JP2009236244A - Gear treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歯車の処理方法に関する。 The present invention relates to a gear processing method.
歯車を高強度化するための方策として、材料や熱処理による改善に加えてショットピーニング処理を施すことが特許文献１に開示されている。ここでは所定の成分を有する鋼材製の歯車に浸炭焼入れおよび焼き戻しが行われる。その後、ショットピーニングによって表面硬化処理が行われることにより、歯車の表面が脆化され、歯車使用時に不完全焼入れ層が磨耗するようにされている。
ところで、互いに噛み合わされて使用される一対の歯車では、各歯車の強度だけではなく、歯車の噛み合わせも疲労寿命に影響を与える。しかし、上記の特許文献１に開示された歯車では、歯車の噛み合わせを考慮した疲労寿命の改善については考慮されていない。
By the way, in a pair of gears used in mesh with each other, not only the strength of each gear but also the meshing of the gears affects the fatigue life. However, the gear disclosed in
本発明の課題は、歯車の疲労寿命を向上させることにある。 An object of the present invention is to improve the fatigue life of a gear.
第１発明に係る歯車の処理方法は、熱処理により硬化されており互いに噛み合わせて回転させられた後の第１歯車と第２歯車との少なくとも一方の歯面に対してショットピーニング処理を施すことを特徴とする。 The gear processing method according to the first aspect of the present invention is to perform shot peening treatment on at least one tooth surface of the first gear and the second gear after being hardened by heat treatment and rotated in mesh with each other. It is characterized by.
この歯車の処理方法では、互いに噛み合わせて回転させられることにより、歯面が馴染んだ状態の第１歯車と第２歯車に対して、ショットピーニング処理が施される。このため、第１歯車と第２歯車との歯面の馴染みを維持したまま、歯車の強度を向上させることができる。これにより、歯車の疲労寿命を向上させることができる。 In this gear processing method, a shot peening process is performed on the first gear and the second gear in a state in which the tooth surfaces are familiar by being engaged with each other and rotated. For this reason, the strength of the gear can be improved while maintaining the familiarity of the tooth surfaces of the first gear and the second gear. Thereby, the fatigue life of a gear can be improved.
第２発明に係る歯車の処理方法は、第１発明の歯車の処理方法であって、第１歯車の歯面と第２歯車の歯面とに対して、さらに共ずりラッピングが施される。 The gear processing method according to the second aspect of the present invention is the gear processing method of the first aspect, wherein the tooth surface of the first gear and the tooth surface of the second gear are further subjected to shear wrapping.
この歯車の処理方法では、共ずりラッピングにより第１歯車と第２歯車との歯面の微小なピットが除去される。これにより、第１歯車と第２歯車との疲労寿命を向上させることができる。 In this gear processing method, minute pits on the tooth surfaces of the first gear and the second gear are removed by joint lapping. Thereby, the fatigue life of the first gear and the second gear can be improved.
第３発明に係る歯車の処理方法は、第２発明の歯車の処理方法であって、共ずりラッピングは、ショットピーニング処理の実施後に行われる。 A gear processing method according to a third aspect of the present invention is the gear processing method of the second aspect, wherein the joint shear wrapping is performed after the shot peening process is performed.
この歯車の処理方法では、歯車の噛み合いによって生じた微小なピットを共ずりラッピングによって除去することができる。 In this gear processing method, minute pits generated by gear meshing can be removed by joint lapping.
第４発明に係る歯車の処理方法は、第１発明から第３発明のいずれかの歯車の処理方法であって、ショットピーニング処理の実施時点は、ショットピーニング処理を受ける歯車の歯面の最大面粗さRmaxの値によって判断される。 A gear processing method according to a fourth aspect of the present invention is the gear processing method according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the shot peening process is performed at the maximum surface of the tooth surface of the gear subjected to the shot peening process. Judged by the value of roughness Rmax.
この歯車の処理方法では、歯面の最大面粗さRmaxの値によって、ショットピーニング処理の実施時点を適切に判断することができる。 In this gear processing method, the execution time of the shot peening process can be appropriately determined based on the value of the maximum surface roughness Rmax of the tooth surface.
第５発明に係る歯車の処理方法は、第１発明から第３発明のいずれかの歯車の処理方法であって、ショットピーニング処理の実施時点は、ショットピーニング処理を受ける歯車の歯面の圧縮残留応力の値によって判断される。 A gear processing method according to a fifth aspect of the present invention is the gear processing method according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the shot peening processing is performed at the time when the gear tooth surface of the gear subjected to the shot peening processing remains compressed. It is judged by the value of stress.
この歯車の処理方法では、歯面の圧縮残留応力の値によって、ショットピーニング処理の実施時点を適切に判断することができる。 In this gear processing method, it is possible to appropriately determine the point of time when the shot peening processing is performed based on the value of the compressive residual stress of the tooth surface.
第６発明に係る歯車の処理方法は、第１発明から第３発明のいずれかの歯車の処理方法であって、ショットピーニング処理の実施時点は、ショットピーニング処理を受ける歯車の歯面のＸ線半価幅の値によって判断される。 A gear processing method according to a sixth aspect of the present invention is the gear processing method according to any one of the first to third aspects of the present invention, wherein the shot peening processing is performed at the X-ray of the tooth surface of the gear subjected to the shot peening processing. It is determined by the value of the half width.
この歯車の処理方法では、歯面のＸ線半価幅の値によって、ショットピーニング処理の実施時点を適切に判断することができる。 In this gear processing method, the execution time of the shot peening process can be appropriately determined based on the value of the X-ray half width of the tooth surface.
第７発明に係る歯車の処理方法は、第１発明から第６発明のいずれかの歯車の処理方法であって、第１歯車および第２歯車は、建設機械に備えられる歯車である。 A gear processing method according to a seventh aspect is the gear processing method according to any one of the first to sixth aspects, wherein the first gear and the second gear are gears provided in a construction machine.
この歯車の処理方法では、建設機械に備えられる歯車の疲労寿命を向上させることができる。 With this gear processing method, the fatigue life of the gear provided in the construction machine can be improved.
本発明に係る歯車の処理方法では、互いに噛み合わせて回転させられることにより、歯面が馴染んだ状態の第１歯車と第２歯車に対して、ショットピーニング処理が施される。このため、第１歯車と第２歯車との歯面の馴染みを維持したまま、歯車の強度を向上させることができる。これにより、歯車の疲労寿命を向上させることができる。 In the gear processing method according to the present invention, a shot peening process is performed on the first gear and the second gear in a state in which the tooth surfaces are familiar by rotating in mesh with each other. For this reason, the strength of the gear can be improved while maintaining the familiarity of the tooth surfaces of the first gear and the second gear. Thereby, the fatigue life of a gear can be improved.
以下、本発明の一実施形態に係る歯車の処理方法について説明する。 Hereinafter, a gear processing method according to an embodiment of the present invention will be described.
まず第１歯車および第２歯車に対して熱処理が施され、第１歯車および第２歯車の表面を硬化させる。 First, heat treatment is performed on the first gear and the second gear to cure the surfaces of the first gear and the second gear.
次に、第１歯車および第２歯車が噛み合わされて回転した後、第１歯車および第２歯車が分解される。そして、第１歯車および第２歯車にショットピーニング処理が施される。 Next, after the first gear and the second gear are meshed and rotated, the first gear and the second gear are disassembled. Then, the shot peening process is performed on the first gear and the second gear.
このように、第１歯車および第２歯車にショットピーニング処理を施すことにより、第１歯車および第２歯車の歯面に圧縮残量応力を付与する。また、加工誘起マルテンサイトにより、表面硬度が上昇する。圧縮残量応力は、亀裂の発生を防止し、また、微小亀裂が発生しても、その進展を抑制することができる。また、熱処理後に硬化させることにより、ピッチング強度を向上させることができる。さらに、高負荷を受けて接触回転する第１歯車および第２歯車においては、その接触面の温度は高温（例えば２５０〜３５０℃）になる。しかし、この高温によって第１歯車および第２歯車の表面が焼き戻し軟化されたとしても、ショットピーニング処理により、硬度を上昇させることができる。 As described above, by applying shot peening to the first gear and the second gear, compressive residual stress is applied to the tooth surfaces of the first gear and the second gear. Further, the surface hardness increases due to the processing-induced martensite. The residual compressive stress prevents the occurrence of cracks, and can suppress the development even if microcracks occur. Moreover, the pitching strength can be improved by curing after the heat treatment. Furthermore, in the 1st gearwheel and the 2nd gearwheel which contact-rotate under high load, the temperature of the contact surface becomes high temperature (for example, 250-350 degreeC). However, even if the surfaces of the first gear and the second gear are tempered and softened by this high temperature, the hardness can be increased by the shot peening process.
また、ショットピーニング処理の実施時点は、第１歯車および第２歯車のいずれか一方の歯面の最大面粗さRmaxによって判断され、最大面粗さRmaxが、例えば、３μｍ以下になった時点で実行されることが望ましい。この場合、ショットピーニング後の歯面の最大面粗さRmaxは約１０μｍとなる。しかし、第１歯車と第２歯車との回転により互いの歯面が馴染んだ状態となる前にショットピーニング処理が行われると、逆に歯面が劣化する場合がある。この場合、歯面に局部的に大きな面圧が発生して、第１歯車および第２歯車の寿命の低下を引き起こす恐れがある。そこで、歯面の最大面粗さRmaxが、歯面が十分に馴染んだだと見なすことができる３μｍ以下になった時点で、ショットピーニング処理が行われることが望ましい。なお、最大面粗さRmaxの測定方法は、JIS B0651による。 Further, the execution time of the shot peening process is determined by the maximum surface roughness Rmax of either one of the first gear and the second gear, and when the maximum surface roughness Rmax becomes, for example, 3 μm or less. It is desirable to be executed. In this case, the maximum surface roughness Rmax of the tooth surface after shot peening is about 10 μm. However, if the shot peening process is performed before the tooth surfaces become familiar with each other due to the rotation of the first gear and the second gear, the tooth surfaces may deteriorate. In this case, a large surface pressure is locally generated on the tooth surface, which may cause a decrease in the life of the first gear and the second gear. Therefore, it is desirable that the shot peening process is performed when the maximum surface roughness Rmax of the tooth surface becomes 3 μm or less that can be considered that the tooth surface is sufficiently familiar. In addition, the measuring method of the maximum surface roughness Rmax is based on JIS B0651.
また、ショットピーニング処理の実施時点は、歯面の圧縮残留応力によって判断されてもよく、例えば、圧縮残留応力が２００ＭＰａ以下になる前に、ショットピーニング処理が行われることが望ましい。圧縮残留応力が２００ＭＰａ以下になると、面疲労が進行して、ピッチングが生じる可能性が高くなるからである。なお、圧縮残留応力の測定方法は、JIS K0131による。 Moreover, the execution time of the shot peening process may be determined by the compressive residual stress of the tooth surface. For example, it is desirable that the shot peening process is performed before the compressive residual stress becomes 200 MPa or less. This is because when the compressive residual stress is 200 MPa or less, surface fatigue progresses and the possibility of pitching increases. The method for measuring compressive residual stress is based on JIS K0131.
さらに、同様の理由により、ショットピーニング処理の実施時点は、Ｘ線半価幅によって判断されてもよく、Ｘ線半価幅が、例えば、４．３°以下に達する前にショットピーニング処理が施されることが望ましい。 Further, for the same reason, the execution point of the shot peening process may be determined by the X-ray half width, and the shot peening process is performed before the X-ray half width reaches, for example, 4.3 ° or less. It is desirable that
ショットピーニング処理が第１歯車および第２歯車に施された後、さらに共ずりラッピングが施される。共ずりラッピングは、第１歯車と第２歯車との歯面を砥粒を介して摺り合わせる処理であり、第１歯車と第２歯車との歯面が砥粒によって研磨され、微小なピットが歯面から除去される。 After the shot peening process is applied to the first gear and the second gear, further shear wrapping is performed. Co-shear wrapping is a process in which the tooth surfaces of the first gear and the second gear are slid through the abrasive grains, and the tooth surfaces of the first gear and the second gear are polished by the abrasive grains to form minute pits. It is removed from the tooth surface.
そして、第１歯車および第２歯車が再び組み立てられ、利用に供される。 Then, the first gear and the second gear are reassembled and used.
なお、第１歯車および第２歯車は、例えば、建設機械のアクスルに用いられるベベルギアである。また、第１歯車および第２歯車は、トランスミッションに備えられる歯車や、ファイナルドライブに備えられる歯車であってもよい。さらに、油圧ショベルなどの旋回機構に備えられる歯車であってもよい。 The first gear and the second gear are bevel gears used for, for example, an axle of a construction machine. The first gear and the second gear may be a gear provided in the transmission or a gear provided in the final drive. Furthermore, a gear provided in a turning mechanism such as a hydraulic excavator may be used.
第１歯車と第２歯車の一方にのみショットピーニング処理が行われてもよい。この場合、噛み合い回数の多い方の歯車や、硬度の高い方の歯車に対してショットピーニング処理が行われることが望ましい。これにより、一方の歯車の破損が他方よりも先に進行してしまうことを防止することができる。なお、互いに噛み合わされて使用される一対の歯車のうちの一方に破損が発生すると、通常は、両方の歯車を交換する必要がある。一方の歯車のみを交換した場合、他方の歯車の歯形は磨耗により変形しているため、交換された新しい歯車との接触部における局部面圧が大きくなってしまうからである。例えば、一方の歯車の噛み合い回数が他方の歯車の噛み合い回数よりも多い場合には、噛み合い回数の少ない方の歯車は寿命を十分に残した状態で交換されてしまう。しかし、上記のようにショットピーニング処理が行われることにより、両方の歯車の使用可能期間を延ばすことができる。 The shot peening process may be performed on only one of the first gear and the second gear. In this case, it is desirable that the shot peening process is performed on the gear having the larger number of meshes or the gear having the higher hardness. Thereby, it is possible to prevent the breakage of one gear from proceeding before the other. When one of the pair of gears used in mesh with each other is damaged, it is usually necessary to replace both gears. This is because when only one gear is replaced, the tooth profile of the other gear is deformed due to wear, and the local surface pressure at the contact portion with the new replaced gear becomes large. For example, when the meshing frequency of one gear is larger than the meshing frequency of the other gear, the gear with the smaller meshing frequency is replaced with a sufficiently long life. However, when the shot peening process is performed as described above, the usable period of both gears can be extended.
共ずりラッピングは、ショットピーニング処理の実施前に行われてもよい。 The joint wrapping may be performed before the shot peening process is performed.
第１歯車および第２歯車を噛み合わせて回転させる処理は、建設機械が使用されることによって行われてもよい。すなわち、建設機械が所定期間、使用された後のメンテナンスにおいてショットピーニング処理が行われてもよい。また、建設機械の製造工程において、第１歯車と第２歯車とを噛み合わせて回転させる処理を行った後に、ショットピーニング処理が施されてもよい。 The process of meshing and rotating the first gear and the second gear may be performed by using a construction machine. That is, the shot peening process may be performed in maintenance after the construction machine is used for a predetermined period. Further, in the manufacturing process of the construction machine, the shot peening process may be performed after performing the process of meshing and rotating the first gear and the second gear.
本願の実施形態に係る歯車の処理方法により処理された歯車の歯面におけるピッチング強度を調べるために試験を行った。ここでは、図１に示される鋼材製の小ローラ試験片１と大ローラ２とを組み合わせて回転させることにより、ローラピッチング試験を行い、小ローラ試験片１のピッチング寿命を評価した。
A test was conducted to examine the pitching strength on the tooth surfaces of the gear processed by the gear processing method according to the embodiment of the present application. Here, the roller pitching test was conducted by rotating the steel small
小ローラ試験片１と大ローラ２に用いた試験片の鋼材成分を表１に示す。
Table 1 shows the steel material components of the test pieces used for the small
小ローラ、大ローラとも残部は、Fe及び不可避的不純物である。
The balance of both the small roller and the large roller is Fe and inevitable impurities.
小ローラ試験片は、クロムモリブデン鋼SCM420H製であり、接触部の直径は２６ｍｍである。小ローラ試験片には、９５０℃×３時間の浸炭処理、および、９５０℃×２．５時間の拡散処理を行った。次に、８５０℃で焼き入れを行い、１６０℃×４．５時間の焼き戻しを行った。 The small roller test piece is made of chromium molybdenum steel SCM420H, and the diameter of the contact portion is 26 mm. The small roller test piece was subjected to carburizing treatment at 950 ° C. × 3 hours and diffusion treatment at 950 ° C. × 2.5 hours. Next, quenching was performed at 850 ° C., and tempering was performed at 160 ° C. for 4.5 hours.
また。大ローラは、高炭素クロム軸受鋼SUJ2製であり、接触部の直径は１３０ｍｍである。大ローラには、８３０℃で焼き入れを行い、その後、１５０℃×２時間の焼き戻しを行った。 Also. The large roller is made of high carbon chrome bearing steel SUJ2, and the diameter of the contact portion is 130 mm. The large roller was quenched at 830 ° C. and then tempered at 150 ° C. for 2 hours.
ローラピッチング試験では、大ローラの回転数を５５６ｒｐｍとし、小ローラ試験片の回転数を２０００ｒｐｍとして、４０％のすべり率を与えた。また、以下の表２に示す試料No.1〜5の全ての小ローラ試験片について、設定面圧にて大ローラとの接触回転を所定回数行った後に、ショットピーニング処理を施した。ショットピーニング処理は、投射粒として直径０．８ｍｍの鋼球を用い、カバレージ４００％、投射距離１５０ｍｍ、投射圧０．３５ＭＰａの条件の元で行った。 In the roller pitching test, the rotational speed of the large roller was 556 rpm, and the rotational speed of the small roller test piece was 2000 rpm, giving a slip ratio of 40%. Further, all of the small roller test pieces of Sample Nos. 1 to 5 shown in Table 2 below were subjected to shot peening after a predetermined number of contact rotations with the large roller at the set surface pressure. The shot peening treatment was performed under the conditions of a steel ball having a diameter of 0.8 mm as a projecting grain, a coverage of 400%, a projection distance of 150 mm, and a projection pressure of 0.35 MPa.
また、ショットピーニング処理を施した後、ローラピッチング試験を再開して小ローラ試験片のピッチング寿命を評価した。表２に示すように、試料No.1〜3では、大ローラと小ローラ試験片との面圧は異なる値とした。また、試料No.3〜5では、面圧は同じとし、ショットピーニング処理を実行した時の接触回転数は異なる値とした。なお、本実施例において、ピッチング寿命とは、接触面におけるピットが目視で確認できる所定の大きさになったときの接触回転数とした。 In addition, after performing the shot peening treatment, the roller pitching test was resumed to evaluate the pitching life of the small roller test piece. As shown in Table 2, in sample Nos. 1 to 3, the surface pressures of the large roller and small roller test pieces were different values. In Samples Nos. 3 to 5, the surface pressure was the same, and the contact rotation number when the shot peening process was executed was set to a different value. In this embodiment, the pitching life is defined as the contact rotational speed when the pits on the contact surface become a predetermined size that can be visually confirmed.
試料No.1の試験結果を図２に示す。図２（ａ）において縦軸は、小ローラ試験片の接触面のＸ線半価幅を示しており、横軸は、小ローラ試験片の接触回転数を示している。図２（ｂ）において縦軸は、小ローラ試験片の接触面の残留応力を示しており、横軸は、小ローラ試験片の接触回転数を示している。グラフ中の数字は、試料No.に対応している。また、図２〜図４および表２において、残留応力の値に付したマイナスの符号は、圧縮の残量応力であることを示している。なお、図３および図４についても上記と同様である。ここでは、ショットピーニング処理を施したことにより、Ｘ線半価幅および圧縮残留応力が増大している。
The test result of sample No. 1 is shown in FIG. In FIG. 2A, the vertical axis indicates the X-ray half width of the contact surface of the small roller test piece, and the horizontal axis indicates the contact rotation speed of the small roller test piece. In FIG. 2B, the vertical axis indicates the residual stress on the contact surface of the small roller test piece, and the horizontal axis indicates the contact rotation speed of the small roller test piece. The numbers in the graph correspond to the sample numbers. 2 to 4 and Table 2, the minus sign added to the value of the residual stress indicates the residual stress of compression. 3 and 4 are the same as described above. Here, the X-ray half width and the compressive residual stress are increased by performing the shot peening process.
試料No.2の試験結果を図３に示す。ここでも試料No.1と同様に、ショットピーニング処理を施したことにより、Ｘ線半価幅および圧縮残留応力が増大している。 The test results of sample No. 2 are shown in FIG. Here again, as with sample No. 1, the shot peening treatment increases the X-ray half width and compressive residual stress.
試料No.3〜No.5の試験結果を図４に示す。ここでも試料No.1と同様に、ショットピーニング処理を施したことにより、Ｘ線半価幅および圧縮残留応力が増大している。 次に、これらの実施例に係る試料No.1〜No.5と、比較例に係る複数の試料とについて、ピッチング寿命を比較した結果を図５に示す。
比較例に係る試料は、ショットピーニング処理を施さなかった試料と、大ローラと小ローラ試験片との接触回転を行う前にショットピーニング処理を施した試料である。比較例に係る複数の試料の作成方法は、上述した試料No.3〜No.5の作成方法と同様である。図５において、縦軸は大ローラと小ローラ試験片との面圧であり、横軸はピッチング寿命を示している。図５において、三角のマークは、本発明の実施例に係る試料No.1〜No.5を示しており、各マークに付された数字が試料Noに対応している。円形のマークは、ショットピーニング処理を施さなかった試料を示している。四角のマークは、大ローラと小ローラ試験片との接触回転を行う前にショットピーニング処理を施した試料を示している。
The test results of samples No. 3 to No. 5 are shown in FIG. Here again, as with sample No. 1, the shot peening treatment increases the X-ray half width and compressive residual stress. Next, FIG. 5 shows the results of comparing the pitching lifetimes of the samples No. 1 to No. 5 according to these examples and the plurality of samples according to the comparative examples.
The sample which concerns on a comparative example is a sample which performed the shot peening process before performing the contact rotation of the sample which did not perform the shot peening process, and a large roller and a small roller test piece. The method for creating a plurality of samples according to the comparative example is the same as the method for creating samples No. 3 to No. 5 described above. In FIG. 5, the vertical axis represents the contact pressure between the large roller and the small roller test piece, and the horizontal axis represents the pitching life. In FIG. 5, triangular marks indicate sample Nos. 1 to 5 according to the examples of the present invention, and the numbers given to the respective marks correspond to the sample numbers. A circular mark indicates a sample that was not subjected to shot peening. A square mark indicates a sample that has been subjected to shot peening before the contact rotation between the large roller and the small roller test piece.
ここでは、上記のいずれの面圧においても、本発明の実施例に係る試料No.1〜No.5のピッチング寿命が比較例に係る試料よりも向上しており、接触回転後のショットピーニングがピッチング寿命に寄与する効果が確認できた。 Here, in any of the above surface pressures, the pitching life of the samples No. 1 to No. 5 according to the examples of the present invention is improved compared to the sample according to the comparative example, and shot peening after contact rotation is performed. The effect contributing to the pitching life was confirmed.
本発明は、歯車の疲労強度を向上させることができ、歯車の処理方法として有用である。 The present invention can improve the fatigue strength of a gear and is useful as a gear processing method.
Claims (7)
請求項１に記載の歯車の処理方法。 Further, shear wrapping is applied to the tooth surface of the first gear and the tooth surface of the second gear.
The gear processing method according to claim 1.
請求項２に記載の歯車の処理方法。 The joint shear wrapping is performed after execution of the shot peening process,
The gear processing method according to claim 2.
請求項１から３のいずれかに記載の歯車の処理方法。 The execution time of the shot peening process is determined by the value of the maximum surface roughness Rmax of the tooth surface of the gear subjected to the shot peening process.
The gear processing method according to any one of claims 1 to 3.
請求項１から３のいずれかに記載の歯車の処理方法。 The execution time of the shot peening process is determined by the value of the compressive residual stress of the tooth surface of the gear subjected to the shot peening process.
The gear processing method according to any one of claims 1 to 3.
請求項１から３のいずれかに記載の歯車の処理方法。 The execution time of the shot peening process is determined by the value of the X-ray half width of the tooth surface of the gear subjected to the shot peening process.
The gear processing method according to any one of claims 1 to 3.
請求項１から６のいずれかに記載の歯車の処理方法。 The first gear and the second gear are gears provided in a construction machine,
The gear processing method according to any one of claims 1 to 6.
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