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ヘリカルギアボックスを選ぶ理由とは？

ヘリカルギアボックスの選定は、あらゆる機械メーカーにとって重要な決断です。メンテナンスコストの削減、生産性と効率性の向上、そして機器の静音性と高効率性を確保するのに役立ちます。さらに、コンパクトなサイズで設置も容易です。

高い生産性と効率性

平歯車と比較して、はすば歯車は生産性と効率性に優れています。これは、はすば歯車が直角配置間での動力伝達においてより効率的であるためです。また、はすば歯車は静音性にも優れています。さらに、より大きな負荷にも耐えることができます。これらの歯車は、自動車のトランスミッションなど、高負荷用途で一般的に使用されます。
ヘリカルギアの基本的な特徴としては、傾斜した歯面、大きな接触比、そして滑らかな動作が挙げられます。また、ヘリカルギアは平歯車よりも安価です。さらに、より大きな動力伝達能力、長い寿命、そして容易なメンテナンス性を備えています。
ヘリカルギアボックスの効率に影響を与える要因は数多くあります。その中には、段数、減速比、周囲環境、潤滑などが挙げられます。また、歯数も効率に影響を与えます。
ヘリカルギアにおける動力損失は、主に摩擦と熱によるものです。これらの損失を最小限に抑えるための方法はいくつかありますが、その一つとして、数値解析を用いて動力損失を分析する方法があります。
ヘリカルシステムの効率に影響を与えるその他の要因としては、速度、騒音、歯数などが挙げられる。歯車のかみ合い時に失われる動力は、負荷によって変化する。

低消費電力

他のタイプのギアボックスと比較して、ヘリカルギアボックスは消費電力が低いという特徴があります。これは、より大きな負荷に耐えることができ、スムーズな動作を実現し、静音性にも優れているためです。また、オイル交換の頻度が少なく、寿命も長くなります。
ヘリカルギアは、特殊な角度で切削された歯を備えています。これらの歯は、急激に噛み合うのではなく、徐々に噛み合うように設計されています。ヘリカルギアは、平行配置と直角配置の間で動力を伝達することができます。
ヘリカルギアボックスは最も広く使用されているギアボックスです。効率も最も高く、98%の効率で動作します。ただし、平歯車よりも高価です。オイル封入式のハウジングに収めることができ、騒音が少なく、メンテナンスも少なくて済みます。また、動作温度が低く、トルク容量も大きくなります。
ヘリカルギアボックスには、シングルヘリカルギアとダブルヘリカルギアの2種類があります。シングルタイプでは、ギアは軸に対して垂直に配置されています。これらは通常、自動車のトランスミッション用途で使用されます。また、前進速度でも使用できます。ダブルタイプでは、ヘリカル面が互いに隣接しています。
ヘリカルギアは高い減速比で動作するため、効率が向上します。また、平歯車よりも騒音が少ないという利点もあります。高トルク容量を必要とする用途に最適です。ヘリカルギアボックスの基本効率は90%から99.5%の範囲です。操作も容易で、長寿命です。幅広い用途に適しています。

コンパクトなサイズ

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静音運転

平歯車に比べて、はすば歯車はより高速な回転速度に対応でき、動作音も静かです。しかし、はすば歯車装置は故障しやすく、その結果、使用不能になることがよくあります。これらの故障は、生産性コストの増加につながります。故障の原因としては、疲労、歯先欠け、亀裂、歯の欠落などが挙げられます。
本論文では、定速走行時のギアボックス故障を検出するための新しい信号処理手法を提案する。この手法は、スペクトル減算（SS）を用いて信号のスペクトルノイズを除去するものである。この手法は音声信号処理において広く用いられており、リアルタイムのノイズ情報を推定するためにも利用されている。本手法はギアボックス故障の解析に成功裏に適用された。
スペクトル減算法は、伝送誤差と側波帯周波数特性に適用される。側波帯周波数は入力軸の回転周波数に等しい。スペクトル特性を得るために方形包絡線スペクトル法が用いられる。次に、この方法を用いて対応する故障信号が取得される。最後に、この方法を実験的に測定されたノイズデータと比較する。
また、サイドバンド特性はノイズレベルによって安定しないことにも注意が必要です。最適な復調サブバンド選択方法は明確ではありません。しかし、提案手法はSNRが低い場合でも安定した振幅値を得ることができます。
ノイズを低減するもう一つの重要な要素は、重なり率です。重なり率は、横方向接触率と面接触率の合計です。重なり率が1に近づくほど、ノイズは最小になります。

高速走行時の性能向上

産業用途、自動車用途、発電用途など、用途を問わず、ヘリカルギアボックスは従来の平歯車システムに比べて多くの利点を提供します。これらの利点には、騒音の低減、高い負荷容量、そしてよりスムーズな動作が含まれます。
騒音を低減し、高速走行時の性能を向上させるため、パーカー社のエンジニアは、従来型のギアよりも静音性に​​優れ、トルクが30～40%向上したヘリカルギアボックスを開発しました。また、効率と強度を高めるため、ギアの歯の入口と出口の設計も変更しました。
高速ヘリカルギアトレインは、5,000馬力の出力で試験されました。試験は、NASAグレン研究センターの高速ヘリカルギアトレイン試験施設で実施されました。試験は、4つの異なる設計構成と複数の入力軸回転速度で行われました。これらの試験には、入口から出口までの温度上昇、飛散温度、およびヘリカルシステムの動力損失が含まれていました。
最初のステップは、歯車対の荷重分布を改善することでした。これは、各歯車の微細形状を変更することによって実現されます。各歯の微細形状を変更することに加えて、接触線の長さを延長しました。その結果、歯の接触率が向上しました。
別の選択肢としては、PGSの跨ぎ式ピンを改造する方法があります。しかし、空間的な制約があるため、これは複雑な作業となります。ピンが期待通りの効果を発揮するかどうかを判断するには、実環境でのテストが必要です。

メンテナンスコストを削減する

平歯車と比較して、はすば歯車には、騒音や振動が少ない、耐荷重能力が高い、寿命が長いなど、いくつかの利点があります。また、メンテナンスコストも削減できます。
ヘリカルギアは、大きく分けて単軸ヘリカルギアと交差軸ヘリカルギアの2種類に分類できます。単軸ヘリカルギアでは、常に2つまたは3つの歯が噛み合っています。
交差軸ヘリカルギアでは、軸が様々な角度で傾斜しています。これらのギアは主に非垂直伝動装置に使用されます。耐荷重能力は非常に低い場合がありますが、平歯車よりも優れた強度と減速性能を提供します。
ダブルヘリカルギアは、角度をつけた2列の鏡像対称の歯を備えています。このタイプのギアはヘリンボーンギアとも呼ばれます。非垂直伝動装置に最適な設計です。
ヘリカルギアは、オイルが充填されたハウジングに収められています。省スペース型の減速機であり、自動車のトランスミッションやその他の前進用変速機に使用されています。また、産業用ギアボックスにも使用されています。
ヘリカルギアは、固体または半固体の材料で作ることができます。また、任意の数の断面に切断することが可能です。これにより、用途に合わせてヘリックス（らせん形状）を調整できます。
用途に合った適切なギアを選ぶことが重要です。ギアの設計には、歯数、潤滑剤の種類、表面処理、歯の角度などが含まれます。また、適切な潤滑剤を選ぶことも重要です。なぜなら、潤滑剤はギアの騒音レベルや効率に影響を与える可能性があるからです。

編集者：CX 2023-06-02