機械の重要な部品の 1 つは、回転運動を可能にするギアです。ギアは一連の歯が付いた円形の本体で、1 つのシャフトの力と動きを別のシャフトに伝達します。1 つのギアだけでは動力を伝達できません。動力を伝達するには、2 つ以上の連動 (または噛み合う) 回転ギアが必要です。
それでは、ギアの加工とは何か、何に使用されるのか、ギアの加工プロセス、そしてその長所と短所など、ギアの加工について詳しく見ていきましょう。
ギア加工とは？
ギア加工は、材料から不要な部分を取り除いてギアと呼ばれる最終製品を製造する製造方法です。このような材料は 鋼, 真鍮、鋳鉄、 プラスチック、ポリカーボネート、ナイロン、アルミニウム、または ブロンズ.
ギア部品の製造には、鋳造、フライス加工、ホブ加工、研削、切断、ブランキングなどの加工プロセスが用いられます。これらのギア加工プロセスでは、動力を正確に伝達するために 100% の精度が求められます。
ギアの機械加工の仕組み
ギア加工プロセスには、材料の準備から、切削、熱処理、仕上げまで、多くの段階が含まれます。セットアップのわずかな不正確さでも、機械の本来の機能が損なわれる可能性があるため、繊細なプロセスと見なされています。ギア加工プロセスの実際の目的は、機械に動きと動力を伝達することです。
ギア加工の5つの段階
ギアの加工プロセスは、ギアの最終状態が達成されるまでにいくつかの段階から構成されます。以下では、すべての主要なギア加工プロセスについて説明します。
ギアブランクの準備
最初のステップは、ギアブランクを用意し、準備することです。ギアブランクとは、鋼鉄、アルミニウム、その他の金属など、ギアの製造に使用される原材料のことです。これらは、所望の形状に加工されて、完成品のギアとなります。
切断と成形
この段階では、選択したギア ブランクをフライス盤または作業台に設置する必要があります。ここでは、ホブやフォーム カッターなどのツールを使用して、準備したギア ブランクにギアの歯を成形する切削が行われます。実現したいギアの種類によって、フライス盤で採用する多数のギア切削プロセスが決まります。
熱処理
熱処理は、ギアを加工する際に必ずしも必要な段階ではありません。これはオプションであり、ギアの材質と目的によって異なります。ただし、熱処理によりギアの耐摩耗性が高まり、強度が向上します。
フィニッシング
仕上げとは、研削、研磨、コーティングなど、ギア加工における表面強化プロセスです。このプロセスにより、歯が洗練され、効果的な操作と他のギアとの容易な取り付けが保証されます。
検査と品質管理
これはギア加工の最終段階で、あらゆる寸法のギア精度を確保するための徹底的な検査です。機械に組み込まれる前に、加工されたギアが性能基準を満たしていることを確認します。
ギア加工の方法とは
ギア加工の 3 つの主な方法を学習します。ギアの生成から始めて、さまざまな戦術を 1 つずつ見ていきます。
ギアジェネレーション
ギア生成とは、切削工具を使用してブランクから材料を除去することです。ギア生成にはサブタイプがあり、次のものが含まれます。
- サンダーランド方式: この方法では、角度クリアランスを備えたラックカッターを使用して、ギアマシンでギアブランクに歯形を作成します。
- ギアシェーピング： これには、ギアブランクがカッターの周りを連続的に回転運動している間に、ワークピースに沿って目的のギアの形状を持つ特殊なカッターを前後に動かす動作が含まれます。シェーピングは、他の切断プロセスでは効率が十分でない場合に、より便利な切断プロセスです。
- ギアホブ盤: これはギア加工の最も精密で正確なプロセスであると考えられています。このプロセスではヘリカル切削工具が使用され、特に平歯車やヘリカル歯車で高精度と良好な表面仕上げを実現します。
ギアフォーム切削
ギア加工方法としては好まれますが、ギアフォーム切削には品質や生産性が低いなどの欠点もあります。ただし、必要に応じて使用できる方法がいくつかあります。
- 成形、平削り、溝加工成形では、ラム上のツールがワークピース上で繰り返し移動し、内歯車と外歯車の両方を作るために使用できます。
- フライス加工: この用途は限られています。ただし、複雑なギア形状を作成する場合に最適です。
- 放電加工（EDM）このプロセスは、さまざまなサイズの複雑な形状を切断するのに適していますが、湾曲した歯のプロファイルなどの部品表面を傷つけないように品質管理が必要です。
歯車成形
これは、他の技術のように実際にカッターを使用したり、材料を除去したりすることなく、ギアの歯や部品を製造するプロセスです。次の方法で実現できます。
- 圧延： この方法では、ブランクまたは金属表面を 2 つの転造ダイスの間に置き、力を加えてブランクにねじ山を作成します。ギア切削は上で説明したプロセスに似ていますが、ギア転造では、材料を切断するのではなく、目的の形状にプレスします。
- キャスト： これには、合金を溶かし、マグマを所定の形状に流し込む作業が含まれます。この場合、形状は適切な歯の数とサイズを持つ歯車の形状です。
- 粉末冶金この技術では、金属粉末から歯車を作ります。これらの粉末は加熱プロセスによって加熱され、歯車を形成します。
- 積層造形従来のほとんどのギア加工プロセスとは異なり、3D プリンターや CAD ソフトウェアを使用して高品質のギアを作成する高度な技術的方法です。
ギア加工に最適な材料
機械加工されるギアの種類によって、性能と耐久性を高めるためにそれぞれ特殊な材料が必要です。ギア加工でよく使用される材料は次のとおりです。
- 鋼： 鋼は、平歯車やはすば歯車を製造するための高強度歯車加工に最適です。優れた耐久性と耐摩耗性を備えています。鋼には様々な種類がありますが、炭素鋼と合金鋼がこの用途に最適です。
- 鋳鉄： これらの原材料は主に、耐久性が重要となる低強度用途のギアに使用されます。
ブロンズ: 青銅は通常、摩擦特性が低いため、ウォームギアの製造に最適です。 - ナイロン： ナイロン製のギアは通常、軽量で要求の厳しくない用途に使用されます。
- 粉末冶金材料: これらの材料は、一貫した特性を持つギアを大量生産するのに最適です。
機械加工用ギア切削工具
精密ギア切削工具は、さまざまな用途でシームレスで滑らかなギア プロファイルを実現するためにギア加工に必要です。ほとんどのギア加工に必要な必須ツールの一部を以下に示します。
- ギアホブ盤これらは、特にヘリカルギアや平歯車を形成するために、ホブ加工中に材料を高速でトリミングするために使用される重要な歯車切削工具です。
- 切削工具切削工具にはさまざまな種類があり、ラックカッター、ホブ、スカイバーなどがあり、歯を形に切り出します。
- CNCマシンCNC マシンは、ギアの一貫した大量生産を目的として構築された自動ギアツールです。
ブローチング工具: これらの工具は、複雑なギア形状を切削するのに役立ちます。また、内部スプラインの作成にも使用されます。 - ギアシェーパー: これらのツールは、独特なプロファイルを持つ内歯車を成形するのに最適です。
表面仕上げツール: ギアの歯に動力伝達に必要な高品質の仕上げを施します。 - 研削工具: ギアの切削・成形後の表面を滑らかにするために使用されます。
ギアの種類にはどのようなものがありますか?
ギアには多くの種類があり、それぞれが独自の機能を持ち、機械のさまざまな部分で使用されます。以下にその一部を示します。
平歯車
電気ミキサー、洗濯機、衣類乾燥機などの用途に使用されます。軸に平行な水平歯を持つ円筒形の形状で、2 つのシャフト間で動力を伝達するために不可欠です。平歯車の課題の 1 つは、騒音が大きく、高速で大きな振動が発生することです。
ウォームギア
ウォームギアは、円形のギアを通って動くネジのような部品です。速度を低下させるように作られていますが、より大きなパワーや力を与えます。ウォームギアは、動きの方向を変えるのにも使用できます。電気モーターなどの動力源を使用して、ネジのようなギアを駆動できます。
はすば歯車
これは、製造業で最も多く使用され、効率的なギアの 1 つです。ヘリカル ギアは、ヘリカル ギア加工プロセスによって得られます。プラスチック、セメント、ゴムの製造に使用され、ベベル ギア加工プロセスの欠点を解消します。
シャフトに対して斜めに固定されているため、動作中に複数の歯が接触し、より大きな負荷を支えることができます。
ヘリカル ギアでは、歯はシャフトと平行ではなく、50 度未満の角度で傾斜しています。このタイプのギアは、平歯車よりも強力で、騒音も少ないです。ヘリカル ギアの主な機能は、速度を減速することです。
ベベルギア
ベベルギアは、自動車、製鉄所、発電所、冷却塔などの用途で使用されます。ベベルギアは、2 本のシャフト間の軸を斜めに交差させることができます。たとえば、シャフトに動力が入るのに x 軸方向ではなく y 軸方向を適用する必要がある場合、ベベルギアは全体の力を目的の方向に向けます。
ヘリンボーンギア
ヘリンボーン ギアは、しばしば「ダブル ヘリカル」と呼ばれます。これは、同じギアに 2 つのヘリカル ギアが配置されているように見えるためです。ヘリンボーン ギアは、平行シャフト間で動力を伝達するために使用されます。
ヘリカルギアのハイエンド推力により、ヘリンボーンギア設計が誕生しました。ヘリンボーンギアはノイズを低減し、スムーズに動作します。
機械加工におけるギアの重要性は何ですか?
私たちが使用する可動部品のあるほぼすべての機械にギアが使用されているという事実を無視することはできません。したがって、大きな問題は、ギアが重要かどうかではなく、どれほど重要であるかということです。機械加工においてギアが果たす役割のいくつかを次に示します。
回転速度の設定
天井の電気ファンのノブを回したり、車のアクセルを踏んだりすると、どちらの場合もモーターとエンジンが始動します。しかし、最終的に速度を上げるために動かすのはギアです。
電力の方向を変更する
ギアを使用する機械では、多くの場合、機械をさまざまな方向に動かす必要があります。これは、ギアがなければ実現が困難です。機械加工されたギアは、回転運動の方向を変え、回転力をある方向から別の軸に沿って方向転換するのに役立ちます。ff
送信電力
動力伝達は、機械加工におけるギアの基本的な重要性の 1 つです。動力と動きが機械全体に均等に分配されることを保証します。
トルクの変更
機械加工におけるギアのもう一つの重要性は、出力トルクを上げたり下げたりして、モーターの速度を変えることです。
ギア加工の用途
ロボット工学
ロボットはいくつかの機構によって設計されています。ロボットにギアが組み込まれていないと、ロボットは動くことができません。ギアはロボットの動きをサポートし、動きの正確性を実現します。
産業機械
トラクター、掘削機、フォークリフトなどの産業機械で見られるすべての動きは、機械構造に組み込まれたさまざまな種類の機械加工されたギアによって生じます。生産性と出力を向上させるために、最大の効率で重労働を遂行するために、これらの産業機械では、厳しい環境でも機能できるギアが採用されています。
航空宇宙
航空宇宙製造において、ギアは最も重要な属性の 1 つです。ギアにはさまざまな重要な目的があり、航空機の離陸、着陸、操縦を容易にします。また、ギアは飛行装置のエンジンとプロペラの間の動力伝達装置としても機能します。
自動車
自動車の製造では、機械加工されたギアが取り付けられ、動きを可能にし、速度を上げます。自動車やトラックなどの自動車機械に取り付けられたさまざまな種類のギアは、独自の役割を果たしています。
たとえば、平歯車は油圧流体を安定して伝達する油圧ポンプの製造に使用されます。
医療機器
病院やその他の医療施設で使用される高度な医療機器の中には、機械加工された歯車やCNC加工された医療部品によって駆動されるものがあります。例えば、外科医がさまざまな手術を行うのを支援するダ・ヴィンチ手術ロボットシステムのようなロボットは、関節やその他の部分に機械加工された歯車が組み込まれており、スムーズな動作を可能にしています。
ギア加工における一般的な制限
ギア加工には興味深い利点がいくつかありますが、それに伴う落とし穴もいくつかあります。これらの落とし穴とその回避方法を知ることは不可欠です。ここでは、いくつかの課題、一般的な原因、およびそれを防ぐ方法について説明します。
- 表面のピット: これは、潤滑が不十分であるか、表面圧力が高すぎる場合に発生します。潤滑剤を塗布し、ギアの設計を見直して応力分散を改善してください。
- ギアの変形: 加工中の過熱により発生することがあります。加工中の熱膨張を防ぐには、切削温度を制御し、冷却技術を使用してください。
- ピッチエラー: これは、適切に調整されていないマシンからの不要な動きがあり、不正確なカットにつながる場合に発生する可能性があります。正確な測定を行うために、マシンが常に固定されていることを確認してください。
- ギアの歯の振れ: これは通常、ギア ブランクの位置合わせが間違っているか、または不良なために発生します。この問題の発生を防ぐには、ギア歯の加工前にブランクをセンターに正確にセットアップし、機械を較正するようにしてください。
- バリが多すぎる: これは、鈍い工具を使用した場合や、切断速度が適切でない場合などに発生することがあります。切断速度を調整し、適切な工具を使用すれば、過剰なバリを簡単に防ぐことができます。
- プロファイル偏差: 切削工具の位置が間違っていると、作業が難しくなる場合があります。切削中に工具の位置を確認し、正確であることを確認してください。
結論
さて、この記事のこの部分までたどり着いたあなたは、ギア加工と、これらすべてのスキルが何に利用されるかについて、すでに興味深いことを理解しているはずです。
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