高機能な回転伝達機構に要求される「歯車」の設計方法

歯車は、回転伝達機構の重要な要素であるので、その設計・製作の際には、常に、駆動歯車と被動歯車という一対の歯車機構として考えるべきである。ところが現実には、単一の要素として幾何学的な考察のみで、設計・製作していることが多いように見受けられる。また、あまりにも普遍的な機構であるがゆえに、意外に忘れられている基本かつ重要な事項も多い。 　そこで本講座では、回転伝達機構としての歯車機構について、留意すべき事項を列挙して、高性能な歯車機構を得るために、要点を整理してわかりやすく解説する。

1. 外歯車対の基礎
   1. 歯車の種類
   2. 円筒歯車のかみ合いの原理
   3. なぜ歯形にインボリュート曲線が圧倒的に用いられるか
   4. バックラッシとは
   5. かみ合い率と同時かみ合い数
   6. 切り下げと最少歯数の限界
   7. 転位とは
      • 縦転位
      • 横転位
   8. 転位を活用した柔軟な歯形設計への活用
   9. 基準ピッチ円とかみ合いピッチ円の違い
   10. 歯車における寸法管理の方法と精度
       • またぎ歯厚法とその値の算出式
       • オーバーピン法とその値の算出式
   11. 設計/製作上要求される歯車諸元値の項目とその算出方法
2. 外歯車/内歯車対による歯車機構
   1. 外歯車・内歯車対のかみ合いにおける歯車諸元値の項目とその算出方法
   2. 外歯車・内歯車対で生じるかみ合い干渉
      • インボリュート干渉とその発生有無判定の算出方法
      • トロコイド干渉とその発生有無判定の算出方法
      • トリミング (逃げ) 干渉とその発生有無判定の算出方法
3. 高強度・低振動・低騒音への歯車設計
   1. 回転伝達機構としての歯車装置設計の着眼点
   2. 歯車と伝達軸の締結方法
   3. 伝達軸の強度の設計方法
      • 剪断応力にもとづく軸の強度計算
      • ねじり剛性にもとづく軸の強度計算
   4. 歯車の強度の設計方法
      1. 幾何学的な観点からの強度設計
         • 歯元曲げ強さ (ルイスの式)
         • 歯面強さ (ヘルツの応力)
      2. 歯形形状の検討
         • 歯たけ係数による
         • 転位係数による
         • 歯形修整による
      3. 機構の実装上からの検討
         • 材質
         • 熱処理
         • 潤滑方法
4. 歯車の寿命と損傷
   1. 歯形の変形と破損
   2. 歯面の摩耗
   3. 振動・騒音の対策