歯車の強度について

Question

歯車の強度についてご教授願います。

歯車の強度計算は、一般的に曲げ強さと歯面強さ（ヘルツの応力）を検討しますが、毎回歯面強さの方が少ない数値になってしまいます。
その為、曲げ強さの検討など必要ないと思うようになっているのですが、いかがなものでしょうか。

また、歯面強さの計算の中に潤滑油やグリースに対するものが見当たりません。
リチュームより二硫化モリブデンの方が耐摩耗性はよいことは経験でわかっているのですが、数値化できないものなのでしょうか。
ノウハウ的なもので外部に出ない（一般的な数式には表せない）ものなのでしょうか。

よろしくお願いします。

Accepted Answer

材質・熱処理の選びかたが狭いとそうなっても、一般的には違ってきます。

歯面強さは主に表面硬さが効くが、曲げ強さは芯部硬さが効くから、熱処理方法

焼入無
浸炭焼入

（芯部）　（表面）
焼入無　＋高周波焼入
調質焼入＋高周波焼入

で違いが出ます。（材質選択の可不可あり）
資料は同じギアでの計算

［歯面強さ］19 基準ピッチ円上の許容円周力       233.8 233.8 kgf

［曲げ強さ］12 かみ合いピッチ円上の許容円周力   594.1 601.9  kgf

曲げ強さが余裕あり、芯部強さを下げれる可能性。しかし
　　　SCM415浸炭焼入　→　S45C高周波焼入
にグレードダウンすると、表面硬さも下がり歯面強さが低くなるので、許容円周力が低い用途なら適用可。
このような検討ができます。

＞リチュームより二硫化モリブデンの方が耐摩耗性はよい

https://www.khkgears.co.jp/gear_technology/pdf/gearabc_c.pdf
　　P.30
　　グリース潤滑法は、低速、軽負荷で使用する歯車の潤滑方法であり、、、
　　P.34
　　～KHK純正グリースのご案内～

らしいから、ひとつの値やグラフで示しにくいのでは

歯車の強度計算で使用する曲げ強さと歯面強さ（ヘルツの応力）は、似て非なるものと
　　考えた方がよいです。

なら、どうせえって？　計算式は私が既に挙げたものを又出して

KHKの資料の元はJGMA（日本歯車工業会規格）。

理論で云々するだけでなく、表面硬さは焼入深さを込めた実践的なものです。

Answer

https://www.khkgears.co.jp/khkweb/calc/BackKyoudo.do?lang=ja
http://www.amtecinc.co.jp/catalogue/47_cataloguevol.15_Web%20all.pdf
http://www.g-box.bz/gr_designc.html
歯車強さ設計資料―技術資料 単行本 – 1999/4 日本機械学会 (著)
JGMA 4101-01 JGMA 4102-01 JGMA 6101-02（**） JGMA 6102-02（**） 
JGMA 6101-02平歯車及びはすば歯車の曲げ強さ計算式
JGMA 6102-02平歯車及びはすば歯車の歯面強さ計算式
JGMA/TR0002平歯車及びはすば歯車の強さ簡易計算式
ｍを大きくすると曲げに強くなります
ｍを小さくするとかみ合い数が増えますので、歯面強度に有効です。
粘度を大きくすれば、歯面圧に有効です。
各国の規格があります。ＤＩＮ規格は優秀ですが、歯面圧に関しては
あまりにも因子が多過ぎてまとまりが付かないようです。
ある歯車メーカでも、かなり高価なソフトを使用していました。
摩耗は避けられません。ピッチングが生じなければOKと存じます。
異常摩耗は、鉄粉をマグネットに集め電極間の抵抗（MΩ）を監視すれば、
大惨事になる前に対策出来る可能性が大きくなります。グリースは高粘度で
油膜は厚くなりますが、流動性がないので摩耗粉や塵埃を取り込む様になります。小生は低速滑り域のみに使用しています。　噴霧が良いのではないでしょうか。
　歯車ポンプの文献に閉じこみ圧の記載があります。歯車装置ではサイドが開いていますが、
かみ合い部まで油面がありますと、攪拌が激しくなります。http://ci.nii.ac.jp/els/110002350896.pdf?id=ART0002579514&type=pdf&lang=jp&host=cinii&order_no=&ppv_type=0&lang_sw=&no=1479929935&cp=
塑性変形に及ぼす油膜の影響
http://naosite.lb.nagasaki-u.ac.jp/dspace/bitstream/10069/23789/1/kogaku00_03_04.pdf
 FZGギア試験
iE　より　http://www.jisc.go.jp/app/JPS/JPSO0020.html　　JIS B1760
http://www.intertek.com/automotive/atf/fzg/
 小生は、浸炭焼き入れ　SCM材　面圧は計算上NGですが、試験結果は使用可の判断域でした。
潤滑油にもFZG12のクラスもあります。
添加剤を販売している会社もあります。”作動油　添加剤”　で検索
表面粗さも重要です。負荷曲線　油だまり　が重要かと思慮します。
http://www.fujimfg.co.jp/benricho/roughness_BAC.html
 要素器機を小型（安価）にして、ｎを高く設定した装置は、騒音や潤滑面からは、小生は好みません。(焼き付き）
 FZGが何故あるかを見つめれば、いかに解析が困難かが想像がつくと存じます。
機械設計も安全第一、ノークレーム目標で。最終判断は耐久試験です。65の老人より
　”病気”は気の病と書きます。”健康は自分と家族の宝物”　歳には勝てない。筋力アップで。
　本文は御参考で、すべて免責とさせていただきます。閲覧者の方の御批判は、御無用に願います。

Answer

歯面強さは油潤滑が前提です。
グリスの場合どうなるかは、使い方で変わるのは当然なのですが、８割ほどに落ちる、という論文も発表されてます。（J-stageで見れます）

Answer

↓にあるように明確に定義がされているのだが歯面強さはピッチングを生じない
ことが重要なのです。大外形の歯車であれば熱処理を省いても潤滑だけでも其れ
を満足させることも可能なのです。我社のアンポン設計氏は、歯面強さの計算が
毎回外れるので無視してしまうようだが無知とは言え、実に恐ろしいことです。

＞また、歯面強さの計算の中に潤滑油やグリースに対するものが見当たりません。
・・・
要は、トライポロジーの分野は↓参考URLにもあるように難しいのである。
様々な環境要因が重なり合うことで更に難しさが増してしまうところがある。
歯車自体の表面仕上面粗さから温度や雰囲気、更には潤滑剤自体の性質や荷重の
条件などなど、まさにケースバイケースでなければ一般式は難しいだろうと思う

設計で楽をしようと考えることは手抜きであると仰る方も居るのであるから、
愚直にやるべき基本計算を怠らないことが私は大事なのだという信念を持つ。
機械設計は正直で結果が如実に戻ってきますから嘘は滅び正義のみ存続する。

返信ありがとうございます。
要は、実際にやってみなければ計算では難しい面も多いということでしょう。
ですから初めて設計するような開発型の機械では特に気を付けないとならない。

我社も KHK の歯車ソフトを使いこなせているのは何人も居ないだろうと思う。
そもそも熱処理自体の知識がないし歯面硬度とか接触応力といった場面になれば
逃げこんでしまうようです。ソフトを使うのは手抜きでなく効率化でしょうか。

何事も深く突き詰めて調べると意外に難しかったりするものですね。

Answer

歯車の強度計算で使用する曲げ強さと歯面強さ（ヘルツの応力）は、似て非なるものと考えた
方がよいです。
歯車の曲げ強さは、結局何ワットの伝達能力があるか等の歯車本来の強度を示します。
歯車の歯面強さ（ヘルツの応力）は、歯面に対する強さなので、摩耗に影響を与える数値です。

同じようなことは他でもあり、例えばサーボモータの動力は、所要走行パワーと所要加速パワー
を考慮し動力選定しますが、最終でトルクの実行値チェックをします。
所要走行パワー等で、トルクを使用しパワー計算をしているのですが、おこないます。
このトルク実行値チェックは、所要始動トルクの二乗と所要時間の積＋所要走行トルクの二乗と
所要時間の積＋所要制動(減速)トルクの二乗と所要時間の積の平方根で確認し、定格トルクの
何％以内かをチェックします。
結局、モータの発熱量確認で、定格以外の瞬時最大(短時間定格)トルクを使用するから、チェックが
必要なのです。

戻って、歯車の歯面強さ（ヘルツの応力）は、歯面に対する強さなので、摩耗に影響を与える
数値ですから、熱処理で硬度を上げ相対的に許容強度も上げるや、摩擦係数を低減させ発熱に
よる強度や表面粗さの低下をグリースや潤滑油によっておこなっています。
また、潤滑方法によって、回転数(歯同士の滑り速度)が上げられる資料もありです。

歯車強度についての質問