歯車の過去と現在

歯車は、互いに噛み合うことができる歯付きの機械部品であり、機械伝達や機械の分野全体で非常に広く応用されています。今日の記事を読めば、歯車の過去と現在がわかります。

紀元前 350 年には、有名な古代ギリシャの哲学者アリストテレスが歯車について文書に記録しました。紀元前 250 年頃、数学者のアルキメデスも、その文献の中でサザエを使った巻上機の使用について記述しています。西暦以前の歯車は、現在のイラクのハトラ遺跡に保存されています。

中国の歯車の歴史も長いです。歴史的記録によると、歯車は紀元前 400 年から 200 年の間に古代中国ですでに使用されていました。中国の山西省で発掘された青銅の歯車は、これまでに発見された最古の歯車です。古代の科学技術の成果を反映し、歯車機構を中心としたものがその代表例です。イタリアルネサンス期の 15 世紀後半、有名な博学者レオナルドダヴィンチは、文化や芸術だけでなく歯車技術の歴史にも消えることのない足跡を残しました。 500 年以上経った今でも、彼のスケッチの原型が今日の歯車に残されています。

人々が動きを正しく伝えることができる歯の形状を研究し始めたのは 17 世紀の終わりになってからです。 18 世紀、ヨーロッパ産業革命の後、歯車伝動装置の応用はますます普及しました。最初はサイクロイド歯車、次にインボリュート歯車が使用され、20 世紀初頭にはインボリュート歯車が用途において支配的な地位を獲得しました。その後、変速歯車、円弧歯車、かさ歯車、はすば歯車など、さまざまな歯車が開発されました。

最新の歯車技術は次のマイルストーンに達しました。歯車の弾性率は 0.004 から 100 ミリメートルです。歯車の直径は 1 ミリメートルから 150 メートルまで。最大100,000キロワットの送電容量。回転速度は毎分最大 100,000 回転。最高周速は秒速300メートルに達します。

世界的に伝動歯車装置は小型化、高速化、標準化が進んでいます。特殊歯車の適用、遊星歯車装置の開発、低振動・低騒音歯車装置の研究開発などが歯車設計の特徴です。

歯車には多くの種類がありますが、最も一般的な分類方法は歯車の軸に基づくものです。一般に平行軸、交差軸、交错軸の3種類に分けられます。

平行軸歯車：平歯車、はすば歯車、内歯車、ラック、ヘリカルラックなどを含みます。

交差軸歯車：直線かさ歯車、まがりかさ歯車、0度かさ歯車などを含みます。

交差軸歯車：ハイポイドギヤ、ウォームギヤ、ベベルヘリカルギヤなどを含みます。

平行軸と交差軸のギアペアの噛み合いは基本的に回転し、相対的な滑りはほとんどないため、効率が高くなります。交差軸はすば歯車やウォームギアは、相対滑りにより回転を起こして動力を伝達するため、摩擦の影響を大きく受け、他の歯車に比べて伝達効率が低くなります。歯車の効率とは、通常の組み立て状態での伝達効率を指します。取り付けが間違っている場合、特にかさ歯車の組み立て距離が正しくない場合、コーンの交点で誤差が生じ、効率が大幅に低下します。

01 平行軸歯車

平歯車

軸に平行な歯を持つ円筒歯車。製造が容易なため、動力伝達に最も広く使用されています。

ラック

平歯車と噛み合うリニアギアの歯。平歯車のピッチ円直径が無限に大きくなる特殊な場合と考えられます。

内歯車

リングの内側に歯を加工した歯車で、平歯車と噛み合います。主に遊星歯車伝動機構や歯車カップリングに使用されます。

はすば歯車

らせん状の歯を持つ円筒歯車。平歯車に比べて強度が高く、滑らかな作動をするため、広く使用されています。伝達時にはアキシアル推力が発生します。

ヘリカルラックはすば歯車と噛み合う帯状の歯車。ピッチ直径が無限大のはすば歯車。

ヘリンボーン歯車左ねじと右ねじのはすば歯車を2枚組み合わせて構成された歯車です。軸方向の推力が発生しないという利点があります。

直かさ歯車ピッチ円錐の母線と平行な歯を持つかさ歯車です。かさ歯車の中でも比較的製造が容易なため、変速機に広く応用されています。