この記事では、ラック＆ピニオン機構とは何か、またその用途について説明します。ラック機構の特徴やこのタイプの機構の長所・短所についても説明します。
ラック＆ピニオン機構とは何ですか？
ラック機構は歯車（ピニオン）と歯棒（ラック）からなる機構です。ラックアンドピニオン機構は、ピニオンの円運動をラックの直線運動に変換するために使用されます。
ラック機構の応用例としては、コルク栓抜き、自動車のステアリングシステム、クレーンのドア開閉機構、ラックレール、一部のアクチュエータなどがあります。
ラックアンドピニオン機構の動作は、ピニオンの回転運動をラックによる直線運動に変換することで構成されます。 2 つの機械要素が互いに噛み合い、ピニオンの回転によりラックが前方に移動します。
ラックアンドピニオン機構部品
基本的に、ラックアンドピニオン機構は 2 つの部分で構成されます。
- ピニオン: ラックアンドピニオン機構の回転運動を行う部分です。ラックと噛み合う歯車です。ピニオンは両方の回転方向に回転できるため、ピニオンの回転方向に応じて、ラックは一方向または別の方向に移動します。
- ラック: 直線運動を行うラックアンドピニオン機構の一部。これは、ピニオンの回転に伴って前方に移動する歯付きの硬いバーです。ラック機構は可逆であるため、非常にまれですが、ラックの動きによってピニオンが回転することもあります。
ラック＆ピニオン機構の特徴
ラック機構には次の特徴があります。
- ラック機構は可逆的です。つまり、回転運動を直線運動に、または直線運動を円運動に変換できます。したがって、このタイプの機構は、ピニオンの回転運動によってラックが前方に移動したり、逆にラックの運動によってピニオンが回転したりするような方法で使用できます。一般に、ピニオンが駆動要素であり、ラックが被駆動要素です。
- ラックアンドピニオン機構が正しく動作するには、ラックとピニオンのピッチが同じである必要があり、したがって同じモジュールが必要です。したがって、ピニオンのモジュール、したがって機構のモジュールは、ピニオンの直径を歯の数で割ることによって計算できます。
- ラックとピニオンの歯は互いに噛み合っているため、ピニオンが 1 回転するたびに、ラックはピニオンの歯と同じ数だけ動きます。したがって、ラックが移動する距離は次の式を使用して計算できます。
- ラックアンドピニオン機構では、ラックの移動速度は、ピニオンの角速度にピニオンの直径を掛けて 2 で割った値に等しくなります。
金
モジュールです。
車輪の直径と
車輪の歯の数。
金
ジッパーが移動する距離です。
ホイールの歯の数と
1センチメートルあたりのジッパーの歯の数。
金
はラックの線速度、
はピニオンの回転速度であり、
ピニオンの直径です
ラックアンドピニオン機構のメリットとデメリット
ラックアンドピニオン機構の利点:
- ラックアンドピニオン機構は非常にシンプルなので、適応性と柔軟性が高くなります。
- ラック＆ピニオン機構により高動力を伝達できます。
- 回転運動を直線運動に、またはその逆に変換するため、運動のタイプを変更できます。
ラック機構の欠点:
- ラック機構が適切に機能するには、潤滑する必要があります。
- 一般に、ラックアンドピニオン機構はノイズの多い運動伝達システムです。
- ラック機構では、ピニオンとラックとの接触により激しい摩耗が発生します。
ラック＆ピニオン機構の応用例
エンジニアリングでは、ラックアンドピニオン機構は多くの用途に使用されます。たとえば、ラックアンドピニオン機構はコルク栓抜き、一部のドアの開閉機構、さらにはボール盤にも使用されています。
同様に、自動車分野では、自動車のステアリングにラックアンドピニオン機構が使用されています。したがって、この機構は、車両のステアリングホイールの動きを車輪に伝達するシステムの一部です。
最後に、ラック機構がよく使用されるもう 1 つの用途は、輸送の分野です。このように、ラック鉄道はラック機構を利用して急勾配の山間部を走行します。