ヘリカルギアボックス

一般的に、ヘリカルギアボックスは2つのギアで構成されています。2つのギアには歯が切られており、互いに嵌め込まれています。これらの2つのギアが連携してトルクと速度を伝達します。このタイプのギアボックスは、幅広い用途で使用されています。

動作原理

ヘリカルギアは製造コストが安いだけでなく、平歯車に比べていくつかの利点があります。まず、動作がよりスムーズで、振動が少なく、騒音レベルも低くなっています。また、平歯車よりも大きな負荷を伝達できます。これらのギアは、食品加工、プラスチック産業、石油産業など、さまざまな産業で使用されています。
ヘリカルギアのもう一つの重要な特徴は、歯のかみ合いが滑らかで段階的であることです。これにより、特に重負荷時において、よりスムーズな動作が可能になります。このプロセスは、衝撃やバックラッシュを低減し、摩耗も軽減します。
さらに、らせん角度は用途に合わせて調整可能な変数です。角度は通常、左または右のいずれかで、視点によって変化します。
ヘリカルギアは、コンベア、ブロワー、エレベーターなどの密閉型ギア駆動装置で一般的に使用されます。動作がスムーズなため、静音性が求められる用途に最適です。ただし、ヘリカルギアは平歯車に比べて動力伝達効率が劣ります。
ヘリカルギアの相対接触応力（RCS）は、平歯車のRCSとほぼ同じです。しかし、ヘリックスに依存する体積Viは異なります。この体積は、歯幅に沿って積分することで計算される、ヘリカルポケットの総体積として定義されます。一般的なポケットの体積は、ヘリックスのないヘリカルポケットの体積よりも大きくなります。
さらに、接触率も低下します。これは、2つの歯が互いに平行ではないためです。厚い油膜が歯同士の接触を防ぎ、同時に歯面を冷却する効果もあります。
サービス係数とは、ギアが使用される条件を考慮した数値です。通常は、最大トルクと発生トルクの比率で表されます。

効率

最近実施されたギアボックス測定キャンペーンにおいて、13種類の市販ギアボックスが詳細にテストされました。効率は定格トルクと定格出力で測定されました。本論文で提示する効率マップは、各ギアボックスの効率がほぼ同等であることを示しています。
ギアボックスの効率は、ギアの歯数とギア比によって決まります。ギア比が低いほど、効率は高くなります。
効率は負荷トルクにも影響されます。負荷トルクが大きいほど、効率は低下します。これは特に、ギア比の高いギアボックスで顕著です。
動力損失は、接触比とオーバーラップ比にも影響されます。高減速比のギアボックスでは、カタログ値とモデルに基づく効率の差が、低減速比のギアボックスよりも大きくなります。幸いなことに、潤滑技術の改良により、この差は縮まりつつあります。
ヘリカルギアボックスは、業界で最も効率的なギアボックスです。平行なギア間で動力を伝達し、平歯車よりも騒音が少ないのが特徴です。これらのギアは優しくスムーズに噛み合うため、摩耗や損傷が起こりにくく、より大きな動力伝達能力を備えています。
ヘリカルギアは効果的ですが、従来のギアよりも高価です。しかし、長期的に見るとコスト削減効果は非常に大きくなります。用途に合ったギアボックスを選ぶ前に、ヘリカルギアボックスの利点を十分に検討することが重要です。
ヘリカルギアボックスとウォームギアボックスの効率を比較すると、ウォームギアボックスの方が効率が良い。ただし、その効率の差は他の多くのギアボックスほど大きくはない。
ヘリカルギアボックスの効率は、ギアの回転速度にも影響されます。ギアボックスのベアリングには適切な潤滑が必要です。また、駆動系の設置スペースも考慮することが重要です。

アプリケーション

ヘリカルギアボックスの用途は広く、多くの産業で使用されています。その用途例としては、印刷業界、ゴム業界、プラスチック業界、セメント業界、土木業界、化学業界などが挙げられます。
ヘリカルギアボックスは、コンベアやエレベーターにも使用されています。非常に耐久性が高く、より大きな荷重を運ぶことができます。また、ストレートカットギアボックスよりも静音性に​​優れています。さらに、多くの自動車用トランスミッションにも使用されています。
ヘリカルギアボックスは、2本の平行なシャフト間で動力を伝達します。平歯車の優れた代替品であり、コンパクトで振動や騒音を低減します。また、非常に耐久性が高く、平行でないシャフトでも使用できます。
最も一般的な用途は自動車産業です。ヘリカルギアボックスは他の産業でも使用されています。エレベーター、コンベア、その他の重工業分野で非常に有用です。また、高い減速比を実現できるため、自動制御システムでもよく使用されています。さらに、鉱業やセメント産業でも使用されています。
ヘリカルギアボックスは、様々な仕様変更を施して製造することができる。これは、業界によっては異なるギアボックスが必要とされる場合があるため重要である。
ヘリカルギアは歯数が多いため、摩耗が少なく、平歯車よりも騒音も少ない。大きな推力を発生させることができるため、高速用途に最適である。また、複数の軸に負荷を分散させることも可能で、高衝撃や高振動の用途にも使用される。
ヘリカルギアボックスは平歯車よりも効率が高い。しかし、ヘリカルギアの製造コストは平歯車よりも高い。
ヘリカルギアボックスは、直角軸間で動力を伝達できるという利点も持ち合わせています。また、クロスアクシスギアと組み合わせることで、衝撃荷重を解消することも可能です。

バリエーション

市場には、さまざまな産業向けに複数の種類のヘリカルギアボックスが販売されています。自動車のトランスミッションをはじめ、多くの産業で広く使用されています。平歯車よりも静かで、耐久性にも優れ、効率も高いのが特徴です。ただし、摩擦や摩耗が大きくなるという欠点もあります。
ヘリカルギアは、円筒形のギア本体の周囲に角度をつけてねじれた歯で構成されています。歯が切られている角度をヘリックス角と呼びます。ヘリックス角は、ギアとその周囲の環境に合わせて調整できます。
ねじれ角は、歯車が生み出す軸方向の力の大きさも決定します。ねじれ角が大きいほど、発生する軸方向の力も大きくなります。この軸方向の力の増加は、ベアリングによって吸収されなければなりません。圧力角は、歯の法線力と曲率半径にも直接影響を与えます。
ヘリカルギアは、平行配置または交差配置で取り付けることができます。平行配置のヘリカルギアは、正しく動作するために同じピッチと圧力角が必要です。交差配置のヘリカルギアは、平歯車よりも静かでスムーズに動作します。また、より大きなトルクを伝達することも可能です。
ヘリカルギアには、シングルヘリカルとダブルヘリカルの2種類があります。シングルヘリカルギアは、平歯車と同じ工具と設備で製造されます。平歯車とは異なり、シングルヘリカルギアは接触面が多く、精密な駆動に適しています。
二重らせん歯車はヘリンボーン歯車とも呼ばれます。2つの歯の間に溝を切削することで製造されます。軸方向の力を排除することができ、高い耐荷重能力を発揮します。
ヘリカルギアは、低出力伝達用途で一般的に使用されます。また、平行軸と非平行軸を接続する代替手段としても利用できます。さらに、高速用途にも使用されます。

工具先端半径

ヘリカルギアボックスの設計に使用される多くのパラメータの中で、歯先半径はおそらく最も重要なパラメータですが、それは最も直感的に理解しにくいパラメータの一つであるという点だけが理由です。ヘリカルギアの歯の直径を推定する最良の方法は、歯の基準形状を計算の基礎として使用することです。同様の手順で、ねじれ角も計算できます。工具先端が小さすぎると、歯がアンダーカット状態になり、歯数の多いギアで歯の破損リスクを低減したい場合には問題となります。
歯車マニアにとって、ヘリカルギアボックスには多くのツールや加工方法があり、先端径はその一つに過ぎません。幸いなことに、歯車設計オタクにとって、ヘリカルギアボックスには見た目以上に多くの要素があります。例えば、ヘリカルギアの歯は三次元の表面であるため、その形状と機能は数学的または数値的に計算できます。
歯先が飛び出す危険性があるだけでなく、ヘリカルギアボックスは製造工程の産物でもあります。主な原因はプロファイルシフト、つまりギアのピッチ直径と切削工具の基準線との間の距離です。ギア設計者はこの問題を無視することもできますが、接触比を最大化するメリットを考慮すると、多くの場合、設計上の考慮事項となります。つまり、ギアの歯はそれぞれのギアトレインのトルクに耐えられる必要があるということです。
ヘリカルギアは幾何学的な形状を持つ部品であり、最適な形状にするには、歯の曲げ強度を最小限に抑えつつ、歯の曲げ剛性を最大限に高める必要があります。そのためには、歯先の厚さを制限することが重要です。これは通常、交換対象となるギアの歯形に合うように歯形を設計することで実現されます。

編集者：CX 2023-10-25