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。

課題① 次の歯車の形状を示し，それぞれの特徴並びに使用例を考えなさい。 (1) 平歯車 (2) かさ歯車 (3) はすば歯車・はすばかさ歯車 　次の歯車の形状を示し，それぞれの特徴並びに使用例を考えなさい。 (1) 平歯車 (2) かさ歯車 (3) はすば歯車・はすばかさ歯車 (4) ウォームギヤ

6.1　歯車の種類 (1) 平歯車 (2) かさ歯車 (3) はすば歯車・はすばかさ歯車 (4) ウォームギヤ (5) その他の歯車

(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

(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

(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

(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

課題② 次の歯車機構の形状を示し，それぞれの特徴並びに使用例を考えなさい。 (1) 内歯車を利用した遊星歯車機構 　次の歯車機構の形状を示し，それぞれの特徴並びに使用例を考えなさい。 (1) 内歯車を利用した遊星歯車機構 (2) ラック・アンド・ピニオン機構

(5) その他の歯車 (a) 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。

(b) 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。

課題③ 　歯車の特徴をまとめなさい。

課題④ 　歯車に関する次の用語を説明しなさい。 基準ピッチ円直径 モジュール バックラッシ

6.2　平歯車の構造と特徴 (1) 平歯車の基礎知識 (2) モジュール (3) バックラッシ (4) 歯車の騒音

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

(b) 歯車各部の名称 重要な用語 ★中心距離 ★ピッチ円直径

(c) 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

(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

(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

(4) 歯車の騒音 (a) バックラッシの適切化 (b) かみ合い率の増加 (c) 歯形の小型化 (d) プラスチック歯車の使用 (e) 潤滑の適切化

課題⑤ 　モジュール0.8，歯数20の歯車Aと，モジュール0.8，歯数66の歯車Bの基準ピッチ円直径はそれぞれいくらか。またそれらの歯車を組み合わせるとき，中心距離はいくらか。

6.3 歯車の強度 (1) 歯車の材質 (2) 歯車のカタログ (3) 強度計算の概略 6.3　歯車の強度 (1) 歯車の材質 (2) 歯車のカタログ (3) 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 ） (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 ）

(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

(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。

課題⑥ 歯車S50B15K+0803が1200rpmで回るとき，許容伝達トルク（N・m）はいくらか。

(3) 強度計算の概略 (a) 歯の曲げ強さ ルイスの式 (b) 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 (c) 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

船舶バリアフリーの研究に使用した模型車いす 6.4　歯車機構の設計例 ★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4km/h以上 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

課題⑦ 上図に示すように，4枚の歯車を組み合わせたときの減速比はいくらか。 直流モータが7700rpmで回転するとき，車軸の毎秒の回転数はいくらか。 上記の条件で模型車いすを1.4m/sで走らせたいとき車輪の直径をどの程度にすればよいか。

★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

課題⑧ (1) 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機械を考えなさい。また，その理由も述べなさい。 (２) 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機械を考えなさい。また，その理由も述べなさい。