平歯車の総合ガイド:定義、タイプ、プロファイル、計算および応用
平歯車は機械歯車の中で最も一般的なタイプで、シンプルなデザインが特徴です。平歯車の形状と仕組みは何ですか?ここでは、平歯車の定義、機能、用途、製造、種類、歯形、モジュール、用語、計算式、寸法表、平歯車とはすば歯車について学びましょう。
平歯車とは何ですか?
平歯車は、回転中心軸に平行な、半径方向に突き出た真っ直ぐな歯を持つ円筒またはディスクで構成される古典的な歯車タイプです。平歯車の歯は、シリンダーの外側または内側に配置できます。外歯歯車は別の外歯歯車または内歯歯車と噛み合うことができます。内歯歯車は 1 つの外歯歯車とのみ噛み合います。平歯車は、その複雑でない形状と製造の容易さで広く知られています。ハブの形状や厚さは若干異なる場合がありますが、これらの違いはギアの基本的な面や歯の設計には影響しません。
平歯車の最も注目すべき特徴は、その真っ直ぐな歯であり、他の平歯車の歯とスムーズに噛み合います。この設計により、平行シャフト間の効率的かつ信頼性の高い動力伝達が保証されます。平歯車は平行軸でのみ動作するため、動作中に軸方向の推力は発生しません。歯の輪郭は通常、インボリュート曲線であり、歯車が回転するときに一定の速度比を維持するのに役立ちます。平歯車は通常、鋼、真鍮、青銅、プラスチックなどの材料で作られており、強度と耐久性を高めるために硬化することができます。
平歯車の役割は何ですか?
機能的には、平歯車は 2 本の平行なシャフト間で機械的な動きと動力を伝達します。平歯車は、ある歯車の直線歯を別の歯車 (同じピッチと圧力角で) 噛み合わせることで、回転運動を効率的に伝達し、システム内の速度、トルク、動力を制御します。平歯車は、そのサイズと配置に応じて回転速度を増減させ、それに応じてトルクを調整できます。
平歯車の用途と用途
平歯車は、そのシンプルさ、コスト効率、信頼性により、自動車、産業機械、消費者製品などのさまざまな業界で広く使用されています。たとえば、車両のトランスミッションでは、平歯車がエンジンから車輪に動力を伝達し、移動を可能にします。歯の荷重が均一に分散されるため、スムーズな動作と長い耐用年数が得られます。さらに、平歯車は、特定の用途のニーズに合わせて、さまざまな歯形やサイズでカスタマイズできます。
平歯車の製造プロセスと材料
- ホブ加工:これは、外径平歯車の歯を切削する最も一般的な方法です。ホブと呼ばれる回転する円筒形のカッターは、歯車素材とホブが同期して回転することにより、歯車の歯を徐々に切削していきます。ホブ加工により、正確な歯形を効率的に作成できます。
- 成形:歯車の成形では、歯車のような形状の往復カッターを使用してブランクに歯を切り込みます。これは、内歯車や特殊なプロファイルを持つ歯車に特に役立ちます。
- プレーニング:プレーニングには、回転する歯車ブランクに対して直線的に移動して歯を切削するラック状のカッターが含まれます。あまり一般的ではありませんが、特定の歯車のサイズと形状に使用されます。
- ブローチ加工:この技術は主に内歯車の歯を切削するために使用されます。徐々に大きくなる歯を備えたブローチ ツールをギア ブランクに押し込んだり、押し込んだりして、滑らかな仕上げの正確な内部プロファイルを作成します。
- フライス加工:フライス加工では、ギア ブランクから余分な材料を取り除き、少量生産またはカスタム生産でギアの歯を準備したり、歯を切断したりします。 CNC フライス盤は、ロータリー カッターを使用して歯車を成形します。
- 穴あけ:穴あけは、ギア ブランクに中央の穴または取り付け穴を作成するために使用されます。
- バリ取り:切断後、機械的または手動のバリ取りによってギアの歯のバリを取り除き、スムーズな動作を確保し、摩耗を軽減します。
材質に関しては、 炭素鋼が歯車の製造に最もよく使われます。 それは、機械加工性、耐摩耗性、強度、そしてコスト効率の優れたバランスを提供するためです。炭素鋼には、軟鋼、中炭素鋼、高炭素鋼などのグレードがあり、それぞれ異なる強度と硬度の要件に適しています。用途に応じて、合金鋼、真鍮、青銅、プラスチックなどの他の材料も平歯車の製造に使用される場合があります。
さまざまなタイプの平歯車
平歯車の主なカテゴリは、外歯車と内歯車です。アンチバックラッシュ、ピンハブ、ラックアンドピニオン、ピンハブ、分割ハブなど、特定の目的に合わせた他のタイプの平歯車もあります。
１．外径平歯車
外歯平歯車は最も一般的かつ単純なタイプで、円筒歯車の外周面に直線の歯が切られています。これらの歯車は他の外部平歯車と噛み合い、平行軸間の回転運動を伝達し、歯車は反対方向に回転します。シンプルな設計により効率が高く、製造が容易なため、多くの業界の無数のギアボックス、モーター、タイマー、減速機で使用されています。
２．内歯平歯車
内歯平歯車は、円筒リングの内面に歯が削られています。これらの歯車は小さな外歯車と噛み合い、両方の歯車が同じ方向に回転します。この構成は、スペースが限られているコンパクトな遊星歯車システムや特殊なドライブでよく使用されます。内部平歯車はスムーズなトルク伝達を実現し、コンパクトな歯車減速機やタイミング装置に一般的に使用されています。
３．バックラッシ防止平歯車
アンチバックラッシュ平歯車は、噛み合う歯車の歯間の遊び、つまりバックラッシュを最小限に抑えるように設計されています。バックラッシュは一般に、歯のたわみ、熱膨張、歯形誤差の許容範囲、および適切な潤滑を考慮するために必要です。ただし、高精度が必要な用途では、バックラッシュを最小限またはゼロにすることが重要です。歯車メーカーは、これらの要求を満たすために、負荷要件に応じてバックラッシの量を調整するアンチバックラッシ歯車を開発しました。平歯車の場合、2 つの同一の歯車を重ね合わせ、わずかにずらして歯の厚さを制御することでバックラッシュを調整できます。これらの歯車は一般的に使用されており、低トルクの歯車列の不正確さを軽減するための費用対効果の高い方法です。
アンチバックラッシュ平歯車は通常、車軸に並べて取り付けられ、バネでリンクされた 2 つの平歯車で構成されます。スプリングはギアを互いに引っ張り、相手のギアに「挟み込み」効果をもたらします。この挟む動作によりバックラッシュが補正され、取り付け時のバックラッシュが大幅に軽減されます。バックラッシュ防止ギアの精密な設計により、航空宇宙、ロボット工学、高精度機械などの産業に適しています。たとえば、高精度望遠鏡はバックラッシュ防止ギアを利用して、位置決めを歪める可能性のあるギアの遊びを排除して精度を確保します。
4. 平歯車ラックアンドピニオン
ラックアンドピニオン システムは、円筒状の平歯車 (ピニオン) と直線状の歯付きラックを組み合わせて、回転運動を直線運動に、またはその逆に変換します。この設定はステアリング システム、CNC 機械、機械式アクチュエータに非常に役立ち、正確な線形位置決めと動力伝達効率の向上を実現します。ラックアンドピニオン ドライブは、自動車のステアリング、ロボット工学、エレベーター、産業オートメーションで使用されます。
平歯車の歯形と用語の計算式
平歯車のプロファイルや形状は、ピッチ (モジュール/直径ピッチ)、圧力角、歯数などを含む複数のパラメータによって決まります。側面から見ると、歯面は真っ直ぐで、軸と平行に並んでいます。平歯車の歯形の種類には、インボリュート歯形とサイクロイド歯形があります。
- インボリュート断面平歯車は最も一般的で、現代の産業で広く使用されています。ギアが作動しているとき、圧力角は変わりません。この形状は、たとえ歯車間の中心距離がわずかに変化しても、歯車間の動きをスムーズかつ一貫して伝達できるため、好まれています。インボリュート曲線は、円から張った糸を解くことによって生成され、この形状は歯車の回転中に一定の圧力角を維持するのに役立ちます。また、インボリュート歯車はサイクロイド歯車よりも製造が容易です。
- サイクロイド プロファイルの平歯車は古い設計であり、古い機器や特殊な機器によく見られます。その圧力角は動作中に常に変化します。サイクロイド歯の形状は、インボリュート曲線とは異なり、回転円の円周上の点が描く軌跡に基づいています。サイクロイド ギアは効果的ですが、ギア間の中心距離のわずかな変化に敏感であり、その製造は一般的により複雑です。
平歯車の歯形図
P：直径ピッチ
D：ピッチ直径ピッチ直径（D）歯が噛み合うピッチ円の直径D＝N／DPD：ピッチ直径
N：歯数
DP：直径ピッチ直径ピッチ（DP）単位ピッチ直径あたりの歯数DP =N / DDP：直径ピッチ
N：歯数
D：ピッチ直径圧力角（α）歯面とピッチ円の接線との間の角度通常20°（共通値）α：圧力角モジュール（m）メートル歯車サイズパラメータは歯径を定義しますm =D / Nm：モジュール
D：ピッチ径(mm)
N:歯数 基準直径 (d) 歯車の設計計算に使用する直径 モジュール、中心距離、圧力角に関係:基準直径 歯幅 / 歯高 (h) 回転軸に沿った歯の幅 h =ha + hfh:歯幅 / 歯高
は:追記
hf：歯元歯先（ha）ピッチ円上の歯の高さha＝mha：歯先
m：モジュール歯元（hf）ピッチ円下の歯の深さhf =1.25 × mhf：歯元
m:モジュール中心距離 (C)噛み合う2つの歯車の中心間の距離C =(N₁ + N₂) / (2 × DP)C:中心距離
N₁:駆動ギアの歯
N₂:ドリブンギヤの歯
DP:直径ピッチ 駆動歯車の歯数 (N₁) 駆動歯車 (入力歯車) の歯数 減速比と中心距離の計算に使用 N1 :駆動歯車の歯数 相手歯車の歯数 (N₂) 相手 (従動) 歯車の歯数 N₂ =(N₁ × R) / S₂N₂ :相手歯車の歯数
N₁:駆動ギアの歯
R：ギヤ比
S₂：目標出力回転速度ギヤ比（mG）駆動ギヤ歯数に対する従動ギヤ歯数の比mG＝N₂ / N₁mG：ギヤ比
N₂:ドリブンギヤの歯
N1：駆動歯車の歯数入力回転数（S1）駆動歯車の回転数（RPM）S1＝（S2/mG）×（N2/N1）S1：入力回転数
S₂：出力速度
mG：ギヤ比
N₁、N₂ ： 駆動ギアと従動ギアの歯数 目標出力回転数（S2） 従動ギアから要求される回転数（RPM） S2 =(S1 × mG) / 60S2 ： 出力回転数
S₁:入力速度
mG：ギヤ比
60：時間換算係数（秒→分）外径（DO）全歯高を含む歯車の総直径DO＝（N＋2）/DPDO：外径
N：歯数
DP:直径ピッチ歯の強度 (S)加えられた力に破損することなく耐える歯の能力S =(Y × K × Wt) / FOSS:歯の強度
Y：ルイスフォームファクター（歯形ベース）
K:幾何学係数
Wt:歯にかかる接線力
FOS:安全率
平歯車の寸法とモジュール
このモジュールは基本的に、ピッチ直径に対する各ギアの歯のサイズを測定します。モジュールは歯のサイズと厚さを直接示します。モジュールが大きいほど、歯が大きくなり、ギア全体が大きくなります。一方、モジュールが小さいほど、歯が小さく、ギアがよりコンパクトになります。 2 つのギアが正しく噛み合うには、同じモジュールが必要です。歯車のモジュールが異なる場合、歯が適切に噛み合わず、機械的な故障が発生します。標準モジュールを使用すると、ギアが干渉することなく適切に噛み合うことが保証され、世界中のメーカーが互換性のあるギアを製造できるようになります。
平歯車モジュール（m と表記）は、歯車のピッチ円直径（d）を歯数（z）で割ることによって計算されます。ピッチ円は、歯車が効果的に噛み合う歯車の歯を通る仮想の円です。たとえば、ピッチ直径が 100 mm、歯数が 20 の平歯車のモジュールは 5 になります (100 / 20 =5 mm)。これは、各歯がピッチ円直径の 5 mm セグメントに対応することを意味します。
平歯車のサイズ表
実際の歯車の寸法は、標準の歯形パラメータ、選択したモジュール、歯数に基づいて設計者が計算する必要があります。以下に、実際の生産での参考となる 2 つの平歯車の寸法表を示します。
1.0 Mod 平歯車の寸法表
Cat.No. の文字「A」と「B」はギアのタイプを示します。1 つのモジュールを備えたタイプ A のギアの幅は 25 mm、1 つのモジュールを備えたタイプ B のギアの幅は 15 mm です。
1.5 Mod 平歯車の寸法表
1.5 mod のタイプ A ギアの幅は 30 mm、1.5 mod のタイプ B ギアの幅は 17 mm です。
平歯車とはすば歯車:違いは何ですか?
平歯車とはすば歯車はどちらも産業用途でよく使用されます。それらの実際の違いは何ですか?
<オル>平歯車は回転軸に平行なまっすぐな歯を持っているため、2つの歯車が噛み合うと、歯は1本の線上に沿って一度に噛み合います。対照的に、はすば歯車は歯が斜めにカットされ、歯車の周囲にらせん形状を形成します。この角度の付いた歯のデザインにより、歯が一方の端からもう一方の端まで徐々に噛み合うことが可能になります。
歯の接触方法は 2 つの歯車タイプで大きく異なります。平歯車は一度に 1 対の歯が噛み合う線接触を持ち、突然の衝撃力と歯への高い応力を引き起こします。ただし、はすば歯車は歯に角度があるため、複数の歯を同時に接触させます。
平歯車の歯は真っ直ぐで、単一の平面に沿って噛み合っているため、軸方向のスラスト (シャフトの軸に沿った力) は生成されません。はすば歯車は、回転中に歯が互いに滑り合うときに軸方向の力を生成します。この軸方向のスラストにより、シャフトの不要な動きを防ぎ、スムーズな動作を保証するために、スラスト ベアリングなどの追加のサポートがシャフトに必要になります。
平歯車は騒音や振動が発生しやすいです。はすば歯車はより静かかつスムーズに動作します。このため、はすば歯車は、自動車のトランスミッションなど、騒音低減が重要な用途に適しています。
はすば歯車は、一般に平歯車よりも高い耐荷重能力を持っています。はすば歯車の角度の付いた歯により、噛み合う歯車間の接触面積が増加し、荷重が複数の歯に分散されます。これにより、摩耗が少なくなり、ギアの寿命が長くなります。平歯車は少ない歯で荷重を受けるため、高荷重下では摩耗が増加する可能性があります。
はすば歯車は、より高いトルクを処理し、より速い回転速度でより静かな動作を維持できます。平歯車は中程度の速度では高い効率を発揮しますが、高速で動作させると騒音、振動、摩耗が増加します。
平歯車は設計がシンプルで製造が簡単です。これは、生産コストが削減され、メンテナンスが容易になることを意味します。はすば歯車は、正確な角度の切断や 3 次元の動作を伴うより複雑な製造プロセスを必要とするため、コストが増加します。
平歯車は主に、時計、洗濯機、コンベアなどのより単純で低速の用途で、平行シャフト間の運動を伝達するために使用されます。はすば歯車は平行軸にも使用できますが、交差軸または非平行軸間の伝動も可能です。この多用途性により、はすば歯車は自動車のトランスミッション、航空宇宙、発電所、船舶の推進システムに適しています。
かみ合い率は、歯車の噛み合い中に何本の歯が接触しているかを示す尺度です。通常、平歯車のかみ合い比は 1.2 ～ 1.6 です。つまり、通常は一度に 1 つの歯だけが完全に噛み合います。はすば歯車のかみ合い比は高く、多くの場合 2 を超えます。この高いかみ合い比は、よりスムーズな動力伝達と振動の低減に貢献します。
平歯車は、特に摩擦と軸方向の力を最小限に抑えることが重要な単純な中速用途で非常に高い効率を実現し、多くの場合効率 98 ～ 99% に達します。はすば歯車は、滑りと軸方向の推力により効率がわずかに低くなり、通常は 95% ～ 98% の範囲ですが、わずかな効率の犠牲を正当化できる他の利点もあります。
産業技術