はすば歯車とヘリンボーン歯車の違い

マシンは、特定のタスクを実行するために継続的な電源を必要とします。産業用機械の大部分は、回転トルクの形で発生する機械的動力によって駆動されます。原動機は、他の形態のエネルギーを変換する機械的エネルギーを生成するために使用されます。たとえば、電気モーターは電気エネルギーを機械エネルギーに変換します。機械式動力伝達システムは、そのような原動機から機械ユニットの意図された場所に動力を伝達するために使用されます。基本的に4つのドライブが含まれています。ただし、中断のない動力伝達のために他の機械要素を利用します。ギアドライブ、ベルトドライブ、チェーンドライブ、ロープドライブは、ドライバーシャフトからドリブンシャフトにモーション、トルク、パワーを伝達できる4つの機械式ドライブです。これらの4つのドライブはそれぞれ異なる機能を備えているため、他のドライブよりも特定の利点を提供できます。

ギアドライブは、短距離動力伝達に適したエンゲージメントタイプのリジッドメカニカルドライブの1つです。スリップすることなく重い電力を伝達できます（ポジティブドライブ）。ドライバーと従動シャフトの相対的な向きと歯形に基づいて、ギアドライブは、平歯車、はすば歯車、かさ歯車、ウォーム歯車の4つのグループに分類できます。平歯車は、歯車の軸に平行な真っ直ぐな歯を持ち、平行なシャフト間でのみ動力を伝達できる最も単純なタイプの歯車です。平行軸にははすば歯車も使用されますが、歯は歯車軸と平行ではありません。ここでは、同じねじれ角を維持しながら、ギアブランク上で歯がらせん状にカットされています。かさ歯車は、真っ直ぐな歯またはらせん状の歯を持ち、シャフトを交差させるために使用されます。一方、ウォームギアは、垂直であるが交差しないシャフトに使用されます。

はすば歯車 平歯車に比べて一定の利点があり、ベアリングに軸方向のスラスト荷重がかかります。このスラスト荷重は有害であり、送電能力を制限します。さらに、ラジアルおよびアキシアル荷重に耐えるには、高価でかさばるベアリングが必要です。ただし、このスラスト荷重は、ヘリンボーンまたは二重らせん歯車を使用することで解消できます。 ヘリンボーンギア 、歯はギアブランクの2つの半分にカットされ、同じモジュール、歯の数、ねじれ角を維持しますが、ねじれの反対側の手になります。したがって、ヘリンボーンギアの各半分によって生成されるスラスト力は等しく反対であり、したがって互いに排除されます。また、比較的高い電力でも問題なく伝送できます。はすば歯車とヘリンボーン歯車のさまざまな違いを表形式で以下に示します。

表：はすば歯車とヘリンボーン歯車の違い

歯のプロファイル： はすば歯車の歯は、ピッチシリンダー上でらせん状にカットされています。特定のはすば歯車は、左ねじれ歯または右ねじれ歯のいずれかで構成されます。噛み合いの時点で、左ねじれのはすば歯車は、右ねじれのはすば歯車とのみ噛み合うことができます。一方、ヘリンボーンギアは、1つのギアユニットにねじれの両手で構成されています。各ヘリンボーンギアには2つの異なる半分があります。1つの半分には左ねじれの歯が必要で、もう1つの半分には右ねじれの歯が必要です。ピッチ円の直径、モジュール、歯の数、ねじれ角、幅または厚さなどの他の機能は、両方の半分で同じになります。唯一の違いは、らせんの手です。

推力： はすば歯車には、歯への段階的な負荷、振動の減少、負荷容量の増加、耐用年数の延長など、平歯車に比べて多くの利点があります。主な欠点はスラスト荷重です。平歯車の歯は歯車の軸に対して真っ直ぐで平行になっているため、1対の噛み合う平歯車はラジアル荷重のみを発生させます。らせん状の歯のため、噛み合うはすば歯車のペアは、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を引き起こします。したがって、両方のタイプの荷重を同時に支えるには、より強力なベアリングが必要です。ヘリンボーンギアは、ヘリカルギアと同様の利点を提供すると同時に、スラスト力を排除します。ここで、各半分によって生成される推力は等しく、反対です（らせんの反対の手のため）、したがって、結果として生じる推力はゼロになります。したがって、一対の噛み合うヘリンボーンギアは、ベアリングに軸方向のスラスト力を引き起こしません（半径方向の力のみが存在します）。

ねじれ角： スラスト力は、歯のねじれ角とともに増加します。ただし、らせん角度を大きくすると、振動と歯の摩耗が大幅に減少し、負荷容量が増加します。このスラスト力は、はすば歯車の場合の最大ねじれ角を制限します。通常、20〜25°の間に保たれます。ただし、ヘリンボーンギア設備にはスラスト力がないため、45°までのより高いヘリックス角度が使用されます。

シャフトを取り付けるためのベアリング： ドライバーシャフトとドリブンシャフトは、適切なベアリングを使用して両端に取り付けられています。ベアリングは、シャフトを支えて正確な位置を維持するだけでなく、振動や荷重を伝え、フレームを介して地面に伝達します。回転速度が非常に速い場合を除いて、通常、歯車ユニットには転がり接触軸受が使用されます。転がり軸受にはさまざまな種類があり、ラジアル荷重のみに適しているものもあれば、アキシアル荷重のみに適しているものもあり、ラジアル荷重とスラスト荷重を処理できるものはほとんどありません。たとえば、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円すいころ軸受は、ラジアル荷重とスラスト荷重の両方を処理できます。したがって、これらのベアリングははすば歯車ユニットに使用できます。一方、円筒ころ軸受は大きなラジアル荷重に対応できるため、ヘリンボーン歯車ユニットで利用できます。

送電容量： すべてのメカニカルドライブの基本的な機能は、ドライバーシャフトからドリブンシャフトに機械的な力を伝達することです。ドライブが異なれば、サイズ、材質、その他の機能に基づいて、さまざまなレベルの伝送容量が提供されます。はすば歯車の伝達能力は、同様の平歯車の伝達能力よりも比較的高いですが、一般的に、ヘビーデューティーアプリケーションには使用されません。スラスト荷重とベアリングの可用性は、ヘビーデューティーアプリケーションに制限を課します。このような領域には、ヘリンボーンギアとダブルヘリカルギアが推奨されます。たとえば、ヘリンボーン遊星歯車機構（HPGT）は、石炭カッター、航空宇宙エンジン、風力タービンなどの重機で観察できます。

ギアの製造： 円筒歯車ブランクのらせん歯を切断することは難しくありません。ただし、歯先にクリアランスがない場合に問題が発生します。平歯車と同様に、はすば歯車の歯もピニオンタイプの歯車成形カッターで切断できます。ホブ盤は、はすば歯車の切削にも使用できます。しかし、ヘリンボーンギアでは、左半分と右半分の間にレリーフギャップはありません。したがって、この接合部で歯を切ることは、他の半分に踏み越えてしまうリスクがあるため、非常に複雑です。ヘリンボーンギアと一致するグローブを備えた専用のホブ盤が必要です。維持するには、高度な位置合わせと角度調整も必要です。

この記事では、はすば歯車とヘリンボーン歯車の科学的な比較について説明します。著者はまた、トピックをよりよく理解するために、以下の参考資料を読むことをお勧めします。

1. V。B.Bhandariによる機械要素の設計（第4版、McGraw Hill Education）
2. R。L.ノートンによる機械設計（第5版、ピアソンエデュケーション）。
3. R.S.KhurmiとJ.K.Guptaによる機械設計の教科書（S. Chand; 2014）