歯車

この記事では、歯車とは何か、またその用途について説明します。したがって、ギアのさまざまな部分は何なのか、ギアのさまざまな種類は何なのか、さらにはギアの長所と短所は何かを知ることができます。

歯車とは何ですか?

歯車は、2 つ以上の歯車が噛み合って構成される機構です。したがって、歯車は、歯の接触を通じてある歯車から別の歯車に円運動を伝達する役割を果たします。

歯車では回転運動が伝達されるだけでなく、2 つの歯車の歯数の比に応じて回転速度が増減することもあることに注意してください。

サイズの異なる 2 つの歯車で構成される単純な歯車では、クラウンとピニオンを区別します。

• クラウン: 歯車の中で最も大きな歯車です。
• ピニオン: 歯車の最小の歯車です。

機械の特性

歯車には次のような特徴的なパラメータがあります。

• 歯: これは推力を伝達する歯車の部分で、回転運動と動力を一方の歯車からもう一方の歯車に伝達します。
• 軸：歯車の中心にある円筒状の部分で、歯車の回転運動をガイドする役割を果たします。
• ピッチ円周: これは、ギアの歯が噛み合う仮想の円周であり、噛み合う 2 つのギアのピッチ円周は接しています。
• ピッチ直径: ピッチ円周の直径です。
• 外周：歯車の外周を制限する円周です。
• 外径: 外周の直径です。
• 内周：歯の根元を通る円周のことです。
• 内径: 内周の直径です。
• 圧力角：2つの歯車間の接触力の方向と歯車の角速度の方向がなす角度です。
• 歯数: 歯車の総歯数です。通常はZという記号で表されます。
• モジュール: これは、歯車のピッチ直径 (D _p ) と歯数 (Z) の比です。したがって、歯車の係数を計算する式は次のようになります。



• ピッチ: 1 つの歯の点と隣接する歯の同じ点の間の距離です。 2 つの歯車が噛み合うには同じピッチでなければならないため、この歯車の特性は非常に重要です。歯車のピッチは、数値 pi にピッチ直径を掛け、歯数で割ったものに等しくなります。

歯車の種類

平歯車

平歯車は、歯がまっすぐな歯車の一種です。したがって、平歯車は、円筒に放射状に歯が突き出た非常に単純な歯車であることが大きな特徴です。

つまり、はすば歯車やかさ歯車などの他の種類の歯車とは異なり、平歯車の歯は完全に真っ直ぐです。

工業レベルでは、平歯車はそのシンプルさと経済的な価格により、最も広く使用されているタイプの歯車です。

平歯車は次の 2 種類に分類できます。

• 外歯平歯車: 歯車の歯は歯車の外形、つまりホイールの外側にあります。
• 内部平歯車– 歯車の歯は歯車の内側の輪郭、つまりホイールの内側にあります。

外歯平歯車は外歯車および内歯車と噛み合うことができます。対照的に、内歯平歯車は外歯歯車とのみ噛み合います。

噛み合う2つの外歯歯車は回転方向が逆ですが、内歯歯車は噛み合っている外歯歯車と同じ方向に回転します。

はすば歯車

はすば歯車は、回転軸に対して傾斜した歯車で構成されています。つまり、はすば歯車は、歯車の歯形がはすば歯で構成されている歯車の一種です。

はすば歯車の歯が回転軸となす角度は、伝達する必要のある角速度によって異なります。

• 伝達される角速度が遅い場合、角度は 5° ～ 10° でなければなりません。
• 伝達される角速度が平均的な場合、角度は 15° ～ 25° でなければなりません。
• 伝達される角速度が速い場合、角度は約 30 度である必要があります。

つまり、はすば歯車の機能は回転運動を伝達することであるため、はすば歯車の動作は直歯車の動作と似ています。ただし、はすば歯車は、歯の特殊な形状のおかげで、異なる方法で円運動を伝達できます。

はすば歯車は以下の種類に分類されます。

• クロスシャフトはすば歯車: はすば歯車の軸が互いに交差しています。最も単純なタイプのはすば歯車です。
• 平行軸はすば歯車：はすば歯車の軸は平行です。それらが適切に機能するには、結合された 2 つの歯車の歯が同じ角度で逆方向に傾斜している必要があります。このタイプのはすば歯車では、伝達される回転力に加えて軸力が発生します。
• ダブルはすば歯車 (またはヘリンボーンはすば歯車) : このタイプのはすば歯車の輪郭は 2 つのはすば歯によって形成され、V 字形の輪郭を形成します。はすば歯車の八重歯は、軸が平行なときに発生する軸力を除去する役割を果たします。

かさ歯車

かさ歯車は、歯が円錐形の歯車で構成されています。簡単に言うと、かさ歯車は円錐台のような形をした歯車の一種です。

このタイプの歯車の主な特徴は、交差する 2 つの軸の間で回転運動を伝達できることです。かさ歯車システムの軸は通常垂直ですが、別の角度で動作するように設計することもできます。

一般に、かさ歯車は鋳鉄、合金鋼、またはアルミニウムで作られています。ただし、かさ歯車の用途によっては、非常にまれですが、非金属材料で製造される場合もあります。

かさ歯車内では、いくつかのサブタイプの歯車を区別できます。

• 直歯かさ歯車: 直歯かさ歯車の種類。
• はすば歯かさ歯車– 角度のある歯を持つかさ歯車の一種。
• まがり歯かさ歯車：かさ歯車の一種で、歯がらせん状になっています。
• ハイポイドかさ歯車：ピッチ面が双曲面であるかさ歯車の一種。

その他の種類の歯車

一般に、歯車は上で説明したように、平歯車、はすば歯車、かさ歯車の 3 種類に分類されます。ただし、知っておくべき重要なギアの種類は他にもあります。

• ウォーム：ウォーム機構は、はすば歯車ねじが直歯車またははすば歯車と噛み合う機構です。このようにして、円運動が 2 つの直交する軸の間で伝達されます。
• ラックギヤ：ラック機構は、歯車（ピニオン）がラックと噛み合います。このタイプの歯車は、円運動を直線運動に変換するために使用されます。
• チェーンギア: 歯車は互いに噛み合っておらず、歯車の円運動はチェーンによって伝達されます。

ギア駆動

歯車列は、一連の歯車で構成される円形の伝達機構です。言い換えれば、歯車列は、互いに接続されたいくつかの歯車で構成されるシステムです。

歯車列により、単一歯車よりもはるかに高い伝達比が可能になります。したがって、歯車列は、単一の歯車よりも大幅にシャフトの角速度を増加または減少させる働きをします。一方、歯車は一般に、2 つの歯車で構成される単純な歯車よりも多くのスペースを占めます。

次の画像では、ギア トレインの例を示しています。より正確には、入力ギア、ダブル ギア、アイドル ギア、出力ギアの 5 つのギアで構成されるギア トレインです。出口。

このメカニズムは、入力ホイール (左ホイール) から始まります。入力歯車に回転運動が加わると、車輪が噛み合っているため、後続の歯車も回転します。

この場合、回転速度は２段階で増加する。まず、入力ホイールにはギアよりも多くの歯があるため、角速度が増加します。この歯車は軸にもう一つ歯車が結合した二重歯車であり、この歯車も出力歯車より歯数が多いため、二度目に角速度が増加します。

歯車の伝達比

ギア比は2 つのギアの回転速度の比です。具体的には、2 つの歯車の伝達比は、入力歯車の角速度に対する出力歯車の角速度の比として定義されます。

金：

• 

  伝達比です。

• 

  入力ホイールの角速度です。

• 

  出力ホイールの角速度です。

• 

  入力ギアの歯数です。

• 

  出力ギアの歯数です。

• 

  入力ホイールの直径です。

• 

  出力ホイールの直径です。

伝達比の式から、次のことが推測できます。

• i>1 : ギア比が 1 より大きい場合、出力角速度が入力角速度より大きいことを意味します。したがって、出力ギアの歯数と直径は入力ギアの歯数と直径よりも小さくなります。
• i<1 : 伝達比が 1 未満の場合、出力角速度が入力角速度よりも低いことを意味します。したがって、出力ギアの歯数と直径は入力ギアの歯数と直径よりも大きくなります。
• i=1 : ギア比が 1 に等しい場合、これは出力角速度が入力角速度と等しいことを意味します。したがって、2 つのホイールの歯数と直径は同じです。

ギアのメリットとデメリット

他の種類の運動伝達機構と比較して、歯車には次のような利点と欠点があります。

ギアの利点:

• 歯車間の滑りがなくなり、機構の故障が軽減されます。
• 歯車は高い動力を伝達することができます。
• 歯車の機械的性能が高い。
• 一般に、ギアのメンテナンスはほとんど必要ありません。
• ギアは通常、ほとんどスペースを取りません。

ギアのデメリット：

• 歯車を作るのは難しいです。
• そのため、歯車の価格は他のタイプの機構に比べて高価になるのが一般的です。
• 発生する騒音は使用する歯車の種類によって異なりますが、一般に騒音の多い運動伝達システムです。