JPH0694100A - Gear - Google Patents

Gear

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Publication number
JPH0694100A
JPH0694100A JP24338392A JP24338392A JPH0694100A JP H0694100 A JPH0694100 A JP H0694100A JP 24338392 A JP24338392 A JP 24338392A JP 24338392 A JP24338392 A JP 24338392A JP H0694100 A JPH0694100 A JP H0694100A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gear
coating layer
cemented carbide
thickness
carbide material
Prior art date
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Pending
Application number
JP24338392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Kayahara
敏裕 茅原
Toshiro Kimura
敏郎 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP24338392A priority Critical patent/JPH0694100A/en
Publication of JPH0694100A publication Critical patent/JPH0694100A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a gear lighter in weight and high in load carrying capacity by installing a coating layer, consisting of a cemented carbide material, on the surface of a fillet curved part of a dedendum. CONSTITUTION:A coating layer consisting of cemented carbide material is applied on at least one side surface of a dedendum fillet curved part and a meshing plane. In addition, thickness t1 of this coating layer at the fillet curved part is set to t1>=0.03m in relation to a gear module (m), or thickness t2 of the coating layer on the meshing plane is set to t1>=0.15m in relation to the gear module. On the basis of transfer torque, a maximum bending stress to be produced on the surface of one side dedendum of the gear can be supported by such a cemented carbide material as high in a Young's modulus, so even in the case where the transfer torque attributable to the bending stress is large enough, sufficient strength is appliable to a gear tooth. Therefore such a gear as lighter in weight and larger in transfer torque is securable. Likewise, the surface of a contact plane is covered with the cemented carbide material, through which wear resistance and surface pressure strength are well improvable.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車のトラン
スミッション機構、デファレンシャル機構などに使用さ
れる歯車に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gear used for, for example, a transmission mechanism or a differential mechanism of an automobile.

【0002】[0002]

【従来の技術】上記用途に用いられる歯車にあっては、
高負荷容量化と軽量小型化という相反する性能の要求が
あり、このような性能を満たすべく、浸炭焼き入れ、浸
炭浸窒焼き入れ、窒化、軟窒化、焼き入れ焼き戻しなど
の熱処理によって、耐摩耗性、面圧強度を高めることが
行われている。
2. Description of the Related Art In gears used for the above applications,
There are contradictory requirements for high load capacity and light weight and miniaturization.To meet these requirements, heat treatment such as carburizing, carburizing and nitriding, nitriding, nitrocarburizing, quenching and tempering, Abrasion resistance and surface pressure strength are increased.

【0003】また、上記熱処理に加えて、例えば特開平
4―17658号公報に開示されているように、浸炭処
理の後、さらに、CVD(化学蒸着法)を用いてTiC
のような硬質物質を表面コーティングすることが行われ
ている。
In addition to the above heat treatment, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-17658, after carburizing, TiC is further formed by CVD (chemical vapor deposition).
Surface coating of hard materials such as

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
処理は、いずれも表面に単なる硬質層を設けるものに過
ぎず、したがって、耐摩耗性を高めることはできても、
歯車の伝達トルクに直接的に影響する歯自身の折損強度
及び面圧強度を大きく向上させるものではなかった。本
発明は上記事情に鑑みてなされたもので、表面の耐摩耗
性あるいは面圧強度のみならず、歯自身の折損強度およ
び面圧強度を向上させて軽量かつ高負荷容量の歯車を提
供することを目的とするものである。
However, all of the above treatments are merely to provide a hard layer on the surface, and therefore, although abrasion resistance can be increased,
It was not intended to significantly improve the breakage strength and surface pressure strength of the teeth themselves, which directly affect the transmission torque of the gear. The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a light-weight and high-load capacity gear by improving not only the wear resistance or surface pressure strength of the surface but also the breakage strength and surface pressure strength of the teeth themselves. The purpose is.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、歯元の隅肉曲線部および噛み合い面の少
なくとも一方の表面に超硬材料からなるコーティング層
を施すようにしたものである。また前記隅肉曲線部のコ
ーティング層の厚さt1を歯車のモジュールmに対し
て、t1≧0.03mとし、あるいは、噛み合い面のコ
ーティング層の厚さt2を歯車のモジュールmに対して
t2≧0.15mとしたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a coating layer made of a superhard material on at least one of the fillet curved portion of the tooth root and the meshing surface. is there. Further, the thickness t1 of the coating layer at the fillet curve portion is set to t1 ≧ 0.03 m for the gear module m, or the thickness t2 of the meshing surface coating layer is set to t2 ≧ for the gear module m. It is set to 0.15 m.

【0006】[0006]

【作用】隅肉曲線部の表面が超硬材料によって形成され
ているので、伝達トルクに基づいて歯車の歯元部分の一
方の表面に生じる曲げ応力を超硬材料によって支持する
ことができる。また接触面の表面を超硬材料で被覆する
ことにより、この部分の耐摩耗性および面圧強度を高め
ることができる。この超硬材料により形成された部分の
厚さは接触面形状およびヘルツ応力の生々がモジュール
対比でほぼ一様に決定されることから、ある比率によっ
て規定される。
Since the surface of the fillet curved portion is formed of the superhard material, the bending stress generated on one surface of the tooth root portion of the gear based on the transmission torque can be supported by the superhard material. Further, by coating the surface of the contact surface with a superhard material, wear resistance and surface pressure strength of this portion can be enhanced. The thickness of the portion formed of this superhard material is defined by a certain ratio because the contact surface shape and the Hertzian stress are determined substantially uniformly in comparison with the module.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 第1実施例 モジュールm=3.78mm 圧力角22°30’ 歯形 標準歯形 歯元隅肉R=0.5mm 歯幅 18mm のベベルギアをSCM418Hの丸棒ビレットの熱間鍛
造により溶射金属の厚さ分小さい寸法で製造した。この
歯車に浸炭焼き入れを施した後、所定の厚さで超硬合金
(WCとCoとの粉末を9対1の割合で混合した粉末)
を溶射し、次いで、コイニングあるいは研削により所定
精度の歯車を得た。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. 1st Example Module m = 3.78 mm Pressure angle 22 ° 30 ′ Tooth profile Standard tooth profile Tooth fillet R = 0.5 mm Tooth width of 18 mm A bevel gear of SCM418H round bar billet is hot forged by the thickness of the sprayed metal. Manufactured with small dimensions. After carburizing and quenching this gear, cemented carbide with a predetermined thickness (powder of WC and Co powder mixed in a ratio of 9: 1)
Was sprayed and then coined or ground to obtain a gear with a predetermined accuracy.

【0008】上記加工によってJIS2級の精度を有す
る歯車を得ることができた。この歯車にトルクを付加し
て単体の静破壊強度試験を行った。また、荷重を増加さ
せながら運転試験を行い、スポーリングを起こす限界平
均面圧を求めた。
By the above processing, a gear having JIS class 2 accuracy could be obtained. A torque was applied to this gear to perform a static fracture strength test of the single body. In addition, an operation test was performed while increasing the load, and the critical average surface pressure that caused spalling was determined.

【0009】図1に示すように、コーティング厚さtを
とモジュールmとの比t/mの増加に伴い、静破壊強度
[kgf・m]、許容面圧[kgf/mm2]は、いず
れも一旦増大した後低下し、再度増大する。許容面圧に
ついては、t/m≧0.15において、前段(許容面圧
が一旦低下する前)における最大許容面圧を超える値を
得ることができた。また静破壊強度については、t/m
≧0.03において、前段(静破壊強度が一旦低下する
前)における最大静破壊強度を超える値を得ることがで
きた。
As shown in FIG. 1, as the ratio t / m between the coating thickness t and the module m increases, the static fracture strength [kgf · m] and the allowable surface pressure [kgf / mm 2 ] are Also increases once, then decreases, then increases again. Regarding the allowable surface pressure, when t / m ≧ 0.15, a value exceeding the maximum allowable surface pressure in the preceding stage (before the allowable surface pressure once decreases) could be obtained. For static fracture strength, t / m
When ≧ 0.03, it was possible to obtain a value exceeding the maximum static fracture strength in the previous stage (before the static fracture strength once decreased).

【0010】以上の実験より、歯元の隅肉部における超
硬材料のコーティング厚tを t≧0.03m とすることによって曲げ強度を有効に高めることができ
ることがわかる。すなわち、WC−Coのような超硬材
料は、鉄鋼材料の二倍以上のヤング率であるから、歯元
部分の表面に生じる最大曲げ応力を支持することができ
る。またヤング率が大きいことに起因して歯先の変位が
小さくなることにより、歯の噛み合率が高くなり、した
がって、運転時の騒音が低下する。
From the above experiment, it is understood that the bending strength can be effectively increased by setting the coating thickness t of the cemented carbide material at the fillet portion of the tooth root to t ≧ 0.03 m. That is, since a superhard material such as WC-Co has a Young's modulus twice or more that of a steel material, it can support the maximum bending stress generated on the surface of the tooth root portion. Further, since the tooth tip displacement is reduced due to the large Young's modulus, the tooth engagement rate is increased, and thus the noise during operation is reduced.

【0011】さらに、歯面の部分においては、t≧0.
15mとすることにより、更に歯の噛み合い面の損傷を
防止することができる。すなわち、超硬材料によるコー
ティングがこの範囲より薄い場合、コーティング層と母
材(鋼)との界面に生じるせん断力のためにコーティン
グ層の剥離に起因するピット(くぼみ)が歯面に多数発
生する。
Further, in the tooth surface portion, t ≧ 0.
By setting the length to 15 m, it is possible to further prevent damage to the meshing surface of the teeth. That is, when the coating of the superhard material is thinner than this range, a large number of pits (dents) are generated on the tooth surface due to the peeling of the coating layer due to the shearing force generated at the interface between the coating layer and the base material (steel). .

【0012】t≧0.15mでは、外皮層の存在により
接着面積は低下し、外皮材応力は増大するが、ヘルツ接
触によるピーク応力は完全に外皮層内に存在して母材の
応力を低下させるとともに接合界面の剪断力も大きく低
下して剥離の危険が低下する。このため従来のギアより
曲げ強度、面圧強度とも著しく優れたギアが得られる。
また、t≧0.25の範囲においては、面圧強度の上昇
が頭打ちになるとともに、鋼に比べて密度の大きい超硬
材料が歯車全体に占める割合が大きくなるため、歯車の
重量および慣性モーメントが大きくなる。したがって、
歯車の効率および製造コストの両面から、コーティング
の厚さtを0.25m以下とすることが望ましい。
When t ≧ 0.15 m, the adhesion area decreases due to the presence of the outer skin layer and the outer skin material stress increases, but the peak stress due to Hertzian contact completely exists in the outer skin layer and reduces the stress of the base material. At the same time, the shearing force at the joint interface is greatly reduced, and the risk of peeling is reduced. Therefore, it is possible to obtain a gear that is significantly superior in bending strength and surface pressure strength to the conventional gear.
Further, in the range of t ≧ 0.25, the increase in the surface pressure strength reaches a peak and the ratio of the cemented carbide material having a higher density than steel to the entire gear becomes large, so that the weight of the gear and the moment of inertia of the gear are increased. Grows larger. Therefore,
From the standpoints of gear efficiency and manufacturing cost, it is desirable that the coating thickness t be 0.25 m or less.

【0013】以上のように、鋼製歯車の表面をモジュー
ルに対して所定の比率の厚さの超硬材料によってコーテ
ィングすることにより、歯車の曲げ強度および面圧強度
を高めることができた。
As described above, the bending strength and the surface pressure strength of the gear could be increased by coating the surface of the steel gear with the cemented carbide material having a predetermined ratio of thickness with respect to the module.

【0014】なお上記効果は、ヤング率の高い表面層が
応力を受けることにより内面層の応力を緩和する現象
が、曲げ、面圧強度共に、ある層厚さ比(t/m)を境
界として急速に大きくなることの発見に基づくものであ
るから、鋼の表面に浸炭層が形成されていない場合であ
っても同様の効果を得ることができる。また外皮材とコ
ア材との組合せは上記実施例の鋼と超硬合金とに限られ
るものではなく、セラミックとFe、FeとAl、Fe
とプラスチック等の種々の組合せにも適用することがで
きるのはもちろんである。
The above effect is that the stress of the surface layer having a high Young's modulus relaxes the stress of the inner surface layer, and both the bending and the surface pressure strength have a certain layer thickness ratio (t / m) as a boundary. Since it is based on the finding that it rapidly grows, the same effect can be obtained even when the carburized layer is not formed on the surface of steel. Further, the combination of the outer skin material and the core material is not limited to the steel and the cemented carbide of the above-mentioned embodiment, but ceramic and Fe, Fe and Al, Fe.
Needless to say, it can be applied to various combinations of plastic and plastic.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上の説明で明かなように、本発明は、
歯元の隅肉曲線部および噛み合い面の少なくとも一方の
表面に超硬材料からなるコーティング層を施すようにし
たものであって、前記隅肉曲線部のコーティング層の厚
さt1を歯車のモジュールmに対して、t1≧0.03
mとし、あるいは、噛み合い面のコーティング層の厚さ
t2を歯車のモジュールmに対してt2≧0.15mと
したものであるから、下記の効果を奏する。
As is apparent from the above description, the present invention is
A coating layer made of a cemented carbide material is applied to at least one of the fillet curve portion of the tooth root and the meshing surface, and the thickness t1 of the coating layer of the fillet curve portion is set to the module m of the gear. With respect to t1 ≧ 0.03
m or the thickness t2 of the coating layer on the meshing surface is t2 ≧ 0.15 m with respect to the gear module m, the following effects are achieved.

【0016】隅肉曲線部の表面が超硬材料によって形成
されているので、伝達トルクに基づいて歯車の一方の歯
元の表面に生じる最大曲げ応力を、鋼よりヤング率の高
い超硬材料によって支持することができ、前記曲げ応力
の原因となる伝達トルクが大きい場合であっても、歯に
十分な強度を持たせることができる。したがって、軽量
で伝達トルクの大きな歯車を得ることができる。
Since the surface of the fillet curve portion is formed of a superhard material, the maximum bending stress generated on the surface of one of the roots of the gear on the basis of the transmission torque is determined by the superhard material having a Young's modulus higher than that of steel. It can be supported, and the teeth can have sufficient strength even when the transmission torque that causes the bending stress is large. Therefore, it is possible to obtain a gear that is lightweight and has a large transmission torque.

【0017】また接触面の表面を超硬材料で被覆するこ
とにより、この部分の耐摩耗性および面圧強度を高める
ことができ、この点からも、許容伝達トルクに比して軽
量な歯車を得ることができる。
Further, by coating the surface of the contact surface with a superhard material, wear resistance and surface pressure strength of this portion can be enhanced. From this point as well, a gear which is lighter in weight than the allowable transmission torque can be obtained. Obtainable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】t/mに対する静破壊強度および許容面圧の変
化を示す図表である。
FIG. 1 is a table showing changes in static fracture strength and allowable surface pressure with respect to t / m.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 歯元の隅肉曲線部の表面に超硬材料から
なるコーティング層を設けたことを特徴とする歯車。
1. A gear having a coating layer made of a superhard material provided on the surface of the fillet curve portion of the tooth base.
【請求項2】 前記コーティング層の厚さt1が歯車の
モジュールmに対して、t1≧0.03mとされたこと
を特徴とする請求項1の歯車。
2. The gear according to claim 1, wherein the thickness t1 of the coating layer is t1 ≧ 0.03 m with respect to the module m of the gear.
【請求項3】 噛み合い面の表面に超硬材料からなるコ
ーティング層を設けたことを特徴とする歯車。
3. A gear having a coating layer made of a superhard material on the surface of the meshing surface.
【請求項4】 前記コーティング層の厚さt2が歯車の
モジュールmに対してt2≧0.15mとされたことを
特徴とする請求項3の歯車。
4. The gear according to claim 3, wherein the thickness t2 of the coating layer is t2 ≧ 0.15 m with respect to the module m of the gear.
【請求項5】 歯元の隅肉曲線部の表面および噛み合い
面の表面に超硬材料からなるコーティング層を設けたこ
とを特徴とする歯車。
5. A gear having a coating layer made of a superhard material provided on the surface of the fillet curve portion of the tooth root and the surface of the meshing surface.
【請求項6】 前記隅肉曲線部のコーティング層の厚さ
t1が歯車のモジュールmに対して、t1≧0.03m
とされたことを特徴とする請求項5の歯車。
6. The thickness t1 of the coating layer of the fillet curve portion is t1 ≧ 0.03 m with respect to the gear module m.
The gear according to claim 5, wherein:
JP24338392A 1992-09-11 1992-09-11 Gear Pending JPH0694100A (en)

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