的

1.  2  従来の研究

1.  3  本研究の内容

.=..，.、ー 言府福

第 1 章 緒 論

1 .  1  本 研 究 の 目 的

一 般 に 、 鋼 歯 車 は 硬 さ ( 熱 処 理 法 ) に よ り 、 歯 切 り 可 能 な 限 度 内 の 硬 さ に 焼 入 焼 も ど し 後 、 仕 上 げ 歯 切 り を 行 う 中 硬 度 歯 車 (HB250‑‑400) と、 歯 切 り 後 浸 炭 焼 入 れ や 高 周 波 焼 入 れ な ど の 表 面 硬 化 処 理 を 施 す 高 硬 度 歯 車 に 大 別 さ れ る 。 両 者 の う ち 、 中 硬 度 歯 車 は 高 硬 度 歯 車 に 較 べ て 、 熱 処 理 に 要 す る 時 間 や 加 工 工 程 が 少 な く て 済 む な ど の 特 長 を 有 し て お り (1 、)

主 に 中 ・ 大 形 の 歯 車 装 置 に 使 用 さ れ て い る (2)。

中 硬 度 歯 車 の 負 荷 容 量 は 、 歯 車 損 傷 の 実 態 を 調 査 し た 結 果 (3 l ( 11  )にお いて、 ピ ッ チ ン グ お よ び 摩 耗 を 起 こ し た も の が 全 体 の 過 半 数 を 占 め て い る こ と か ら も わ か る よ う に 、 面 圧 強 さ に よ り 制 限 さ れ る 。 中 硬 度 歯 車 の 面 圧 強 さ に 関 し て は 、 硬 さ と 表 面 粗 さ の 組 合 せ が 影 響 を 及 ぼ す こ と が こ れ ま で の 研 究 で 明 ら か に さ れ て い る 。 しかし、 中 硬 度 歯 車 は 、 歯 車 対 で 小 歯 車 と 大 歯 車 の 大 き さ ・ 材 料 ・ 硬 さ が 異 な る こ と が あ る こ と か ら 、 歯 面 仕 上 げ 機 械 の 加 工 能 力 や 加 工 コ ス ト 低 減 の た め 、 小 歯 車 と 大 歯 車 と で は 、 歯 面 仕 上 げ 状 態 、 が 異 な る こ と が あ る ( 引 の に 加 え て 、 加 工 条 件 な ど に よ っ て 表 面 粗 さ に ば ら つ き が 大 き い ほ } 。 このため、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 粗 さ の 個 々 の 組 合 せ の 影 響 が 十 分 検 討 さ れ な い ま ま 使 用 さ れ て い る の が 実 情 で 、 異 常 に 摩 耗 が 大 き く な っ た り 、 ピ ッ チ ン グ が 予 想 よ り 早 期 に 発 生 す る こ と が あ る (3 l。 一方、 歯 車 の 設 計 に お い て 、 小 歯 車 を 硬 く し て 歯 車 対 に 硬 さ 差 を つ け る こ と に よ り 、 大 歯 車 の 面 圧 強 さ 向 上 を 期 待 す る こ と が あ る 。 AGMA(7)， ISO(8l な ど の 設 計 式 で は そ の こ と が 考 慮 さ れ て い る が 、 そ れ ら の 設 計 式 で は 、 小 歯 車 の 表 面 粗 さ の み 考 慮 さ れ て お り 、 硬 さ と 表 面 粗 さ の 関 連 が 明 確 に 示 さ れ て い な い 。

硬 さ と 表 面 粗 さ の 組 合 せ が 中 硬 度 歯 車 材 の 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 に つ い て は こ れ ま で も 多 く 検 討 さ れ て き て い る が 、 歯 車 で は 硬 さ ・ 表 面 粗 さ

‑B24 

な ど 実 験 条 件 を 合 わ せ る こ と が 困 難 な こ と 、 製 作 誤 差 や か み 合 い に よ る 動 荷 重 、 振 動 な ど に よ る 荷 重 変 動 が 大 き い こ と か ら 、 硬 さ ・ 表 面 粗 さ そ の 他 の 影 響 を 分 離 し て 調 べ る こ と が 難 し く 、 必 ず し も 十 分 把 握 さ れ て い

る と は 言 え な い 。

こ の よ う な 現 状 に 対 し 、 最 近 、 省 エ ネ ル ギ ー ・ 省 資 源 の た め 、 歯 車 装 置 の 負 荷 能 力 向 上 に 対 す る 要 求 は ま す ま す 強 ま っ て き て お り 、 このため、

歯 車 の 負 荷 能 力 の 向 上 を 図 る と と も に 、 歯 車 装 置 の 設 計 に お い て は 、 限 界 設 計 の 必 要 に 迫 ら れ て い る 。 しかし、 そ の 場 合 に は 、 歯 車 の 負 荷 能 力 を 正 確 に 見 積 る た め に 、 材 料 ・ 硬 さ ・ 表 面 粗 さ な ど の 因 子 が 及 ぼ す 影 響 を、 十 分 に 把 握 し て お く こ と が さ ら に 重 要 と な っ て き て い る 。

本論文は、 以 上 の 状 況 を 踏 ま え て 、 歯 切 り 加 工 が 可 能 な 硬 さ で 、 面 圧 強 さ が 比 較 的 大 き い 領 域 の 中 硬 度 歯 車 を 対 象 と し て 、 硬 さ ・ 表 面 粗 さ な ど の 条 件 を 比 較 的 容 易 に 設 定 し う る 二 円 筒 の 接 触 で 歯 面 の か み 合 い を シ ミ ュ レ ー ト し て 、 そ れ ら の 条 件 が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 系 統 的 に 検 討 し た 結 果 を ま と め た も の で あ る 。

円ノ白

1 .   2 

従 来 の 研 究

中 硬 度 領 域 ま で の 歯 車 材 の 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 粗 さ の 影 響 に

関する研究は、

5 . W a y < I B )

の 二 円 筒 試 験 に よ る ピ ッ チ ン グ の 研 究 に 始 ま る。

5 . W a y

は ピ ッ チ ン グ の 発 生 機 構 に 関 す る 研 究 の 中 で 、 調 質 ロ ー ラ (

H V 2 5 0 )

の 接 触 面 を 機 械 加 工 し た 場 合 と ポ リ ッ シ ュ し た 場 合 の ピ ッ チ ン グ 寿 命 の 比 較 か ら 、 表 面 を 滑 ら か に す る ほ ど ピ ッ チ ン グ 寿 命 が 長 く な る こ と 、 接 触 面 を 窒 化 し た ロ ー ラ の ピ ッ チ ン グ 寿 命 が 長 く な る こ と か ら 、 表 面 の 硬 さ が ピ ッ チ ン グ 寿 命 に 影 響 を 及 ぼ す こ と な ど を 明 ら か に し た 。

その後、

E .Buckingham <  1 1 )

は 、 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え る 場 合 の 許 容 接 触 応 力 は 硬 さ 差 を 与 え な い 場 合 よ り 高 く と れ る こ と を 示 し 、 硬 さ の 組 合 せ が 面 圧 強 さ に 影 響 を 及 ぼ す こ と を 明 ら か に し た 。 同 様 の 結 果 は 、

G.Nie

^皿

a n n

・

R.Richter(12)

が 表 面 硬 化 歯 車 と 中 硬 度 歯 車 を 組 合 せ て 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え て 行 っ た 実 験 に お い て も 得 ら れ て い る 。 こ れ ら の 結 果 に基づいて、

A G M A ( 8 )

や

1 5 0 < 

9 ) な ど の 設 計 式 で も 、 小 歯 車 を 大 歯 車 よ り 硬 く し て 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え た 場 合 の 大 歯 車 の 面 圧 強 さ の 向 上 が 、 硬

さ 比 係 数 や 加 工 硬 化 係 数 の 形 で 考 慮 さ れ る よ う に な っ た 。 こ の よ う な 経 緯 か ら 、 現 在 、 歯 車 の 設 計 に 際 し て は 、 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え る こ と が 、 半 ば 常 識 の よ う に な さ れ て い る 。

一方、 面 圧 強 さ に 影 響 を 及 ぼ す 重 要 な 因 子 と し て 、 表 面 粗 さ の 影 響 が 本 格 的 に 検 討 さ れ る の は 、

D.Dowson'G.R.Higginson< 1 3 )

に よ り 弾 性 流 体 潤 滑 (

E H D )

理 論 が 確 立 さ れ 、 接 触 面 間 の 油 膜 厚 さ を 計 算 で き る よ う に な っ て か ら で あ る 。 最 初 に 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 油 膜 厚 さ と 表 面 粗 さ の 関 連 に 着 目 し た の は 、

P.H.Dawson(14)( 1 5 )

や

T.E.Tallian(16)

であった。 彼 ら は 表 面 粗 さ と 油 膜 厚 さ の 比 と し て D値や膜厚比.1¥.

1

直を導入し、 油 膜 厚 さ が 厚 く 、 援 触 面 の 金 属 接 触 が 起 こ り に く い ほ ど 、 ピ ッ チ ン グ 寿 命 が 増 大 す る こ と を 明 ら か に し た 。

さらに、

R.A.Onions

・

J.F.Archard < 1 7 )

は、 ピ ッ チ ン グ 寿 命 に 影 響 を 及

qt u 

、 ̲ . . ・

^h

ぼ す 因 子 と し て D 値 が 重 要 で あ る こ と を 二 円 筒 試 験 お よ び 歯 車 試 験 で 確 認 す る と と も に 、

P . H . D a w s o n

が 指 摘 し て い る よ う に 、 接 触 す る こ 面 の 硬 さ が 異 な る 場 合 に は 、 高 硬 さ 側 の 表 面 組 さ が 低 硬 さ 側 の ピ ッ チ ン グ 寿 命 に 影 響 を 及 ぼ す こ と 、 接 触 面 の 加 工 目 の 方 向 や 二 円 筒 の 回 転 比 が 摩 耗 に 影 響 を 及 ぼ す こ と を 述 べ て い る 。

ところで、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 粗 さ の 影 響 に 関 し て は 、 む し ろ、 国 内 で 精 力 的 に 研 究 が 行 わ れ て い る 。 そ れ ら の 研 究 の 多 く は 、 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え る と 面 圧 強 さ は 本 当 に 向 上 す る の か を 確 か め る こ と に 努 力 が 傾 け ら れ た 。 し か し な が ら 、 得 ら れ た 結 果 は 研 究 者 に よ り 異 な っ て い る 。 例 え ば 、 平 野 ・ 木 下 ・ 桑 野 (1 8 ) は 、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ の 組 合 せ の 影 響 を 二 円 筒 試 験 に よ り 検 討 し 、 小 歯 車 材 を 硬 く し て 硬 さ 差 を 大 き く す る ほ ど 大 歯 車 材 の 加 工 硬 化 が 著 し く な り 、 転 が り 疲 れ 強 さ が 大 き く な る 結 果 を 報 告 し て い る の に 対 し 、 金 子 (1 9 ) が 、 数 種 類 の 材 料 に 関 し て 、 硬 さ 差 が ピ ッ チ ン グ 強 さ に 及 ぼ す 影 響 を 二 円 筒 試 験 に よ り 検 討 し た 結 果 で は 、 硬 さ 差 を 大 き く す る ほ ど 、 低 硬 さ 側 の ピ ッ チ ン グ 強 さ は 逆 に 低 下 し て い る 。 また、 藤 田 ・ 吉 田 ・ 中 瀬 (² o )が同一材 (S45C)に 異 な る 熱 処理を施し、 表 面 の 硬 さ を 変 え た ロ ー ラ を 組 合 せ て 、 硬 さ 差 が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 を 検 討 し た 結 果 で は 、 硬 さ 差 は 低 硬 さ 側 の 面 圧 強 さ に 影 響 を 及 ぼ し て い な い 。

面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ の 組 合 せ の 影 響 に 関 し て 、 こ の よ う に 実 験 結 果 に 相 違 が 生 じ る 原 因 と し て は 、 ピ ッ チ ン グ 寿 命 の 判 定 基 準 が 研 究 者 に よ っ て ま ち ま ち で あ る こ と も 一 因 と し て 挙 げ ら れ る が 、 石 橋 ・ 横 手 ・ 松 本

( 2 1 ) '"  ( 2 4 )は、 一 連 の 研 究 で 硬 さ と 表 面 粗 さ の 組 合 せ が 、 ピ ッ チ ン グ 発 生 に 大 き な 影 響 を 及 ぼ す こ と を 明 ら か に し た 。 石 橋 ら は 、 表 面 の な じ み 性 が 転 が り 疲 れ に 決 定 的 な 影 響 を 及 ぼ す た め 、 接 触 す る 二 面 に 硬 さ 差 が あ る 場 合 に は 、 高 硬 さ 側 の 表 面 組 さ が 大 き な 影 響 を 及 ぼ し 、 高 硬 さ 側 の 表 面 を 非 常 に 滑 ら か に し な い と 硬 さ 差 が な い 場 合 よ り 少 な い 繰 返 し 数 で

a a  

ピ ッ ト が 発 生 す る こ と 、 硬 さ 差 が 小 さ く て も 面 圧 強 さ に 影 響 を 及 ぼ す こ と な ど を 明 ら か に し た 。

石 橋 ら に よ る 研 究 以 後 、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 組 さ の 影 響 に 関 して、 そ れ ら 相 互 の 組 合 せ が 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 さ れ る よ う に な っ た。 市 丸 ・ 中 島 ・ 平 野 (2 5 ) ..... ( 2 9 ) は 、 二 円 筒 試 験 に お い て 、 ロ ー ラ の 硬 さ の 組 合 せ や 接 触 面 の 表 面 組 さ 特 性 ， 回転比， す べ り 率 な ど の 接 触 条 件 が ピ ッ チ ン グ 寿 命 に 及 ぼ す 影 響 を 系 統 的 に 検 討 し た 。 市 丸 ら は そ の 一 連 の 研 究 で 、 硬 さ 差 を 与 え た 二 円 筒 を 歯 数 比 1の 歯 車 で 同 期 駆 動 す る 場 合 には、 高 硬 さ 側 の 表 面 粗 さ が 低 硬 さ 側 に 転 写 さ れ る こ と に よ り 、 油 膜 が 形成され、 ピ ッ チ ン グ が 発 生 し に く い が 、 1回 転 ご と に 接 触 位 置 が ず れ る場合には、 激 し い 突 起 問 干 渉 が 繰 返 さ れ る た め 、 早 期 に ピ ッ チ ン グ が 発 生 す る こ と を 示 し 、 組 さ 突 起 聞 の 干 渉 状 態 と 転 が り 疲 れ の 聞 に 密 接 な 関 係 が あ る こ と を 明 ら か に し て い る 。 な お 、 中 島 (3 o )は、 1回 転 ご と に 接 触 位 置 が ず れ て 異 な る ミ ク ロ 形 状 の 粗 さ 突 起 と 繰 返 し 接 触 す る こ と の 過酷さを、 突 起 間 干 渉 頻 度 と 呼 ば れ る パ ラ メ ー タ を 導 入 し て 評 価 す る こ

と を 試 み て い る 。

最近では、 中 島 (3 1 ) が 、 同 一 硬 さ の 調 質 鋼 ロ ー ラ (HV320)を 用 い て 転 が り 疲 れ に 及 ぼ す 表 面 粗 さ の 組 合 せ の 影 響 を 検 討 し 、 接 触 す る こ 面 の 表 面 粗 さ が 異 な る 場 合 に は 、 滑 ら か な 方 に ピ ッ チ ン グ の 発 生 が 著 し く 、 ピ ッ チ ン グ の 発 生 状 況 に 明 瞭 な 差 異 が あ る こ と を 明 ら か に し て い る 。 中 島

・角田(3 2 ) は さ ら に 硬 い 調 質 鋼 ロ ー ラ (HV450)を 用 い て 転 が り 疲 れ に 及 ぼ す 表 面 粗 さ の 組 合 せ の 影 響 に つ い て 検 討 を 加 え 、 そ の 影 響 が 硬 い ほ ど 顕 著 に な る こ と も 明 ら か に し て い る 。 また、 中 島 ・ 阿 知 波 (3 3 )は接触す る 二 面 の 硬 さ が 異 な る 場 合 に 、 高 硬 さ 側 の 粗 さ 形 状 が 低 硬 さ 側 の 摩 耗 と ピ ッ チ ン グ 発 生 状 況 に 影 響 を 及 ぼ す こ と を 明 ら か に し て い る 。

面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 粗 さ の 組 合 せ の 影 響 に 関 し て 、 定 量 的 な 検 討 も 試 み ら れ て い る 。 上 野 ・ 有 浦 ・ 中 西 (3 4 ) (3 5 )は同一組さ、 同 一 硬

'h d 

‑ ‑ ・

さ の ロ ー ラ 試 験 片 を 組 合 せ て 表 面 粗 さ が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 詳細に検討し、 表 面 粗 さ が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 は 極 め て 大 き い こ と 、 初 め の 硬 さ が 大 き い ほ ど 組 さ の 影 響 が 大 き く な る こ と を 明 ら か に し て い

る。

こ れ ま で は 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 粗 さ の 影 響 に つ い て 、 主 に 二 円 筒 試 験 に よ る 研 究 内 容 に つ い て 述 べ て き た が 、 歯 車 試 験 で も 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 組 さ の 影 響 は 検 討 さ れ て い る 。

面 圧 強 さ に 及 ぼ す 表 面 粗 さ の 影 響 に つ い て 、 G.Niemann. R.Richter 

( 3 6 ) ( 3 7 )は、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 歯 面 仕 上 げ 法 の 影 響 を 歯 形 精 度 の 影 響 と して取り扱い、 歯 形 精 度 が 面 圧 強 さ に 大 き な 影 響 を 及 ぼ す こ と を 明 ら か に し た 。 そ の 後 、 G.Niemann. H.Botsch(38) は、 表 面 粗 さ が 減 少 す る と そ の 減 少 率 と だ い た い 同 じ 割 合 で ピ ッ チ ン グ 限 界 荷 重 が 増 加 す る こ と を 示し、 表 面 粗 さ が 面 圧 強 さ に 大 き な 影 響 を 及 ぼ す こ と を 明 ら か に し た 。

国 内 で も 中 西 ・ 上 野 ・ 有 浦 ・ 村 田 (^3 9 ) が 、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 歯 面 仕 上 げ の 影 響 を 検 討 し 、 面 圧 強 さ に 表 面 組 さ が 大 き な 影 響 を 及 ぼ す こ と を 明 ら か に し て い る 。 また、 滝(.4  13 ) は ピ ッ チ ン グ 強 さ に 及 ぼ す 歯 面 仕 上 げ 法 . 表 面 粗 さ ・ 潤 滑 条 件 ・ 回 転 数 な ど の 多 く の 因 子 の 影 響 を D 値 で 整 理 し て 評 価 す る こ と を 提 案 し て い る 。 さ ら に 、 滝 (.4  1 ) は 同 一 硬 さ の 研 削 歯 車 と ホ ブ 切 り 歯 車 を 組 合 せ て 実 験 を 行 い 、 研 削 歯 車 ど う し の 組 合 せ の ピ ッ チ ン グ 強 さ に 比 べ 、 ホ ブ 切 り 歯 車 ど う し の ピ ッ チ ン グ 強 さ が か な り 低 く な る こ と 、 研 削 歯 車 と ホ ブ 切 り 歯 車 を 組 合 せ る と そ の ピ ッ チ ン グ 強 さ は ホ ブ 切 り 歯 車 ど う し の 組 合 せ の ピ ッ チ ン ク 強 さ よ り さ ら に 低 く な る こ と を示し、 面 圧 強 さ に 表 面 組 さ の 組 合 せ が 大 き な 影 響 を 及 ぼ す こ と を 明 ら かにした。

面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 粗 さ の 影 響 に つ い て は 、 前 述 し た よ う に 、 G.Niemann. R.Richter(12)が 歯 面 研 削 し た 表 面 硬 化 歯 車 と 中 硬 度 歯 車 を 組 合 せ る と 中 硬 度 歯 車 の 負 荷 容 量 が 増 加 す る と い う 結 果 を 発 表 し て い る 。

内h

u

.̲̲.，・・L

こ の 結 果 に 対 し 、 上 野 ・ 石 橋 ・ 田 中 (^4 2 )は 歯 車 の 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ 差 の 影 響 を 調 べ 、 同 一 硬 さ の 組 合 せ で は 、 歯 面 の な じ み が 期 待 で き る が 、 硬 さ 差 の あ る 組 合 せ で は 、 高 硬 さ 側 の 歯 面 を バ フ 仕 上 げ 面 程 度 ま で 滑 ら か に し な い と な じ み が な さ れ ず 、 少 な い 繰 返 し 数 で 運 転 不 能 に な る こ と を 明 ら か に し て い る 。 また、 田 中 ・ 石 橋 ・ 上 野 (4 3 )は、 ホ プ 切 り 歯 車 ど う し の 組 合 せ に お い て 、 被 動 歯 車 の 硬 さ を HB180程 度 と な じ み や す く し て 硬 さ 差 の 影 響 を 検 討 し 、 こ の よ う な 場 合 、 硬 さ 差 は ピ ッ チ ン グ 強 さ に ほ と ん ど 影 響 を 及 ぼ さ な い こ と を 報 告 し て い る 。 高 硬 さ 側 の 歯 車 の 表 面 粗 さ の 影 響 に つ い て 、 市 丸 ・ 木 下 ・ 平 野 (4 4 )は、 硬 さ 差 を つ け た ホ ブ 切 り 歯 車 ど う し の 組 合 せ に お い て 、 高 硬 さ 側 歯 車 に ロ ー ラ 加 工 を 施 し て 歯 形 を ほ と ん ど 変 化 さ せ な い で 表 面 粗 さ の み を 小 さ く し た 組 合 せ と ロ ー ラ 加 工 を 施 さ な い 組 合 せ の ピ ッ チ ン グ 発 生 状 況 を 比 較 し 、 表 面 粗 さ の 突 起 間 干 渉 が ピ ッ チ ン グ 寿 命 に 大 き な 影 響 を 及 ぼ す こ と を 確 認 し て い る 。

中 西 ・ 上 野 ・ 有 浦 ・ 宮 本 ・ 村 田 (4 S ) ( 4 6 )は、 通 常 実 用 さ れ て い る 歯 面 仕 上 げ を 施 し た 中 硬 度 歯 車 に お い て 硬 さ 差 が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 し 、 研 削 歯 車 ど う し の 組 合 せ に お い て も 、 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え る こ と に よ り 低 硬 さ 側 ( 大 歯 車 ) の 面 圧 強 さ 向 上 は 期 待 で き な い こ と を 明 ら か に し た 。 石 橋 ・ 田 中 ・ 江 副 (^4 7 ) は 歯 面 を 鏡 面 に 仕 上 げ た 浸 炭 歯 車 お よ び 通 常 の 歯 菌 研 削 を 施 し た 浸 炭 歯 車 を 低 硬 度 歯 車 ま た は 中 硬 度 歯 車 と 組 合 せ て 実 験 を 行 い 、 低 硬 度 側 ( 被 動 歯 車 ) の 面 圧 強 さ に 高 硬 さ 側 ( 駆 動 歯 車 ) の 表 面 粗 さ が 大 き く 影 響 す る こ と 、 高 硬 さ 側 歯 面 を 銭 面 に 仕 上 げ て 組 合 せ る こ と に よ り 低 硬 さ 側 の 面 圧 強 さ 向 上 を 期 待 で き る こ と を 明

ら か に し て い る 。

以 上 述 べ て き た よ う に 、 中 硬 度 材 の 面 圧 強 さ に は 、 硬 さ と 表 面 粗 さ 相 互 の 関 係 が 大 き な 影 響 を 及 ぼ す こ と は 既 に 明 ら か に さ れ て お り 、 そ れ ら の 結 果 は 歯 車 の 設 計 ・ 製 作 に も 反 映 さ れ て き て い る 。 例えば、

A G M A ( 8 )

や

1S O  ( 

9 )な ど の 設 計 式 で は 、 大 歯 車 ( 低 硬 さ 側 〉 の 面 圧 強 さ の 向 上 を 期 待

‑ 7 ‑

.̲̲.圃』

し て 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え る 場 合 に は 、 高 硬 さ 側 の 表 面 組 さ が 低 硬 さ 側

の 面 圧 強 さ に 影 響 を 及 ぼ す こ と を 考 慮 し 、 小 歯 車 を 歯 面 研 削 し て 歯 面 を 滑 ら か に す る よ う 規 定 し て い る 。 しかし、 そ れ ら の 設 計 式 で は 、 小 歯 車 の 表 面 粗 さ の み が 考 慮 さ れ て お り 、 大 歯 車 の 表 面 粗 さ と の 関 連 が 明 確 に 示 さ れ て い な い こ と や 、 小 歯 車 の 表 面 粗 さ の 許 容 値 が か な り 大 き い こ と か ら 、 前 述 の 研 究 結 果 を 考 慮 す る と 、 規 格 ど お り に 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え る こ と に よ っ て 面 圧 強 さ を 向 上 さ せ ら れ る の か 疑 問 で あ る 。 一 方 、 小 歯 車 と 大 歯 車 で は 、 大 き さ ・ 材 料 ・ 硬 さ が 異 な る こ と が あ る こ と か ら 、 歯 面 仕 上 げ 状 態 が 異 な る こ と が あ る が 、 通常、 実 用 さ れ て い る 硬 さ ・ 表 面 粗 さ の 相 互 の 組 合 せ が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 に つ い て の 検 討 は 、 十 分 に な さ れ て い な い 。 す な わ ち 、 こ れ ま で の 研 究 で は 、 硬 さ と 表 面 粗 さ の 影 響 が 比 較 的 現 れ に く い 純 転 が り 条 件 で 実 験 が 行 わ れ て い た り 、 中 硬 度 材 と 焼 な ま し 材 の 組 合 せ や 硬 さ 差 を を 非 常 に 大 き く し 、 高 硬 さ 側 を 極 め て 滑 ら か に し た 組 合 せ な ど 、 通常、 実 用 さ れ て い る 硬 さ ・ 表 面 粗 さ の 組 合 せ が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 を 系 統 的 に 検 討 し た も の は 以 外 と 少 な い 。

‑8‑

...... 世..‑.

1 .   3 

本 研 究 の 内 容

本研究では、 中 硬 度 歯 車 の 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 粗 さ 相 互 の 組 合 せ の 影 響 を 、 硬 さ ・ 表 面 粗 さ を 設 定 し や す い 二 円 筒 試 験 に よ り 調 べ 、

そ の 結 果 に 基 づ い て 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え る 意 味 を 検 討 し た 。 そ の 内 容 は 次 の 通 り で あ る 。

第 2 章では、 中 硬 度 歯 車 の 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 組 さ 相 互 の 組 合 せ の 影 響 を 、 歯 面 の 接 触 を 二 円 筒 ( ロ ー ラ ) の 接 触 で シ ミ ュ レ ー ト し て 調 べ る 意 義 と そ の 方 法 に つ い て 説 明 す る と と も に 、 使 用 し た 試 験 機 ・ 試 験 片 ・ 潤 滑 油 お よ び 実 験 方 法 に つ い て 述 べ た 。

第

3

章では、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 組 さ 相 互 の 組 合 せ の 影 響 に 関 し て 、 特 に 表 面 粗 さ の 組 合 せ の 影 響 に 着 目 し 、 同 一 硬 さ の ロ ー ラ 試 験 片 の 接 触 面 を 種 々 の 表 面 粗 さ に 仕 上 げ て 組 合 せ 、 表 面 粗 さ の 組 合 せ が 面 圧 強 さ お よ び 表 面 損 傷 形 態 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 し た 結 果 を 述 べ た 。

第 4 章では、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 粗 さ 相 互 の 組 合 せ の 影 響 を 種 々 の 硬 さ ・ 表 面 粗 さ に 仕 上 げ た ロ ー ラ 試 験 片 を 用 い て 検 討 し 、 前 章 と 本 章 の 実 験 結 果 に 基 づ い て 中 硬 度 歯 車 の 歯 車 対 に 硬 さ 差 を 与 え る 意 味 に つ い て 考 察 し た 内 容 を 述 べ た 。

第

5

章 で は 、 本 研 究 で 得 ら れ た 成 果 と そ れ に 関 し て 現 在 、 一 般 に 用 い ら れ て い る 設 計 式 の 問 題 点 を 要 約 し て 述 べ 、 結 論 と し た 。

、 ̲ ̲ . ・ ・

^h

参 考 文 献

( 1 )  

上 野 拓 編 : 歯 車 工 学 ， 共 立 出 版

(1977) 9 5 .   ( 2 )

朝 鍋 定 生 ・ 松 本 将 :潤滑，

2 4 ‑ 1   (1979)  5 .   ( 3 )  

日 本 機 械 学 会 ， 技術資料， 歯 車 強 さ 設 計 資 料 ，

1 1 5  . 

( 4 )  

武 居 正 彦 ・ 山 田 寿 夫 ・ 上 野 拓 : 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ，

4 0 ‑ 3 3 4   (  1984)  1 8 3 4 .  

( 5 )  

日 本 機 械 学 会 ，

RS‑SC38

歯 車 の 精 度 と 設 計 に 関 す る 調 査 研 究 分 科 会 研 究 成 果 報 告 書 ，

(1977)  2 3 6 .  

( 6 )  

滝 震 彦 : 学 位 論 文 ，

1 3 4 .  

( 7 )  

日 本 機 械 学 会 ，

RS‑SC38

歯 車 の 精 度 と 設 計 に 関 す る 調 査 研 究 分 科 会 研 究 成 果 報 告 書 ，

(1977)  2 3 0 .  

( 8 )   AGMA  2 1 8 . 0 1 ，  Rating  t h e   Pitting  Resistance  a n d   Bending  Strength  o f   Spur  a n d   Helical  Involute  Gear  Teeth (  1982)  ( 9 )   IS0/D1S  6336/2 (1983) 

，

Caiculation  o f   l o a d   capacity  o f   spur 

a n d   herical  gears  ‑ Part2:Calculation  o f   surface  durability  (pitting). 

( 1 0 )   S .   W a y   :  J .   A p p l .   M e c h .

， 

2  (1935)  A 4 9 .  

( 1 1 )   E .   Buckingham  : Analytical  Mechanics  o f   G e a r s

， 

H i l l   (1949))

， 

Dover  Publication (1963)  5 3 0 .  

(  McGrdw‑

( 1 2 )   G .   Niemann  u .   W .   Richter  K 

0 

n  s  t  r  u  k  t  i  o n  

， 

1  2  (  1  9  6  0 )   3  6  0  . 

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『・ー~

Vol.  188  54/74  ( 1975)  673. 

(18)平 野 富 士 夫 ・ 木 下 勝 ・ 桑 野 則 行 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 29‑205 (1963)  1442. 

(19)金 子 孝 治 郎 : 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 35‑270 (1969)  417. 

(20) 藤 田 公 明 ・ 吉 田 彰 ・ 中 瀬 和 夫 :潤滑， 24‑6  (1979)  377. 

(21)石 橋 彰 ・ 横 手 孝 : 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 35‑277 ( 1969)  1929. 

(22)石 橋 彰 ・ 松 本 将 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 38‑307  (1972)  643. 

(23)石 橋 彰 ・ 横 手 孝 1778. 

(24) 石 橋 彰 ・ 横 手 孝 (25)平 野 富 士 夫 ・ 市 丸

日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 40‑334 (1974) 

潤滑， 20‑3  (1975)  134. 

和 徳 ・ 中 島 晃 :潤滑， 18‑2  ( 1973)  145. 

(26) 市 丸 和 徳 ・ 中 島 晃 ・ 平 野 富 士 夫 799 . 

(27) 中 島 晃 ・ 市 丸 和 徳 ・ 平 野 富 士 夫 255. 

(28) 中 島 晃 ・ 市 丸 和使、・平野 富 士 夫 291 . 

(29)市 丸 和 徳 ・ 中 島 晃 ・ 平 野 富 士 夫 655. 

(30) 中 島 (31)中 島

潤滑， 20‑11 ( 1975) 

潤滑， 22‑4  ( 1977) 

潤滑， 22‑5  (1977) 

潤滑， 22‑10 (1977) 

晃 : 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 51‑462，C (1985)  342. 

(32) 中 島 21. 

(33) 中 島 晃 ・ 阿 知 波 博 也 : 日 本 機 械 学 会 講 演 論 文 集 ， No.  908 ‑2  晃 : 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 54‑499，C (1988)  679^， 

晃 ・ 角 田 芳 治 : 日 本 機 械 学 会 講 演 論 文 集 ， N o.9 0 8 ‑1 ( 1 9 9 0 ) 

4i  

‑EEム

、~

(1990)  16. 

(34)上 野 拓 ・ 有 浦 泰 常 ・ 中 西 勉 No. 7 9 0 ‑1 7 ( 1 9 7 9)  3 1 5 . 

(35) 中 西 勉 ・ 有 浦 泰 常 ・ 上 野 拓 1151. 

日 本 機 械 学 会 講 演 論 文 集 ，

機 械 の 研 究 ， 35‑10  (1983) 

(36)  G.  Niemann 

u .  

W.  Richter  K 0 n s t r u k t i on ， 1 2 ( 1 9 6 0) 2 6 9 .  (37) G.  Niemann u.  W.  Richter 

(38) G.  Niemann u.  H.  Botsch  (39) 中 西 勉 ・ 上 野 拓 ・ 有 浦

K 

0 n s t r 

u  k 

t i on ， 1 2 ( 1 9 6 0)  3 9 7 .  K 0 n s t r u k t i on， 1 8 ( 1 9 6 6)  4 8 1 .  泰 常 ・ 村 田 等 : 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 46‑406 (1980)  660. 

(40) 滝 震 彦 : 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 47‑416，

C 

(1981)  493. 

(41)滝 震 彦 : 日 本 機 械 学 会 講 演 論 文 集 ， No.  7 5 0 ‑9 ( 1 9 7 5)  1 7 .  (42)上 野 拓 ・ 石 橋 彰 ・ 田 中 成 忠 : 日 本 機 械 学 会 講 演 論 文 集 ，

No.  7 3 0 ‑1 8 ( 1 9 7 3)  9 9 . 

(43) 田 中 成 忠 ・ 石 橋 彰 ・ 上 野 拓 日 本 機 械 学 会 講 演 論 文 集 ， No.  7 6 0 ‑6 ( 1 9 7 6)  6 9 . 

(44)市 丸 和 徳 ・ 木 下 和 久 ・ 平 野 富 士 夫 潤滑， 23‑7  (1978)  504. 

(45) 中 西 勉 ・ 上 野 拓 ・ 有 浦 泰 常 ・ 宮 本 義 則 ・ 村 田 等 : 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 45‑398 (1979)  1165. 

(46) 中 西 勉 ・ 有 浦 泰 常 ・ 上 野 拓 : 日 本 機 械 学 会 論 文 集 ， 53‑492，C (1987)  151. 

( 47)  A.  1 s h i b a s hi， S.  T a n a k a & S.  E Z 0 e  symp.  Tribol.  (1987)  339. 

Proc.  12th  Leeds‑Lyon 

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2

重量

2.  1 緒 言

言式慮食井守・言式慮食務長・手間才骨ま自主3 よ て 〆 多 主 題 食

ヌ ヨ

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2 .   2 

歯車対とローラ対の対応

2.  3  バックアップロール式ローラ試験機

2.  4  ローラ試験片 2.4.1  試験片形状

2.4.2  材種・熱処理・硬さ 2.4.3  表面組さ

2 .   5 

潤滑油

2.  6  実験方法

. ̲ ̲ ̲ ̲  

第

2

章 試 験 機 ・ 試 験 片 ・ 潤 滑 油 お よ び 実 験 方 法

2.  1 

緒 ^雷ロ

中 硬 度 歯 車 の 面 圧 強 さ に は 、 硬 さ ・ 表 面 粗 さ の ほ か に 、 材 料 (1} {7}

，

熱 処 理 〈 表 面 処 理 )( 8) ( 9) ， 歯 車 精 度 t18} {12}， 潤 滑 油 (1 3 ) ....  ( 1 7 )など多

く の 因 子 が 影 響 を 及 ぼ す 。 し た が っ て 、 硬 さ ・ 表 面 粗 さ の 組 合 せ が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 を 調 べ る 場 合 に は 、 硬 さ ・ 表 面 粗 さ 以 外 の 因 子 が 実 験 結 果 に 及 ぼ す 影 響 の 程 度 が 、 個 々 の 試 験 歯 車 ご と に 異 な ら な い よ う に し な く て は な ら な い 。 図

2.  1

に 歯 車 精 度 と 歯 面 仕 上 げ 法 の 関 係 (1 8 ) 家1を、

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(b)  歯形誤差

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図 2. 1  歯 車 精 度 と 歯 面 仕 上 げ 法 の 関 係 (1 a ) 

* 

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図

2 . 2

に 同 一 時 に 製 作 し た 歯 車 の 表 面 粗 さ の ば ら つ き (1 9 ) 

* 

^{2を示す。}

歯 車 の 精 度 や 表 面 粗 さ は 図

2 . 1 .

面 圧 強 さ に 影 響 を 及 ぼ す 因 子 の う ち 、

同 一 仕 上 げ 法 で 加 工 さ れ た 歯 車 で も 使 用 し た 工 作 に 示 す よ う に 、

図

2 . 2

均 一 な 試 験 歯 車 を 製 製 作 時 期 な ど に よ り 異 な る こ と が 多 い た め 、

機械、

小 歯 車 と 大 歯 車 で 歯 面 仕 上 げ 法 が 異 しかも、

作 す る こ と は 困 難 で あ る 。

実 験 結 果 に お い て なると、

面 圧 強 さ に 及 ぼ す 表 面 組 さ の 影 響 と 歯 車 精 度 の 影 響 を 分 離 で き な い 。

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金 表 面 粗 さ だ け で な く 歯 車 精 度 も 異 な る た め 、

20 

15 

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5 

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HVJ 15 

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HV255 

同 一 時 に 製 作 し た 歯 車 の 表 面 組 さ の ば ら つ き (1 9 )本2

‑ 1 4 ‑

2 

図 2.

宮 田 ‑

そこで、 本 研 究 で は 、 硬 さ ・ 表 面 粗 さ な ど の 条 件 を 比 較 的 容 易 に 設 定 し う る 二 円 筒 ( ロ ー ラ ) の 接 触 で 歯 面 の 接 触 を シ ミ ュ レ ー ト し て 、 硬 さ と 表 面 粗 さ の 組 合 せ が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 を 系 統 的 に 調 べ た 。 本 章 で は 、 硬 さ と 表 面 組 さ の 組 合 せ が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 を 二 円 筒 試 験 で 調 べ る

こ と の 意 義 お よ び シ ミ ュ レ ー ト の 方 法 、 使 用 し た 試 験 片 ・ 試 験 機 ・ 潤 滑 油 お よ び 実 験 方 法 に つ い て 述 べ る 。

本1 図 中 の 歯 車 精 度 は 調 査 し た 会 社 に お け る 指 定 精 度 で あ り 、 焼 入 歯 車 の み を 対 象 と し て 整 理 し て い る 。 な お 、 各 歯 面 仕 上 げ 法 ご と の 調 査 総 数 は 歯 面 研 削 :120， シ ェ ー ピ ン グ :80， ホ ブ 切 り :1 7である。

* 2  

各 グ ル ー プ ご と に 12個 の 歯 車 の 表 面 、 裏 面 の 表 面 粗 さ ( 計 24面 ) に つ い て 調 査 し て い る 。 図 中 の 各 点 は 一 つ の 歯 車 の 任 意 の 歯2枚 に つ い て 各6点 ( 計 12点 ) の 表 面 粗 さ を 測 定 し 、 そ れ ら を 平 均 し た 値 を 示

している。

‑15‑

宮 田 ‑ ‑ ‑

2 .   2 

歯 車 対 と ロ ー ラ 対 の 対 応

歯 車 試 験 で は 、 前 述 し た よ う に 、 個 々 の 試 験 歯 車 の 精 度 を 揃 え る の が 困 難 で あ る 。 歯 車 精 度 が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 、 市 丸 ・ 木 下 ・ 平 野 (11 ) は 互 い に 接 触 す る 歯 面 に 、 凸 部 と 凸 部 の 接 触 と な る よ う な 形 で 歯 形 誤 差 が 存 在 す る 場 合 、 そ の 部 分 が か み 合 う と き に 動 荷 重 の ピ ー ク が 現れ、 そ の 位 置 に お い て ピ ッ ト の 発 生 が 激 し い こ と を 示 し た 。 こ の 結 果 は 、 歯 車 の 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 歯 形 誤 差 の 影 響 に 関 し て 、 歯 形 誤 差 の 大 き さ だ け で は な く 、 相 手 歯 車 の 歯 形 誤 差 形 状 と の 関 係 ま で も 考 慮 す る 必 要 の あ る こ と を 意 味 し て い る 。 し か も 、 歯 車 の か み 合 い に お い て 、 歯 面 荷 重 ・ す ベ り 方 向 ・ す べ り 率 な ど は か み 合 い 位 置 に よ り 異 な る た め 、 ピッ

ト の 発 生 状 況 は 歯 面 上 で 一 様 で は な い {28}{2110 このため、 歯 形 誤 差 が ピ ッ ト の 発 生 に 及 ぼ す 影 響 は 、 歯 面 上 の 位 置 に お い て も 異 な っ て お り 、 復 雑 で あ る (1 t)。

歯 形 誤 差 に 加 え て 、 ピ ッ チ 誤 差 も 面 圧 強 さ に 影 響 を 及 ぼ す 。 田 中 ・ 江 副 ・ 井 寺 ・ 馬 渡 (1 2 ) は ピ ッ チ 誤 差 以 外 の 歯 車 精 度 が

J I S M O O

^{な い し}

H O

^級

( 2 2 ) で 、 歯 面 を 銭 面 (0.1‑‑‑‑0.2μ 田 〉 に 仕 上 げ た 歯 車 を 用 い て 笑 験 を 行 い 、 ピ ッ チ 誤 差 は 歯 の た わ み 量 と 関 連 し て 面 圧 強 さ に 影 響 を 及 ぼ す こ と を 明 ら か に し て い る 。 こ の よ う に 、 歯 車 精 度 が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 は 誤 差 の 大 き さ だ け で な く 、 誤 差 の 形 状 や 運 転 条 件 に よ り 異 な り 、 しかも、 い ろ い ろ な 誤 差 が 相 互 に 影 響 し 合 う た め 、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 組 さ の 影 響 を 歯 車 試 験 で 調 べ る 場 合 に 、 実 験 結 果 に お い て 、 歯 車 精 度 と 硬 さ ・ 表 面 粗 さ の 影 響 を 厳 密 に 分 離 す る こ と が 難 し い 。

歯 車 試 験 に 対 し 、 歯 面 の 接 触 を 二 円 筒 の 接 触 で シ ミ ュ レ ー ト す る 二 円 筒試験では、 硬 さ ・ 表 面 粗 さ な ど の 条 件 の 設 定 が 比 較 的 容 易 に 行 え 、 し か も 試 験 片 を 精 度 良 く 製 作 す る こ と が で き る の で 、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 組 さ の 影 響 だ け を 取 り 出 し て 調 べ る こ と が 可 能 で あ る 。

ところで、 通 常 、 歯 車 の ピ ッ チ ン グ は 小 歯 車 ・ 大 歯 車 と も 一 対 か み 合

‑ 1 6 ‑

官 固 ー . . ‑ .

い 領 域 で ピ ッ チ 点 よ り や や 歯 元 側 の す べ り 率 が 負 と な る 位 置 に 起 こ る こ

と が 多 い (² o ) (2 1)。 そ の た め 、 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 硬 さ と 表 面 粗 さ の 組 合 せ の 影 響 を 二 円 筒 試 験 で 調 べ る 場 合 に は 、 ピ ッ チ 点 よ り や や 歯 元 側 の す べ り 率 が 負 と な る 位 置 の 歯 面 の 接 触 状 態 を シ ミ ュ レ ー ト し て 調 べ る 必 要 がある。 ただし、 そ の 場 合 に 小 歯 車 ま た は 大 歯 車 の ど ち ら か 一 方 の 歯 元 部 を シ ミ ュ レ ー ト し て 調 べ る だ け で は 不 十 分 で あ る 。 これは、 小 歯 車 と 大 歯 車 の 歯 面 仕 上 げ 状 態 が 異 な る 歯 車 対 で は 、 小 歯 車 と 大 歯 車 の ピ ッ ト 発 生 状 況 が 異 な る こ と が 予 想 さ れ る た め で あ る (2 3)。

こ の こ と に 関 し 、 歯 車 で 得 ら れ た 一 例 と し て 、 同 一 硬 さ の 研 削 歯 車 と ホ ブ 切 り 歯 車 を 組 合 せ て 行 っ た 実 験 結 果 を 述 べ る 。 実 験 に 使 用 し た 試 験 平 歯 車 の 諸 元 を 表 2. 1に、 実 験 条 件 お よ び 結 果 の 概 要 を 表 2.2に示す。

図2.3、 図2.4、 図2.5 に そ れ ぞ れ 、 繰 返 し 数 に 対 す る ピ ッ ト の 発 生 状 況 、 歯形の変化、 表 面 粗 さ の 変 化 を 示 す 。 図 2.3‑‑2.5に お い て 、 繰 返 し 数 に 対 す る ピ ッ ト の 増 加 ・ 歯 形 お よ び 表 面 粗 さ の 変 化 は 研 削 歯 車 ( 小 歯 車 ) の 方 が ホ プ 切 り 歯 車 ( 大 歯 車 ) に 較 べ て 激 し く 、 小 歯 車 と 大 歯 車 の 歯 面 損 傷 状 態 が 異 な っ て い る 。

表 2. 1  試 験 平 歯 車 の 諸 元

Pinion  Gear  Hodule 

Pressure  angle 

^20。

Number  o f   teeth 

2 1  3 1 

Pitch  dia

皿

eter

126  186 

Facewidth 

15  15 

司t

g

・0l&

‑ ‑ ‑ ‑

表

2 . 2 

実 験 条 件 お よ び 結 果 の 概 要

T  e  s  t N o .   G‑27 

P  i  n  i  o n  ( P )

， 

Gear(G)  P  G 

Material  SCM435  SCM435 

Brinell  hardness  number  H B   326  325  Tooth  surface‑finishing

田

ethod Grinding  Hobbing  Tooth  surface  roughness  R

田

axμ

皿

1 3  

Tooth  profile  error  4  2 2  

Tangential  load  Ft/b  N/

田阻

158 

K factor  N /

国田

2 2  .  1 0  

Max.  Hertzian  stress  MPa  690 

O"H 

kgf/

皿田

2 7 0  

CアH

/HB  O .  2  1  0.20  Cycles  run  N l

， 

N 2   2  x  1 0

⁶ 

1.4X 1 0

⁶ 

Pitting  area  ratio  P l

， 

P 2   2.41  0.27 

︒ ︒

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2 . 4 1 %  

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1 .  4 

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終

1. 0  

市GL 

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0 . 8  

^N 

[ G ‑ 2 7 J ，

σH 

= 6 9 0  

HPa 

0.... 

( K = 2 . 1 0  

N/rnn²⁾ 

0 . 8  

.c ，̲ 

4‑'  4‑' 

0.... 

0 . 6   0 . 6 

0 . 4   0 . 4  

0 . 2   0 . 2  

。 。

1 0

⁵ 

1 0

⁶ 

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⁷ 

1 0

⁵ 

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⁶ 

1 0

⁷ 

C y c 1 e s   r u n  

N1 

C y c 1 e s   r u n  

^ト12

( a )   P i n i o n   ( G r o u n d )   ( b )   G e a r   ( H o b b e d )  

図 2. 3  繰 返 し 数 に 対 す る ピ ッ ト の 発 生 状 況

ハ 可

M1

・ ム

冒 園 田 ‑ ‑

N1

= 

0 

l p  

r 

N

₁= 

2xl0⁶  _一

o o t

(K=2.10N/mm²) 

[G‑27]

， σH 

=690回 a

c o n t a c t   e n d  

亡二3

p i t c h   p o i n t   c o n t a c t  

b e g i n n i n g  

nH

‑

ハU‑va

‑ ‑ 一

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﹁llJ

L

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5rmn 

繰 返 し 数 に 対 す る 歯 形 の 変 化 4 

図

2.

勿 タ ァ ー

ト11

= 

0 

L J   ] 

J 

0.2mm  r ‑

ぺ v ¥

S Ct~435 ，

H o b b e d  

10⁶ 

2xl0⁶ 

Scr~435 ，

G r o u n d  

(K=2. 1 ON/mm²) 

[G‑27J，σH =690MPa 

繰 返 し 数 に 対 す る 表 面 粗 さ の 変 化

‑20‑

5 

図 2.

盲ー‑・』

したがって、 歯 面 仕 上 げ の 違 い が 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 影 響 を 二 円 筒 試 験 で 調 べ る 場 合 に は 、 図

2. 6

に 示 す よ う に 、 小 歯 車 の 歯 元 側 と 大 歯 車 の 歯 先 側 が か み あ っ て い る 状 態 と 、 小 歯 車 の 歯 先 側 と 大 歯 車 の 歯 元 側 が か み あ っ て い る 状 態 、 を シ ミ ュ レ ー ト し て 調 べ る 必 要 が あ る 。 例 え ば 、 小 歯 車 を研削歯車、 大 歯 車 を ホ ブ 切 り 歯 車 と す る 場 合 に 、 小 歯 車 の 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 歯 面 仕 上 げ の 影 響 を 調 べ る 場 合 に は 、 研 削 仕 上 げ 歯 面 に 相 当 す る ロ ー ラ を 低 速 側 に 、 ホ プ 切 り 歯 車 に 相 当 す る ロ ー ラ を 高 速 側 に 配 置 し ( 図2.6(a))、 大 歯 車 の 面 圧 強 さ に 及 ぼ す 歯 面 仕 上 げ の 影 響 を 調 べ る 場 合

に は 、 逆 に ロ ー ラ を 配 置 す る ( 図 2.6(b))。

'IA 

n J白

pコ、

pコ、

Lower speed 

Higher 

Higher speed  roller 

， 戸 戸 ‑ ‑

R o t a t i o n   R o t a t i o n  

十 一 ‑

Movement of contact point 

モ~

Oirection of tangential  f o r c e  

( a )   Contact at dedendum  of pinion  ( V

1^く

V

2)

( b )   Contact at dedendum  at gear  (V

₁

>  V

₂₎ 

図

2 . 6 

的

m

対 と ロ ー ラ 対 の 対 応

. . . ̲ . ー . . ‑ .

2 .   3 

パ ッ ク ア ッ プ ロ ー ル 式 試 験 機

本 研 究 で 用 い た バ ッ ク ア ッ プ ロ ー ル 式 試 験 機 の 概 略 を 図 2. 7に示す。

① ， ② が ロ ー ラ 試 験 片 、 ③ が 高 速 側 ロ ー ラ 取 付 軸 を 支 持 す る パ ッ ク ア ッ プ ロ ー ル で あ る 。 こ の 試 験 機 は ロ ー ラ 試 験 片 の 両 側 の な る べ く 近 い 位 置 に 軸 受 を 配 置 し て 高 荷 重 時 の 試 験 片 取 付 軸 の 変 形 を 少 な く す る と と も に 、 高 速 側 試 験 片 取 付 軸 を パ ッ ク ア ッ プ ロ ー ル で 支 持 し て 軸 受 に 加 わ る 負 荷

を 軽 減 さ せ 、 軸 受 の 長 寿 命 化 を 図 っ て い る 。 こ の よ う な 構 造 に す る こ と により、 こ の 試 験 機 で は 、 ④ の 負 荷 用 ば ね に よ り 最 大4.9kN ( 5000kgf)  ま で ロ ー ラ 押 付 け 力 を 加 え て 実 験 す る こ と が で き る 。 こ の 試 験 機 に お い て 負 荷 は ロ ー ラ 取 付 執 を ④ の 負 荷 用 ぱ ね で ③ の バ ッ ク ア ッ プ ロ ー ル に 押 し 付 け る こ と に よ り 加 え る 。 そ の た め に ロ ー ラ 駆 動 用 歯 車 取 付 軸 と ロ ー ラ 取 付 軸 を ⑤ の ユ ニ バ ー サ ル ジ ョ イ ン ト で 連 絡 す る と と も に 、 ⑤ ， ⑦ の ロ ー ラ 取 付 軸 軸 受 台 を 押 し 付 け 方 向 に 摺 動 で き る 矯 造 に し て 、 ロ ー ラ 取 付 軸 の 軸 間 距 磁 を 変 え ら れ る よ う に し て あ る 。 試 験 片 の 着 脱 作 業 を 行 い や す く す る た め 、 ロ ー ラ 取 付 軸 の 軸 間 距 離 は か な り 大 き く 取 れ る よ う に 設 計 さ れ て い る 。

ロ ー ラ 試 験 片 の 転 が り ・ 滑 り 粂 件 は ③ ， ⑤ の は す ば 歯 車 の 歯 数 比 で 設 定 し 、 ⑪ の Vプ ー リ で 駆 動 す る 。 本 研 究 で は 、 ロ ー ラ 試 験 片 の す べ り 率

を 式 (2. 1 ) で 定 義 し て い る 。 本 実 験 に お げ る 転 が り ・ 滑 り 条 件 を 表2. 1  に示す。

ロ ー ラ 試 験 片 の 表 面 温 度 は ロ ー ラ 上 部 に 銅 ー コ ン ス タ ン タ ン の 熱 電 対 を 接 触 さ せ 、 運 転 中 も 測 定 で き る よ う に し て い る (² .j)。 図

2.8

に ロ ー ラ お よ び 熱 電 対 の 取 付 状 態 、 を 示 す 。

円t

n ‑ u

〆白

. . . . . . . . . . . ‑

⑤ ユ ニ パ ー サ ル ジ ョ イ ン ト

① ロ ー ラ 試 験 片 ( 低 速 倒 )

⑪ Vプ ー リ

L一一一一一J

100 11箇

② ロ ー ラ 試 験 片 ( 高 速 白 )

図 2. 7 パ ッ ク ア ッ プ ロ ー ル 式 試 験 機

‑24‑

. . . . . . . ‑ ‑ ‑ ‑ ‑

低 速 側 SL 

V 

L ‑

V 

H 

100 

% 

S L 

= 

^× 

V 

L 

(  2 .  

高 速 側 SH  S H 

=  ^V 

^H‑

^V 

^{L  ×  100} 

^% 

V 

H 

V: 

周 速 ， 添 字 L : 低速側， H : 高 速 側

表 2. 3  転 が り ・ 滑 り 条 件

Lower  speed  Higher 

_{~p' ~ed}

ro11er  ( L )   γoiler  ( H )   Speed  of  rotation 

_rpm 

2630  3190  Peripheral  speed 

m/ s 

9.36  1  1  . 3 6   Specific  sliding 

^χ 

‑2 1   1  7  Sliding  velocity 

m/s 

2.0 

図 2. 8  ロ ー ラ 試 験 片 お よ び 熱 電 対 の 取 付 状 態

F﹁Unノ﹄

~

2.  4  ロ ー ラ 試 験 片 2.  4.  1  試 験 片 形 状

ロ ー ラ 試 験 片 の 形 状 を 図 2.9に 示 す 。 ロ ー ラ 取 付 穴 を テ ー パ ( モ ー ル ス テ ー パ No.3 )にすることで、 ロ ー ラ と 取 付 軸 の は め 合 い を 確 実 に し 、 ロ ー ラ の 取 付 精 度 を 高 め て い る 。 ロ ー ラ 取 付 軸 に は キ ー を 取 付 け 、 ロ ー ラ と 取 付 軸 間 で 滑 り が 生 じ な い よ う に し て あ る 。 本 実 験 で は 、 高 速 側 ロ ー ラ ( 一 部 の 実 験 に お い て は 低 迷 側 ロ ー ラ 〉 に 約3⁰ の チ ャ ン フ ァ ー を つ け る ことにより、 接 触 幅 を 10皿血に設定した。

25  25 

状形の片験試

一 フ 一

ロ

QU   nL  

図

~ ‑... 

2 .   4 .   2 

材 種 ・ 熱 処 理 ・ 硬 さ

ロ ー ラ 試 験 片 材 種 に は 、 中 硬 度 歯 車 材 と し て 一 般 に よ く 使 用 さ れ て い る

S C M 4 3 5

を 用 い た 。 表

2 . 4

に 試 験 片 材 の 化 学 成 分 を 示 す 。 試 験 片 に は 、 す べ て 同 一 製 造 ロ ッ ト の 鋼 材 を 使 用 し 、 所 定 の 硬 さ (~

H  B  3  4 5  

， 

H  B  3

邸，

H B 4 3 5 )

に な る よ う に 焼 入 、 焼 も ど し を 行 っ た 。 試 験 片 の 硬 さ と し て は 、 ロ ー ラ 端 面 の 硬 さ を ロ ッ ク ウ ェ ル 硬 さ 試 験 機 で 4 箇 所 測 定 し て 平 均 し た 値 を

H B

に 換 算 し て 用 い た 。

表 2. 4  試 験 片 材 の 化 学 成 分

J I S   S C M 4 3 5  

n o  

h

一

JハU

円 ︐

g

qL