JPS6360096B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6360096B2 JPS6360096B2 JP17807980A JP17807980A JPS6360096B2 JP S6360096 B2 JPS6360096 B2 JP S6360096B2 JP 17807980 A JP17807980 A JP 17807980A JP 17807980 A JP17807980 A JP 17807980A JP S6360096 B2 JPS6360096 B2 JP S6360096B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gear
- stress
- peening
- pressure
- tooth
- Prior art date
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- Expired
Links
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Gears, Cams (AREA)
Description
本発明は自動車、建設機械などに用いられる内
径にシヤフト類を通す歯車の曲げ疲労強度を向上
させる方法に関するものである。 低炭素鋼を用いた浸炭材は表面硬さが高く、熱
処理後の表面の圧縮残留応力が中炭素あるいは高
炭素材よりも大きいため、高負荷の歯車に用いら
れている。 また浸炭歯車にシヨツトピーニング（以下ピー
ニングとする）を行い、歯元の曲げ疲労強度を向
上させる方法は周知である。 これは第１図に示す表図のように、ピーニング
によつて発生した大きい圧縮残留応力イによつ
て、外力による応力ロが表面付近において低下す
るためである。つまり、応力イと応力ロとが合成
されて応力ハとなるから応力が低下する。 また、板バネなどにピーニングして疲労強度を
上げる場合、ピーニングする面に引張応力を付加
しておき、普通のピーニングよりも圧縮残留応力
を高める方法（ストレスピーニング）も周知であ
る。これにより、あらかじめ与えた引張残留応力
が、ピーニングによる表面の塑性変形を助け、普
通のピーニングよりも大きな塑性変形を与えるこ
とができる。 第２図は浸炭材の曲げ疲労限がストレスピーニ
ングにより著しく上昇することを示す表図であ
る。 つまり、浸炭材のピーク残留応力は、通常（−
30〜−50）Kg／mm2（第２図ニの範囲）であり、そ
の両振り曲げ疲労限は（70〜90）Kg／mm2である。
これに普通のピーニングを施すと、ピーク残留応
力は（−70〜−90）Kg／mm2（第２図ホの範囲）と
なり、その疲労限は（90〜110）Kg／mm2に上昇す
る。表面にあらかじめ引張応力を与えたストレス
ピーニングを施すと、ピーク残留応力は（−110
〜−160）Kg／mm2（第２図ヘ）に達し、その疲労
限は（110〜140）Kg／mm2に達する。 従つて、浸炭歯車の歯底に引張応力を付加した
ストレスピーニングを施すことができれば、歯車
の曲げ疲労限は大巾に向上し、歯車の歯巾を狭く
したり、歯車を小さくすることが可能となり、工
業的意義は大きい。 しかしながら、従来のピーニング方法では歯車
歯底に引張応力を付加してストレスピーニングを
行うことは困難であつた。本発明は上記の事情に
鑑みなされたものであり、その目的は自動車ある
いは建設機械などに用いられる内径にシヤフト類
を通す円筒形歯車を、その歯車歯底に引張応力を
付加してピーニングを施すことができるようにし
た歯車の疲労強度向上方法を提供することであ
る。 円筒形の歯車歯底に引張応力を付加する方法と
しては、液体を用いて、静水圧を歯車内径壁（ボ
ス内周壁）に付加する方法が考えられるが、液体
の洩れを防ぐシールが困難であり、たとえシール
が可能であつても実用的ではない。 そこで、本発明では第３図のように、円筒歯車
１の内径壁１ａ（つまり、ボス内周壁）に潤滑剤
を塗布した鋼球、ヒラミツク球等の硬質球体２を
充填し、この硬質球体２を圧力媒体として、歯車
歯底の円周方向に引張応力を付加してピーニング
するようにした。 第３図において、３は圧力を加えるピストンで
中央に孔３ａを有する、４，５は締付ナツト、６
は締付ボルトであり、圧力はこのボルト６にナツ
ト４，５を締付けてピストン３を押し下げること
により加えられる。ピストンに圧力を加える方法
としては、油圧、水圧、空圧などでも良い。７は
ナツト４，５を締付ける場合に、重ねた歯車１の
ズレを防ぐ筒状のカバー、８は上部スペーサで歯
車１のボス１ａと同一径の孔８ａを有し、９は下
部スペーサであり、ボルトが挿通孔９ａを有して
いる。 すなわち、ナツト５によりボルト６を台１０に
取付け、下部スペーサ９を、その孔９ａをボルト
６に挿入して台１０上にセツトし、下部スペーサ
９の外周側を覆うようにカバー７を台１０上に立
設する。次に歯車１を順次積み重ね最上方の歯車
１に上部スペーサ８を重ね、潤滑剤を塗布した硬
質球体２を歯車１の内側内に適当な深さに充填す
る。次にピストン３の孔３ａをボルト６に嵌挿し
小径部３ｂを上部スペーサ８の孔８ａ内に臨むよ
うにセツトしナツト４を締め付けて圧力を加え
る。 この場合、歯車の内径に付加される圧力P2は
第４図のように、垂直圧力P1により静水圧的に
発生するものであるが、潤滑剤を塗布した硬質球
体間の摩擦係数をμとすると、P2は(1)式にて表
わされる。 P2＝P1tan2（π／４−tan-1μ／２） ……(1) 従つて、硬質球体間の摩擦係数をなるべく低く
するために潤滑剤を塗布する。また、圧力P2に
より歯車の外径（歯底）に発生する円周方向の引
張応力σ〓は歯車歯底の形状形数をαとすると(2)式
にて与えられる。 σ〓＝α2a2／b2−a2P2 ……(2) （具体例） モジユール2.5mm、歯数24、歯巾16mm、歯底円
径42mm、内径28mmの浸炭焼入焼戻しした歯車につ
いて表１に示す条件でピーニングした。 表１において、No.１は浸炭焼入焼戻しのままの
もの、No.２は浸炭焼入焼もどししたものに普通の
ピーニングをしたもの、No.３〜No.７は浸炭焼入焼
戻しした歯車に第３図に示した装置で５種類の異
なる歯底円周方向応力（σ〓）を発生させてストレ
スピーニングしたものであり、それぞれについて
歯底の円周方向残留応力（σr〓）をを測定したと
ころ表１に示す結果を得た。 但しシヨツトピーニングの条件は、シヨツト粒
径0.5〓mm、アークハイト0.4A、カバレージ300％
である。また、ストレスピーニングの場合のピス
トンに加える荷重（Ｐ）、歯車の内径に加わる圧
力（Pi）は、潤滑剤を塗布した硬質球体間の摩擦
係数を0.10とし、歯車歯底の形状係数を1.8とし
た場合の数値である。 表１より、普通のシヨツトピーニングと比較し
て本発明の方法によりストレスピーニングしたも
のの歯底円周方向の圧縮残留応力は著しく大き
く、最大−132Kg／mm2に達していることが判る。
径にシヤフト類を通す歯車の曲げ疲労強度を向上
させる方法に関するものである。 低炭素鋼を用いた浸炭材は表面硬さが高く、熱
処理後の表面の圧縮残留応力が中炭素あるいは高
炭素材よりも大きいため、高負荷の歯車に用いら
れている。 また浸炭歯車にシヨツトピーニング（以下ピー
ニングとする）を行い、歯元の曲げ疲労強度を向
上させる方法は周知である。 これは第１図に示す表図のように、ピーニング
によつて発生した大きい圧縮残留応力イによつ
て、外力による応力ロが表面付近において低下す
るためである。つまり、応力イと応力ロとが合成
されて応力ハとなるから応力が低下する。 また、板バネなどにピーニングして疲労強度を
上げる場合、ピーニングする面に引張応力を付加
しておき、普通のピーニングよりも圧縮残留応力
を高める方法（ストレスピーニング）も周知であ
る。これにより、あらかじめ与えた引張残留応力
が、ピーニングによる表面の塑性変形を助け、普
通のピーニングよりも大きな塑性変形を与えるこ
とができる。 第２図は浸炭材の曲げ疲労限がストレスピーニ
ングにより著しく上昇することを示す表図であ
る。 つまり、浸炭材のピーク残留応力は、通常（−
30〜−50）Kg／mm2（第２図ニの範囲）であり、そ
の両振り曲げ疲労限は（70〜90）Kg／mm2である。
これに普通のピーニングを施すと、ピーク残留応
力は（−70〜−90）Kg／mm2（第２図ホの範囲）と
なり、その疲労限は（90〜110）Kg／mm2に上昇す
る。表面にあらかじめ引張応力を与えたストレス
ピーニングを施すと、ピーク残留応力は（−110
〜−160）Kg／mm2（第２図ヘ）に達し、その疲労
限は（110〜140）Kg／mm2に達する。 従つて、浸炭歯車の歯底に引張応力を付加した
ストレスピーニングを施すことができれば、歯車
の曲げ疲労限は大巾に向上し、歯車の歯巾を狭く
したり、歯車を小さくすることが可能となり、工
業的意義は大きい。 しかしながら、従来のピーニング方法では歯車
歯底に引張応力を付加してストレスピーニングを
行うことは困難であつた。本発明は上記の事情に
鑑みなされたものであり、その目的は自動車ある
いは建設機械などに用いられる内径にシヤフト類
を通す円筒形歯車を、その歯車歯底に引張応力を
付加してピーニングを施すことができるようにし
た歯車の疲労強度向上方法を提供することであ
る。 円筒形の歯車歯底に引張応力を付加する方法と
しては、液体を用いて、静水圧を歯車内径壁（ボ
ス内周壁）に付加する方法が考えられるが、液体
の洩れを防ぐシールが困難であり、たとえシール
が可能であつても実用的ではない。 そこで、本発明では第３図のように、円筒歯車
１の内径壁１ａ（つまり、ボス内周壁）に潤滑剤
を塗布した鋼球、ヒラミツク球等の硬質球体２を
充填し、この硬質球体２を圧力媒体として、歯車
歯底の円周方向に引張応力を付加してピーニング
するようにした。 第３図において、３は圧力を加えるピストンで
中央に孔３ａを有する、４，５は締付ナツト、６
は締付ボルトであり、圧力はこのボルト６にナツ
ト４，５を締付けてピストン３を押し下げること
により加えられる。ピストンに圧力を加える方法
としては、油圧、水圧、空圧などでも良い。７は
ナツト４，５を締付ける場合に、重ねた歯車１の
ズレを防ぐ筒状のカバー、８は上部スペーサで歯
車１のボス１ａと同一径の孔８ａを有し、９は下
部スペーサであり、ボルトが挿通孔９ａを有して
いる。 すなわち、ナツト５によりボルト６を台１０に
取付け、下部スペーサ９を、その孔９ａをボルト
６に挿入して台１０上にセツトし、下部スペーサ
９の外周側を覆うようにカバー７を台１０上に立
設する。次に歯車１を順次積み重ね最上方の歯車
１に上部スペーサ８を重ね、潤滑剤を塗布した硬
質球体２を歯車１の内側内に適当な深さに充填す
る。次にピストン３の孔３ａをボルト６に嵌挿し
小径部３ｂを上部スペーサ８の孔８ａ内に臨むよ
うにセツトしナツト４を締め付けて圧力を加え
る。 この場合、歯車の内径に付加される圧力P2は
第４図のように、垂直圧力P1により静水圧的に
発生するものであるが、潤滑剤を塗布した硬質球
体間の摩擦係数をμとすると、P2は(1)式にて表
わされる。 P2＝P1tan2（π／４−tan-1μ／２） ……(1) 従つて、硬質球体間の摩擦係数をなるべく低く
するために潤滑剤を塗布する。また、圧力P2に
より歯車の外径（歯底）に発生する円周方向の引
張応力σ〓は歯車歯底の形状形数をαとすると(2)式
にて与えられる。 σ〓＝α2a2／b2−a2P2 ……(2) （具体例） モジユール2.5mm、歯数24、歯巾16mm、歯底円
径42mm、内径28mmの浸炭焼入焼戻しした歯車につ
いて表１に示す条件でピーニングした。 表１において、No.１は浸炭焼入焼戻しのままの
もの、No.２は浸炭焼入焼もどししたものに普通の
ピーニングをしたもの、No.３〜No.７は浸炭焼入焼
戻しした歯車に第３図に示した装置で５種類の異
なる歯底円周方向応力（σ〓）を発生させてストレ
スピーニングしたものであり、それぞれについて
歯底の円周方向残留応力（σr〓）をを測定したと
ころ表１に示す結果を得た。 但しシヨツトピーニングの条件は、シヨツト粒
径0.5〓mm、アークハイト0.4A、カバレージ300％
である。また、ストレスピーニングの場合のピス
トンに加える荷重（Ｐ）、歯車の内径に加わる圧
力（Pi）は、潤滑剤を塗布した硬質球体間の摩擦
係数を0.10とし、歯車歯底の形状係数を1.8とし
た場合の数値である。 表１より、普通のシヨツトピーニングと比較し
て本発明の方法によりストレスピーニングしたも
のの歯底円周方向の圧縮残留応力は著しく大き
く、最大−132Kg／mm2に達していることが判る。
【表】
【表】
本発明は以上の様になり、歯車の疲労強度を向
上できると共に、硬質球体を介して引張応力を発
生させるのでシールなどをする必要がなく処理が
簡単となる。
上できると共に、硬質球体を介して引張応力を発
生させるのでシールなどをする必要がなく処理が
簡単となる。
第１図はピーニングによる応力低下を示す説明
図、第２図はピーニングとピーク残留応力との関
係を示す表図、第３図は本発明方法を実施する装
置の断面図、第４図はピストンに加わる荷重と歯
車内部の圧力の状態を示す説明図である。 １は歯車、１ａは内径壁、２は硬質球体。
図、第２図はピーニングとピーク残留応力との関
係を示す表図、第３図は本発明方法を実施する装
置の断面図、第４図はピストンに加わる荷重と歯
車内部の圧力の状態を示す説明図である。 １は歯車、１ａは内径壁、２は硬質球体。
Claims (1)
- １ 歯車１の内径壁１ａを、硬質球体２を介して
加圧して歯底の円周方向に引張応力を発生させ、
その状態でシヨツトピーニングすることを特徴と
する歯車の疲労強度向上方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17807980A JPS57101612A (en) | 1980-12-18 | 1980-12-18 | Enhancement of fatigue strength of gear |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17807980A JPS57101612A (en) | 1980-12-18 | 1980-12-18 | Enhancement of fatigue strength of gear |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57101612A JPS57101612A (en) | 1982-06-24 |
| JPS6360096B2 true JPS6360096B2 (ja) | 1988-11-22 |
Family
ID=16042248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17807980A Granted JPS57101612A (en) | 1980-12-18 | 1980-12-18 | Enhancement of fatigue strength of gear |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57101612A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62200071A (ja) * | 1986-02-27 | 1987-09-03 | Toyota Motor Corp | 高強度歯車の製造方法 |
| US20060010778A1 (en) * | 2004-07-16 | 2006-01-19 | Cooper Technology Services, Llc | Low flexural modulus pattern on extruded low-friction material |
-
1980
- 1980-12-18 JP JP17807980A patent/JPS57101612A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57101612A (en) | 1982-06-24 |
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