歯車の種類：さまざまな機械歯車に関するガイド

エンジンの重要な部分である歯車は、機械のトルクと速度の変化を可能にする機械装置です。単純な形状からより複雑な形状まで、特定の要件と仕様を持つさまざまな種類の歯車があります。

多くの場合、多くの歯車が複雑な機械を形成しますが、常にそうであるとは限りません。たとえば、歯車は時計のような単純な機械に存在し、時計の針の速度を調整します。この記事では、さまざまな機械歯車とその用途について説明します。読み進めましょう。

ギアとは何ですか？

歯車は、トルクと速度の伝達を可能にする歯を備えた回転機械装置です。多くの場合、機械的な歯車は円筒形で、体の周りに歯のセットがあります。 2つ以上のギアが同期して動作する場合、それらはトランスミッションにあります。動力伝達は、速度やトルクの変化につながるものです。

ギアの利点

• 歯車は機械的に強いです。したがって、より高い負荷を持ち上げることができます。
• ギアボックスを使用すると、速度比を変更できます。
• 低速でうまく機能します。
• 高効率の動力伝達。
• 高トルク値の伝達に最適です。
• ギアは定期的な注油のみを必要とするため、メンテナンスにほとんど重点を置いていません。
• 耐久性に優れているため、ギアシステムは長期間使用できます。

ギアのデメリット

• ギアは長距離モーショントランスミッションには適していません。
• 柔軟性がありません。
• ギアは、特に高速でノイズが多くなります。
• シャフトが離れている場合は適していません。

さまざまな種類の歯車とその用途

力学では、歯車をさまざまなクラスにグループ化することは、歯の構成、用途、および運動の方向によって異なります。以下は最も重要な種類の歯車です。

平歯車

平歯車は、2つのシャフト（駆動軸と被駆動軸）が平行である場合、同じ平面で動力を伝達します。平歯車の歯は軸軸に平行です。そのため、他の平歯車と噛み合うと、平行軸で動力を伝達します。これらは、自動車、コンベヤーシステム、ギアポンプとモーター、減速機などに適用される最も一般的な歯車の形式です。

ヘリカルギア

はすば歯車は、平行な平歯車とは対照的に、歯がシャフトに対してある角度で配置されています。送信中に複数の歯が接触します。その結果、はすば歯車はより大きな荷重を運ぶことができます。また、負荷がより適切に分散されるため、ノイズや振動が少なくなります。さらに、摩擦が少ないため、摩耗や裂け目が少なくなります。さまざまなはすば歯車のタイプを以下に示します。

シングルまたはダブルヘリカルギア

単一のはすば歯車は、左ねじれまたは右ねじれのいずれかに歯があります。ただし、二重らせん歯車には両方向に歯があります。二重らせん歯車では、2つのらせん面が隣り合っており、それらの間にスペースがあります。面は同一ですが、らせん角度が反対です。二重らせん歯車を使用すると、歯の重なりがより大きくなり、伝達がスムーズになります。

ヘリンボーンギア

このセットは、二重らせん歯車に非常によく似ています。ただし、それらは小さく、2つのらせん面の間にスペースがありません。ヘリンボーン歯車には、2つのはすば歯車が左右に結合されています。振動や高衝撃の用途には適していますが、製造コストが高く、製造が難しいため、あまり一般的ではありません。

スクリューギア

ねじ歯車は、45度のねじれ角で動作する1対のはすば歯車です。それらは、非平行で交差しないシャフトで発生します。単一の歯の接触のため、それらは低い積載量を持っています。したがって、これらのギアは大きな動力を伝達するのに理想的ではありません。

はすば歯車の用途

• 送水ポンプ
• ミキサー
• 自動車

かさ歯車

かさ歯車は円錐形で、円錐の周りに歯があります。それらは垂直なシャフト間で力を伝達します。それは直角（90度）で交差するシャフトです。ただし、かさ歯車は高価であり、平行軸構成のようにサイズごとに大きなトルクを伝達しません。

ストレートベベルギア

ストレートベベルギアは、ベベルギアの歯の最も一般的な構成です。この理由は、デザインのシンプルさと製造のしやすさです。まっすぐな斜角の歯は、適切に一致したときに徐々にではなく、一度にかみ合います。ストレートベベルギアタイプのピッチ面は円錐形で、先端に向かって先細になるストレート歯が付いています。

まがりばかさ歯車

まがりばかさ歯車は、歯のラインが湾曲しており、直線かさ歯車よりも歯の接触率が高くなっています。したがって、効率と強度に優れており、振動や騒音が少なくなります。ただし、製造上の問題があります。

Zerol®ベベルギア

Zerol®ベベルギアはGleasonCo.の登録商標です。このギアは、カーブ歯を備えたストレートベベルギアとスパイラルベベルギアの両方の機能を採用しています。したがって、ギアは両方のアプリケーションに適しています。ただし、ねじれ角はゼロであるため、歯はどちらの方向にも回転できます。

マイターギア

マイターギアは、同じ歯数を持つという点で特殊なタイプのかさ歯車です。シャフトは互いに90度の位置にあり、これらのギアは速度に影響を与えることなく動力伝達を変更します。マイターギアは、ギア比が1であるという点で独特です。対照的に、他のベベルギアは、10：1から500：1の範囲の比を持つことができます。

クラウンギア

クラウンギアはフェイスギアと呼ばれることもあり、ホイールの面に対して直角に歯を持っています。彼らは90度のピッチコーンを持っています。産業では、クラウンギアは、パワー円運動で他のベベルギアまたは平歯車と噛み合います。

ハイポイドギア

ハイポイドギアはまがりばかさ歯車に似ていますが、交差しないシャフトで機能します。それらは90度で作動し、自動車部門で一般的です。これらの歯車は車軸にあります。

かさ歯車の用途

• ミキサー
• 散水システム
• クラッシャー

ウォームギア

ウォームギアは、シャフト（ウォーム）と相手ギア（ウォームホイール）のねじ形のカットで構成されています。このギアタイプは、直角をなす交差しないシャフトで動力を伝達します。歯車の種類は、滑らかで静かな回転ではなく、摩擦の少ない滑り接触を行うことで機能します。そのため、高衝撃の用途に適しています。ただし、効率が低いため、使用が低電力アプリケーションに制限されます。

ウォームギアの用途

• 農業機械
• 小型コンベヤー
• 梱包設備

ラックアンドピニオンギア

ラックアンドピニオンギアは、ペアで発生することがよくあります。それらは2つの円形歯車で構成されています：線形歯車に噛み合うピニオン–ラック。それらは回転運動を線形に変換します。これらのギアは、自動車のステアリングシステムで一般的です。ラックアンドピニオンギアシステムでは、ストレートギアまたはヘリカルギアのいずれかを使用できます。ラックアンドピニオンギアの主な用途は、自動車のステアリングです。

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さまざまな種類の機械歯車の簡単な表

歯車の種類	特徴	アプリケーション
平歯車	a。歯車の最も一般的な形式。 b。製造が簡単です。 c。平行軸歯車構成に使用します。 d。円形歯車本体。	a。時計 b。小さなコンベヤー c。自動車
はすば歯車	a。円形歯車本体。 b。効率は平歯車よりも低くなります。 c。平行軸構成。ノイズの少ないスムーズな操作。	a。送水ポンプ b。ミキサー c。自動車
かさ歯車	a。コニカルギアボディ。 b。交差する軸の構成。 c。ストレート、スパイラル、Zerol®ベベルデザインが存在します。	a。ミキサー b。散水システム c。クラッシャー
ウォームギア	a。歯車のペアは、円形歯車とねじ歯車で構成されています。 b。低効率。 c。非並列および非交差構成。	a。農機具 b。小さなコンベヤー
ラックアンドピニオンギア	a。歯車ペアは、歯車ラックと円筒歯車で構成されています。 b。平行軸の構成。 c。回転運動を線形運動に、またはその逆に変更します。	a。自動車用ステアリング b。体重計

歯車設計の基本パラメータ

以下では、歯車の設計に影響を与える基本的な歯車パラメータについて説明します。

歯車の形状

ほとんどの歯車は円形で、円筒形の本体の周りに歯が並んでいます。ただし、円錐形、楕円形、正方形、三角形の形でも発生します。円形歯車システムは、回転速度とトルクに対して一定の歯車比を備えています。したがって、同様の入力で同じ速度とトルクの出力が生成されます。反対は、非円形歯車タイプに存在するものです。その結果、速度の変更や逆方向の動きなど、特別な不規則な動きの要件を実行できます。

モジュール

モジュールとは、歯車の歯のサイズをミリメートルで表したものです。したがって、モジュールは歯車の歯のサイズに直接関係します。ギアリングで注意することが重要なパラメータです。モジュールは、ピッチ直径を歯車の歯数で割った値です。数学的には、次のようになります。

モジュール=ピッチ直径/歯数。

ただし、モジュールには一般的な値があり、産業用アプリケーションで発生する方法に従います。

ギア軸の構成

歯車軸の構成には、平行、交差、および非平行（または非交差）の3つの形式があります。平行軸の歯車は、反対方向に回転するシャフトと平行に発生します。交差する歯車は同じ平面上で交差しますが、非平行歯車の軸は異なる平面を横切って切断されます。ただし、交差および平行歯車構成は、非平行歯車よりも効率と速度が高くなります。

圧力角

圧力角は、ピッチ線の法線に対して歯が形成する角度です。原則として、20度の圧力角がよく使用されます。ただし、場合によっては14.5と17.5の角度が存在します。より大きな圧力角は、より大きな歯の強度をもたらす広い歯元を示します。

歯の数

歯車の寸法を計算するには、歯の数とモジュールの値および圧力角が重要です。次の式を使用してギア速度（ギア比）を計算するには、歯の数が重要です。

入力歯車の歯数/出力歯車の歯数。

ツイスト方向

歯車は、歯が右にある場合は右利きで、左にある場合は左利きです。はすば歯車またはかさ歯車のペアで動力伝達が発生するためには、手をつないで動作する2つの歯車のねじれ方向が反対である必要があります。たとえば、歯が同じ方向に移動する2つのはすば歯車は噛み合いません。ただし、ねじとウォームギアは一方向ですが、噛み合っています。

ねじれ角

ねじれ角は、円柱の軸に対する歯の傾斜角です。歯車のねじれ角を大きくすると、スラスト方向がより大きくなります。その結果、マシンの効率が低下します。一般に、25度未満のねじれ角は、スラストを減らすためのはすば歯車に最適です。

歯車を設計および選択する際の考慮事項

以下は、歯車を設計および選択する際に考慮すべきいくつかの重要な要素です。

運用および環境条件

歯車の動作および環境条件は、その耐久性と性能にとって重要です。動作条件には、歯にかかる応力と摩擦が含まれます。一方、環境条件には、湿度、温度、および清浄度が含まれます。 2つの条件は、ギアのタイプと、構造、表面処理、潤滑剤、潤滑方法などの設計要素に影響します。

寸法制限

寸法制限は、歯車が占めるスペースの制限です。たとえば、ギアはシャフト間の中央に配置する必要があります。ただし、ギアシステムにより良くフィットするように、中心から少し離れている場合があります。このような場合、歯形が変更されます。スペースに最適な特定のギアとデザインを使用することは、寸法制限を管理するもう1つの効果的な手段です。

送信要件

機械歯車は、多くの場合、機械部品内で運動とトルクを伝達します。ただし、設計と構造に基づいて、動作方向を変更し、速度またはトルク出力を増加させる場合があります。歯車を設計するときは、仕様とアプリケーションの要件：方向の変更または速度またはトルクの増加が考慮すべき要素です。それらは、ギアのタイプ、設計、および構成に影響を与える可能性があります。

設計基準

歯車にはさまざまな仕様があり、一般的な業界標準はありません。多くの場合、歯車の設計は、機械またはシステムの製造元の標準または設計仕様のいずれかに適合します。ただし、いくつかの国では、業界にサービスを提供するための標準が作成されています。たとえば、米国では、歯車はAmerican Gear Manufacturers Association（AGMA）によってグループ化されています。日本とドイツにもそのような関係があります。

コスト

特にカスタマイズされたギアを扱う場合は、コストが要因になります。設計材料、構造、表面仕上げ、精度、および潤滑要件がコストに影響します。すべての仕様を満たすギアを使用する必要がありますが、コストを考慮する必要があります。したがって、通常のギアが標準に適合している場合は、カスタマイズされたギアが他の費用を引き付けるため、それらを使用することをお勧めします。

歯車の製造方法

歯車は、いくつかの歯車製造プロセスを使用して製造されます。そのうちのいくつかは次のとおりです。

• 鍛造
• 押し出しと冷間引き抜き
• 粉末冶金
• ブランキング
• 歯車加工

機械加工は、歯車の最終的な形状と寸法を実現するために行われることがよくあります。歯車が製造されると、研削やホーニングなどの表面仕上げを適用して、歯車の一般的な機能を向上させることができます。

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よくある質問

ギアとスプロケットの違いは何ですか？

a。歯車とスプロケットは類似しており、両方の機械装置に動力伝達を補助する歯が含まれています。ただし、以下は2つの主な違いです。
b。ギアの歯は連動し、ロケットは自転車のチェーンや軍用戦車のトラックとロックします。
c。歯車は平行、垂直、その他の構成でトルクを伝達できますが、ロケットは平行軸に沿ってのみ機能します。
d。ギアは短距離のトランスミッションに適していますが、スプロケットとチェーンは長距離のトランスミッションに適しています。
e。歯車は反対方向にトルクを伝達します。ただし、ロケットの場合はその逆です。

ピニオンとギアの違いは何ですか？

2つの歯車が噛み合っている場合、小さい方がピニオンです。ピニオンが駆動されている間、ギアはしばしばドライバーとして機能します。ピニオンがドライブギアの場合、降圧ドライブがあり、出力は遅くなりますが、トルクは増加します。

どのギアが最適ですか？

さまざまなタイプのギアは、仕様の要件と必要に応じて、さまざまな機能に最適です。ただし、平歯車は依然として最も広く使用されている歯車です。それらは高精度を達成し、比較的製造が容易です。