圧入スプラインの高周波焼入れ焼き戻し有無による疲…

質問

圧入スプラインの高周波焼入れ焼き戻し有無による疲労強度への影響

一般に高周波焼入れ焼き戻し（以下、高周波）をした炭素鋼は疲労強度が向上しますが、
圧入スプライン部では以下４種の中でどれが最も疲労強度が高いでしょうか

?シャフト側：焼入れなし　スリーブ側：焼入れなし
?シャフト側：高周波　　　スリーブ側：焼入れなし
?シャフト側：焼入れなし　スリーブ側：高周波
?シャフト側：高周波　　　スリーブ側：高周波

材料強度（疲労限度や切欠き感度）と寸法変化（焼き歪）の観点からご回答を頂きたく、よろしくお願いいたします。

回答No.3

noname#230359

いっぱい　リコールがあります。
長さ方向で　シャフトのスプライン谷底に亀裂が入るとトルク衝撃疲労でねじ切りにいたることが多いです。
これを寸法や　かたさ配分でよけるわけですが、　それがノウハウですから
ただで教えてくれるところは無いです。
１．弱いのは軸がわ　の　谷底ですから、高周波焼入れの分布を取って
　スリーブ側　山の先　の硬さを柔らかめに調整すること。
２．長手方向のはめあい寸法にに留意して　軸スプラインを短めにしてスリーブ側端面を　空振りさせる　などです。

回答No.2

noname#230359

スプライン部を圧入で使用する事は、初めて聞きました。？？

スプラインは、軸方向の動きが自由で、回転方向に力を伝える手法なので。

もし、固定に使うなら、追加工して丸にし、ねじ止め等をします。

ＴＨＫ製の既製品を使用し、多少の焼入れはバイトで加工できるので、
追加工して使用しています。

回答No.1

noname#230359

今回の圧入の場合は?が実践的だと思います。

?・?の場合は圧入による材料の変形の逃げが困難ですし、
?の場合は歪や焼きつきにより上手く圧入出来ない事も想像されます。
寸法管理の観点からは研削工程も必要となるでしょう。

スプライン形状にもよりますが、
通常、スライドするような使用法の場合は?
但し適正な潤滑状態で使用が必要です。
強度的にも強いはずです。

私は現場人間ですので設計開発の見地でなく、現実的意見（個人的）として
聞いてください。

圧入とされていますので固定のスプラインと判断してお答えします。

＞＞?・?の場合は圧入による材料の変形の逃げが困難
穴側を焼入れする場合としない場合では通常規格では軸の寸法公差は
穴焼き入れあり→隙間（小）
穴焼き入れなし→隙間（大）となります。
つまり、焼入れされた穴は変形しにくい事を考慮した公差と判断します。
焼き入れも焼きなしも、同一の公差と仮定した場合は焼きなしの方の変形
の逃げは隙間（公差）に吸収されて形状変化は少ないと判断します。

http://www.khkgears.co.jp/gear_technology/gear_reference/KHK498.html

※焼き入れ材と生材をハンマーで叩いた場合の変形の具合は一緒ですか？
圧入の場合、全面均一に応力をかけるのは難しいと思われます。
ワークは理論通りの寸法ではなく、公差上の寸法で加工されます。

＞＞?の場合は歪や焼きつき
あまりいい資料がありませんが

http://www.mtc.pref.kyoto.lg.jp/ce_press/no1003/gijutu.htm
http://www.nachi-fujikoshi.co.jp/tec/pdf/07d1.pdf#search='擬着'

同じ材料同士の場合は焼きつきやすくなる為、硬度の差を付ける事で軽減を図ります。

＞＞今回の圧入の場合は?が実践的だと思います。

　　　上記の理由から判断しました。

＞＞スプライン形状にもよります

　　　形状によって応力分布は変ります。
　　　角型よりもインボリュートの方が加工精度的にも出しやすいと思っています。

http://www.rs.noda.tus.ac.jp/nog/sekkei1/s1-6.pdf#search='スプライン軸'

何度も言いますが、現場人間なもので理論より経験値を優先する所があります。
理屈の上では理解できますが、どうしても現実の加工精度バラツキの問題や
組み付け技術の事を考えてしまいます。

⇒塑性変形しないので高周波によるじん性の低下は関係なくなる

圧入した物に応力を掛けないのですか？ならば何の為の圧入（締結）でしょうか？

（３）そもそも、高周波は一般的に疲労強度向上を目的として使われ、
　　　シャフト側では疲労強度が実際に高くなっているので、
　　　スリーブ側でも高周波により疲労強度が向上すると考える

確かに強度は上がりますが、現実問題として
（２）圧入スプラインを精度よく作る事ができれば弾性域のみで圧入できる
上記の管理は可能のでしょうか。

鍛圧の金型等で圧入された部品があります。
焼入れた金属どうしの圧入の場合は、圧入時に割れたり、使用中に割れたりと
トラブルは多いようです。
各メーカーは独自のノウハウで硬度や寸法の調整をやっているようです。

私も、日々勉強中の身 逆に教えて頂ける事があれば宜しく御願いします。

お礼

ご回答ありがとうございます。大変参考になりました。
早速ですが、さらに４点質問させてください。
（質問が多くて申し訳ありません。）

＞?・?の場合は圧入による材料の変形の逃げが困難
とありますが、高周波と焼入れなしとの比較で、
弾性域で圧入する場合、変形量（ひずみ）の大きさは
同じ応力であれば同じと考えていますが正しいでしょうか。
（理由はヤング率が硬度に依存しないからです。）
上記が正しいとすると、変形の逃げが困難になることのご説明をお願いします。

＞?の場合は歪や焼きつき
とありますが、焼きつきとはどのような現象の事を指すのかを教えてください。
シャフト側とスリーブ側双方に高周波を施すと
焼きつきやすくなるのでしょうか。

＞今回の圧入の場合は?が実践的だと思います。
とありますが、?よりも?がよい理由は、
歯底のＰＣＤはスリーブ側よりシャフト側の方が小さいため、
疲労強度はスリーブ側よりシャフト側の方が高くなるように
設計する必要があるからでしょうか。

＞スプライン形状にもよります
とありますが、硬度ＵＰによる疲労強度ＵＰ分と
切欠き感度ＵＰによる疲労強度ＤＯＷＮ分のバランスは
形状によって決まるという認識でよろしいでしょうか。

以上、ご回答をお待ちしています。

ご回答ありがとうございます。
リード角付きで圧入するインボリュートスプラインと考えて頂いて結構です。
以下、さらにご相談したいことがあります。よろしければご回答をお願いします。

スプラインの疲労強度に影響を与えるのは寸法によるものと材料自体によるものがあると考えています。
今回、私が知りたいのは、材料自体によるもので、
寸法が同じ場合、生材と高周波材とを比較すると、どちらの疲労強度が高いかです。

個人的な意見では、生材と高周波材とで寸法が同じだと仮定すると、
?（シャフト側とスリーブ側の両方とも高周波）の疲労強度が最も高いと考えています。

理由は、下記の通りです。
（１）圧入スプラインなのでシャフト側とスリーブ側で相対移動はなく、
　　　焼きつきは気にしなくてよい（歪は寸法が同じという仮定なので考慮しない）

（２）圧入スプラインを精度よく作る事ができれば弾性域のみで圧入できる
　　　⇒塑性変形しないので高周波によるじん性の低下は関係なくなる

（３）そもそも、高周波は一般的に疲労強度向上を目的として使われ、
　　　シャフト側では疲労強度が実際に高くなっているので、
　　　スリーブ側でも高周波により疲労強度が向上すると考える

上記を、肯定または否定するご回答を頂きたいです。
もし、ご存知であれば参考になる文献、情報等を頂きたいです。
よろしくお願いいたします。