第6章 歯車機構の設計 歯車機構 ★動力伝達の手段として多くの機械に使われている。 ★動力を効率よく，しかも正確に伝えることができる。 第6章　歯車機構の設計 歯車機構 ★動力伝達の手段として多くの機械に使われている。 ★動力を効率よく，しかも正確に伝えることができる。 ★歯車を利用した機械を設計する際の要点。

6.1　歯車の種類

6.1.1 平歯車 ★最も代表的な形式である。 ★様々な形式が量産品として市販されている。 ★通常，カタログから使用する歯車を選定する。 6.1.1　平歯車 ★最も代表的な形式である。 ★様々な形式が量産品として市販されている。 ★通常，カタログから使用する歯車を選定する。 平歯車

6.1.2　かさ歯車 ★円すい状の面に歯を取り付けた歯車。 ★主に直交した2軸の間の動力伝達に使われる。 ★通称：ベベルギヤ。 平歯車

6.1.3 はすば歯車・はすばかさ歯車 ★歯すじをつる巻き状にした歯車。 ★平歯車と比べて，歯のかみ合いが滑らかになる。 ★騒音が少ない 6.1.3　はすば歯車・はすばかさ歯車 ★歯すじをつる巻き状にした歯車。 ★平歯車と比べて，歯のかみ合いが滑らかになる。 ★騒音が少ない ★軸方向にスラスト荷重が生じる。 はすば歯車／はすばかさ歯車

6.1.4 ウォームギヤ ★大きな減速比を得られる。 ★摩擦損失が大きい。 ★適切な潤滑が必要である。 6.1.4　ウォームギヤ ★大きな減速比を得られる。 ★摩擦損失が大きい。 ★適切な潤滑が必要である。 ★ウォームには，軸方向の大きなスラスト荷重が生じる。 ウォームホイール ウォーム

6.1.5 その他の歯車 (1) 内歯車 内歯車 遊星歯車機構 ★円筒の内側に歯を取り付けた歯車。 6.1.5　その他の歯車 (1) 内歯車 内歯車 遊星歯車機構 ★円筒の内側に歯を取り付けた歯車。 ★2軸の中心距離を短くしたい場合などに用いる。 ★遊星歯車機構は，小型で大きな減速比が得られる。

(2) ラック ラック 電動スライダ ★直線状に歯を取り付けたもの。 ★平歯車（ピニオンギヤ）と組み合わせて使われる。 ★ 回転運動を直線運動に変換する場合などに使われる。

(3) やまば歯車 ★ 2枚のはすば歯車を組み合わせた歯車。 ★軸方向のスラスト力が打ち消される。 やまば歯車

6.2　平歯車の構造と特徴 平歯車の基礎知識 モジュール バックラッシ 歯車の騒音

6.2.1　平歯車の基礎知識 (1) 歯数と減速比 ★歯数の比（減速比）が重要！

(2) 歯車各部の名称 重要な用語 ★中心距離 ★ピッチ円直径

(3) 基準ピッチ円直径 ★一対の歯車を摩擦車に置き換えて，減速比が等しくなるようにした場合の摩擦車の直径。 ピッチ円直径の考え方

【補足】歯車の機械製図 ●歯形は省略 ●歯先円を太い実線 ●ピッチ円を細い一点鎖線 ●歯底円を細い実線（ただし断面の場合は太い実線）

6.2.2 モジュール 歯の大きさが同じでなければ，歯車は適切に機能しない。 モジュール 歯の大きさを表す重要な数値 ピッチ円直径 6.2.2　モジュール 歯の大きさが同じでなければ，歯車は適切に機能しない。 モジュール 歯の大きさを表す重要な数値 ピッチ円直径 モジュール 歯数

例：モジュールm=1 (mm)の場合，歯厚s=1.6 (mm)。 ★モジュールと歯の大きさ 例：モジュールm=1 (mm)の場合，歯厚s=1.6 (mm)。

モジュール5mm以下で，優先順位が高いもの ★モジュールの標準値 モジュール5mm以下で，優先順位が高いもの

6.2.3　バックラッシ バックラッシ 歯面間の「遊び」

★適切なバックラッシが重要！ ★小さすぎると，潤滑が不十分になりやすく，歯面同士の摩擦が大きくなる。 ★大きすぎると，歯のかみ合いが悪くなり，歯車が破損しやすくなる。

★バックラッシが調整できる構造 ★頻繁に歯車を交換するような機械では，バックラッシを調整できる構造とすることが多い。 旋盤の歯車

6.2.4 歯車の騒音 (1) バックラッシの適切化 (2) かみ合い率の増加 (3) 歯形の小型化 (4) プラスチック歯車の使用 6.2.4　歯車の騒音 (1) バックラッシの適切化 (2) かみ合い率の増加 (3) 歯形の小型化 (4) プラスチック歯車の使用 (5) 潤滑の適切化

6.3 歯車の強度 歯車の材質 歯車のカタログ 強度計算の概略 ★歯車機構の設計において，歯の強度を計算することはほとんどない。 6.3　歯車の強度 歯車の材質 歯車のカタログ 強度計算の概略 ★歯車機構の設計において，歯の強度を計算することはほとんどない。 ★通常は，歯車メーカーのカタログに記載されている許容トルクや許容伝達動力の値を参照する。 ★設計において最も重要なことは，どの程度の負荷が加わるのかを正しく推測することである。

市販されている歯車の許容伝達動力（モジュール1，歯数100 ） 6.3.1　歯車の材質 市販されている歯車の許容伝達動力（モジュール1，歯数100 ）

6.3.2　歯車のカタログ モジュール0.5の黄銅（C3604B，C3713P）製歯車のカタログ

6.3.2 歯車のカタログ（続き） モジュール0.5の黄銅（C3604B，C3713P）製歯車のカタログ 6.3.2　歯車のカタログ（続き） モジュール0.5の黄銅（C3604B，C3713P）製歯車のカタログ ★許容伝達動力(W)は，回転数が低くなるほど小さくなる。 ★減速された歯車ほど，強度に気をつけなければならない。

6.3.3 強度計算の概略 (1) 歯の曲げ強さ ルイスの式 (2) 歯面強さ ヘルツの最大接触応力＝接触面に変形を伴う場合の応力 6.3.3　強度計算の概略 (1) 歯の曲げ強さ ルイスの式 (2) 歯面強さ ヘルツの最大接触応力＝接触面に変形を伴う場合の応力 (3) 焼付き強さ ヘルツの最大接触応力や潤滑の状態などを考慮した詳細な計算

6.4　歯車機構の設計例 人力ボートの動力伝達機構 模型車いすの歯車機構 魚ロボットの歯車機構 スターリングエンジンのピストン駆動機構

6.4.1 人力ボートの動力伝達機構 ★歯車機構，ベルトやチェーンなどを使うこともできる。 6.4.1　人力ボートの動力伝達機構 ★歯車機構，ベルトやチェーンなどを使うこともできる。 ★どのような伝達機構を利用できるのか，そしてどのような機構が最も適切なのかを検討することが重要！

回転軸の向きを簡単に変えることができる。 ステー部分を細くできる（水の抵抗を低減） 。 ★人力ボートの動力伝達機構 回転軸の向きを簡単に変えることができる。 適切な増速比が得られる 。 ステー部分を細くできる（水の抵抗を低減） 。 小型化が可能 。

★人力ボートの動力伝達機構 MOVIE

船舶バリアフリーの研究に使用した模型車いす 6.4.2　模型車いすの歯車機構 ★船舶のような動揺した走行路面や傾斜した走行路面で，車いすは安全に走行できるのか？ 船舶バリアフリーの研究に使用した模型車いす

★模型車いすの歯車機構

★設計のフローチャート 主要寸法の決定 車輪寸法（縮尺），走行速度 トルク・出力の計算 傾斜角10度の登り坂 モータ選定 車いすの寸法 減速比の決定 モータの定格回転数や定格出力 歯車配置の決定 歯車の配置，組み合わせ 歯車強度の検討 必要に応じて

★模型車いす 直流モータの定格トルク：0.083Nm／7700rpm 模型車いすの走行速度：～1.4 m/s(=5 km/h) 傾斜角度10deg以上の登坂能力 MOVIE

★実験結果の一例 (a) α=3 deg (b) α= 5 deg (c) α= 7 deg

6.4.3　魚ロボットの機構

★魚ロボットの機構

★設計のフローチャート 最大トルクの推測 尾ひれ流体力の見積もり 平均出力の推測 モータ選定 減速比の決定 歯車配置の決定 簡易設計計算モデル 歯車配置の決定 歯車の配置，組み合わせ

6.4.4　スターリングエンジンのピストン駆動機構 実験用スターリングエンジン

★スターリングエンジンのピストン駆動機構 ロンビック機構

★スターリングエンジンのピストン駆動機構 ★わずかなバックラッシも問題となる？

本日の課題 ①歯車の特徴を述べなさい。 ②現状では歯車が使われていないが，歯車を使うことによって高性能化が図られると考えられる機械をあげなさい。また，その理由も述べなさい。 ③現状では歯車が使われているが，歯車以外の動力伝達機構を使うことによって高性能化が図られると考えられる機械をあげなさい。また，その理由も述べなさい。 ④本日の講義で印象に残ったことを書きなさい。