平歯車と同軸歯車の効率について質問してみる

Question

反応があったようですので改めて質問立てｗ

50kgの負荷をマブチモーター１個と単三電池４本で持ち上げるという企画のＴＶ番組で
平歯車が同軸特殊歯車に負けていた。
　http://www.kggear.co.jp/
　http://www.kamo.co.jp/japan
平歯車の方が効率良いのが常識とちゃうの？

モーター軸に小径で大きい歯数の歯車付けて
モーター軸に横応力が掛からないように３歯車で挟む遊星歯車で１段目減速。
２段目も減速比を大きくとれば３段で１／１６００に減速できそう４段は多すぎる。
加速減速を繰り返す訳ではないから多少歯車径は大きくてもイナーシャ無問題
伝達効率だけを考えればいいはず。

マブチモーターはメタル軸受けや整流子精度が良くなく慣らし運転が必要
　モリブデングリスなど山盛りで慣らしして拭き取って本番
モーター温度が上昇すると巻線抵抗、磁力ともに低下するので放熱は重要
　今回は重量気にしないのでゴツイ銅ブロックなどで伝導冷却でＯＫそうな感じ
　できれば予め結露しない程度に冷却しておくべき。
回転時のモーター軸のスラスト力をベアリング玉で支えると(反則だけど)
　モーター内部のスペーサーが接触せず効率的にＧｏｏｄ。

などのミニ四駆のノウハウってすでに時代遅れなのかねえｗ

同軸特殊歯車の方は一般的な遊星歯車とかではなく
ギアが偏心しているサイクロ減速器の一種ですね。
　https://www.youtube.com/watch?v=4jHu1tnrsGQ

これの伝達機構をギアでなくボールで行なっているのが特徴
　http://www.kamo.co.jp/Uploads/web/content/pdf/1384839358.pdf

伝達のためのスラスト荷重を支える必要があるから静粛性やコンパクト性はともかく
伝達効率はあまりよくないはずなのに平歯車が負けてるのはどうかと。

ハーモニックドライブ原理の動画
　https://www.youtube.com/watch?v=5iM6dJOpRqM

内側の歯車は変形可能でないと動かないｗ
原理的に大きなバックラッシは生じない機構になっている。

たぶん不思議遊星歯車の動作原理からの派生になるのだろう
　https://www.youtube.com/watch?v=UScz7SNL1CA

しかしYoutubeって便利やなｗｗｗ

質問自体は解決していないですがｗ
質問を締め切らせて頂きます。
回答頂いた方々本当に有難うございました。

Accepted Answer

23:19に投稿したら、バックが白く反転していた！もしや、禁止わ～度か？！
っと思っている内に、長文過ぎて締め切られてしまったようで、しまったw
せっかくなので・・・再投稿・・・(徘　徊　が差別用語かも知らん）

私も
今週頭の日曜日にtigersさんの投稿に偏心☓返信しようと私も思ったのだがw
ビデオ「超絶 凄ワザ！」は最後まで観ましたが、大変面白かったですねぇ。
目標に向かって直向に頑張る姿と開発した達成感は技術者冥利で感動した。

次回は同じ減速比に限定して対戦して欲しいと思う。。。。。

教育_歯車工業の精度の良い平歯車
「高精度に製造された平歯車は、一段あたり98%程度の伝達効率を確保できる」
※鴨_精工のボール減速機（同軸歯車）の効率を誰か計算してみて欲しいw。

ちなみに
遊星歯車機構を利用した↓urlサイクロ減速機に於いては（構造は同じだ）
「転がり接触機構のため、１段形で95%以上、２段形でも85%以上の高効率が
得られます。同一減速比におけるインボリュートギヤと比較しますと格段に
高効率です。」とある。。。ううむ、一般的にってぇえことなのかなぁ？

わたしは
昨年末に1/13729 二段式サイクロ減速機で設計したが今のところ問題はない。
減速比が大きくなると効率よりもメンテナンス性や信頼性がネックになる。
だからこそ官庁関係の機械では未だに滅法な強さを誇っているのだろう。

回答（1）＞教育は1750:1 むむむ？確か1600くらいだった記憶・・・あやすい
↑「サイクロ減速」☓→「サイクロ減速機」○ 気が抜けていました。

開発機械を設計する時、何時も否定的なことや失敗したときなどのマイナーと
いうか後ろ向きの考えの、なんちゃってソフトエンジニアが我社に居るのだが
これでは、使いモノにならん。新しいものに挑戦しなければ虎子を得られん。

口先だけで、まったく・・・「やってもせんに！ とべ！」by 本田宗一郎。

＞たぶんモーター軸からの１段目の作りが下手だと推測。
実は私も見ていて手でしっくりと入るくらいの嵌合というところでは少し疑問
に思った。加熱した焼嵌めでもしない限りに於いて隙間がガタになりそうだ。
その後、接着剤で固めてしまったのにまた驚いたが、ここらに問題もありそう

ところで、21sという最後のsというのは持ち上げるに要した時間かしらん？

大変な仕事を無事に片付いて一時の安らぎを感じて、まったりとしている。

Answer

>>ボールベアリングがあって高精度なのが当たり前だから、
>>模型用モータの軸のロスとか組み立て精度バラつきとかが
>>盲点になるのでしょうか？

マブチのモーターが良すぎるんですよ
あの構造で芯が出て10000RPMも出せるって

モーター作ったことある人なら信じられない世界

>>スラスト方向の力
一段目がしっかりできてればモータ側は仕方ないでしょう
レギュレーションではいじれない

つべは技術革新ですが
著作権の壁があるんで

スポンサーつけてCSの番組は流れてますけど
国営放送は
公式チャンル無料で作るべし
アーカイブなんて有料チャンネル作るよりは

Answer

素人で難しいことは解りませんが、モータの軸にスラスト方向の荷重を掛からなくした工夫が一番効いていると思います。
この辺りのプロの方の見解をお聞きしたいです。

改めてよく見ると質問者さんは一貫してモーター軸付近に着目してるんですね。
>モーター軸に横応力が掛からないように３歯車で挟む遊星歯車で１段目減速。
>モーター軸からの１段目の作りが下手だ

回答者の皆さんがあまりそこに触れないので不思議に思ったのです。
TVを見ていて平歯車陣営もなぜ放置するのか不思議でした。
産業用モータとかはボールベアリングがあって高精度なのが当たり前だから、模型用モータの軸のロスとか組み立て精度バラつきとかが盲点になるのでしょうか？

Answer

>>遊星歯車じゃあない

あれらはイメージ的には
遊星を無限大に大きく(小さく？)
して
一段減らしたもの

そのままじゃ滑らないから
玉で受けてるんだが
玉は滑るから伝達は？？

じゃあ、玉をかみ合いにすると
もはや加工できんものができてしまう

人間様が加工できるものは今の技術じゃ
遊星迄なんだろう

テクノロジー的には新型のほうが上だが
あれはまだ進化の途中さ

どうせ理解されないからいいや
design a cycloidal gear step by step 
https://www.youtube.com/watch?v=guvatctnjww
設計方法

名称
http://cyclo.shi.co.jp/product/contorol/fcyclo-a/image/fcyclo-a005-01_02.gif

亜種
https://www.youtube.com/watch?v=MBWkibie_5I

結局全重量が重くなる

http://cyclo.shi.co.jp/product/contorol/fcyclo-a/fcyclo-a005.html

全文抜粋

図2のような内接式遊星歯車装置において、角速度ω1、ω2の関係は遊星歯車理論により次式で表されます。
ω2／ω1 = 1-S／P = -（S-P）／P
ここでS-P=1（歯数差1）とすればω2／ω1 = -1／Pとなり、回転方向が逆向きで最大の減速比が得られますが、一般のインボリュート歯形では歯先の干渉を生じるために、この機構を1枚歯数差で有効に利用することはできません。

図3　1枚歯数差遊星歯車機構

サイクロ減速機はこの問題を解決するために図3のように
（?）内歯車に円弧歯形
 （?）遊星歯車にエピトロコイド平行曲線
を採用し、歯先干渉が無く、また比類の無い同時かみ合数を持つ1枚歯数差の内接式遊星歯車を実現させました。

図4　等速度内歯車機構

遊星歯車（曲線板）は高速で公転（ω1）しながら同時に低速で自転（ω2）します。
サイクロ減速機は図4の円弧歯形による等速度内歯車機構を用いて、減速された自転だけを内ピンに取出しています。内ピンはクランク軸（高速軸）中心Osと同心円上に等配置されていますから、これをそのまま低速軸に植込むことにより、容易に高低速軸を同心にすることができます。

図5　サイクロ減速機の構造模型

以上の2つの機構を巧みに組合せ、円弧歯形にローラを装着して図5のようにまとめたものがサイクロ減速機です。
ローラによって滑り接触が転がり接触に返還されますので、機械的損失は非常に小さく極めて高いギヤ効率が得られます。

突っ込み 
一般のインボリュート歯形では歯先の干渉を生じるために＝モジュールがでかいため

モジュールを小さくすると歯の強度が…と突っ込みが入りそうだが
あれは一回こっきりのいわばF1を設計してるようなもの

耐久は無視
使用として70kgfをいかに早く上げるかに専念

その後重さを増えるのでその辺をクリヤーさせる

が技術者にはなかった

勝敗は減速比での負けだが
減速比を同じにしても絵的には面白くないと思う

Answer

＞23:19に投稿したら、バックが白く反転していた！もしや、禁止わ～度か？！
もしかして
44089 平歯車と同軸歯車の効率 に返信してみる
の、事？
折角回答して頂いたにも関わらず、大変申し訳ありませんでした
最初から回答が付く前に締め切るつもりだったのが、チョット他ごとしてて、、、
慌てて締め切ったんですが

どーせなら
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&event=HE0004&tid=314021
こっちに投稿して頂ければ面白かったのに

住友重工と似た構造なのが↓なのだが
http://www.nidec-shimpo.co.jp/ptm/06/000034.html

↓原理は全く違うと言う人も多いけれど、ハーモニックドライブ
https://www.hds.co.jp/products/hd_theory/
私的には似たようなもんじゃないかと思ってる
1段減速で高減速比になる原理がですが

長い前置きでしたが
＞平歯車の方が効率良いのが常識とちゃうの？
低減速比なら平歯車の勝ちでしょうけれど
高減速比になると必ずしもそうとは言えなくなる　＜平歯車で高減速比の製品は少ない
なので、ハーモニックとかの出番になる

サイクロ減速機もコロネット減速機もただの遊星歯車じゃあないハズなのだが？
加茂精工のヤツも同様に

＞次回は同じ減速比に限定して対戦して欲しいと思う。。。。。
サイクロ減速機、コロネット減速機、ハーモニックドライブ
それと、王者加茂精工と対戦してもらいたいものだが
「ノンバックラッシュ減速機」でぐぐると上記４社の他は少ない

ＮＨＫの限界かなぁ
フジテレビの「ほこたて」ならやれたでしょうに　残念だ

是非とも次回は↓のモータでやってほしい
http://tamiyashop.jp/shop/g/g45044/
タミヤ・ブラシレスモーター01 18T
ESC 01：連続最大電流100Ａ　使用電源電圧6.6～7.2V　ドライブ周波数16KHz

Answer

モータ技術、制御技術の方の意見も聞いてみたい。
メカだけでなく、DCモータの最大効率を狙うのか最大出力を狙うのかなど
気になる所あります。

再放送はぜひ見てみたい。

平歯車と同軸歯車の効率について質問