ラック&ピニオンギア解説：主要事実と設計のヒント

ラックとピニオンの基礎

常にそうとは限りませんが、ほとんどのラックアンドピニオンシステムは、20度インボリュート平歯車として識別される標準歯形に基づいています。インボリュート歯車のみで、圧力角は各歯の噛み合い中に同じままです。インボリュート歯形の背後にある天才は、センター距離設定が理想的でなくても、理論的に一定の速度比を提供できることです。一定速度比の必要性は、歯車伝達の基本法則と呼ばれることがあります。
ラック上の20°線は直線であるため識別しやすいです。ラックはこれらの直線が加工しやすいため、円形歯車を作るための有用なツールです。ラックが焼き入れ・研削された後、丸ブランクの曲面歯面を切削するために使用できます。このプロセスは歯車生成と呼ばれ、歯車製造のいくつかのプロセスの1つです。これはインボリュート歯の2番目の利点です。平歯車ラックとピニオン、およびはすば歯車は一般的です。
はすば歯車はブランク表面に対して一定角度で切削され、徐々に噛み合う歯を生成するため、平歯車より静かに動作し、より長い接触長を持ち、より高い荷重に耐えられます。はすば歯車の1つの欠点は、平行軸上の歯車が逆の手を持つため、ラックアンドピニオンにスラスト成分が生じることです。スラストは機械構造の側方荷重を増加させます。 

ラックとピニオンの幾何学と設計

平歯車ラック、ピニオン、はすば歯車は非常に一般的です。はすば歯車はブランク表面に対して一定角度で切削され、徐々に噛み合う歯を形成するため、平歯車より静かに動作し、より長い接触長を持ち、より高い荷重に耐えられます。はすば歯車の1つの欠点は、平行軸上の歯車が逆のポインタを持つため、ラックアンドピニオンにスラスト成分が生じることです。
スラストは機械構造の側方荷重を増加させます。最適なヘリックス角を持つスパイラルラックは、より高い歯接触比を持つため、より高速でより静かに動作し、より高い荷重容量を持ちます。ピニオンプロファイルオフセットまたは歯先修正はアンダーカットを防止でき、曲げ応力をバランスさせてより高い荷重容量を達成できます。はすば歯車は滑らかで静かに噛み合います——例えば、厳しい公差で部品を加工する際、これは表面仕上げの改善に役立ちます。 

ラックアンドピニオン vs リニアモータ

リニアモータと比較して、ラックアンドピニオンシステムは類似の性能を提供できますが、はるかに低コストです。より小型で、よりコンパクトでシンプルな機械設計を可能にします。磁気力の欠如により、高い垂直力を吸収するための支持構造の必要性が大幅に減少し、標準レールが使用可能です。
リニアモータの全体効率は最大90%ですが、時には効率がはるかに低くなります。この固有の低効率により、リニアモータは通常水冷却を必要とします。対照的に、ラックアンドピニオンはカバーを必要としません。ガイダンスシステムは金属粒子に晒される可能性があり、安全制約は小さいです。優れたラックアンドピニオンシステムは、高価なリニアスケールと外部ブレーキを必要としないことが多いです。
標準エンジンフィードバック装置とブレーキで十分です。特定のケースでは、リニアモータはユニットの完全な再設計を必要とします。これは、一次側と二次側の間の吸引力によって生成される巨大な垂直力が深い影響を与える可能性があるためです。すぐに使えるラックアンドピニオンシステムは、ブラインド組み立てを容易にするより簡単なオプションであり、さらにコストを節約し、組み立て時間をストローク長1メートルあたり約10分に短縮します。 

ラックアンドピニオンの利点

従来のボルト固定設計と比較して、ラックアンドピニオン伝動システムには多くの利点があります。ラックは、任意の8つのアルミニウム押出ラインのTスロットに完全に位置するように設計されており、ボルト駆動機構を使用せずにコンパクトなリニアスライドを構築できます。フレームのどの部分も輪郭面より上に突出しません。溝によりラックがガイド機構と平行に整列し、交換用ラックでよく発生する不必要な蛇行がありません。任意の数の個別ラックセグメントを使用して、可変長のラックを構築できます。
より長い長さと比較して、80mmパーツの使用でより高い精度が得られます。この場合、ピッチ誤差が大きくなる可能性があり、より長いフレームを用途に合わせて切断する必要があるため廃棄物を削減できます。組み立てはこれ以上簡単にはできません。端部は単一の位置決めピンで固定され、特許取得済みのスプリングクリップがさらなる加工なしで連続部品を保持します。
第2端部はセットスクリューで固定されます。マッチングする18歯ピニオンはダブルボールベアリングを通じてハウジングに取り付けられ、ハウジングは可動キャリッジプレートの下側に整然と固定されます。カップリングモジュールはピニオンギアボックスに接続され、ピニオンギアのキーシャフトがその中に含まれるカップリンググループと噛み合います。ハウジングをしっかり固定する前に、ギャップを排除するためにハウジングが調整されています。
ドライブモータを取り付けるため、ハウジングは必要に応じて加工されました。メンテナンスはピニオンギアボックスに数滴の軽油を注すだけで、フェルトディスクのペアでピニオンギアに潤滑剤を転送します。ドライブシステムは、最大駆動力1,000N、最大モータトルク23Nm、速度最大3m/sのアプリケーション向けに設計されています。 

IMTS-Exhibition.comでのラックアンドピニオン

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