DE69614366T2

DE69614366T2 - Mechanisches teil

Info

Publication number: DE69614366T2
Application number: DE69614366T
Authority: DE
Inventors: Takashi Sada
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1995-11-21
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 2002-05-23
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: EP0805291A4; EP0805291A1; JP3817590B2; WO1997019279A1; US5885690A; DE69614366D1; EP0805291B1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Maschinenteil, das eine Kontaktfläche hat, die in einen Zustand von wenigstens einem Wälzkontakt und einem Gleitkontakt mit dem ihm gegenüberliegenden anderen Teil eintritt.

Hintergrund der Erfindung

Beispiele eines Maschinenteils, das eine Kontaktfläche hat, die hauptsächlich in Wälzkontakt gebracht wird (d. h. nur in Wälzkontakt oder in Wälzkontakt mit Gleiten gebracht wird), umfassen zusätzlich zu einem Lagerrad und einem Wälzelement eines Wälzlagers eine Rolle für einen Exzentertaster. Beispiele des Wälzelements umfassen ein Wälzelement eines Getriebeinnenlagers, das in eine Drehachse einer Maschine eingebaut ist und mit der Drehachse in direkten Kontakt gebracht wird.
Dagegen umfassen Beispiele eines Maschinenteils, das eine Kontaktfläche hat, die nur in Gleitkontakt gebracht wird, eine Druckscheibe, die in Gleitkontakt gebracht wird, während sie gleichzeitig gegen eine Endoberfläche einer Rolle gepreßt wird.
Beispiele des obengenannten Exzentertasters umfassen einen Exzentertaster für einen Ventiltrieb des Motors eines Kraftfahrzeugs usw. Der Ventiltrieb besteht aus einer Nockenwelle, die gedreht wird, wenn eine Kurbelwelle des Motors gedreht wird, und einem Mechanismus zum Umwandeln der Drehung der Nockenwelle in eine Vertikalbewegung und zum Übertragen der Vertikalbewegung auf ein Tellerventil. Beispiele des Ventiltriebs umfassen in Abhängigkeit von dem jeweils verschiedenen Übertragungsmechanismus Ventiltriebe von Typen wie etwa einem Kipphebeltyp, einem Schwenkarmtyp und einem Direkttyp.
Bei dem Ventiltrieb wird die Drehung der Nockenwelle herkömmlich durch einen Nocken der Nockenwelle und einen Exzentertaster, der mit einer Außenumfangsfläche des Nockens in Gleitkontakt gebracht wird, in eine Vertikalbewegung umgewandelt. Um die Drehbelastung der Nockenwelle zu verringern, ist jedoch in den letzten Jahren die Zahl von Ventiltrieben einer solchen Konstruktion gestiegen, bei der eine Rolle (eine Rolle für einen Exzentertaster) an dem Exzentertaster drehbar angebracht ist und ein Außenring der Rolle für einen Exzentertaster mit der Außenumfangsfläche des Nockens der Nockenwelle in Wälzkontakt gebracht wird.
Beispielsweise ist jedoch bei einem OHC-Motor oder einem DOHC-Motor eine Nockenwelle über einem Motorgehäuse positioniert, so daß dadurch die Tendenz besteht, daß zu wenig Schmieröl zugeführt wird, und im Gegensatz zu einer Laufringfläche des Lagerrads und einer Außenumfangsfläche des Wälzelements des Wälzlagers ist eine Außenumfangsfläche eines Nockens nicht sauber oberflächenbearbeitet und sehr rauh. Deshalb wird kein ausreichender Schmierölfilm auf einer Außenumfangsfläche einer Rolle für einen Exzentertaster ausgebildet.
Daher kommt es an einer Wälzkontaktfläche der Rolle für einen Exzentertaster mit dem Nocken zu einer Beschädigung, die Abschälen genannt wird, wodurch die Lebensdauer eines Außenrings der Rolle für einen Exzentertaster erheblich verkürzt wird.
Dagegen ist eine Technik vorgeschlagen worden, um an einer Wälzkontaktfläche sehr kleine Vertiefungen auszubilden, wobei die Vertiefungen als ein Ölsumpf dienen und durch die Zufuhr von Öl aus dem Ölsumpf ein Ölfilm auf der Wälzkontaktfläche gebildet wird (siehe beispielsweise JP-OS Nr. 172608/1991). Es ist daran gedacht, die Technik auf ein Maschinenteil wie etwa eine Rolle für einen Exzentertaster zu übertragen.
Es kann jedoch manchmal der Fall sein, daß keine ausreichende Lebensdauer erhalten wird, je nachdem, wie die sehr kleinen Vertiefungen ausgebildet sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Maschinenteil, das sehr kleine Vertiefungen hat, die an seiner Kontaktfläche ausgebildet sind, die in Wälz- oder Gleitkontakt gebracht wird, als ein Maschinenteil mit langer Lebensdauer und der stabilen Fähigkeit, einen Ölfilm zu bilden, bereitzustellen.
DE 43 26 768 A1 gibt ein Verfahren zur Herstellung von Gleitflächen, insbesondere für Maschinenteile nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, an, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen und mit Schmiermittel versehen sind. Die Gleitflächen werden zunächst durch Schleifen hergestellt, um eine regelmäßige Oberflächenstruktur mit einer geringfügigen Rauhigkeit zu erhalten. Anschließend wird die regelmäßige Oberflächenstruktur durch einen Feststoffteilchenstrahl geändert, um eine Rauhigkeit Rz ≤ 3 um zu erhalten.

Offenbarung der Erfindung

Um die obengenannte Aufgabe zu lösen, ist bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Maschinenteil, das eine Kontaktfläche hat, die in einen Zustand von wenigstens einem Wälzkontakt und einem Gleitkontakt mit einem ihm gegenüberliegenden Gegenstück eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß eine größere Anzahl von sehr kleinen Vertiefungen, die voneinander unabhängig sind, an der Kontaktfläche ausgebildet ist, die maximale Höhe Ry in einem Bereich, der durch eine Referenzlänge aus einem Rauhigkeisprofil extrahiert ist, das durch Schneiden der Kontaktfläche durch eine zu der Kontaktfläche senkrechten Ebene erhalten ist, 1 bis 3 um ist, und die verringerte Spitzenhöhe RPK, die auf der Basis einer auf den extrahierten Bereich bezogenen Lastkurve erhalten wird, einer Beziehung RPK/Ry ≤ 0,1 zu der maximalen Höhe Ry genügt.
Diese Ausführungsform erfüllt die folgende Funktion. Die Kontaktfläche, deren maximale Höhe einem vorbestimmten Betrag entspricht (1 bis 3 um) und die der Bedingung RPK/Ry ≤ 0,1 genügt, hat sehr kleine Vertiefungen, die spärlich verteilt, aber tief sind, und ist nahe ihrer Oberfläche relativ glatt. Infolgedessen ist durch den glatten Oberflächenbereich eine ausreichend große Kontaktfläche gewährleistet, und von den sehr kleinen Vertiefungen, die spärlich verteilt, aber tief sind, kann ein mengenmäßig ausreichender Ölsumpf gebildet werden. Außerdem wird bevorzugt, daß RPK/Ry nicht größer als 0,05 ist.
Ferner wird die obengenannte Bedingung, die sich auf die maximale Höhe Ry und den Wert RPK/RY bezieht, bevorzugt, wenn das entlang der Wälzrichtung extrahierte Rauhigkeitsprofil der Bedingung im Fall der Wälzkontaktfläche genügt, und sie wird bevorzugt, wenn das entlang der Gleitrichtung extrahierte Rauhigkeitsprofil der Bedingung im Fall der Gleitkontaktfläche genügt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der offenen Fläche der sehr kleinen Vertiefungen zu der Gesamtfläche der Kontaktfläche 5 bis 20%.
Der Grund, weshalb das Flächenverhältnis auf diesen Bereich beschränkt ist, ist folgender. Wenn das Flächenverhältnis kleiner als 5% ist, gibt es wenige sehr kleine Vertiefungen, wodurch die Fähigkeit, einen Schmierölfilm zu bilden, verringert ist. Wenn dagegen das Flächenverhältnis 20% übersteigt, tendieren die sehr kleinen Vertiefungen dazu, größer zu werden. Es ist also möglich, daß Risse auftreten, Vibrationen und Lärm beim Abwälzen zunehmen und ein Gegenstück beschädigt wird. Insbesondere ist das Flächenverhältnis stärker bevorzugt 5 bis 10%. Der Grund dafür ist, daß dann, wenn das Flächenverhältnis nicht größer als 10% ist, die Tendenz der sehr kleinen Vertiefungen, größer zu werden, weiter eingeschränkt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das Maschinenteil aus einem harten Kohlenstoffstahlsystem, das einer Carbonitrierbehandlung unterzogen ist, und die Kontaktfläche ist einer Oberflächenbehandlung unterzogen. Beispiele des harten Kohlenstoffstahlsystems umfassen Lagerstähle. Es wird bevorzugt, daß die Oberflächenbehandlung aufweist: Stahlkiesstrahlen, um die Kontaktfläche aufzurauhen, und Trommelputzen, um die Rauhigkeit der durch das Stahlkiesstrahlen aufgerauhten Kontaktfläche einzustellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist Diagramm, das ein Rauhigkeitsprofil einer Wälzkontaktfläche eines Außenrings einer Rolle für einen Exzentertaster als eine Ausführungsform eines Maschinenteils nach der vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 1B ist ein Diagramm, das eine aus dem Rauhigkeitsprofil erhaltene Lastkurve zeigt;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Hauptteil von Fig. 1A zeigt;
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht, die eine Rolle eines Exzentertasters zeigt;
Fig. 4 ist eine teilweise weggeschnittene Vorderansicht, die einen Ventiltrieb eines Motors zeigt, in den die Rolle für einen Exzentertaster eingebaut ist; und
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die einen Hauptteil einer Einrichtung für eine Prüfung der Lebensdauer zeigt.

Beste Art der Durchführung der Erfindung

Nachstehend wird eine Ausführungsform eines Maschinenteils der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf einen Außenring einer Rolle für einen Exzentertaster beschrieben, der in einen Ventiltrieb eines Motors eingebaut ist.
Wie Fig. 3 zeigt, weist eine Rolle für einen Exzentertaster 1 einen Außenring 11, eine Achse 12 und eine Vielzahl von Rollen 13 auf, die so angeordnet sind, daß sie zwischen dem Außenring 11 und der Achse 12 abwälzen können.
Der Außenring 11, die Achse 12 und die Rollen 13 bestehen sämtlich aus einem harten Kohlenstoffstahlsystem wie etwa Lagerstählen SUJ2 (JIS-G4805, einem kohlenstoffreichen Chromstahl). Eine größere Anzahl von sehr kleinen Vertiefungen, die voneinander unabhängig sind, ist an der Wälzkontaktfläche 11a, die eine Außenumfangsfläche des Außenrings 11 ist, ausgebildet.
Wie die Fig. 1A, 1B und 2 zeigen, ist die maximale Höhe Ry eines Rauhigkeitsprofils R, das aus der Wälzkontaktfläche 11a extrahiert ist, 1 bis 3 um, und das Verhältnis RPK/Ry der verringerten Spitzenhöhe RPK zu der maximalen Höhe Ry ist auf einen Wert von nicht größer als 0,1 und stärker bevorzugt nicht größer als 0,05 vorgegeben. Außerdem ist das Verhältnis der offenen Fläche der sehr kleinen Vertiefungen zu der Gesamtfläche der Wälzkontaktfläche 11a, d. h. das Flächenverhältnis, auf 5 bis 20% und stärker bevorzugt auf 5 bis 10% eingestellt. Wie noch beschrieben wird, ist den Erfindern der vorliegenden Anmeldung bekannt, daß dann, wenn in dem Rauhigkeitsprofil R die maximale Höhe Ry 1 bis 3 um ist und die Beziehung RPK/Ry ≤ 0,1 in bezug auf die verringerte Spitzenhöhe RPK und die maximale Höhe Ry gilt, die Lebensdauer zuverlässig verbessert werden kann, wenn die Entstehung eines Ablösens oder dergleichen begrenzt wird.
Die obengenannte maximale Höhe Ry ist die Höhe vom tiefsten Punkt V zum höchsten Punkt T in einem Bereich, der durch eine Referenzlänge L aus dem Rauhigkeitsprofil R extrahiert ist, das durch Schneiden der Wälzkontaktfläche IIa durch eine zu der Wälzkontaktfläche 11a senkrechten Ebene erhalten ist.
Fig. 1B zeigt eine Lastkurve M, die durch graphische Darstellung der Beziehung zwischen sämtlichen Schnitthöhen P in dem Rauhigkeitsprofil R und des Auflagerlängenverhältnisses tP in den Schnitthöhen P erhalten ist. Das Auflagerlängenverhältnis tP drückt die Summe der Längen d1, d2, ... von Liniensegmenten aus, die durch Schneiden des Rauhigkeitsprofils R durch eine Gerade K parallel zu einer Mittellinie C und tiefer als der höchste Punkt T durch die Schnitthöhe P als ein Prozentsatz der Gesamtlänge L erhalten ist.
Anders ausgedrückt, die Lastkurve M wird dargestellt, indem jeweils das Auflagerlängenverhältnis tP angewandt wird, das definiert ist durch das Verhältnis der Summe der Längen d1, d2, ... von Liniensegmenten, erhalten durch Schneiden des Rauhigkeitsprofils R durch eine Gerade auf einer vorbestimmten Höhe parallel zu der Mittellinie C in dem extrahierten Bereich, zu der Referenzlänge L, um die Horizontalachse einzutragen, und den Schnitthöhen P der Geraden, um die Vertikalachse einzutragen. Die Mittellinie C ist eine Gerade, die so vorgegeben ist, daß die Summe von quadratischen Abweichungen von dem Rauhigkeitsprofil R (oder einem realen Profil) das Minimum ist.
Nachstehend wird die verringerte Spitzenhöhe RpK beschrieben. Es wird eine Breite von 40% in der Richtung des Auflagerlängenverhältnisses tp auf der in Fig. 22 gezeigten Lastkurve M genommen, eine Position, an der die Differenz zwischen den Höhen an beiden Enden der Breite das gesuchte Minimum ist, und es wird ein Schnittpunkt a einer kleinsten geneigten Linie S. die eine Gerade ist, die durch zwei Punkte an beiden Enden der Position verläuft, und einer Grenzlinie tP = 0% (d. h. die Vertikalachse) gefunden.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Ein Schnittpunkt einer Horizontallinie J, die durch den Schnittpunkt a verläuft, und der Lastkurve M wird als c genommen. Die verringerte Spitzenhöhe RPK ist eine solche Höhe auf der Grenzlinie tP = 0% (der Vertikalachse), daß ein rechtwinkliges Dreieck gebildet wird, das eine Fläche hat, die gleich der Fläche H eines Bereichs ist, der von der Grenzlinie von 0%, einer Seite ac und der Lastkurve M eingeschlossen ist, und die Seite ac als seine eine Seite hat.
Der Außenring 11 der Rolle für einen Exzentertaster 1, dessen Wälzkontaktfläche 11a die obengenannten Eigenschaften hat, wird hergestellt, indem ein aus einem harten Kohlenstoffstahlsystem wie etwa Lagerstählen bestehender Außenring, der noch unbehandelt ist, einer Carbonitrierbehandlung unterzogen wird, dann die Wälzkontaktfläche 11a durch Stahlkiesstrahlen aufgerauht und danach die aufgerauhte Wälzkontaktfläche 11a einem Trommelputzen unterzogen wird. Der Außenring 11 wird mit der Achse 12 und der Vielzahl von Rollen 13, die aus dem gleichen harten Kohlenstoffstahlsystem bestehen, kombiniert, um die Rolle für einen Exzentertaster 1 herzustellen.
Als die Carbonitrierbehandlung der Verfahren zur Herstellung des Außenrings 11 kann entweder ein Carbonitriervorgang unter Anwendung einer Gasphase oder ein Carbonitriervorgang unter Anwendung einer Flüssigphase angewandt werden. Die erstere Carbonitrierbehandlung unter Anwendung einer Gasphase ist eine Carbonitrierbehandlung, bei der der aus einem harten Kohlenstoffstahlsystem bestehende Außenring, der noch unbehandelt ist, einer Gasaufkohlungsatmosphäre ausgesetzt wird, in die NH&sub3; eingeleitet wird, und der Außenring behandelt wird, während der Außenring auf einer Temperatur von nicht weniger als einer Umwandlungstemperatur des Materials gehalten wird. Dagegen ist der letztere Carbonitriervorgang unter Anwendung einer Flüssigphase ein Carbonitriervorgang, bei dem der Außenring, der noch unbehandelt ist, in ein Schmelzbad aus einem Cyanid getaucht und der Außenring behandelt wird.
Der Außenring 11, der der Carbonitrierbehandlung unterzogen worden ist, wird als ein Produkt fertiggestellt, indem die Wälzkontaktfläche 11a geschliffen, dann die Wälzkontaktfläche 11a durch Stahlkiesstrahlen aufgerauht und außerdem die aufgerauhte Wälzkontaktfläche 11a einem Trommelputzen unterzogen wird. Die Bedingungen für das Stahlkiesstrahlen und Trommelputzen können zweckmäßig so vorgegeben sein, daß die Oberflächenrauhigkeit der Wälzkontaktfläche 11a und das Flächenverhältnis der sehr kleinen Vertiefungen in den obengenannten Bereichen sind. Das Flächenverhältnis kann durch ein bekanntes Bildverarbeitungsverfahren gemessen werden.
Die Rolle für einen Exzentertaster 1 wird im Fall des Einbaus in einen Ventiltrieb zum Treiben eines Tellerventils 2 in dem Motor eines Kraftfahrzeugs usw. verwendet, wie beispielsweise Fig. 3 zeigt.
Der in Fig. 3 gezeigte Ventiltrieb ist vom Schwenkarmtyp und besteht aus dem obengenannten Tellerventil 2, einem Schwenkarm 3, der als ein Exzentertaster dient, in den die Rolle für einen Exzentertaster 1 eingebaut ist, einer Nockenwelle 5, die einen Nocken 4 aufweist, und einer Rückstellfeder 6.
Der obengenannte Schwenkarm 3 hat eine Vertiefung 31, in der an seinem einen Ende eine (nicht gezeigte) Einstelleinrichtungshalterung angebracht ist, und hat an dem anderen Ende einen Preßbereich 32 zum Aufbringen von Druck auf das Tellerventil 2. Eine Vertiefung 33, in die die Rolle für einen Exzentertaster 1 einzubauen ist, ist so ausgebildet, daß ein Drehen eines Außenrings 11 der Rolle für einen Exzentertaster 1 in einem Bereich zwischen den beiden Enden nicht verhindert wird. Die Rolle für einen Exzentertaster 1 ist in den Schwenkarm 3 eingebaut, indem eine Achse 12 in der Vertiefung 33 festgelegt ist.
Die Außenumfangsfläche des Nockens 4 der Nockenwelle 5 ist eine Nockenoberfläche 7, die mit der Wälzkontaktfläche 11a, die eine Außenumfangsfläche des Außenrings 11 der Rolle für einen in den Schwenkarm 3 eingebauten Exzentertaster 1 ist, in Wälzkontakt gebracht wird.
Die jeweiligen Bereiche werden in einem Zustand gehalten, in dem ein oberes Ende des Tellerventils 2 durch einen nach oben gerichteten Druck der Rückstellfeder 6 gegen den Preßbereich 32 des Schwenkarm 3 gepreßt wird, wie durch einen schwarzen Pfeil in Fig. 3 gezeigt ist, und die Wälzkontaktfläche 11a des Außenrings 11 der Rolle für einen Exzentertaster 1 wird mit der Nockenoberfläche 7 des Nockens 4 in Wälzkontakt gebracht.
Wenn in dem die obengenannten Bereiche aufweisenden Ventiltrieb die Nockenwelle 5 gedreht wird, wie durch einen dünnen Pfeil in Fig. 3 gezeigt ist, preßt ein unterer, in Fig. 3 rechter Vorsprung der Nockenoberfläche 7 des Nockens 4 die Rolle für einen Exzentertaster 1 nach unten, wodurch der Schwenkarm 3 nach unten um die in der Vertiefung 31 angebrachte Einstelleinrichtungshalterung herum gedreht wird und der Preßbereich 32 das Tellerventil 2 in Öffnungsrichtung drückt, wie durch einen weißen Pfeil in Fig. 3 gezeigt ist, so daß das Tellerventil 2 geöffnet wird.
Nachdem der Vorsprung der Nockenoberfläche 7 durch die Rolle für einen Exzentertaster 1 hindurchgegangen ist, wird der Schwenkarm 3 durch den obengenannten nach oben gerichteten Druck der Rückstellfeder 6 nach oben um die Einstelleinrichtungshalterung herum gedreht, und das Tellerventil 2 wird durch Zurückschieben in die Schließrichtung geschlossen.
Durch Wiederholung der obengenannten Vorgänge wird das Tellerventil 2 in einem vorbestimmten Takt geöffnet oder geschlossen, während die Nockenwelle 5 gedreht wird.
Die obengenannte Rolle für einen Exzentertaster 1 ist zwar im Fall des Einbaus in den in Fig. 2 gezeigten Ventiltrieb vom Schwenkarmtyp verwendet worden; die Rolle für einen Exzentertaster kann jedoch auch im Fall des Einbaus in verschiedene Ventiltriebe wie etwa den obengenannten vom Kipphebeltyp und vom Direkttyp verwendet werden. Ferner kann die Rolle für einen Exzentertaster außer in dem obengenannten Ventiltrieb auch zum Einbau in Exzentertaster von verschiedenen Einrichtungen verwendet werden.
Ferner ist die vorliegende Erfindung außer auf die Rolle für einen Exzentertaster auf Innenringe, Außenringe und Wälzelemente verschiedener Wälzlager anwendbar. Beispielsweise ist sie auf Innenringe, Außenringe und Rollen für Wälzlager wie etwa ein Lager mit zylindrischen Rollen, ein Lager mit konischen Rollen und ein Lager mit Nadelrollen anwendbar. Insbesondere kann sie zweckmäßig für ein Wälzelement eines Getriebeinnenlagers verwendet werden, das in eine Drehachse einer Maschine eingebaut ist und mit der Drehachse in direkten Kontakt gebracht wird.
Ferner ist die vorliegende Erfindung außer auf verschiedene Druckscheiben, die mit der Endoberfläche eines Zahnrads und einer Rolle in Gleitkontakt gebracht werden, auf ein Element anwendbar, das eine Flanschoberfläche zur Positionierung in einer Schubrichtung eines Rollentasters und eines Exzentertasters hat. Außerdem ist sie auf einen Lagerring und ein Wälzelement eines Axiallagers anwendbar. Insbesondere kann sie zweckmäßig für eine zylindrische Rolle, eine konische Rolle und dergleichen eines Axialwälzlagers verwendet werden.
Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung auf sämtliche Maschinenteile anwendbar, die jeweils eine Kontaktfläche haben, die in einen Zustand von wenigstens einem Wälzkontakt und einem Gleitkontakt mit dem ihm gegenüberliegenden anderen Teil tritt.

Ausführungsbeispiele 1 bis 3

Ein Prüfzylinder 50 (siehe Fig. 5) mit einem Durchmesser von 60 mm, der eine Wälzkontaktfläche 51 mit einer Breite von 10 mm an seinem Außenumfang hat, wurde aus Lagerstählen SUJ2 gedreht und geformt, und der Prüfzylinder wurde bei einer Temperatur von 825ºC für fünf Stunden in einer Gasaufkohlungsatmosphäre, in die NH&sub3; eingeleitet wurde, vergütet, und weiterhin gehärtet und einer Gasaufkohlungsbehandlung bei einer Temperatur von 160ºC für zwei Stunden unterzogen, wonach die Wälzkontaktfläche geschliffen wurde.
Die Wälzkontaktfläche des Prüfzylinders wurde dann einem Stahlkiesstrahlen unter den folgenden Bedingungen und danach einem Trommelputzen unterzogen, um Prüfzylinder der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 herzustellen.

(Stahlkiesstrahlbedingungen)

Verwendete Einrichtung: Luftstrahleinrichtung
Behälterdruck: 4 kgf/cm² (0,4 MPa)
Strahlmaterial: Aluminiumoxid (mit einem Teilchendurchmesser von 63 bis 105 um)
Behandlungsdauer: 5 min

(Trommelputzbedingungen)

Verwendete Einrichtung: Zentrifugaltrommelputzmaschine Drehgeschwindigkeit: 170 U/min
Medien: Keramikkugel (mit einem Durchmesser von 5 mm)
Mischung: Pulver (Wasser wird zugegeben)
Behandlungsdauer: 30 min
Die Oberflächenrauhigkeit der Wälzkontaktfläche des Prüfzylinders bei jedem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 wurde dann gemessen, um die maximale Höhe Ry und das Verhältnis RPK/Ry der verringerten Spitzenhöhe RPK zu der maximalen Höhe Ry zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
A: Axialrichtung C: Umfangsrichtung
Das durch Betrachtung unter dem Mikroskop erhaltene Bild wurde analysiert, um das Verhältnis der von Öffnungen der sehr kleinen Vertiefungen eingenommenen Fläche zu der Fläche der Wälzkontaktfläche zu messen. Die Ergebnisse der jeweiligen Ausführungsbeispiele waren sämtlich im Bereich von 5 bis 20%.

Vergleichsbeispiele 1 bis 4

Vergleichsbeispiel 1 ist ein Prüfzylinder, der durch Läppen anstelle des Stahlkiesstrahlens und Trommelputzens der Herstellungsverfahren der jeweiligen Ausführungsbeispiele hergestellt wurde, und hat die gleiche Lebensdauer wie der des herkömmlichen Produkts.
Vergleichsbeispiel 2 ist ein Prüfzylinder, der mit Trommelputzen ohne Durchführen des Stahlkiesstrahlens nach dem Schleifen hergestellt wurde, und eine sehr kleine Rille, die sich in Umfangsrichtung erstreckt und beim Schleifen gebildet wurde, verbleibt in dem Prüfzylinder.
Vergleichsbeispiele 3 und 4 sind Prüfzylinder, die nach Änderung der Bedingungen für das Stahlkiesstrahlen und das Trommelputzen mit den gleichen Herstellungsverfahren wie bei den Ausführungsbeispielen hergestellt wurden.
Was die Vergleichsbeispiele 1 bis 4 angeht, wurde die Oberflächenrauhigkeit gemessen, um die maximale Höhe Ry und das Verhältnis RPK/Ry der verringerten Spitzenhöhe RPK zu der maximalen Höhe Ry zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Ferner wurde ein durch Betrachtung unter dem Mikroskop erhaltenes Bild analysiert, um das Verhältnis der Fläche von Öffnungen der sehr kleinen Vertiefungen zu der Fläche der Wälzkontaktfläche zu messen. Bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2 gibt es keine sehr kleinen Vertiefungen. Bei dem Vergleichsbeispiel 3, bei dem es sehr kleine Vertiefungen gibt, ist das Flächenverhältnis der sehr kleinen Vertiefungen 20%. Bei dem Vergleichsbeispiel 4 ist das Flächenverhältnis der sehr kleinen Vertiefungen 30%.

Prüfung der Lebensdauer

Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen. Es wurde ein Antriebsrad 60 aus Lagerstählen SUJ2 hergestellt, bei dem eine Wälzkontaktfläche 61 die gleiche Größe und Gestalt wie der Prüfzylinder hat, mit der Ausnahme, daß sie in Form eines R mit einem Radius von 30 mm in einer Richtung senkrecht zu der Umfangsrichtung ist und in Umfangsrichtung durch Schleifen endbearbeitet wurde (maximale Höhe Ry = 3 um). Eine simulierte Prüfung der Lebensdauer unter Verwendung des Prüfzylinders 50, der einem Außenring entspricht, und des Antriebsrads 60, das einem Nocken entspricht, wurde durchgeführt.
Das Antriebsrad 60 und der Prüfzylinder 50 jedes der Ausführungsbeispiele und der Vergleichsbeispiele wurden dann so eingestellt, daß ihre Wälzkontaktflächen 51 und 61 unter einer Berührungsspannung Pmax = 2300 MPa miteinander in Kontakt gebracht wurden, und wurden 12 · 10&sup5;mal unter Bedingungen einer Drehgeschwindigkeit von 1000 U/min und eines Gleit-Wälz-Verhältnisses von Null (reines Wälzen) kontinuierlich gedreht, während gleichzeitig Schmieröl (Turbinenöl ISO-VG32) mit einer Geschwindigkeit von 3 cm³/min aufgetropft wurde. Die Prüfung wurde bei Raumtemperatur durchgeführt, während gleichzeitig ein natürlicher Temperaturanstieg, verursacht durch die Drehung des Prüfzylinders und des Antriebsrads, zugelassen wurde.
Nach Beendigung der Prüfung wurden bei Betrachtung der Wälzkontaktflächen 51 und 61 des Prüfzylinders 50 und des Antriebsrads 60 unter dem Mikroskop die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse erhalten. Nämlich:
Bei den Ausführungsbeispielen 1 bis 3, die den Bedingungen Ry = 1 bis 3 um und RPK/Ry ≤ 0,1 (nachstehend als Bedingungen A bezeichnet) genügten, waren weder die Wälzkontaktfläche des Prüfzylinders noch die des Antriebsrads beschädigt, so daß die Wirkung der vorliegenden Erfindung bestätigt wurde.
Dagegen entstand bei dem Vergleichsbeispielen 1 (dem herkömmlichen Produkt), bei dem sowohl der Wert Ry als auch der Wert RPK/Ry von den Bedingungen A abweichen, ein Abschälen an der Wälzkontaktfläche des Prüfzylinders, während ein geringfügiges Ablösen, ähnlich dem Abschälen, an der Wälzkontaktfläche des Antriebsrads entstand.
Ferner entstand bei Vergleichsbeispiel 2, das in Axialrichtung den Bedingungen A genügt, wogegen in Umfangsrichtung beide Werte von den Bedingungen A abweichen, ein Abschälen an der Wälzkontaktfläche des Prüfzylinders während ein geringfügiges Ablösen, ähnlich dem Abschälen, an der Wälzkontaktfläche des Antriebsrads entstand. Bei Vergleichsbeispiel 2 bleibt die sehr kleine Rille, die sich in Umfangsrichtung erstreckt und beim Schleifen gebildet wurde, zurück, und die sehr kleine Rille bewirkt, daß Öl, das sich angesammelt hat, in Umfangsrichtung (in Drehrichtung) fließt, weshalb vermutet wird, daß die Fähigkeit, einen Ölfilm zu bilden, verringert wird. Es wurde also gefunden, daß den Bedingungen A bevorzugt genügt wird, ohne daß die Richtung angegeben ist.
Bei Vergleichsbeispiel 3, das der Bedingung in bezug auf den Wert Ry genügt, wogegen der Bedingung in bezug auf RPK/Ry nicht genügt wird, war die Wälzkontaktfläche des Prüfzylinders nicht beschädigt, wogegen der Verschleiß der Wälzkontaktfläche des Antriebsrads erheblich war. Bei dem Vergleich zwischen dem Ausführungsbeispiel 1 und dem Vergleichsbeispiel 3, die sich in dem Punkt unterscheiden, ob der Bedingung in bezug auf den Wert RPK/Ry genügt wird, wurde also die Wichtigkeit der Bedingung in bezug auf den Wert RPK/Ry bestätigt.
Bei dem Vergleichsbeispiel, das der Bedingung in bezug auf den Wert RPK/Ry genügt, wogegen der Wert Ry von der Bedingung in bezug auf Ry stark abweicht, waren die sehr kleinen Vertiefungen an der Wälzkontaktfläche des Prüfzylinders vergrößert, und ein Antriebsrad in einem Gegenstück unterlag erheblichem Verschleiß.

Claims

1. Machinenteil, das eine Kontaktfläche hat, die in einen Zustand von wenigstens einem von einem Wälzkontakt und einem Gleitkontakt mit einem ihm gegenüberliegenden Gegenstück eintritt,

wobei viele sehr kleine Vertiefungen, die voneinander unabhängig sind, an der Kontaktfläche ausgebildet sind, und wobei

eine maximale Höhe Ry in einem Bereich, der durch eine Referenzlänge aus einem Rauhigkeitsprofil extrahiert ist, das durch Schneiden der Kontaktfläche durch eine zu der Kontaktfläche senkrechten Ebene erhalten ist, 1 bis 3 um ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine verringerte Spitzenhöhe RPK, die auf der Basis einer auf den extrahierten Bereich bezogenen Lastkurve erhalten wird, einer Beziehung RPK/Ry ≤ 0,1 zu der maximalen Höhe Ry genügt, wobei

die maximale Höhe definiert ist durch eine Entfernung zwischen einer Geraden, die durch einen höchsten Punkt in dem extrahierten Bereich und parallel zu einer Mittellinie in dem extrahierten Bereich verläuft, und einer Geraden, die durch den niedrigsten Punkt in dem extrahierten Bereich und parallel zu der Mittellinie verläuft, wobei die Mittellinie eine Gerade ist, die so vorgegeben ist, daß die Summe von quadratischen Abweichungen von dem Rauhigkeitsprofil R das Minimum ist,

die Lastkurve dargestellt ist, indem, wenn das Rauhigkeitsprofil von einer Geraden auf einer vorbestimmten Höhe parallel zu der Mittellinie in dem extrahierten Bereich geschnitten wird, jeweils ein Auflagerlängenverhältnis angewandt wird, das definiert ist durch ein Verhältnis einer Summe von Längen von Segmenten, erhalten durch Schneiden des Rauhigkeitsprofils zu der Referenzlänge, um eine Horizontalachse einzutragen, und der Schnitthöhe der Geraden, um eine Vertikalachse einzutragen,

die verringerte Spitzenhöhe RPK dargestellt ist durch eine Höhe eines rechtwinkligen Dreiecks, das eine Strecke, die einen ersten und einen zweiten Punkt verbindet, als seine Basis und seinen Scheitel auf der Vertikalachse hat,

der erste Punkt ein Punkt ist, an dem eine Gerade, die einen dritten Punkt und einen vierten Punkt in Abständen von 40% entlang der Richtung der Horizontalachse auf der Lastkurve verbindet, die Vertikalachse kreuzt, wenn der dritte und der vierte Punkt so vorgegeben sind, daß die Höhendifferenz zwischen ihnen das Minimum ist,

der zweite Punkt ein Punkt ist, an dem eine Gerade, die durch den ersten Punkt verläuft und parallel zu der Horizontalachse ist, die Lastkurve kreuzt, und

und eine Fläche des rechtwinkligen Dreiecks eine Fläche hat, die gleich einer Fläche eines Bereich ist, der von der Strecke, die den ersten und den zweiten Punkt verbindet, der Lastkurve und der Vertikalachse eingeschlossen ist.

2. Maschinenteil nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis einer offenen Fläche der sehr kleinen Vertiefungen zu einer Gesamtfläche der Kontaktfläche 5 bis 20% ist.

3. Maschinenteil nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis einer offenen Fläche der sehr kleinen Vertiefungen zu einer Gesamtfläche der Kontaktfläche 5 bis 10% ist.

4. Maschinenteil nach Anspruch 1, wobei die Kontaktfläche aus einer Wälzkontaktfläche besteht und das Rauhigkeitsprofil entlang einer Wälzrichtung der Wälzkontaktfläche extrahiert ist.

5. Maschinenteil nach Anspruch 1, wobei die Kontaktfläche eine Gleitkontaktfläche ist und das Rauhigkeitsprofil entlang einer Gleitrichtung der Gleitkontaktfläche extrahiert ist.

6. Maschinenteil nach Anspruch 1, wobei das Maschinenteil aus einem harten Kohlenstoffstahlsystemmaterial besteht, das einer Carbonitrierbehandlung unterzogen ist und die Kontaktfläche einer Oberflächenbehandlung unterzogen ist.

7. Maschinenteil nach Anspruch 6, wobei die Oberflächenbehandlung folgendes aufweist: Stahlkiesstrahlen, um die Kontaktfläche aufzurauhen, und Trommelputzen, um die Rauhigkeit der durch das Stahlkiesstrahlen aufgerauhten Kontaktfläche einzustellen.