鍛造平歯車の設計方法

平歯車の設計を始める前に、その主要な構成要素を理解する必要があります。主な構成要素には、鍛造、キー溝、スプライン、止めねじなどがあります。これらの平歯車の種類の違いを理解することは、適切な判断を下すために不可欠です。さらに詳しく知りたい場合は、読み進めてください。また、ご不明な点があれば、お気軽にお問い合わせください。以下に、平歯車の設計に役立つヒントとコツをいくつかご紹介します。これらが、あなたの理想の平歯車の設計に役立つことを願っています。

平歯車の鍛造

平歯車の鍛造は、自動車用トランスミッション部品において最も重要な工程の一つです。製造工程は複雑で、ブランクの球状化、熱間鍛造、焼きなまし、リン酸塩処理、鹸化など、複数のステップが含まれます。平歯車に使用される材料は、一般的に20CrMnTiです。この工程は、サイジングバンドの長さLと分割角の厚さTに合わせて設計された金型を用いた連続押出成形法によって完了します。
平歯車の鍛造工程では、歯車の製造によく用いられる丈夫なプラスチックであるポリアセタール（POM）も使用できます。この材料は成形しやすく、硬化後は極めて高い剛性と耐摩耗性を持ちます。平歯車には、鍛造鋼、ステンレス鋼、アルミニウムなど、さまざまな金属や合金が使用されます。以下に、歯車製造に使用されるさまざまな材料の種類と、それぞれの利点と欠点を示します。
平歯車の歯のサイズはモジュール（m）で表されます。各数値は歯車の歯数を表します。歯数が増えるほど、サイズも大きくなります。一般的に、歯数が多いほどモジュールは大きくなります。モジュールが大きい歯車は、圧力角が大きくなります。また、平歯車は、駆動する歯車と同じモジュールでなければならないことも覚えておくことが重要です。

セットスクリュー式平歯車

現代の産業は、セットスクリュー式平歯車なしでは成り立ちません。これらの歯車は非常に効率が高く、さまざまな用途で広く使用されています。その設計には、速度とトルクの計算が含まれ、これらはどちらも重要な要素です。例えば、MEPモデルでは、歯対の経路に沿った剛性の変化を考慮します。その結果は、必要な平歯車の種類を決定するために使用されます。以下に、平歯車を選択する際のヒントをいくつか示します。
タイプA。このタイプのギアにはハブがありません。ギア自体は平らで、中央に小さな穴が開いています。セットスクリューギアは、負荷のない軽量用途で最も一般的に使用されます。金属の厚さは0.25mmから3mmまでです。セットスクリューギアは、強度と耐久性が求められる大型機械にも使用されます。この記事では、さまざまな種類の平歯車とその違いについて紹介します。
ピンハブ式平歯車は、止めねじでピンを固定します。これらの歯車は、ダウエルピン、スプリングピン、またはロールピンでシャフトに接続されることがよくあります。ピンは、歯車内部にぴったり収まるように正確な直径に穴が開けられており、緩むことはありません。ピンハブ式平歯車は、穴がシャフトを完全に掴むほど大きくないため、高い公差が求められます。このタイプの歯車は、一般的に3種類の中で最も高価です。

キー溝付き平歯車

現代の産業では、動力伝達に平歯車伝動装置が広く用いられています。これらの伝動装置は優れた効率性を発揮しますが、動力損失が発生しやすいという欠点があります。設計段階では、これらの損失を推定する必要があります。この解析の重要な要素の一つが、歯車対の接触面積（2b）の計算です。ただし、この値は必ずしもすべての平歯車に適用できるとは限りません。以下に、この面積の計算例をいくつか示します。（図2参照）
平歯車は、歯が軸と平行であるという特徴を持ち、ピッチ線速度が最大25m/sに達すると高速回転が可能とみなされます。また、同じサイズのヘリカルギアよりも効率が高いという利点もあります。ヘリカルギアとは異なり、平歯車は一般的に正歯車とみなされます。騒音制御が問題とならない用途でよく使用されます。平歯車の対称性により、一定速度が求められる用途に特に適しています。
伝動機構にはヘリカル平歯車を用いる以外にも、標準的な歯形を持つ平歯車も使用可能です。ヘリカル歯車とは異なり、インボリュート歯形の平歯車は歯根が厚いため、歯の摩耗を防ぎます。これらの歯車は、従来型の生産設備で容易に製造できます。インボリュート形状は小規模生産に最適で、最も一般的な平歯車の一つです。

スプライン平歯車

平歯車の種類を検討する際には、2つの違いに注意することが重要です。平歯車（インボリュート歯車とも呼ばれる）は、トルクを発生させ、速度を調整します。自動車のエンジンで最も一般的ですが、日常の電化製品にも使用されています。しかし、平歯車の最も大きな欠点の1つは、その騒音です。平歯車は一度に1つの歯しか噛み合わないため、大きな応力と騒音が発生し、日常的な使用には適していません。
接触応力分布図は、各歯の側面面積と、軸方向およびプロファイル方向の距離を表しています。接触面積が大きいのは、歯車の微細形状によるもので、歯車の中心付近に集中しています。lの値が正の場合、スプライン歯とヘリックスハンドの接合面にずれがないことを示します。lの値が負の場合は、その逆となります。
アブドゥルとディーンは、上限法を用いて平歯車の形状の鍛造について研究した。彼らは歯形が直線であると仮定した。また、スプラインの無次元鍛造圧力についても検討した。スプライン平歯車は、モーター、ギアボックス、ドリルなどで一般的に使用されている。平歯車とスプラインの強度は、主に半径と歯径に依存する。
SUS303およびSUS304ステンレス鋼製平歯車

ステンレス鋼製平歯車は、材質や用途に応じて様々な製造技術を用いて製造されます。最も一般的な製造方法は切削加工です。その他の製造方法には、圧延、鋳造、鍛造などがあります。また、プラスチック製平歯車は、生産量に応じて射出成形によって製造されます。SUS303およびSUS304ステンレス鋼製平歯車は、構造用炭素鋼S45C、ねずみ鋳鉄FC200、非鉄金属C3604、エンジニアリングプラスチックMC901、ステンレス鋼など、様々な材料を用いて製造できます。
304ステンレス鋼と303ステンレス鋼の平歯車の違いは、その組成にあります。これら2種類のステンレス鋼は共通の設計を採用していますが、化学組成が異なります。中国と日本では、それぞれSUS304とSUS303という記号を使用しており、これは組成の度合いの違いを表しています。ほとんどのステンレス鋼と同様に、これら2種類のグレードは、遊星歯車や平歯車などの産業用途向けに製造されています。

ステンレス鋼製平歯車

ステンレス鋼製平歯車を選ぶ際には、直径ピッチ、単位直径あたりの歯数、歯の角速度など、いくつかの点に注意する必要があります。これらの要素はすべて平歯車の性能に大きく影響し、適切な寸法測定は平歯車の設計と機能にとって不可欠です。業界関係者は、製造工程と発注書の明確化のために、平歯車部品を表す用語を熟知しておくべきです。
平歯車は、リムに平行な歯が並んだ精密な円筒形歯車の一種です。船外機、ウインチ、建設機械、芝刈り機や園芸機器、タービン駆動装置、ポンプ、遠心分離機など、さまざまな機械に使用されています。平歯車は通常ステンレス鋼で作られており、高い耐久性を備えています。最も一般的に使用されている歯車です。
ステンレス鋼製平歯車は、さまざまな形状とサイズで製造できます。ステンレス鋼製平歯車は一般的に、加工性に優れたSUS304またはSUS303ステンレス鋼で作られています。これらの歯車は、窒化処理または歯面誘導加熱処理によって熱処理されます。熱処理後に歯面研削が必要な従来の歯車とは異なり、ステンレス鋼製平歯車は摩耗率が低く、加工性に優れています。

編集者：CX 2023-11-15