歯車: これらの歯車について知っておくべきことすべて

たくさん歯車それらは、アナログ時計から自動車のエンジン、ギアボックス、ロボット、プリンター、その他の多くのメカトロニクスシステムに至るまで、さまざまな現在のメカニズムに組み込まれています。彼らのおかげで、伝達システムは、動きを伝達するだけでなく、変更することもできます。

したがって、それらは非常に重要な要素です。 それらがどのように機能するかを知っておく必要があります 正しく。そうすれば、プロジェクトに適切なギアを使用し、それらがどのように機能するかをよりよく理解できます...

ギアとは？

チェーンシステム、プーリーシステム、摩擦車などがあります。それらすべて 伝送システム その利点と欠点。しかし、それらすべての中で、ギアシステムが際立っており、それらは通常、そのプロパティのお気に入りです。

摩擦車や滑車の場合のように、歯が滑らずに大きな力に耐えることができます。
動力や動きを両方向に伝えることができるリバーシブルシステムです。
に見られるように、非常に正確な移動制御を可能にします。ステッピングモーター例えば。
チェーンやプーリーに対してコンパクトな伝達システムを作成できます。
異なるサイズを組み合わせて、各軸の回転を妨げることができます。一般に、スプロケットをXNUMX枚使用する場合、ギアの大きい方をホイール、小さい方のピニオンと呼びます。

Un 歯車または歯車それは、歯車の種類に応じて、外側または内側の端に一連の歯が刻まれた一種の車輪にすぎません。これらのスプロケットは回転運動して、それらが取り付けられているシャフトにトルクを生成し、それらをグループ化して、より複雑な歯車システムを生成して、歯を一緒に取り付けることができます。

明らかに、それを可能にするために、 歯の種類と大きさ 一致している必要があります。そうしないと、互換性がなく、適合しません。これらのパラメータは、次のセクションで説明するものです...

歯車の部品

XNUMX つの歯車を組み合わせるには、直径と歯の数を変えることができますが、歯車を構成する一連の要因を尊重する必要があります。 互いに互換性がある使用する歯の種類、寸法など。

前の画像でわかるように、 いくつかの部分 知っておくべきギア:

セプタムまたはアーム：ムーブメントを伝達するためのリューズとキューブの接合を担当するパーツです。それらは多かれ少なかれ厚くすることができ、その組成と強度は強度と重量に大きく依存します。重量を減らすために通常は穴が開いている場合もあれば、頑丈な仕切りが選択されている場合もあります。
キューブ：運動伝達軸が連結され、仕切りに取り付けられる部分です。
コロナ: 歯がカットされたギアの領域です。ギアの互換性、動作、パフォーマンスはそれに依存するため、これは最も重要です。
歯: クラウンの歯または突起の XNUMX つです。歯はいくつかの部分に細分できます。
- クレスタ: 歯の外側の部分または先端です。
- 顔とわき腹: は、歯の側面の上部と下部、つまり、かみ合う XNUMX つの歯車の間の接触面です。
- バレ: 歯の下部、または XNUMX つの歯の間の中間領域であり、噛み合う別の歯車の頂上が収容されます。

これらすべてが一連の クラウン形状 これにより、歯車の種類と特性が区別されます。

根周り: 歯の谷または底をマークします。つまり、ギアの内径を定義します。
原始円周: 歯の側面の XNUMX つの部分 (面と側面) の間の分割を確立します。他のすべてがそれに基づいて定義されるため、これは非常に重要なパラメーターです。歯を下顎と補歯のXNUMXつの部分に分けます。
- 歯の足または歯状突起：元の円周と歯根の円周の間にあるのは歯の下部領域です。
- 歯頭または補遺: 元の円周と外側の円周からなる、歯の上部領域。
頭囲- 歯の頂上、つまり歯車の外径をマークします。

ご想像のとおり、クラウン、直径、歯の種類に応じて、 ギアを変える によると：

歯数: ギア比を定義し、トランスミッションシステムでの動作を決定する最も決定的なパラメーターの XNUMX つです。
歯の高さ: 谷から尾根までの全高。
サーキュラーステップ: 歯のある部分と次の歯の同じ部分との間の距離。つまり、歯がどれくらい離れているか、これも数に関係しています。
エスペーザー: ギアの厚さです。

ギア用途

ラス ギアアプリケーション 以前にコメントしたように、たくさんあります。その実用的なアプリケーションのいくつかは次のとおりです。

車両のギアボックス。
旋回制御用ステッピングモーター。
油圧爆弾。
回転伝達要素や運動伝達要素など、あらゆる種類のエンジン。
差動メカニズム。
ヘッドやローラーを動かすプリンター。
可動部品用ロボット。
産業機械。
アナログ時計。
機械部品を備えた家電製品。
可動部品のある電子機器。
ドア開閉モーター。
移動玩具。
農業機械。
航空学。
エネルギー生産 (風、熱など)。
等々

Arduino やロボットなどを使用したプロジェクトには、他にも多数のアプリケーションを考えることができます。多くのメカニズムを自動化し、速度などで遊ぶことができます。

歯車の種類

その歯と歯車自体の特性に応じて、あなたは持っています さまざまな種類の歯車 それぞれに長所と短所があるため、アプリケーションごとに適切なものを選択することが重要です。

たくさん 最も一般的なタイプ 音：

円筒形: 平行軸に使用されます。
- まっすぐ: それらは最も一般的で、あまり高速ではない単純なギアが必要な場合に使用されます。
- ヘリカル: それらは、以前のもののやや高度なバージョンです。それらの歯は、シリンダー (シングルまたはダブル) の周りに平行ならせん経路に配置されます。それらは、より静かで、より高速で動作し、より多くの電力を伝達でき、より均一で安全な動きをするなど、直線よりも明確な利点があります。
コニカル: それらは、90° であっても、異なる角度に配置された軸間の動きを伝達するために使用されます。
- まっすぐ：真っ直ぐな歯を使用し、真っ直ぐな円筒形の歯と特性を共有しています。
- 螺旋: この場合、ヘリカルに起こったように、それらはより高い速度と力をサポートします。
内歯車: 歯や王冠を外側に彫る代わりに、内側に彫る. それらはそれほど一般的ではありませんが、特定のアプリケーションにも使用されます。
プラネタリウム: これは、特定のトランスミッションシステムで使用される一連のギアであり、中央のギアの周りに他の小さなギアが回転します。軌道を回っているように見えるので、その名前が付いているのはそのためです。
エンドレススクリュー: これは、一部の産業または電子メカニズムの一般的な歯車です。歯がスパイラル状にカットされた歯車を使用しています。振動や騒音のない非常に一定の速度を生成します。それらは、軸がエンドレススクリューに対して斜めになっている真っ直ぐな歯車に伝達できます。
ラックアンドピニオン: これは、いくつかのメカニズムでも一般的な一連の歯車であり、軸の回転運動を直線運動に変換したり、その逆を行うことができます。

出席する場合 彼の作曲、次のようなマテリアルを区別することもできます。

金属それらは通常、さまざまな種類の鋼、銅合金、アルミニウム合金、鋳鉄またはねずみ鋳鉄、マグネシウム合金などでできています。
プラスチック: 電化製品、玩具などに使用されます。それらは、ポリカーボネート、ポリアミドまたは PVC ギア、アセタール樹脂、PEEK ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン (PTFE)、および液晶ポリマー (LCP) です。
マデラ: それらは一般的ではなく、古いメカニズムまたは特定のおもちゃでのみ発生します。
その他：非常に特殊なケースでは、他の繊維または特定の材料が使用される可能性があります。

ギアはどこで買える？

あなた さまざまな種類の歯車を見つける 多くの機械または電気店で。たとえば、いくつかの例を次に示します。

これらの製品はサイズが小さいため、大きなギアが必要な場合、簡単に見つけられない可能性があります。また、非常に具体的なものが必要な場合は、多くのターナーワークショップで あなたのためにそれを作る。ザプリンタは3D 彼らはまた、メーカーが独自のギアを作成するのを支援しています。

スプロケットシステムの基本的な計算

この GIF でわかるように、XNUMX つの歯車がかみ合うと、両方の軸が 反対方向に回転します 同じ意味ではありません。ご覧のとおり、赤いギザギザのルートを見ると右に曲がっていますが、青いルートは左に曲がっています。

したがって、 軸が同じ方向に回転する場合 緑のホイールなど、追加のホイールを追加する必要があります。こうすることで、赤と緑が同じ方向に回転します。これは、青が左に回転すると、青と緑を組み合わせると、緑が赤と同期して回転の方向を再び反転するためです。

そのGIFで評価できるもうXNUMXつのことは、 回転速度. すべての歯車の直径と歯の数が同じであれば、すべてのシャフトは同じ速度で回転します。逆に歯数・径を変えると速度も変わります。ご覧のとおり、赤は直径が小さいため最も速く回転し、青は中程度の速度で回転し、緑は最も遅く回転します。

これに応えて、 サイズで遊んで速度を変更できると考えることは可能です. 自転車がギアシフトでできるように、ギアボックスが車のギア比でそれを行うのと同じように、あなたは正しいです。それだけでなく、回転速度も計算できます。

XNUMXつの歯車をかみ合わせると、XNUMXつの歯車が 小（ピニオン）と別の大（ホイール）、次のことが発生する可能性があります。

モーターまたはトラクションがピニオンに適用されて車輪が駆動されることを想像すると、ピニオンは高速で回転しますが、車輪が大きいため、速度が低下します。 還元剤. それらが同じサイズ (ピニオン = 車輪) である場合にのみ、両方の車軸が同じ速度で回転します。
一方、トラクションを持って速度がかかるのは車輪であると考えれば、たとえそれが低くても、ピニオンは小さいサイズとして機能するため、より速く回転します。乗数.

ギア伝達計算

これを理解したら、次を適用して、XNUMX つの歯車間の単純な伝達システムの計算を実行できます。式:

N1 Z1 = N2 Z2

ここで、Z はかみ合っている歯車 1 と 2 の歯の数であり、N は RPM (毎分回転数または毎分回転数) で表したシャフトの回転速度です。にとって ejemplo、単純化するために、上の GIF で次のことを想像してください。

赤 (ドライブ) = 4 つの歯で、モーターはそのシャフトに 7 RPM の回転速度を適用しています。
青 = 8 歯
緑 = 16 歯

このシステムでターンを計算したい場合は、最初に青の速度を計算する必要があります。

4 7 = 8 z

z = 4 7/8

z = 3.5RPM

つまり、青の軸は 3.5 RPM で回転し、赤の軸の 4 RPM よりもやや遅いです。緑の回転を計算したい場合は、青の速度がわかったので、次のようにします。

8 3.5 = 16 z

z = 8 3.5/16

z = 1.75

ご覧のとおり、緑は1.75 RPMで回転しますが、これは青や緑よりも低速です。モーターが緑の軸上にあり、駆動輪が 4 RPM で回転している場合、回転は青で 8 RPM、赤で 16 RPM になります。

したがって、駆動輪が小さい場合、最終シャフトの速度は遅くなりますが、力は大きくなります。大きな車輪が牽引力を持っている場合、小さい車輪の方が速度は上がりますが、力は小さくなります。あるから パワーまたはトルク 違う？この式を見てください。

P=Tω

ここで、P はワット (W) 単位でシャフトによって伝達される動力、T は発生トルク (Nm)、 ω シャフトが回転する角速度 (ラジアン/秒). モーターの出力が維持され、回転速度が増加または減少すると、T も変化します.T を一定に保ち、速度を変化させても同じことが起こり、P が変化します。

おそらく、軸が X RPM で回転するかどうか、どのくらい直線的に進むか、つまり 線速度. たとえば、赤の軸に DC モーターがあり、緑の軸にモーターが表面を移動するように車輪を配置したとします。どのくらい速くなりますか？

これを行うには、取り付けたタイヤの円周を計算するだけです。これを行うには、直径に円周率を掛けると、円周が得られます。ホイールが各回転で前進できることを知り、XNUMX 分ごとに何が回転するかを考慮すると、線速度を取得できます...

ここでは、これをよりよく理解できるようにビデオを示します。

ウォームとスプロケットの計算

のように ウォームギアとスプロケット、次の式で計算できます。

i = 1 / Z

これは、このシステムでは、ねじがヘリカルカットされた 60 歯のスプロケットと見なされるためです。たとえば、歯数が 1 のスプロケットの場合、それは 60/60 になります (つまり、スプロケットが 1 回転するには、ネジが XNUMX 回転する必要があります)。また、他のようにリバーシブルではない機構、つまりスプロケットを回してウォームが回転することはなく、 ここではウォームのみがドライブシャフトになれます.

ラックアンドピニオンの計算

システムについて ラックアンドピニオン、 計算が再び変わります。この場合、それらは次のとおりです。

V = (p・Z・N) / 60

つまり、ピニオンの歯のピッチ (メートル単位)、ピニオンの歯の数、およびピニオンの回転数 (RPM 単位) を掛けます。たとえば、60 歯のピニオン、30m ピッチ、0.025 RPM のスピン速度を持つシステムがあるとします。

V = (0.025) / 30

V = 0.5 メートル/秒

つまり、毎秒 XNUMX メートル進むことになります。そして、この場合、 はい、それはリバーシブルですすなわち、ラックを前後方向に移動させれば、ピニオンを回転させることができる。

の式を考慮して、距離を移動するのにかかる時間を計算することもできます。 均一な線の動き (v = d / t)、つまり、速度が距離を時間で割った値に等しい場合、時間はクリアされます。

t = d / v

したがって、計算したい速度と距離がすでにわかっている場合、たとえば、1 メートル移動するのにかかる時間を計算するとします。

t = 1 / 0.5

t = 2 秒

少なくとも歯車に関する最も重要な知識を得るのに役立ち、歯車がどのように機能し、将来のプロジェクトでそれらをどのように活用できるかを理解していただければ幸いです。

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ギア: これらのスプロケットについて知っておくべきこと