專利名稱：利用噴丸強化工藝提高齒輪的疲勞強度的方法
技術領域：
本發明涉及通過利用噴丸強化工藝在齒輪表面形成壓縮殘余應力來提高齒輪的疲勞強度的方法。
由于技術的發展在機動車或者工業用裝置等使用的機械零件上要求有高的強度。與此相伴提出了多種提高機械零件等的強度的方法。對于基本機械零件之一的齒輪來說，主要是利用噴丸強化工藝來提高其強度。
噴丸強化工藝是通過向制品表面高速投射大量的噴丸從而在制品表面上維持壓縮殘余應力來提高制品強度的方法。為了投射噴丸使用拋沙葉輪或者空氣噴嘴，最近利用空氣噴嘴投射噴丸的方法被廣泛使用。
圖1圖示了用空氣噴嘴投射噴丸的噴丸強化工藝方法，如圖所示，高壓空氣供給管3和噴丸供給管4連接到空氣噴嘴2上，空氣噴嘴2朝向齒輪1。通過噴丸供給管4供給噴嘴2的噴丸由通過噴嘴2噴射的高壓空氣的運動能量高速地向齒輪1的表面投射。
當噴丸高速碰撞到齒輪1的表面時，由于該沖擊使齒輪表面的壓縮殘余應力變大。因此，齒輪1的強度被提高，特別是由于大大地增加了齒輪1作動時受力的齒根部分的強度，所以可以防止齒輪1的破損。
但是，在上述那樣利用噴丸強化工藝提高齒輪1的強度的原有的方法中，從空氣噴嘴2投出的噴丸向齒輪1的中心投射。換句話說，噴丸向與齒根圓和節圓那樣的齒輪圓的切線相垂直的方向投射。因此，與投射方向傾斜的齒輪齒的側面上形成的壓縮殘余應力比在齒端面和齒根面上形成的壓縮殘余應力弱。
即，如圖2所示那樣，對于齒端面和齒根面來說，由于噴丸向與其面正交的方向投射，所以噴丸碰撞其表面時所施加的沖擊能量(E1)具有1/2·mv2大小，但是對于與齒端面和齒根面傾斜的齒輪齒的側面來說，由于噴丸以傾斜角度θ投射，所以噴丸碰撞到齒輪齒的側面時加上的沖擊能量(E2)具有1/2·mv2·sinθ大小。因此，在齒輪齒的側面上形成的壓縮殘余應力比在齒端面和齒根面上形成的壓縮殘余應力弱。其結果，由于壓縮殘余應力之差所產生的變形，而在齒端面的兩端、即在齒輪齒的外側緣形成凸起。
齒輪作動時，在齒輪齒的外側緣上形成的凸起反復地干涉齒根面并加以沖擊，存在齒輪的齒根面被破損而縮短齒輪的壽命的問題。
為了防止上述現象發生，在制造齒輪時在噴丸工序之后必須通過剃前或者研削工序去除凸起。這樣一來，由于需要追加去除凸起的必要的裝備和作業人員，所以制造費用增加并成為生產性低下的主要原因。
另一方面，在齒輪作動時，在齒輪齒的側面上受力最多。而且由于在齒輪齒的側面上形成的壓縮殘余應力的大小與比側面上受力少的齒輪齒的齒端面上形成的壓縮殘余應力的大小相比小，所以必須增加噴丸工序所需的時間以使齒輪齒的側面上具有必要的強度。因此，存在著作業時間及噴丸的消費量增大和噴丸裝置的壽命縮短的其他問題。
本發明的目的在于提供一種在齒輪齒的側面上形成的壓縮殘余應力的大小至少比在齒端面上形成的壓縮殘余應力的大小大而可以防止在齒輪齒的外側緣上形成凸起并可以縮短工序所需時間的利用噴丸強化工藝提高疲勞強度的方法。
利用本發明的噴丸強化工藝提高齒輪的疲勞強度的方法，是在利用高壓空氣向齒輪表面投射大量的噴丸時向與連接作為強化對象的齒輪齒的齒根圓與漸開線的交點及與上述強化對象的齒輪齒相鄰的齒輪齒的齒頂圓與漸開線的交點的直線大致平行的方向投射。
理想的是，投射方向與連接作為強化對象的齒輪齒的齒根圓與漸開線的交點及與上述強化對象的齒輪齒相鄰的齒輪齒的齒頂圓與漸開線的交點的直線成0°至15°的角度。
上述本發明的目的和別的特征及優點參照下面對本發明的優選實施例的說明就會明確了。
圖1是圖示利用原有的空氣噴嘴噴丸強化工藝提高齒輪疲勞強度的方法的圖。
圖2是表示在原有的方法中噴丸的投射方向的圖。
圖3是說明在本發明的利用噴丸強化工藝提高齒輪的疲勞強度的方法中設定噴丸投射角的過程的圖。
圖4是說明在本發明的利用噴丸強化工藝提高齒輪的疲勞強度的方法中設定噴丸投射角的過程的圖。
下面，通過實施例更詳細地說明本發明。
本發明者們為了了解噴丸加工時噴丸相對于加工面的投射角度與在加工面上形成的壓縮殘余應力的大小之間的關系進行了實驗。在被滲碳熱處理的平鋼板(組織構成馬氏體80％、奧氏體20％)的表面上用不同的投射角投射噴丸(圓的切斷鋼絲型(round cut wire type)，直徑0.6mm、HRC58～62)，測定了在鋼板的表面上形成的壓縮殘余應力的大小和深度。實驗結果如下表所示。
從該表可以看出，向與加工面垂直的方向投射噴丸時，在加工面上形成的壓縮殘余應力最大最深，投射角越小在加工面上形成的壓縮殘余應力的大小越小，其深度也越小。另外，這也可以根據運動能量的公式E＝1/2mv2·Sinθ在理論上給以證明。
因此，本發明的利用噴丸強化工藝提高齒輪的疲勞強度的方法，在噴丸工序中，如圖3所示，在投射在齒輪齒的側面即齒輪作動時受力大的部分上投射的角度β比在齒端面或者齒根面即受力比較小的部分上投射的角度α大的方向上投射噴丸。
其結果，在齒輪齒的側面上形成的壓縮殘余應力的大小與在齒端面上形成的壓縮殘余應力的大小相似或者更大。因此，可以防止齒輪齒的外側緣變形和在齒輪齒的外側緣上形成凸起。
另一方面，在這樣的齒輪齒的側面中，有必要加強在齒輪作動時受力最多的部分即齒根點B2的疲勞強度。因此，考慮到這一點，最合適的投射方向在理論上如圖4所示是與從作為強化對象的齒輪齒的漸開線和齒根圓的交點B2延長到與強化對象的齒輪齒相鄰的齒輪齒的漸開線與齒端圓的交點B1的直線平行的方向。在該方向上，投射噴丸時齒輪齒中受力最大部分的疲勞強度也可以成為最大。
但是，實際上所投射的噴丸中的一部分與B1點發生沖撞，由于其行進方向變化往往會發生妨礙噴丸向B2點前進的現象，為了防止這種現象的發生，必須在使噴丸投射到B2點上的路徑可以受到最小影響的方向上投射噴丸。
該方向由噴丸的大小和硬度、投射速度及制品的形狀等各種各樣的因素決定，實驗結果表明，當在相對于連接齒輪的諸圓上的B2點和B1點的直線成0°～15°的角度的方向投射噴丸時，在受力最多的齒根點B2上形成的壓縮殘留強度的大小也成為最大值。
因此，通過在與連接B1和B2的直線成0°至15°的角度的方向上投射噴丸，在齒輪齒的側面上形成的壓縮殘余應力的大小與在齒端面上形成的壓縮殘余應力的大小相似或者更大。因此，可以防止象原有的那樣在齒輪齒的外側緣產生凸起，因此，不需要在噴丸工序后實施用于去除凸起的削頂或者研削工序。
再有，由于在齒輪齒的側面上，特別是在齒根點B2上形成的壓縮殘留強度的大小成為最大，所以可以減少在齒輪齒的側面上獲得必要的疲勞強度所需的時間。
上面根據實施例詳細地說明了本發明，但本發明不局限于實施例，如果具有本發明所屬技術領域的通常的知識，在不脫離本發明的思想和精神的情況下，可以修正或者變更本發明。
權利要求
1.利用噴丸強化提高齒輪的疲勞強度的方法，它是利用通過高壓空氣向齒輪表面投射大量的噴丸在齒輪表面上形成壓縮殘余應力的噴丸強化工藝來提高齒輪的疲勞強度的方法，其特征是，向與連接作為強化對象的齒輪齒的齒根圓與漸開線的交點(B2)及與上述強化對象的齒輪齒相鄰的齒輪齒的齒頂圓與漸開線的交點(B1)的直線平行的方向投射上述噴丸的方法。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，上述投射方向與上述直線成0°至15°的角度。
全文摘要
本發明提供一種通過利用噴丸強化工藝在齒輪表面形成壓縮殘余應力來提高齒輪的疲勞強度的方法。本發明的方法是在利用高壓空氣向齒輪表面投射大量的噴丸時向與連接作為噴射對象的齒輪齒的齒根圓與漸開線的交點(B2)及與上述噴射對象的齒輪齒相鄰的齒輪齒的齒頂圓與漸開線的交點(B1)的直線平行的方向,更具體地講,是向與該直線成0°至15°角的方向投射。
文檔編號F16H55/06GK1334346SQ0111771
公開日2002年2月6日 申請日期2001年4月29日 優先權日2000年7月18日
發明者崔秉吉, 鄭泰成 申請人:起亞自動車株式會社