ギア比のしくみ

回転部品があるほぼすべてのものに歯車があります。たとえば、自動車のエンジンやトランスミッションには多くのギアが含まれています。VCRを開いて中を見ると、ギアがいっぱいになっていることがわかります。巻き上げ時計、祖父時計、振り子時計には、特にベルやチャイムがある場合は、たくさんの歯車が含まれています。あなたはおそらくあなたの家の側面にパワーメーターを持っています、そしてそれがシースルーカバーを持っているならば、あなたはそれが10または15のギアを含んでいるのを見ることができます。歯車は、回転運動を生み出すエンジンやモーターが存在するあらゆる場所にあります。ハウスタッフワークスのこの版では、ギア、ギア比、ギアトレインについて学習し、さまざまなギアが何をしているのかを理解できるようにします。

歯車は通常、次の4つの理由のいずれかで使用されます。

1. 回転方向を逆にするには
2. 回転速度を増減するには
3. 回転運動を別の軸に移動するには
4. 2軸の回転を同期させるには

上の図で効果1、2、3を見ることができます。この図では、2つの歯車が反対方向に回転していること、小さい方の歯車が大きい方の歯車の2倍の速さで回転していること、小さい方の歯車の回転軸が回転軸の右側にあることがわかります。より大きなギアのために。1つの歯車がから他の結果2倍の速回転しているという事実比歯車間、またはギア比（私たちのチェックアウトギヤ比のグラフを詳細については）。この図では、左側の歯車の直径は右側の歯車の直径の2倍です。したがって、ギア比は2：1（「2対1」と発音）です。図を見ると、比率がわかります。大きい方のギアが1回回転するたびに、小さい方のギアが2回回転します。両方の歯車の直径が同じである場合、それらは同じ速度で反対方向に回転することがわかります。

コンテンツ

1. ギア比の概念を理解する
2. ギアトレイン
3. 歯車の他の用途
4. 例

円周の概念を理解すれば、ギア比の概念を理解するのは簡単です。円の円周は、円の直径に円周率を掛けたものに等しいことに注意してください。（円周率は3.14159に等しい...）。したがって、直径が1インチの円または歯車がある場合、その円の円周は3.14159インチになります。次の図は、直径1.27インチの円の円周が4インチの直線距離にどのように等しいかを示しています。直径が1.27インチ/ 2 = 0.635インチの別の円があり、それを回転させたとします。この図と同じように。その直径は図の円の半分であるため、同じ4インチの線をカバーするには、2回の完全な回転を完了する必要があることがわかります。これは、一方が他方の半分の大きさの2つの歯車の歯車比が2：1である理由を説明しています。小さい方の歯車は、大きい方の歯車が1回回転したときにカバーされるのと同じ距離をカバーするために、2回回転する必要があります。

実生活で目にするほとんどの歯車には歯があります。歯には3つの利点があります。

1. それらはギア間の滑りを防ぎます-したがって、ギアによって接続された車軸は常に互いに正確に同期されます。
2. それらは正確なギア比を決定することを可能にします-2つのギアの歯の数を数えて分割するだけです。したがって、1つの歯車の歯数が60で、別の歯車の歯数が20の場合、これら2つの歯車を接続したときの歯車比は3：1です。
3. それらは、2つの歯車の実際の直径と円周のわずかな欠陥が問題にならないようにします。ギア比は、直径が少しずれていても、歯数によって制御されます。

大きなギア比を作成するために、ここに示すように、ギアはギアトレインで一緒に接続されることがよくあり ます。

列車の右側（紫色）のギアは、実際には、図に示すように2つの部分で構成されています。小さい歯車と大きい歯車が上下に接続されています。次の2つの図に示すように、歯車列は列車内の複数の歯車で構成されることがよくあります。

上記の場合、紫色の歯車は青色の歯車の2倍の速度で回転します。緑の歯車は紫色の歯車の2倍の速度で回転します。赤い歯車は緑の2倍の速度で回転します。以下に示す歯車列は、より高い歯車比を持っています。

この列車では、小さい歯車は大きい歯車の5分の1のサイズです。つまり、紫色の歯車を100 rpm（1分あたりの回転数）で回転するモーターに接続すると、緑色の歯車は500 rpmの速度で回転し、赤色の歯車は2,500rpmの速度で回転します。同様に、2,500 rpmのモーターを赤いギアに取り付けて、紫色のギアで100rpmを得ることができます。パワーメーターの内部を見ることができ、5つの機械式ダイヤルを備えた古いスタイルの場合、5つのダイヤルがこのような歯車列を介して互いに接続されており、歯車の比率は10：1であることがわかります。ダイヤルは互いに直接接続されているため、反対方向に回転します（隣同士のダイヤルでは番号が逆になっていることがわかります）。ギア比の詳細については、ギア比チャート。

歯車の使い方は他にもたくさんあります。たとえば、円錐歯車を使用して、歯車列の回転軸を90度曲げることができます。このような円錐歯車を見つける最も一般的な場所は、後輪駆動車のディファレンシャルです。ディファレンシャルはエンジンの回転を90度曲げて、後輪を駆動します。

別の特殊な歯車列は、遊星歯車機構と呼ばれます。遊星歯車は次の問題を解決します。6：1のギア比が必要だとしましょう。その比率を作成する1つの方法は、次の3ギアトレインを使用することです。

この列車では、赤い歯車の直径は黄色の歯車の3倍、青い歯車の直径は赤い歯車の2倍です（6：1の比率）。ただし、出力ギアの軸を入力ギアの軸と同じにしたい場合を想像してみてください。この同じ軸機能が必要になる一般的な場所は、電動ドライバーです。その場合、次に示すように、遊星歯車システムを使用できます。

このギアシステムでは、黄色のギアが3つの赤いギアすべてに同時に噛み合います。それらはすべてプレートに取り付けられており、外側ではなく青いギアの内側にかみ合っています。赤い歯車が1つではなく3つあるため、この歯車列は非常に頑丈です。出力シャフトはプレートから取り出され、青いギアは静止したままになります。電動ドライバーのページで、2段遊星歯車システムの写真を見ることができます。

最後に、次の状況を想像してみてください。同期を維持したい2つの赤い歯車がありますが、それらはある程度離れています。それらに同じ回転方向を持たせたい場合は、それらの間に大きな歯車を配置できます。

または、反対の回転方向にしたい場合は、2つの同じサイズの歯車を使用できます。

ただし、どちらの場合も、余分なギアは重い可能性があり、それらの車軸を作成する必要があります。これらの場合、一般的な解決策は、次に示すように、チェーンまたは歯付きベルトのいずれかを使用することです。

チェーンとベルトの利点は、軽量であり、2つの歯車をある程度の距離で分離できること、および同じチェーンまたはベルト上で多くの歯車を接続できることです。たとえば、自動車のエンジンでは、同じ歯付きベルトがクランクシャフト、2つのカムシャフト、およびオルタネーターに係合する場合があります。ベルトの代わりにギアを使用しなければならない場合、それははるかに難しいでしょう！ギア比の詳細については、ギア比チャートをご覧ください。

初版：2000年4月1日

ギア比はどのように計算しますか？

ギア比を高くするか低くする方が良いですか？

4.11ギア比とはどういう意味ですか？

ギア比を高くしたいですか、それとも低くしたいですか？

どのギア比が最適ですか？