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歯車資料編
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Home | KHK歯車大学 | 歯車技術資料 | 歯車資料編 | 歯車の強度 | 平歯車・はすば歯車の曲げ

1 歯車資料編
歯車の強度

平歯車およびはすば歯車の曲げ強さ計算式
この規格は、一般産業機械において動力伝達に使用される次の範囲の平歯車およびはすば歯車(やまば歯車および内歯車を含む)に適用します。
モジュール m 1.5〜25mm
ピッチ円直径 d 0 25〜3200mm
周速度 v 25m/s以下
回転数 n 3600rpm以下

(1)基礎となる換算式
強さの計算において、正面におけるかみあいピッチ円上の円周力F t (kgf)、動力P (kW)およびトルクT (kgf・m)の間には次の関係があります。

(1.1)

(1.2)
(1.3)
ここに v :  かみあいピッチ円上の周速度 (m/s)
d b :  かみあいピッチ円直径 (mm)
n :  回転数 (rpm)

(2)曲げ強さ計算式
曲げ強さを満足するには、かみあいピッチ円上の呼び円周力F t が許容歯元曲げ応力によって計算したかみあいピッチ円上の許容円周力F t lim以下でなければなりません。
F tF t lim (1.4)
または、かみあいピッチ円上の呼び円周力F t から求めた歯元応力σF が、許容歯元曲げ応力σF lim以下でなければなりません。
σF ≦σF lim (1.5)
かみあいピッチ円上の許容円周力F t lim (kgf)は次の式によって求めます。
(1.6)
歯元曲げ応力σF (kgf/mm2)は次の式によって求めます。
(1.7)

(3)各種係数などの求め方
(3)-1 歯幅b (mm)
歯幅が異なる場合は、広いほうの歯幅をb w 、せまいほうの歯幅をb s とするとき
b w - b sm n のときはそれぞれの歯幅b wb s
計算上の歯幅とします。
b w - b sm n のときはb w に対してはb s +m n を、
b s はそのまま使用します。
丸ラックの歯幅については、「1.2平歯車およびはすば歯車の歯面強さ計算式」(3)-1をご参照ください。
(3)-2 歯形係数Y F (30°接線法による)
JIS B 1701に規定されている圧力角αn =20°の並歯の歯形であれば、相当平歯車歯数Z v と転位係数χをもとに図1.1から求まります。
この図1.1には理論切下げ限界と歯先尖り限界が示されていますから、歯車諸元を決めるのに役立ちます。
内歯車の場合は、それに対応するラックとして求めます。
図1.1 歯形係数図表
(3)-3 荷重分配係数Yε
荷重分配係数Yεは、正面かみあい率εαの逆数として計算されます。
(1.8)
表1.1にはα0=20°の標準平歯車の正面かみあい率εαを示します。

表1.1 標準平歯車の正面かみあい率εα    (α0=20°)
歯数 12 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 110 120
12 1.420
15 1.451 1.481
20 1.489 1.519 1.557
25 1.516 1.547 1.584 1.612
30 1.537 1.567 1.605 1.633 1.654
35 1.553 1.584 1.622 1.649 1.670 1.687
40 1.567 1.597 1.635 1.663 1.684 1.700 1.714
45 1.578 1.609 1.646 1.674 1.695 1.711 1.725 1.736
50 1.588 1.618 1.656 1.683 1.704 1.721 1.734 1.745 1.755
55 1.596 1.626 1.664 1.691 1.712 1.729 1.742 1.753 1.763 1.771
60 1.603 1.633 1.671 1.698 1.719 1.736 1.749 1.760 1.770 1.778 1.785
65 1.609 1.639 1.677 1.704 1.725 1.742 1.755 1.766 1.776 1.784 1.791 1.797
70 1.614 1.645 1.682 1.710 1.731 1.747 1.761 1.772 1.781 1.789 1.796 1.802 1.808
75 1.619 1.649 1.687 1.714 1.735 1.752 1.765 1.777 1.786 1.794 1.801 1.807 1.812 1.817
80 1.623 1.654 1.691 1.719 1.740 1.756 1.770 1.781 1.790 1.798 1.805 1.811 1.817 1.821 1.826
85 1.627 1.657 1.695 1.723 1.743 1.760 1.773 1.785 1.794 1.802 1.809 1.815 1.821 1.825 1.830 1.833
90 1.630 1.661 1.699 1.726 1.747 1.764 1.777 1.788 1.798 1.806 1.813 1.819 1.824 1.829 1.833 1.837 1.840
95 1.634 1.664 1.702 1.729 1.750 1.767 1.780 1.791 1.801 1.809 1.816 1.822 1.827 1.832 1.836 1.840 1.844 1.847
100 1.636 1.667 1.705 1.732 1.753 1.770 1.783 1.794 1.804 1.812 1.819 1.825 1.830 1.835 1.839 1.843 1.846 1.850 1.853
110 1.642 1.672 1.710 1.737 1.758 1.775 1.788 1.799 1.809 1.817 1.824 1.830 1.835 1.840 1.844 1.848 1.852 1.855 1.858 1.863
120 1.646 1.676 1.714 1.742 1.762 1.779 1.792 1.804 1.813 1.821 1.828 1.834 1.840 1.844 1.849 1.852 1.856 1.859 1.862 1.867 1.871
RACK 1.701 1.731 1.769 1.797 1.817 1.834 1.847 1.859 1.868 1.876 1.883 1.889 1.894 1.899 1.903 1.907 1.911 1.914 1.917 1.922 1.926

(3)-4 ねじれ角係数Yβ
ねじれ角係数Yβは次の式にて求めます。
(1.9)
(3)-5 寿命係数K L
寿命係数K L は表1.2によって求めます。
ここで繰返し回数とは寿命期間中に負荷をうけてかみあう回数です。
表1.2 寿命係数
繰返し回数 かたさ(1)
HB120〜220
かたさ(2)
HB221以上
浸炭歯車
窒化歯車
10000以下 1.4 1.5 1.5
100000前後 1.2 1.4 1.5
106前後 1.1 1.1 1.1
107以上 1.0 1.0 1.0

(1)鋳鋼歯車はこの欄を用います。
(2)高周波焼入れ歯車は心部のかたさです。

(3)-6 歯元応力に対する寸法係数K F X
歯元応力に対する寸法係数K F X は、いまのところ1.00とします。
K F X = 1.00 (1.10)
(3)-7 動荷重係数K V
動荷重係数K V は、歯車の精度およびかみあいピッチ円上の周速度によって表1.3から求めます。

表1.3 動荷重係数K V
JIS B 1702による
歯車精度等級
かみあいピッチ円上の周速度(m/s)
1

1



3

3



5

5



8

8



12

12



18

18



25

歯形
非修整 修整

1 1.0 1.0 1.1 1.2 1.3
1 2 1.0 1.05 1.1 1.2 1.3 1.5
2 3 1.0 1.1 1.15 1.2 1.3 1.5
3 4 1.0 1.2 1.3 1.4 1.5
4 1.0 1.3 1.4 1.5
5 1.1 1.4 1.5
6 1.2 1.5

(3)-8 過負荷係数K O
過負荷係数K O はつぎの式によって求めます。
(1.11)
ただし、実際円周力不詳の場合は表1.4によって求めます。

表1.4 過負荷係数K O 
原動機側からの衝撃 被動機械からの衝撃
均一負荷 中程度の衝撃 はげしい衝撃
均一負荷
(電動機、タービンお
よび油圧モータなど)
1.0 1.25 1.75
軽度の衝撃
(多気筒機関)
1.25 1.5 2.0
中程度の衝撃
(単気筒機関)
1.5 1.75 2.25
(3)-9 歯元曲げ破損に対する安全率S F
歯元曲げ破損に対する安全率S F は内的および外的の各種要因によって一定の値に決めることは困難ですが、少なくとも1.2以上は必要です。
(3)-10 許容歯元曲げ応力σF lim
荷重方向が一定の歯車の許容歯元曲げ応力σF lim を表1.5〜表1.8に示します。この許容歯元曲げ応力σF lim は、材料の片振引張疲れ限度を応力集中係数1.4で割った値です。
荷重方向が両方向で、左右両歯面が均等かまたはこれに近い程度に負荷をうける歯車については、σF lim は表の値の2/3とします。
硬さまたは心部硬さとして示す値は、歯元の中心部の硬さとします。
表1.5 表面硬化しない歯車
表1.6 高周波焼入れ歯車


備考 σF lim の値は、焼割れ、焼入れ深さの不足、または不均一等の欠陥がある場合には上記の値より著しく低下するので注意を要します。
注(1) 歯面かたさが低い場合はσF lim の値は表1.5の相当品の値を使用します。
表1.7 浸炭焼入れ歯車


注(2) 歯面強さの向上のための適切な浸炭深さと表面かたさをもつ歯車に適用します。 ただし、浸炭層が極端に薄い例外的な場合については表面硬化しない焼入焼もどし歯車のσF lim を用います。
表1.8 窒化歯車
材料 歯面硬さ
(参考)
心部硬さ σ F lim
kgf/mm2
HB HV
窒化鋼以外の
構造用合金鋼
HV650以上 220 231 30
240 252 33
260 273 36
280 295 38
300 316 40
320 337 42
340 358 44
360 380 46
窒化鋼 SACM645 HV650以上 220 231 32
240 252 35
260 273 38
280 295 41
300 316 44

注(1) 歯面強さの向上のための適切な窒化深さをもつ歯車に適用します。 ただし、軟窒化などで窒化層が極端に薄い場合については表面硬化しない歯車の表のσF lim を用います。

(4)計算例

平歯車諸元
番号 項目 記号 単位 小歯車 大歯車
1 歯直角モジュール m n mm 2
2 歯直角圧力角 αn 20°
3 ねじれ角 β0
4 歯数 z
20 40
5 中心距離 a x mm 60
6 転位係数 x
+0.15 -0.15
7 ピッチ円直径 d 0 mm 40.000 80.000
8 かみあいピッチ円直径 d b 40.000 80.000
9 歯幅 b 20 20
10 精度

JIS 5 JIS 5
11 仕上げ ホブ仕上げ
12 歯面粗さ 12.5S
13 回転数 n rpm 1500 750
14 周速度 v m/s 3.142
15 負荷の方向

一方向のみ
16 かみあい回数
107回以上
17 材料     SCM415
18 熱処理 浸炭焼入れ
19 表面硬さ HV600-640
20 心部硬さ HB260-280
21 有効浸炭深さ mm 0.3-0.5

番号 項目 記号 単位 小歯車 大歯車
1 許容歯元曲げ応力 σF lim kgf/mm2 42.5
2 歯直角モジュール m n mm 2
3 歯幅 b 20
4 歯形係数 Y F
2.568 2.535
5 荷重分配係数 Yε 0.619
6 ねじれ角係数 Yβ 1.0
7 寿命係数 K L 1.0
8 歯元応力に対する寸法係数 K F X 1.0
9 動荷重係数 K V 1.4
10 過負荷係数 K O 1.0
11 安全率 S F 1.2
12 かみあいピッチ円上の許容円周力 F t lim kgf 636.5 644.8

こちらの技術資料は冊子カタログ3008(2001年)当時のデータであり、一部データが古い場合があります。最新情報は最新カタログでご確認下さいますよう、お願いいたします。




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