專利名稱：齒輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及齒輪，特別涉及齒面的耐磨損性、耐膠合性，以及對齒面的腐蝕 (pitting)和缺齒的疲勞強(qiáng)度優(yōu)異的齒輪。
背景技術(shù)：
如汽車的變速箱所使用的齒輪那樣以飛濺式供給潤滑油的齒輪存在不能向嚙合 部供給充分的潤滑油，在齒面上容易產(chǎn)生磨損及膠合的問題，針對這種問題，本申請人曾提 案過在齒面上隨機(jī)地設(shè)置無數(shù)個微小的凹坑，將這些微小的凹坑作為存油部從而容易在齒 面上形成油膜，使耐磨損性、耐膠合性提高(例如參照專利文獻(xiàn)1)。作為在齒面等部件表面上隨機(jī)地設(shè)置無數(shù)上述微小的凹坑的機(jī)構(gòu)，例如采用通過 離心流動滾磨法那樣的特殊的研磨法在表面上形成了隨機(jī)的凹凸之后，進(jìn)一步利用滾磨法 將凹凸的凸部變得平滑，由此隨機(jī)地形成微小的凹坑的機(jī)構(gòu)。另一方面，隨著變速箱的多級化和發(fā)動機(jī)的高輸出化，存在作用于變速箱所使用 的齒輪的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速增加的傾向。此外，由于汽車的燃料費(fèi)用提高，變速箱也有被緊湊化的 傾向，要求所使用的齒輪也小型并且小模塊化。根據(jù)這樣的動向，在變速箱用的齒輪中，容 易發(fā)生腐蝕和缺齒等疲勞損傷。另外，作為提高齒輪等機(jī)械部件的疲勞強(qiáng)度的機(jī)構(gòu)，采用在通過研磨加工等對表 面精加工之前，用噴丸加工進(jìn)行前處理，在表面上形成大壓縮殘留應(yīng)力的機(jī)構(gòu)。專利文獻(xiàn)1 日本實(shí)用新型注冊第2591616號公報專利文獻(xiàn)1中記載的齒輪具有耐磨損性、耐膠合性，但是在齒根和齒面上不形成 大的壓縮殘留應(yīng)力，因此存在無法充分確保對腐蝕和缺齒的疲勞強(qiáng)度的問題。為了確保這 種疲勞強(qiáng)度，考慮現(xiàn)有的機(jī)械部件所采用的方式，作為前處理實(shí)施噴丸加工，但是存在增加 加工工序而使制造工序變得復(fù)雜的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的課題在于不增加加工工序，除了耐磨損性、耐膠合性之外，還提高 對腐蝕和缺齒的疲勞強(qiáng)度。為了解決上述的課題，本發(fā)明采用在齒面上隨機(jī)地設(shè)置有無數(shù)微小凹狀凹坑的齒 輪中，設(shè)置有上述凹坑的面的面粗糙度參數(shù)的范圍是Ryni :2. 0 5. 5 μ m、Rymax 2. 5 7. 0 μ m> Rqni 0. 3 ~ 1. 1 μ m。上述參數(shù)Ryni是每基準(zhǔn)長度的最大高度的平均值、即從粗糙度曲線在其平均線 的方向上提取基準(zhǔn)長度，并在粗糙度曲線的縱倍率方向上測定該提取部分的峰頂線和谷底 線的間隔的值，參數(shù)Rymax是每基準(zhǔn)長度的最大高度的最大值(ISO 4287:1997)。此外，參 數(shù)Rqni是在測定長度的區(qū)間對從粗糙度平均線到粗糙度曲線的高度的偏差的平方進(jìn)行積 分且在該區(qū)間上平均的值的平方根，也稱為平方平均平方根粗糙度。通過利用研磨加工將上述齒面平滑化，在該平滑化的齒面上用使微小的硬質(zhì)粒子
3沖撞的凹坑形成機(jī)構(gòu)隨機(jī)地形成上述無數(shù)的凹坑，從而利用使微小的硬質(zhì)粒子沖撞的凹坑 形成機(jī)構(gòu)在齒面上形成大的壓縮殘留應(yīng)力，可以不增加加工工序，并且除了耐磨損性和耐 膠合性之外，還能夠提高對腐蝕和缺齒的疲勞強(qiáng)度。利用上述研磨加工進(jìn)行平滑化之后的齒面的表面粗糙度優(yōu)選Ryni :0. 7 1. 5 μ m> Rymax 0. 9 ~ 2. 5 μ m、Rqni 0. 1 ~ 0. 3 μ m。上述研磨加工可以采用陀螺研磨加工。上述凹坑形成機(jī)構(gòu)使用的硬質(zhì)粒子可以以氧化鋁為主要成分，外徑尺寸為0. 1 Imm0上述凹坑形成機(jī)構(gòu)可以采用液體珩磨加工。上述的各齒輪適于在汽車的變速箱中使用。本發(fā)明的齒輪通過研磨加工將齒面平滑化，并在該平滑化的齒面上用使微小的硬 質(zhì)粒子沖撞的凹坑形成機(jī)構(gòu)隨機(jī)地形成上述無數(shù)的凹坑，形成有凹坑的面的面粗糙度參數(shù) 的范圍是 Ryni :2· 0 5. 5 μ m、Rymax :2· 5 7· 0 μ m、Rqni :0· 3 1· 1 μ m,因此利用使微小 的硬質(zhì)粒子沖撞的凹坑形成機(jī)構(gòu)在齒面上形成大的壓縮殘留應(yīng)力，可以不增加加工工序， 并且除了耐磨損性和耐膠合性之外，還能夠提高對腐蝕和缺齒的疲勞強(qiáng)度。


圖1是表示使用了本發(fā)明的齒輪的變速箱的縱截面圖。圖2是表示圖1的齒輪的主要部分的立體圖。圖3是示意地表示陀螺研磨加工裝置的縱截面圖。圖4是示意地表示液體珩磨加工裝置的主視圖。圖5是表示在耐腐蝕試驗(yàn)中使用的正齒輪疲勞試驗(yàn)機(jī)的立體圖。圖6是示意地表示缺齒強(qiáng)度試驗(yàn)的主視圖。圖7是表示缺齒強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果的曲線圖。圖8是表示齒面的表面附近的壓縮殘留應(yīng)力的測定結(jié)果的曲線圖。符號說明1...齒輪；la、lb、lc...試驗(yàn)齒輪；2...齒面；2a...齒頂部；2b...齒高部；
2c...齒根部；3...凹坑；11...外殼；12...輸入軸；13...輸出軸；14...導(dǎo)軸；15...副 軸；16...反轉(zhuǎn)軸；17...離合器從動盤轂；21...研磨槽；22...支承部件；2324...旋轉(zhuǎn) 軸；25...噴嘴；31...驅(qū)動軸；32...傳動齒輪；33...從動軸；34...負(fù)荷桿；35...錘； 36...轉(zhuǎn)矩計；37...旋轉(zhuǎn)軸；38...固定軸；39...固定齒輪；40...臂。
具體實(shí)施例方式以下，基于

本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1表示使用了本發(fā)明的齒輪1的汽車 的變速箱。該變速箱是手動式的，在外殼11內(nèi)串聯(lián)配置有輸入軸12、輸出軸13以及作為中 間軸的導(dǎo)軸14，此外作為中間軸的副軸15和反轉(zhuǎn)軸16與輸出軸13平行地配置。另外，圖 1為了易于觀看而進(jìn)行展開表示，反轉(zhuǎn)軸16也與輸出軸13卡合。上述齒輪1被安裝到各軸12、13、14、15、16上，通過用來自外部的操作被移動的離 合器從動盤轂17來改變這些齒輪1的相互嚙合，由此適當(dāng)?shù)剡x擇從輸入軸12向輸出軸13的轉(zhuǎn)矩傳遞路徑。各齒輪1通過存留在油罐(省略圖示)中的油的飛濺而被潤滑。如圖2所示，在上述齒輪1的齒面2上，在齒頂部2a、齒高部2b以及齒根部2c上隨 機(jī)地設(shè)有無數(shù)微小的凹坑3。這些凹坑3，是通過陀螺研磨加工將齒面2的表面粗糙度平滑 化為 Ryni 0. 7 ~ 1. 5u m、Rymax 0. 9 ~ 2. 5 u m、Rqni :0. 1 0. 3 ii m 之后通過液體珩磨加 工而形成的，形成有凹坑3的齒輪1的表面粗糙度做成Ryni :2. 0 5. 5 y m.Rymax 2. 5 7. 0 y m、Rqni 0. 3 ~ 1. 1 u m。上述陀螺研磨加工，如圖3示意地所示，在填充了研磨介質(zhì)的研磨槽21中插入在 設(shè)置于支承部件22的多個旋轉(zhuǎn)軸23上安裝的作為工件的齒輪1，通過旋轉(zhuǎn)軸23使齒輪1 自轉(zhuǎn)，使研磨槽21或者支承部件22旋轉(zhuǎn)，使齒輪1相對研磨槽21相對地公轉(zhuǎn)，使研磨介質(zhì) 沒有遺漏地接觸齒面2，從而能夠使復(fù)雜形狀的齒面2平滑化。上述液體珩磨加工，如圖4示意地所示，一邊使安裝在旋轉(zhuǎn)軸24上的齒輪1旋轉(zhuǎn)， 一邊從與旋轉(zhuǎn)軸24正交的方向利用噴嘴25向齒面2噴射混入了硬質(zhì)粒子的液體，利用硬 質(zhì)粒子沖撞齒面2而在齒面2上隨機(jī)地形成微小的凹坑3，并且在齒面2上形成大的壓縮殘 留應(yīng)力。在該實(shí)施方式中，硬質(zhì)粒子以氧化鋁為主要成分，外徑尺寸為0. 1 1mm。實(shí)施例作為實(shí)施例，如上所述，準(zhǔn)備好了通過陀螺研磨加工將齒面平滑化之后，通過液體 珩磨加工在齒面上隨機(jī)地形成了無數(shù)微小的凹坑的齒輪。作為比較例，如上所述，準(zhǔn)備好了 通過離心流動滾磨和滾磨法在齒面上隨機(jī)地形成了無數(shù)微小的凹坑的齒輪。實(shí)施例和比較 例的齒輪的材質(zhì)都是將中碳鉻合金鋼SCr420進(jìn)行了加碳處理的材料。對于上述實(shí)施例與 比較例的齒輪進(jìn)行耐腐蝕試驗(yàn)和耐缺齒強(qiáng)度試驗(yàn)。此外，針對實(shí)施例與比較例的齒輪也分 別測定了齒面的表面附近的壓縮殘留應(yīng)力。上述耐腐蝕試驗(yàn)使用圖5所示的正齒輪疲勞試驗(yàn)機(jī)來進(jìn)行。該正齒輪疲勞試驗(yàn) 機(jī)，在用馬達(dá)(圖示省略)驅(qū)動的驅(qū)動軸31、和通過傳動齒輪32的嚙合而從動旋轉(zhuǎn)的從動 軸33上分別安裝驅(qū)動側(cè)試驗(yàn)齒輪la和被驅(qū)動側(cè)試驗(yàn)齒輪lb并使它們嚙合，在安裝了驅(qū)動 側(cè)試驗(yàn)齒輪la的驅(qū)動軸31的前端側(cè)用負(fù)荷桿34和錘35加載了扭矩之后，在驅(qū)動軸31和 從動軸33之間使動力循環(huán)，負(fù)荷轉(zhuǎn)矩通過在從動軸33上安裝的轉(zhuǎn)矩計36來監(jiān)視。試驗(yàn)條 件如下。驅(qū)動側(cè)試驗(yàn)齒輪外徑79mm、內(nèi)徑35mm、齒寬8. 2mm、齒數(shù)29個被驅(qū)動側(cè)試驗(yàn)齒輪外徑79mm、內(nèi)徑35mm、齒寬15mm、齒數(shù)30個轉(zhuǎn)速3500rpm負(fù)荷轉(zhuǎn)矩 19kgf m潤滑油ATF油(油溫80°C )上述耐腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果是在實(shí)施例的試驗(yàn)齒輪上產(chǎn)生腐蝕為止的時間大約是比 較例的試驗(yàn)齒輪的9倍，可以確認(rèn)耐腐蝕性顯著提高。上述缺齒強(qiáng)度試驗(yàn)，如圖6所示，使用使安裝在自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸37上的試驗(yàn)齒 輪lc與在固定軸38上安裝的固定齒輪39嚙合，并利用被設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸37上的臂40所承 受的反復(fù)載荷P，在試驗(yàn)齒輪lc的齒根上產(chǎn)生反復(fù)的彎曲應(yīng)力的機(jī)構(gòu)來進(jìn)行，使反復(fù)載荷P 的級別變化，求得相對于各級別的齒根彎曲應(yīng)力產(chǎn)生缺齒的疲勞極限。圖7表示上述缺齒強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果。根據(jù)該試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)施例的試驗(yàn)齒輪，與比較 例的齒輪相比，相對于缺齒的疲勞極限大幅度提高，在實(shí)用低的齒根彎曲應(yīng)力的級別下，疲勞極限提高50%程度左右。圖8表示針對上述實(shí)施例與比較例的齒輪測定了齒面的表面附近的壓縮殘留應(yīng) 力的結(jié)果。實(shí)施例與比較例的任一個齒輪都在齒面的表面附近形成了認(rèn)為起因于熱處理的 小的壓縮殘留應(yīng)力，實(shí)施例的齒輪除此之外在從表面起0. 2mm深度為止的表面層還形成了 認(rèn)為起因于液體珩磨加工的大的壓縮殘留應(yīng)力。認(rèn)為上述的耐腐蝕試驗(yàn)和缺齒強(qiáng)度試驗(yàn)中 的實(shí)施例的試驗(yàn)齒輪的耐腐蝕性和缺齒強(qiáng)度的提高量取決于在該表面層上形成的大的壓 縮殘留應(yīng)力。在上述的實(shí)施方式中，形成凹坑前的齒面的研磨加工是通過陀螺研磨加工進(jìn)行 的，但是該研磨加工也可以通過其他的滾磨加工等來進(jìn)行。此外，凹坑形成機(jī)構(gòu)采用液體珩 磨加工，但只要是使微小的硬質(zhì)粒子沖撞齒面的機(jī)構(gòu)即可，凹坑形成機(jī)構(gòu)也可以采用噴丸
加工等。
權(quán)利要求
一種齒輪，在齒面上隨機(jī)地設(shè)置有無數(shù)微小的凹狀凹坑，其特征在于設(shè)置有所述凹坑的面的面粗糙度參數(shù)的范圍是Ryni2.0～5.5μm、Rymax2.5～7.0μm、Rqni0.3～1.1μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的齒輪，其特征在于利用研磨加工使所述齒面平滑化，在該平滑化的齒面上通過使微小的硬質(zhì)粒子沖撞的 凹坑形成機(jī)構(gòu)隨機(jī)地形成所述無數(shù)的凹坑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的齒輪，其特征在于利用所述研磨加工進(jìn)行平滑化之后的齒面的表面粗糙度為Ryni :0.7 1.5i!m、 Rymax 0. 9 ~ 2. 5 u m、Rqni 0. 1 ~ 0. 3 u m。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的齒輪，其特征在于 所述研磨加工采用陀螺研磨加工。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的齒輪，其特征在于所述凹坑形成機(jī)構(gòu)所使用的硬質(zhì)粒子以氧化鋁為主要成分，外徑尺寸為0. 1 1mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的齒輪，其特征在于 所述凹坑形成機(jī)構(gòu)采用液體珩磨加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的齒輪，其特征在于 所述齒輪是在汽車的變速箱中使用的齒輪。
全文摘要
本發(fā)明提供一種齒輪，不增加加工工序，并且除了耐磨損性和耐膠合性之外，還能夠提高對腐蝕和缺齒的疲勞強(qiáng)度。利用陀螺研磨加工將齒面(2)平滑化，在該平滑化的齒面(2)上通過使微小的硬質(zhì)粒子與液體一起沖撞的液體珩磨加工隨機(jī)地形成無數(shù)的微小的凹狀凹坑(3)，從而通過液體珩磨加工在齒面(2)上形成大的壓縮殘留應(yīng)力，不增加加工工序，并且除了耐磨損性和耐膠合性之外，還能夠提高對腐蝕和缺齒的疲勞強(qiáng)度。
文檔編號F16H55/17GK101874170SQ20088011789
公開日2010年10月27日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者佐藤正范, 阿部克史 申請人:Ntn株式會社