の多くの部分新しいエネルギー減速機そして自動車用ギアプロジェクトでは歯車研削後にショットピーニングが必要ですが、これにより歯面の品質が低下し、システムのNVH性能にさえ影響を与えます。この論文は、ショットピーニング前後のさまざまなショットピーニングプロセス条件およびさまざまな部品の歯面粗さを研究しました。結果は、ショットピーニングにより歯の表面粗さが増加することを示しています。これは、部品の特性、ショットピーニングプロセスパラメータ、およびその他の要因によって影響を受けます。既存のバッチ生産プロセス条件では、ショットピーニング後の最大歯面粗さはショットピーニング前の3.1倍です。NVH性能に及ぼす歯面粗さの影響を議論し,ショットピーニング後の粗さを改善するための対策を提案した。

以上のような背景のもと、本稿では以下の 3 つの側面から論じる。

ショットピーニングプロセスパラメータが歯面粗さに及ぼす影響。

既存のバッチ生産プロセス条件下での歯面粗さのショットピーニングの増幅度。

歯面粗さの増加がNVH性能に及ぼす影響とショットピーニング後の粗さを改善するための対策。

ショットピーニングとは、高硬度で高速運動する多数の小さな発射体を部品の表面に衝突させるプロセスを指します。発射体の高速衝撃下では、部品の表面にピットが発生し、塑性変形が発生します。ピットの周囲の組織はこの変形に抵抗し、残留圧縮応力を生成します。多数のピットが重なり合うことにより、部品の表面に均一な残留圧縮応力層が形成され、部品の疲労強度が向上します。ショットピーニングは、ショットによる高速度の得方により、図1に示すように圧縮空気ショットピーニングと遠心ショットピーニングに大別されます。

圧縮空気ショットピーニングでは、ガンからショットを噴射するための動力として圧縮空気が使用されます。遠心ショットブラストでは、モーターを使用してインペラを高速で回転させ、ショットを噴射します。ショットピーニングの主要なプロセスパラメータには、飽和強度、被覆率、およびショットピーニング媒体の特性 (材料、サイズ、形状、硬度) が含まれます。飽和強度はショットピーニング強度を特徴付けるパラメータであり、アーク高さ（ショットピーニング後のアルメン試験片の曲がり具合）で表されます。被覆率とは、ショットピーニング後のピットによって覆われた面積の、ショットピーニングされた領域の総面積に対する比率を指します。一般的に使用されるショットピーニングメディアには、鋼線切断ショット、鋳鋼ショット、セラミックショット、ガラスショットなどがあり、ショットピーニングメディアにはサイズ、形状、硬度が異なるグレードがあります。トランスミッションギアシャフト部品の一般的なプロセス要件を表 1 に示します。

テストパーツはハイブリッドプロジェクトのインターミディエイトシャフトギア1/6です。歯車構造を図2に示します。研削後の歯面微細構造はグレード2、表面硬度は710HV30、有効硬化層深さは0.65mmで、すべて技術要件内にあります。ショットピーニング前の歯面粗さを表3に、歯形精度を表4に示します。ショットピーニング前の歯面粗さが良好で、歯形曲線が滑らかであることがわかります。

テスト計画とテストパラメータ

試験には圧縮空気ショットピーニング機を使用します。試験条件により、ショットピーニング媒体の特性（材質、サイズ、硬度）の影響を検証することはできません。したがって、ショットピーニング媒体の特性は試験において一定です。ショットピーニング後の歯面粗さに及ぼす飽和強度と被覆率の影響のみを検証します。テスト計画については表 2 を参照してください。テストパラメータの具体的な決定プロセスは次のとおりです。圧縮空気圧力、スチールショット流量、ノズル移動速度、部品からのノズル距離をロックするために、アルメンクーポンテストを通じて飽和曲線（図3）を描き、飽和点を決定します。およびその他の機器パラメータ。

テスト結果

ショットピーニング後の歯面粗さデータを表 3 に、歯形精度を表 4 に示します。 4 つのショットピーニング条件では、歯面粗さが増加し、歯形曲線が凹になり、歯形曲線が凹になっていることがわかります。ショットピーニング後の凸面。スプレー前の粗さに対するスプレー後の粗さの比を使用して、粗さ倍率を特徴付けます (表 3)。4 つのプロセス条件でラフネス倍率が異なることがわかります。

ショットピーニングによる歯面粗さの倍率を一括追跡

セクション 3 のテスト結果は、さまざまなプロセスでショットピーニングを行った後、歯の表面粗さがさまざまな程度で増加することを示しています。ショットピーニングによる歯面粗さの増幅を十分に把握し、サンプル数を増やすため、5品目5種類計44部品を選定し、バッチ生産ショットの条件でショットピーニング前後の粗さを追跡しました。ピーニング加工。歯車研削後のトラック部品の物理的および化学的情報とショットピーニングプロセスの情報については、表 5 を参照してください。ショットピーニング前の前後歯面の粗さと倍率データを図 4 に示します。図 4 より、ショットピーニング前の歯面粗さの範囲は Rz1.6 μ m ～ Rz4.3 μ m であることがわかります。ショットピーニング後は、粗さは増加し、分布範囲はRz2.3μm～Rz6.7μm；最大粗さはショットピーニング前に3.1倍に増幅できます。

ショットピーニング後の歯面粗さに影響する要因

ショットピーニングの原理から、高硬度で高速移動するショットにより部品表面に無数のピットが残り、これが残留圧縮応力の源となることがわかります。同時に、これらのピットは表面粗さを増加させることになります。表 6 に示すように、ショット ピーニング前の部品の特性とショット ピーニング プロセス パラメータは、ショット ピーニング後の粗さに影響します。この論文のセクション 3 では、4 つのプロセス条件の下で、ショット ピーニング後の歯の表面粗さは次のように増加します。程度が異なります。このテストには、ショット前の粗さとプロセス パラメーター (飽和強度または被覆率) の 2 つの変数があり、ショット後のピーニングの粗さとそれぞれの単一の影響要因との関係を正確に決定することはできません。現在、多くの学者がこれについて研究し、有限要素シミュレーションに基づいたショットピーニング後の表面粗さの理論的予測モデルを提唱しています。このモデルは、さまざまなショットピーニングプロセスの対応する粗さ値を予測するために使用されます。

実際の経験と他の学者の研究に基づいて、さまざまな要因の影響モードを表 6 に示すように推測できます。ショットピーニング後の粗さは多くの要因によって総合的に影響を受けることがわかり、これらが重要な要因でもあります残留圧縮応力に影響を与えます。残留圧縮応力の確保を前提としてショットピーニング後の粗さを低減するには、パラメータの組み合わせを継続的に最適化するための多数のプロセステストが必要です。

システムのNVH性能に対する歯面粗さの影響

歯車部品は動力伝達システムに組み込まれており、歯面粗さはNVH性能に影響を与えます。実験結果は、同じ荷重と速度の下で、表面粗さが大きくなるほど、システムの振動と騒音が大きくなるということを示しています。負荷と速度が増加すると、振動と騒音はより顕著に増加します。

近年、新しいエネルギー減速機のプロジェクトが急増しており、高速化、大トルク化の開発傾向にあります。現在、当社の新型エネルギー減速機の最大トルクは354N・m、最高速度は16000r/minであり、将来的には20000r/min以上に向上する予定です。このような作業条件下では、歯面粗さの増加がシステムの NVH 性能に及ぼす影響を考慮する必要があります。

ショットピーニング後の歯面粗さの改善対策

歯車研削後にショットピーニング処理を施すことにより、歯面の接触疲労強度と歯元の曲げ疲労強度を向上させることができます。歯車の設計工程において、強度上の理由からこの処理を使用しなければならない場合、システムのNVH性能を考慮するために、ショットピーニング後の歯面粗さを以下の観点から改善することができます。

ａ．ショットピーニング加工パラメータを最適化し、残留圧縮応力の確保を前提にショットピーニング後の歯面粗さの増幅を抑制します。これには多くのプロセステストが必要であり、プロセスの汎用性は高くありません。

b.通常強度のショットピーニング終了後にさらにショットピーニングを追加する複合ショットピーニング処理を採用しています。ショットピーニング処理の強度の増加は通常小さいです。セラミックショットやガラスショット、さらに小さいサイズのスチールワイヤーカットショットなど、ショット材の種類やサイズを調整できます。

c.ショットピーニング後に歯面研磨、フリーホーニング等の工程を追加します。

この論文では、さまざまなショットピーニング処理条件およびショットピーニング前後のさまざまな部分の歯面粗さを研究し、文献に基づいて次の結論を導き出しました。

◆ ショットピーニングを行うと歯面粗さが増加しますが、これはショットピーニング前の部品の特性、ショットピーニングのプロセスパラメータなどの要因に影響され、これらの要因も残留圧縮応力に影響を与える重要な要因となります。

◆ 既存のバッチ生産プロセス条件では、ショットピーニング後の最大歯面粗さはショットピーニング前の 3.1 倍です。

◆歯面粗さが大きくなると、システムの振動や騒音が増加します。トルクと速度が大きくなるほど、振動と騒音の増加がより顕著になります。

◆ショットピーニング後の歯面粗さは、ショットピーニング加工パラメータの最適化、複合ショットピーニング、ショットピーニング後の研磨やフリーホーニングの追加などにより改善できます。ショットピーニング加工パラメータの最適化により、粗さの増幅を抑制することが期待できます。約1.5倍。