第 6 章 歯車機構の設計
★ 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。
歯車機構
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 (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。
(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 ウォームホイール
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 (2) ラック・アンド・ピニオン機構
(5) その他の歯車 (a) 内歯車
★ 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。
内歯車 遊星歯車機構
(b) ラック
★ 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。
ラック 電動スライダ
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。
(1)基準ピッチ円直径 (2)モジュール
(3)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。
(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。
歯の大きさを表す重要な数 モジュー 値
ル
モジュール
ピッチ円直径 歯数
z
m d
★ モジュールと歯の大きさ
m m d m
s d 1 . 6
2 2
例：モジュール m=1 (mm) の場合
，歯厚 s=1.6 (m m) 。
★ 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
歯面間の「遊び」
バックラッ
シ
★ 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
旋盤の歯車
★ 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。
(4) 歯車の騒音
(b) かみ合い率の増加
(a) バックラッシの適切化
(d) プラスチック歯車の 使用
(c) 歯形の小型化
(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
★ 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。
(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 10 0 ）
(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
(b) 歯面強さ
(a) 歯の曲げ強さ
(c) 焼付き強さ ルイスの式
ヘルツの最大接触応力＝接触面に変 形を伴う場合の応力
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
船舶バリアフリーの研 究に使用した模型車い
す
★ 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？
★ 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 トルク・出力の計
算
モータ選定 減速比の決定 歯車配置の決定 歯車強度の検討
車輪寸法（縮尺），走行速度 4km/h 以上
傾斜角 10 度の登り坂 車いすの寸法
モータの定格回転数や定格出力 歯車の配置，組み合わせ
必要に応じて
課題⑦
(1)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。
(2)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。
(3)上記の条件で模型車いすを 1.4m/s で走らせたいとき車
★ 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
★ 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。
