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ベベルギアは、2 つのシャフトの軸が交差し、ギア自体の歯面が円錐形になっているギアです。ベベルギアは、通常 90 度離れたシャフトに取り付けられますが、他の角度でも動作するように設計することもできます。 [ 1 ]ベベルギアのピッチ面は円錐で、ピッチコーンと呼ばれます。ベベルギアは回転動力伝達の回転軸を変更し、機械の分野で広く使用されています。
歯車における重要な概念として、ピッチ面とピッチ角の2つが挙げられます。歯車のピッチ面とは、個々の歯の山と谷を平均化して得られる、歯のない仮想的な面のことです。一般的な歯車のピッチ面は円筒形をしています。歯車のピッチ角とは、ピッチ面の面と軸との間の角度のことです。
最も一般的なベベルギアは、ピッチ角が90度未満であるため、円錐形をしています。このタイプのベベルギアは、歯が外側を向いていることから外歯車と呼ばれます。噛み合った外歯車のピッチ面は、歯車軸と同軸であり、2つの面の頂点は、軸の交点に位置します。
純正ベベルギアの使用は、他のどのスペアパーツよりも車軸の信頼性にとって重要です。ピッチ角が90度を超えるベベルギアは、歯が内側を向いており、内歯ベベルギアと呼ばれます。
ピッチ角が正確に90度のベベルギアは、軸と平行に外側を向いた歯を持ち、王冠の先端に似ているため、クラウンギアと呼ばれます。
マイターギアは、歯数が等しいベベルギアの特殊なケースです。シャフトは互いに直角に配置され、ギアは一致するピッチ面と角度を持ち、ピッチ面は円錐形になっています。[ 2 ]
マイターギアは、1:1の比率で90度の角度で回転運動を伝達するのに役立ちます。
円筒歯車の歯形はインボリュート（つまり、円周上に投影された三角波）に対応しますが、ベベルギアの歯形はオクトイド（つまり、球の円の法線上に投影された三角波）です。従来のベベルギアメーカー（Gleason、Klingelnberg、Heidenreich & Harbeck、WMW Modulなど）はすべて、オクトイド歯形を持つベベルギアを製造しています。重要：5軸フライス加工ベベルギアセットの場合、従来の製造方法と同じ計算/レイアウトを選択することが重要です。インボリュート歯形を持つ通常の断面の等価円筒歯車に基づいて簡略化された計算ベベルギアは、オフセットなしで歯の強度が10～28%、オフセットありで45%低下した逸脱した歯形を示します[ドレスデン工科大学ヒューネッケ博士論文]。さらに、これらの「インボリュートベベルギアセット」はより多くの騒音を引き起こします。
歯の形状に関しては、2つの重要な要素があります。1つは個々の歯の断面形状です。もう1つは、歯車の表面に歯が配置される線または曲線です。言い換えれば、断面形状を投影して実際の歯の三次元形状を形成する線または曲線です。断面形状と歯の線または曲線は、どちらも歯車の動作の滑らかさに大きく影響します。これらの形状によって、歯車の動作がより滑らかになる場合とそうでない場合があります。
ベベルギアの歯は、直線状、螺旋状、または「ゼロル」状のいずれかになります。
ストレートベベルギアでは、歯はまっすぐで、円錐の母線と平行です。これはベベルギアの最も単純な形態です。平歯車に似ていますが、円筒形ではなく円錐形です。水門の写真の歯車はストレートベベルギアです。ストレートベベルギアセットでは、各歯がかみ合うと、対応する歯に衝突しますが、歯車の歯を湾曲させるだけでこの問題を解決できます。
スパイラルベベルギアは、歯が螺旋状に形成されています。歯が角度をつけて配置されているという点で、円筒形のヘリカルギアとある程度似ていますが、スパイラルギアの場合は歯が湾曲している点も特徴です。
らせん歯のストレート歯に対する利点は、より緩やかに噛み合うことです。歯の接触はギアの一端から始まり、歯全体に広がります。これにより、新しい歯のペアが噛み合うときに力が急激に伝達されることが少なくなります。ストレートベベルギアでは、歯の急激な噛み合いにより、特に高速では騒音が大きくなり、歯に衝撃応力がかかるため、高速で大きな負荷がかかると破損する可能性があります。これらの理由から、ストレートベベルギアは一般的に、線速度が1000フィート/分未満、または小型ギアの場合は1000rpm未満での使用に制限されます。[ 3 ]
ゼロルベベルギアは、ストレートベベルギアとスパイラルベベルギアの中間的なタイプです。歯は湾曲していますが、角度はついていません。ゼロルベベルギアは、ストレートベベルギアの特性を再現することを目的として設計されていますが、製造にはスパイラルベベル切削加工が用いられます。
ベベルギアは、機関車、船舶、自動車、印刷機、冷却塔、発電所、製鉄所、鉄道線路検査機など、多岐にわたる用途があります。
例えば、以下の記事を参照してください。
YouTubeで「ベベルギアの仕組み」を見る