中国製高品質Kシリーズヘリカルベベル工業用ギアボックス電動モーター用ヘリカルギアボックス

ヘリカルギアボックス

ヘリカルギアボックスを使用することで、機械の精度を大幅に向上させ、振動や軸衝撃の影響を軽減できます。ギアボックスは、他の歯と噛み合う歯を持つ円形の機械部品です。歯は切削または挿入され、速度とトルクを伝達するように設計されています。

スライディング

数あるギアボックスの中でも、ヘリカルギアボックスは最も一般的に使用されているギアボックスです。これは、ヘリカルギアボックスが滑り接触方式を採用しているためです。2つの歯の接触は、一方の歯の先端から始まり、ギアが回転するにつれて線接触へと移行していきます。
ヘリカルギアは、軸に対して角度をつけて歯が切られた円筒形のギアです。この角度により、ヘリカルギアは滑り摩擦によってピッチ線で発生する速度反転を捉えることができます。これにより、より滑らかな動きと摩耗の低減が実現します。さらに、ヘリカルギアボックスは他のギアボックスよりも耐久性が高く、静音性にも優れています。
ヘリカルギアは大きく2種類に分けられます。1つ目は、自動車のエンジン分配器やオイルポンプのシャフトなどに一般的に使用される、交差軸ヘリカルギアです。2つ目は、軸方向の力を発生しないゼロヘリックス角ギアです。ただし、ゼロヘリックス角ギアは熱を発生するため、効率が低下します。
ヘリカルギアボックスの構成はしばしば誤解され、その結果、運転コストが高くなる。さらに、ヘリカルギアボックスの構成は、ゼロヘリックス角遊星歯車と同じトルク/$比を持たない。
歯車を設計する際には、歯車の滑りの影響を考慮することが重要です。滑りは摩擦を引き起こし、動力伝達の損失につながる可能性があります。また、荷重分布の不均一化を招き、ヘリカルプラネタリーギアボックスの耐荷重能力を低下させます。
さらに、ヘリカルギアの噛み合い剛性は、研究者によって一般的に無視されている。本研究では、ヘリカルギアの噛み合い剛性に関する解析モデルを提案した。

軸方向推力

ヘリカルギアボックスにおける軸方向推力対策には、いくつかの選択肢があります。最も一般的な方法は、二重ヘリカルギアを使用して推力成分を相殺することです。もう一つの選択肢は、耐荷重能力の低いスラストベアリングを使用することです。この場合、スラストベアリングは消耗部品となります。
力を伝達するためには、接触線に沿って力を分散させる必要があります。この力は、接線方向、半径方向、軸方向の力成分の合計です。これらの成分すべてを、発生源から出力先へと伝達しなければなりません。これは、歯車を用いる複雑なプロセスです。
軸方向の力成分は歯車を介して伝達されなければならない。結果として生じる力は直交する成分に分割され、さらに推力方向に分割される。半径方向の力成分は接触点から従動歯車の中心までである。
軸方向の力成分は、歯車のピッチ径によっても決まります。ピッチ径が大きいほど、ベアリングモーメントは大きくなります。同様に、ギア比が大きいほど、伝達トルクは大きくなります。
軸方向の力成分は、全力のごく一部に過ぎないことに注意すべきである。垂直力は接触線に沿って分布する。
ダブルヘリカルギアは、ヘリンボーンギアと全く同じではありません。2つの等しい半分から構成されています。ヘリンボーンギアと互換性があり、らせん角も同じです。

軸への衝撃を軽減

歯車対のねじれ角を大きくすると、ヘリカルギアボックスの軸にかかる共振効果は低減されます。しかし、ギアボックス全体の振動は低減されません。実際には、振動は増加します。これは、駆動系に深刻な疲労損傷を引き起こす可能性があります。
これは、らせん角が2本の歯の接触線に影響を与えるためです。らせん角が大きくなると、接触線の長さは短くなります。さらに、歯の垂直力と曲率半径にも影響を与えます。圧力角も曲率半径に影響を与えます。
ヘリカルギアは平歯車に比べていくつかの利点があります。これらの利点には、振動の低減、NVH（騒音・振動・ハーシュネス）特性の低減、高負荷時におけるスムーズな動作などが挙げられます。また、トルク伝達能力も優れています。しかしながら、摩擦係数が高くなるという欠点があります。さらに、推力を制御するためには独自の工夫が必要です。
共振効果を低減するための第一歩は、ヘリカルギア段の噛み合い周波数を調整することです。これは、ギアのシフトファクターを変化させることで実現できます。シフトファクターが大きすぎると、ギアは共振効果を起こします。ヘリックス角もギアのシフトファクターの影響を受けます。したがって、共振効果を低減するためには、ギアの形状を制御することが重要です。
次に、ウェブ構造とリム厚さが歯車の歯底応力に及ぼす影響を調べた。これらはひずみゲージを用いて測定した。その結果、歯底応力が最大となるのは、噛み合い位置が最も悪くなった時であることが分かった。

より静かな動作

平歯車に比べて、はすば歯車は動作音がはるかに静かです。これは、歯が大きいためです。さらに、はすば歯車はより高い耐荷重能力を持ち、よりスムーズに回転し、高速回転にも対応できます。また、はすば歯車は平歯車の優れた代替品となります。
騒音低減に最も重要なパラメータは、歯車の接触比です。接触比は1未満から10以上までの範囲で、ピス円で平行な軸線と交差する歯の数によって決まります。また、ヘリカルギアが提供する騒音低減レベルを示す良い指標でもあります。
さらに、ヘリカルギアは平歯車よりも衝撃によるたわみが少ない。これは、接触点が各歯のらせん面に沿って滑るためである。これにより、ギアシステムに内部的な減衰効果も加わる。
ヘリカルギアは平歯車に比べて騒音は少ないものの、摩耗が激しいという欠点があります。そのため、ギアの性能に影響が出る可能性があります。しかし、歯面を研削することで滑らかにすることができます。また、ギアをオイル中で運転することも、歯面の滑らかさを向上させるのに役立ちます。
ヘリカルギアは多くの産業で使用されています。例えば、自動車産業ではトランスミッションに使用されています。また、農業分野でも使用されています。大型トラックにもよく使われています。
ヘリカルギアは、他のギアに比べて発熱量が少なく、静音性にも優れていることが知られています。また、平行軸間、あるいは非平行軸間での動力伝達も可能です。

精度の向上

ヘリカルギアボックスの精度を高めることは、その動作と信頼性の鍵となります。ギアボックスの精度は、いくつかの要素に依存します。中でも最も重要なのは、歯形と歯送りです。さらに、ギア駆動に必要な動力も考慮する必要があります。
ヘリカルギアにおいて、プロファイルは最も敏感な要素です。プロファイルが対称でない場合、ギアは騒音の大きい平歯車のように回転します。さらに、プロファイルはリードにも最も敏感です。
ヘリカルギアボックスは、産業用途における動力伝達において重要な役割を果たします。しかし、過酷な運転条件のため、様々な故障が発生しやすいという欠点があります。
ヘリカルギアボックスの性能は、個々のギアの精度に依存します。これは、バックラッシュを最小限に抑えることで実現されます。バックラッシュを低減する一般的な方法は、すべての目標位置に共通の方向からアプローチすることです。このアプローチは、伝達音の低減にもつながります。
フレキシブルな電子ギアボックスを使用することで、ヘリカルギアボックスの精度を向上させることができます。これにより、ねじれの度合いを低減できます。さらに、ギア加工の精度も向上させることができます。
電子ギアボックスを備えたヘリカルギアボックスは、ねじれ補正の精度を高めることができます。また、B軸、C軸、Z軸間の連動性も向上させます。さらに、電子ギアボックスはY軸、Z軸、C軸間の連動関係を確実にします。
ヘリカルギアボックスの精度は、ギアトレインの位置誤差を計算することで向上させることができます。位置誤差には、ピッチ偏差とヘリックス角偏差の2種類があります。

振動が軽減される

ヘリカルギアボックスを使用することで、振動と騒音を低減できます。これらのギアは、自動車のトランスミッションをはじめとする様々な用途で使用されています。さらに、これらのギアは静音性に優れているため、騒音に敏感な用途でも使用できます。
CZPTソフトウェアを用いて、3種類のギアボックスハウジング設計を比較した。各設計の外形寸法と質量は一定に保ったまま、縦方向および横方向の補強材の量をそれぞれ変えた。得られたモデルを実験結果と比較した。さらに、これらのモデルの自由振動応答を解析した。結果を図5に示す。
騒音低減という点では、セルラーモデルが最も低い音圧レベルを実現します。しかし、クロスモデルはより高い音圧レベルを実現します。また、セルラーモデルはピークツーピーク値においても優れた結果を示します。
入力段ギアペアは出力段ギアペアの動力源となる。出力段ギアペアの振動についても検討する。これには位相図と周波数領域図が含まれる。駆動トルクとピニオン速度が振動に及ぼす影響を数値的に解析する。また、法線力と潤滑剤の剛性の時間変化についても検討する。
入力段ピニオンの改良により、入力段ギアペアの振動が低減されます。この振動低減は、入力軸に二重ベアリング支持を追加することによって実現されます。

編集者：CX 2023-05-24