遊星歯車単語

ユウセイハグルマ
3.9千文字の記事
  • 2
  • 0pt
掲示板へ

遊星歯車(英:planetary gear)とは、機械要素で動伝達機構の一種である。非常にバリエーション豊富。

概要

遊星歯車機構とは、中心にある1個の歯車太陽歯車と、太陽歯車を中心として転する歯車遊星歯車と噛み合い、動伝達を行う機構。機械工学における専門分野は機構学で、機構学における学術的な呼び方は「歯車列」ともいう。通常、遊星歯車機構における遊星歯車は同サイズ複数を使用、だいたい3個が標準である。特殊なバリエーションでは遊星歯車が1個という場合もある。純歯車理論上は遊星歯車自体の数は減速にはしないが、実際に設計製作する際には歯車の干渉や耐久トルクの都合などにを与えるので軽視すべきではない。

基本型

最も標準的な遊星歯車機構は、太陽歯車:s・遊星歯車:p・内歯車:rの3要素で構成される。遊星歯車pは太陽歯車sと同心で転する軸に接続され、この軸と遊星歯車pを繋ぐ部位を腕と呼ぶ。実際には腕はシンプルな柱状であることは少なく、複数の遊星歯車pをめて繋ぐのでキャリアcと呼ばれる方が多い。遊星歯車機構として外部とのやり取りが発生するのは、太陽歯車sとキャリアcと内歯車rの3要素で、遊星歯車pはそれらの間を伝達する要素なので直接外部とのやり取りはい。太陽歯車sの回転数:ωs数:zs、キャリアcの回転数:ωc、遊星歯車pの数:zp、内歯車rの回転数:ωr数:zrとおくと、それぞれの回転数と数は
 (zs+zr)・ωc=zsωs+zrωr ・・・(1)
 (1+zr / zs)・ωcωs+(zr / zs)・ωr ・・・(2)
という関係式が得られる。これが、遊星歯車機構における変速の基本式であり、ここからωcωsωrのうち2個を決めることで残り1個の回転数がめられる。

なお、内歯車rの半径は太陽歯車sの半径と遊星歯車pの直径を合計した長さに等しいので、それぞれの数は
 zr=2×zp+zs・・・(3)
という関係式で得られる。(3)で(1)を解くと、
 2×( 1+zp / zs)・ωcωs+{2×(zp / zs)+1}・ωr ・・・(4)
が得られ、これも(1)、(2)式と同様に変速の算出に用いられる。

実用的には、各駆動軸の回転数を全に制御するのは難しいので、入軸と出軸を先に決定して、残りの1軸をクラッチブレーキによって回転or停止で制御する事例が多い。(1)式から、任意の2軸の回転数をクラッチで接続して同一回転数とすると、残り1軸の回転数も一致することから、クラッチで各軸を結合すると等速で回転することが知られている。それ以外の条件、入軸と出軸の他をブレーキで固定した場合で(1)式を解くと、遊星歯車機構は下の表1のとおり挙動することが得られる。

表1 遊星歯車による一部部位固定を用いた変速
  太陽歯車s
ωs、zs
キャリアc
ωc
歯車r
ωr、zr
変速:n
nωo/ωi
1 ωi 固定ω=0 ωo n[1]=-zs/zr反転減速
2 ωi ωo 固定ω=0 n[2]=zs/(zr+zs):順転減速
3 固定ω=0 ωi ωo n[3]=(zs+zr)/zr:順転加速
4 固定ω=0 ωo ωi n[4]=zr/(zs+zr):順転減速
5 ωo ωi 固定ω=0 n[5]=(zr+zs)/zs:順転加速
6 ωo 固定ω=0 ωi n[6]=-zr/zs反転加速

更に、直結駆動を行わない状況で任意の軸を空転させると、入に対して出空転するという挙動もあり、これらを適宜切り換えることで変速機としての挙動を行わせることが可となる。

遊星歯車機構は、外歯車による機構と較して次の長所・短所を持つ。

  • 長所
  • 短所
    • 歯車切りや遊星歯車の組立など、製造加工が難しい
    • 加工精度が低い場合に、伝達性耐久性の低下が大きい
    • 上記2点から、製造コストが高い
    • 歯車の噛み合い箇所が多いので内部摩擦が大きく、伝達効率が低い
    • 潤滑が難しい

実用事例

遊星歯車機構はウインチ巻上機やターボプロップやギヤードターボファンの減速装置、自動車自動変速機などに利用されている。特に自動車自動変速機としてはくから採用されており、市場規模も大きい。近年は、エンジンの軸出モーター油圧装置、あるいはCVTの出を遊星歯車機構で合成することで全体を無段変速機として制御する「パワースプリット」方式が発展している。モーターを使う例がトヨタハイブリッドシステムTHS各種、油圧装置を使う例が10式戦車ホンダオフロード4輪バギーHMTCVTを使う例がダイハツD-CVTである。

ウインチ巻上機では表1[2]行の状態を複数段に重ねる変速機が一般的である。ギヤードターボファンの減速装置は、ファン圧縮機を逆回転させて圧縮機入口固定省略できることから、表1[1]行の形式としている。

多段変速機

自動車用の自動変速機では、複数の遊星歯車機構を多数のクラッチブレーキで挙動制御することで変速する。

トヨタハイブリッドシステム・THS

トヨタハイブリッドシステム:THSシリーズ
な搭載例 トヨタプリウス」「アクア」「センチュリー」等、トヨタ製の各種ハイブリッドカー
太陽歯車s 発電機GM1
キャリアc エンジン
PHVではワンウェイクラッチを経由
歯車r
モーターGM2と接続

日本が誇る世界一自動車メーカートヨタ自動車が生み出した脅威のテクノロジー。発電機GM1から取り出す電流を制御することで、エンジンからキャリアに伝達された軸出を、太陽歯車トルクを経由して内歯車への出として制御する。それどころか、そもそもエンジンの発停やスロットルに加えてバルブタイミングまで制御するなど、燃費善の為ならば内の全てを制御する意志に溢れた制御プログラムこそが根幹と言えるシステム。発電機GM1とモーターGM2は、どちらも略称GMのとおり発電機とモーター双方の機普通に発揮可なようにできている。

油圧機械式無段変速機・HMT

油圧機械式無段変速機HMT
な搭載例 10式戦車 ヤンマーコンバイン
太陽歯車s エンジン
歯車3段変速機を経由
HST
キャリアc
歯車r HST
歯車を経由
エンジン
歯車を経由

本表では、左に防衛省表した情報を基に10式戦車、右にヤンマーコンバインでの事例を記載した。ホンダ技研ATVルビコン」の構成については不明。パワースプリット機構を備えた中では最も穏当・常識的なシステムであり、機械的にはインパクトが小さいが、機械信頼性を重視した駆動機構としては非常に手堅い。遊星歯車機構で軸出を統合する前の段階、機械式の変速機での変速段数で意外と伝達効率が変化する。十分に多い機械式変速機の段数を確保できれば、極めて広い変速に渡って優れた伝達効率を発揮可

デュアルモードCVT・D-CVT

デュアルモードCVTD-CVT
な搭載例 ダイハツタント」「ロッキー」、トヨタライズ」等
太陽歯車s CVT
キャリアc トルクコンバータ
スプリットモードクラッチ、外歯車を経由
歯車r

他のパワースプリット機構とは異なり、各部に設置されたクラッチの嵌合/離脱による作動制御が重要となる、より多段式自動変速機に近いシステム。通常の中低速前進運転領域ではCVTで駆動する太陽歯車と内歯車ベルトモードクラッチで嵌合させ、遊星歯車部分は使用しない。一方、高速領域ではエンジンの駆動スプリットモードクラッチから外歯車を経由してキャリアに伝達すると、CVTから太陽歯車への回転数伝達が遅いほど、逆に内歯車を増速させる作動形態に変わる。また、後進の際はキャリアを固定するリバースクラッチを嵌合して、太陽歯車と内歯車を逆回転させる。この逆転方式そのものはCVT採用の軽自動車では一足く採用されていたため、D-CVTはその逆転用の遊星歯車機構を高速領域にも流用・適用拡大したものとも言える。

応用型

ダブルピニオン型遊星歯車機構

差動装置

偏心揺動遊星歯車機構

不思議遊星歯車機構

関連動画

関連静画

遊星歯車に関するニコニコ静画イラストマンガ紹介してください。(特にない場合はこの部分を削除してください)

関連商品

関連コミュニティ・チャンネル

遊星歯車に関するニコニコミュニティもしくはニコニコチャンネル紹介してください。(特にない場合はこの部分を削除してください)

関連ニコニコQ

遊星歯車に関するニコニコQ紹介・作成してください。(特にない場合はこの部分を削除してください)

関連リンク

関連項目

【スポンサーリンク】

  • 2
  • 0pt
記事編集 編集履歴を閲覧

この記事の掲示板に最近描かれたお絵カキコ

お絵カキコがありません

この記事の掲示板に最近投稿されたピコカキコ

ピコカキコがありません

遊星歯車

1 ななしのよっしん
2023/04/24(月) 23:43:04 ID: yTIL1p+Ck+
>>sm42011859exit_nicovideo


物凄く基本に忠実な遊星歯車ボスユニットが、11:53から登場する。
恐るべしR-TYPE FINAL3 EVOLVED、遊星歯車観覧車に使うとは。
👍
高評価
0
👎
低評価
0
2 ななしのよっしん
2023/05/23(火) 23:02:12 ID: ybWF0X2F1q
>>sm42251573exit_nicovideo
👍
高評価
0
👎
低評価
0