遊星歯車と平歯車の違い

平歯車は、外部シャフトを回転させる機械式駆動装置の一種です。角速度は回転数（rpm）に比例し、ギア比から簡単に計算できます。ただし、角速度を正確に計算するには、歯数を知る必要があります。幸いなことに、平歯車にはいくつかの種類があります。ここでは、それらの主な特徴を概説します。この記事では、より小型で堅牢、かつ高出力密度の遊星歯車についても解説します。
遊星歯車は平歯車の一種である。

遊星歯車とスパーギアの最も大きな違いの一つは、負荷の分担方法です。遊星歯車はスパーギアよりもはるかに効率が高く、狭いスペースで高トルク伝達が可能です。これは、遊星歯車が1枚ではなく複数枚の歯を持つためです。また、断続運転と連続運転の両方に適しています。この記事では、遊星歯車の主な利点とスパーギアとの違いについて解説します。
平歯車は遊星歯車よりも構造が単純ですが、いくつかの重要な違いがあります。平歯車は構造がより基本的なだけでなく、特別な切削や角度加工も必要ありません。さらに、平歯車の歯形は遊星歯車よりもはるかに複雑です。歯の接触位置と伝達される動力は、その設計によって決まります。ただし、遊星歯車システムは、歯の内部に潤滑油を塗布することで、より効率的に動作します。
遊星歯車機構には、太陽歯車、遊星キャリア、外輪歯車の3つの軸があります。遊星歯車機構は、1つの軸の動きを止め、残りの2つの軸が同時に回転するように設計されています。遊星歯車機構は、2軸運転に加えて、3軸運転にも使用でき、これは一時的な3軸運転と呼ばれます。一時的な3軸運転は、摩擦結合によって実現されます。
遊星歯車機構の多くの利点の中でも、特に適応性の高さが挙げられます。負荷が複数の遊星歯車に分散されるため、ギア比の変更が容易で、用途が変わるたびに新しいギアボックスを購入する必要がありません。また、遊星歯車機構のもう一つの大きな利点は、高い衝撃荷重や過酷な条件下でも優れた耐性を発揮することです。そのため、多くの産業分野で広く利用されています。

それらはより頑丈です

遊星歯車機構は、入力軸と出力軸が同心円状になっているタイプの変速機です。このタイプの変速機は、ランボルギーニ・ガヤルドなどのオートマチックトランスミッション搭載車によく用いられます。また、ハイブリッド車にも使用されています。このタイプの変速機は、従来の遊星歯車機構よりも堅牢です。ただし、従来の平行軸歯車機構よりも組み立てに時間がかかります。
遊星歯車機構は、入力歯車、出力歯車、キャリアという3つの基本構成要素から成ります。各歯車の歯数によって、入力回転と出力回転の比率が決まります。遊星歯車機構は、場合によっては2つの遊星歯車で構成されることもあります。キャリアと呼ばれる3つ目の遊星歯車は、2つ目の遊星歯車と太陽歯車と噛み合い、回転方向の可逆性を実現します。リングギアは複数の構成要素から成り、遊星歯車機構は多数の歯車を含む場合があります。
遊星歯車列は、遊星歯車が外側の固定歯車リング（環状歯車）のピッチ円の内側を転動するように構成できます。この場合、遊星歯車のピッチ円の曲線はハイポサイクロイドと呼ばれます。遊星歯車列を太陽歯車と組み合わせて使用​​すると、遊星歯車列は両方のタイプの歯車で構成されます。通常、太陽歯車は固定され、環状歯車は駆動されます。
遊星歯車機構（エピサイクリックギアとも呼ばれる）は、他のタイプの変速機よりも耐久性に優れています。惑星は太陽の周りを均等に公転しているため、歯車も均等に配置されています。また、より頑丈な構造のため、高いトルク、減速比、およびオーバーハング荷重にも対応できます。さらに、エネルギー密度が高く、耐久性にも優れています。加えて、遊星歯車機構は様々な減速比に変換できる場合が多いのも特徴です。

それらはより電力密度が高い

複合遊星歯車機構の遊星歯車とリング歯車は、エピサイクリック段です。遊星歯車の一方の部分は太陽歯車と噛み合い、もう一方の部分はリング歯車を駆動します。コースト歯面は、歯車駆動が逆方向の負荷で動作する場合にのみ使用されます。非対称係数最適化により、遊星歯車の接触応力安全係数が均等化されます。許容接触応力 sHPd と最大動作接触応力 (sHPc) は、非対称係数最適化によって均等化されます。
さらに、遊星歯車は一般的にヘリカル歯車よりも小型で、設置スペースも少なくて済みます。これらは、スピードフレームや織機の差動歯車としてよく使用され、ローパー式ポジティブレットオフとして機能します。遊星歯車は、オーバードライブ比とアンダーギア比が異なります。オーバードライブ比は15%から40%まで変化します。一方、アンダーギア比は0.87:1から69%まで変化します。
TV7-117Sターボプロップエンジンのギアボックスは、非対称歯形遊星歯車機構を初めて採用した事例として知られています。このギアボックスは、CZPT社がイリューシンIl-114ターボプロップ機向けに開発しました。TV7-117Sのギアボックスは、3つの遊星歯車を備えた第1遊星差動段と、5つの遊星歯車を備えた第2太陽型同軸段で構成されています。この構成により、遊星歯車機構は最高の動力密度を実現しています。
遊星歯車機構は、他のタイプの歯車機構よりも堅牢で、動力密度が高い。より高いトルク、減速比、およびオーバーハング荷重に耐えることができる。独自の自動調心機能により、過酷な用途にも幅広く対応できる。また、よりコンパクトで軽量である。さらに、遊星歯車機構は遊星歯車機構よりも製造が容易であり、価格もはるかに安価である。

それらは小さい

遊星歯車は、中央の「太陽」歯車と1つ以上の外側の中間歯車からなる小型の機械装置です。これらの歯車はキャリアまたはリングギアに保持され、複数の噛み合いを考慮する必要があります。必要な減速比を歯車1個あたりの歯数で割ることによって、システムのサイズと速度を決定できます。このプロセスはギアリングと呼ばれ、多くの種類のギアリングシステムで使用されています。
遊星歯車機構は、エピサイクリックギアとも呼ばれます。入力軸と出力軸が同軸上に配置されています。各遊星歯車には、太陽歯車と噛み合う歯車が内蔵されています。これらの歯車は小型で製造が容易です。エピサイクリックギアのもう一つの利点は、堅牢な設計です。異なる減速比に容易に変換でき、効率も非常に高いです。さらに、遊星歯車機構は、複数の方向に動作するように設計できます。
遊星歯車機構のもう一つの利点は、小型化できることです。そのため、小規模な用途によく用いられます。製造時間の短縮に伴い、コストも低く抑えられます。遊星歯車機構は、NCフライス盤で製造すべきではありません。遊星歯車キャリアは鋳造し、複数の切削工具を備えた専用機械で加工する必要があります。遊星歯車キャリアは、遊星歯車本体よりも小型です。
遊星歯車機構は、入力歯車、出力歯車、固定歯車の3つの基本構成要素から成ります。各歯車の歯数によって、入力回転と出力回転の比率が決まります。通常、これらの歯車セットは、入力歯車、出力歯車、固定歯車の3つの独立した部品で構成されています。入力歯車と出力歯車のサイズによっては、両者の比率は半分以上になります。

ギア比が高い

遊星歯車と通常の非遊星歯車の違いは、さまざまな用途において重要です。特に、遊星歯車はギア比が高くなります。これは、遊星歯車では複数の噛み合いを考慮する必要があるためです。遊星歯車は、単位時間あたりの負荷適用サイクル数を計算するように設計されています。たとえば、太陽歯車は+1300 RPMです。一方、遊星歯車は+1700 RPMです。リングギアも、各歯車の歯数によって+1400 RPMとなります。
トルクとはギアの回転力のことであり、ギアが大きいほどトルクも大きくなります。しかし、トルクはギアの大きさに比例するため、半径が大きいほどトルクは小さくなります。さらに、半径が小さいからといって車の速度が上がるわけではないので、ギア比が高いほど高速道路での走行速度は出ません。速度とトルクのトレードオフの関係にあるのがギア比です。
遊星歯車機構は、複数の機構を用いて減速比を高めます。遊星歯車機構は、太陽歯車、リング歯車、2つの遊星歯車を含む複数の歯車セットを備えています。さらに、遊星歯車機構は、ヘリカルギア、ベベルギア、スパーギアをベースとしています。一般的に、遊星歯車機構の減速比は、遊星歯車機構の減速比よりも優れています。
遊星歯車機構のもう一つの例は、複合遊星歯車です。この歯車機構は、共通の鋳造部品の両端にサイズの異なる2つの歯車を備えています。大きい方の端が太陽歯車に噛み合い、小さい方の端が環状歯車に噛み合います。複合遊星歯車は、ギア比のステップ幅を小さくする必要がある場合に必要となることがあります。他の歯車機構と同様に、遊星歯車のピンの正しい位置合わせは、正常な動作に不可欠です。遊星歯車が正しく位置合わせされていないと、回転が不安定になったり、早期に故障したりする可能性があります。

編集者：CX 2023-04-26