2018 Fiscal Year Annual Research Report
トラクションドライブの疲労強度シミュレーションの開発と高精度高信頼性設計の実現
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18H01357
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
成田 幸仁 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90431519)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤井 正浩 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (80209014)
風間 俊治 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (20211154)
増山 知也 鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80282094)
長船 康裕 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 講師 (30241409)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 機械要素 / トラクションドライブ / 疲労強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
油膜のせん断力で動力を伝達するトラクションドライブの転がり疲労強度とそのばらつきを予測するシミュレーション手法を提案することを目的とする．今年度は，転がり疲労強度シミュレーションの実現に必要な基礎データの取得を行った．
二円筒トラクションドライブ試験機を用いて多数個の転がり疲労試験を行い，SCM420H通常鋼ローラのはく離損傷部を新たに導入した3Dデジタルマイクロスコープで観察した．その結果，はく離損傷がローラの転がり方向に平行に進展していることから，転がり疲労強度を支配する応力成分は押し付け力に由来するせん断応力であることが分かった．さらに，ローラ内部に生じるせん断応力の計算結果とはく離損傷部深さを比較することで，ローラ材料中の非金属介在物とその周囲組織の硬さをパラメータとする転がり疲労強度推定式も得た．同時に，SCM420H通常鋼ローラの転がり疲労強度とその標準偏差を実験で求めた．
転がり疲労強度シミュレーションの前段階として，実際の鋼材をコンピュータ上に再現する準備を行った．ローラ試験片の作成に用いた鋼材をデジタルマイクロスコープで観察し，材料中に含まれる非金属介在物の寸法と個数を分析した．その結果を確率密度関数の一種である複合ワイブル分布に当てはめて定式化した．また，疲労試験に用いる前のローラの表面硬さを測定し，その結果を指数関数に当てはめて定式化した．これらにより，計算機上で実際の試験ローラを再現した．上記は，今年度に疲労試験で用いたSCM420H通常鋼に加えて，来年度試験予定の清浄鋼においても行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画した項目の全てに着手し，それぞれ一定程度の成果が得られている．
全項目の中で最も時間と労力が必要である多数個の転がり疲労試験については，SCM420H通常鋼ローラの試験が終了し，疲労強度とその標準偏差が得られている．
また，３Ｄデジタルマイクロスコープも計画通りに導入され，はく離損傷部の観察による転がり疲労強度推定式と，材料中に含まれる非金属介在物の寸法と個数分布を得ることが出来た．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究成果を踏まえて，転がり疲労強度シミュレーションの実現に取り掛かる．今年度の成果を用いて非金属介在物を含有するローラを計算機上に再現し，ある押付力とトラクション力下でのローラの内部せん断応力と転がり疲労強度とを比較して損傷を判断するシミュレーションプログラムを製作する．これにより得られた転がり疲労強度とその標準偏差を実験結果と比較して，シミュレーションの計算精度を確認する．ただし，転がり疲労強度推定式から予想される計算結果は，実験結果と比較して若干低めである．現状では，試験ローラに施した浸炭焼入による残留応力と，負荷繰り返しに伴うローラの表面硬さの変化が実験結果に影響を与えているのではないかと考えている．これらをシミュレーションで考慮することを，研究計画に新たに加えることにする．
上記に加えて，シミュレーションの汎用性の確認も行う．清浄鋼の介在物寸法分布は，ここまで取り扱った通常鋼とは異なっている．清浄鋼を用いたローラ試験片により疲労試験を行い，シミュレーション結果と比較して精度を確認する．
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