歯車の組み合わせについて

Question

商品設計で平歯車とかさ歯車の組み合わせをしている箇所がありますが、
組み合わせが適切ではないと言われたことがあります。歯車に詳しくない私のイメージでは、モジュールが一致していれば問題ないと思っていたのですが実際どうなのでしょうか？
そのとき理由までは聞けませんでしたが、異常摩耗が起きてもおかしくないと言われています。どうしてなのかご教示いただけますと幸いです。

※OKWAVEより補足：「技術の森( 開発・設計)」についての質問です。

Accepted Answer

平歯車とかさ歯車を嚙合わせるなんて異常です
すぐ歯かさ歯車でも歯をよく見れば並行ではありません、外周に向かって歯の厚みが広がっています
平歯車は歯の厚みは一定です、そんな異なる歯厚の物をかみ合わせれば異常摩耗が起きるのは目に見えている
かさ歯にはかさ歯をかみ合わせます

Answer

>> 設計者が辞めてしまっている
>> 苦肉の策なのかな
　一つ注意した方がいいのは、もしその構造が長年使っている実績あるものなら、それはそれで設計としては成立している、という点です。
　一般的なセオリーから外れていても、最終的な『製品』として期待される性能を満たしているなら、それはそれで一つの正解です。

Answer

No.1様の仰る通り、平歯車とかさ歯車を嚙合わせるとすぐに歯車が傷んで使い物にならなくなります。
　そのような組み合わせの場合、たとえ2枚の歯車を歯数を互いに素の関係にしたとしても、平歯車のどの歯とかさ歯車のどの歯の組み合わせでも必ず異常摩耗が起きる、つまり毎回必ず異常摩耗が起きる事になるので、歯数を互いに素の関係にしたとしても製品寿命を延ばす事には繋がりません。

Answer

一般的に、平歯車は平歯車と、傘歯車は傘歯車と組み合わせます。理由はシンプルで「それを前提とした形状になっている」からです。
　下記のサイトのかさ歯車の項目の画像がわかりやすいと思いますが、傘歯車はテーパーになった形状どおしで噛み合うからこそ、歯の噛み合いが最大になります。
https://www.nakamura-tome.co.jp/2021/12/22/article_00041/
　平歯車と傘歯車を組み合わせた場合、歯車の「歯」が部分的にしか噛み合わない事になります。
　力の伝達自体はできると思いますが、負荷が集中するため、局部的な摩耗が短期間で発生する可能性が高いです。

ただ、そもそも平歯車は回転軸が並行な力の伝達に使い、傘歯車は軸が直交している伝達に用います。そもそも用途が違うのです。
　そんな中で「商品設計で平歯車とかさ歯車の組み合わせをしている箇所があります」という事は、おそらく何らかの対策が行われているか、そうした摩耗リスクを織り込んだ上での設計だと思われますので、そのあたりは設計者に確認した方が良いですね。

Answer

歯の数は何対何になっていたでしょうか。
一般的に、組み合わせる歯の数は互いに素(1以外の公約数を持たない)になるようにします。

例えば、5:20 という組み合わせの歯車があったとします。
そうすると、5の歯の1番目は、20の歯の1・6・11・16番目に必ず当たることになります。
5の歯は不均一に減っていきますが、その不均一さが20の歯の特定の歯に集中するので、20の歯も不均一さが増幅されつつ、減っていってしまいます。

このことは、12対18といったような場合にも生じます。(公約数2・3・6)
12の歯車が3回転、18の歯車が2回転したところで元の歯同士と当たるようになり、同じ歯ばかり当たれば偏摩耗が生じます。

歯車の歯が減ることは避けられませんが、互いに素な組み合わせにすることにより、歯同士はすべての組み合わせで使われるようになります。
そうなると、摩耗度をすべての歯に分散することができ、平均化できます。
それは製品寿命を最大限延ばすことに繋がります。

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