マイクロギアボックス選択ガイド – ギアボックスシャフトの選び方

マイクロギアボックスアプリケーションでは、ギアボックスシャフトはモーターの機械的エネルギーを目的のアプリケーションに伝達する重要な役割を果たし、重要な…

マイクロギアボックスアプリケーションでは、ギアボックスシャフトはモーターの機械的エネルギーを目的のアプリケーションに伝達する重要な役割を果たし、ギアモーターと機械の間の重要なリンクとして機能します。

しかし、理想的な出力シャフトを選択するにはどうすればよいでしょうか?

答えは、いくつかの重要な要素のバランスを取ることにあります。 材料強度, 接続設計, トルク抵抗、そして 環境条件各要素は、シャフトが負荷下で効率的に機能するだけでなく、動作環境の特定の要求を満たすことを保証するために重要です。

この記事では、SGMADA の出力シャフト設計における 20 年にわたる専門知識を活用して、マイクロギアボックスアプリケーションに最適なソリューションをご案内します。

ギアボックスシャフトについて考慮する4つの要素

マイクロギアボックスに適した出力シャフトを選択するときは、次の 4 つの重要な要素に注目してください。

1.材料強度

材料の選択 ギアボックスの出力軸は主に次の 2 つの要因によって決まります。

材料強度: 材料は動作負荷に耐える十分な強度を備えている必要があります。
生産コスト: 出力シャフトの製造におけるコスト効率は重要な考慮事項です。

材料	強さ	料金	処理
ステンレス鋼（304/316）	+	–	従来の機械加工と溶接
炭素鋼	+	+	標準加工
チタン合金	++	–	特殊な加工技術
エンジニアリングプラスチック（POM）	–	+	射出成形とプラスチック加工

重要なお知らせ:
一般的なギアボックス用途では、強度不足のため、出力軸にプラスチック材料は一般的に使用されません。ほとんどのギアトランスミッションでは、堅牢な性能と安全性を確保するために、ステンレス鋼、炭素鋼、チタンなどの金属合金が好まれます。

2.接続設計

出力軸の形状は、ギヤモーターの具体的な用途に応じて選択する必要があります。ギヤ出力軸と様々な機械構造との接続方法によって、その形状設計が決まります。

シャフトタイプ	特徴	図の説明
丸シャフト	中程度のトルクを実現するシンプルで堅牢な設計	お
キー付きシャフト	安全な接続のためのキースロット付き	O▭
スプラインシャフト	均等なトルク配分のための複数の溝	O[=]
ねじ付きシャフト	ファスナー取り付け用の外ねじ	おぉ〜〜〜
中空シャフト	軽量で中が空洞	O（中空）
一体型ギアシャフト	シャフトに沿って一体化されたギア歯	お⚙

3.トルク抵抗

トルク耐性は、出力シャフトの耐久性と信頼性を確保する上で重要な要素であり、故障、変形、過度の摩耗を起こさずに必要なトルクを安全に伝達することを可能にします。シャフトが必要なトルク範囲内で動作していることを確認する際には、いくつかの要素を考慮する必要があります。

トルク負荷計算:
モーターの電力とギア比に基づいて予想トルクを計算し、故障を回避するためにシャフトが処理しなければならない最小トルクを決定します。
材料の選択:
応力耐性と疲労耐久性を高めるために、引張強度と降伏強度の高い合金鋼、ステンレス鋼、チタンなどの材料が選択されます。
シャフト径:
シャフト径が大きいほど、より高いトルクに耐えることができます。材料の強度と適用されるトルクに基づいて適切なサイズを設定することで、シャフトの曲げやねじれに対する耐性を確保できます。
安全係数:
予想される最大値を超えるトルクの急上昇に対処できるようにシャフトを設計し、予期しない負荷変動にも耐えられるようにします。
疲労耐性:
トルクサイクルの繰り返しは材料疲労につながる可能性があります。耐疲労性材料の使用とシャフト形状の最適化（例：

4.環境条件

環境条件は、材料の性能と耐久性に直接影響するため、ギア出力軸の選定においても重要な要素となります。出力軸は、腐食、高温、低温といった特定の環境条件に耐えられるよう設計する必要があります。

環境条件	説明	材料/コーティング
耐腐食性	湿気の多い環境や化学的に腐食性の高い環境に適しています。	ステンレス鋼、ニッケル/亜鉛メッキ
高温	高温により材料が弱まる可能性があります。	チタン合金、熱処理鋼、セラミック
低温	低温により材料が脆くなることがあります。	ステンレス鋼、特殊合金
環境コーティング	耐性を向上させる表面処理。	DLC、PTFEコーティング

ギアボックスシャフトはどのように機械加工するのでしょうか?

SGMADAでは、ギアボックスシャフトの加工に効率的かつ精密な手法を採用し、高い品質と信頼性を確保しています。当社のプロセスは以下のとおりです。

1. 機械加工工程

SGMADAでは、ギアボックスシャフトの加工に以下の方法を採用しています。

CNC加工:
私たちは CNCマシン ギアボックスシャフトを正確な仕様に合わせて正確に成形・切断し、高い精度と一貫性を確保します。
スプラインホブ切り:
スプラインを必要とするシャフトには、 スプラインホブ切り キー溝またはスプラインを作成し、他のコンポーネントとの安全な接続を可能にします。

2. 表面処理

機械加工後、シャフトの耐久性を高めるために以下の表面処理を施します。

熱処理：
このプロセスにより、シャフトの硬度と強度が向上し、摩耗や疲労に対する耐性が高まります。
電気メッキ：
応募する 電気めっき (ニッケルまたは亜鉛コーティング) により耐腐食性が向上し、過酷な環境でもシャフトが適切に機能するようになります。

ギアボックスシャフトをアプリケーションに組み込む方法は?

ステップ1.ギアボックスシャフトのトルク負荷を計算する

システムのトルク要件に基づいて、シャフトが耐える必要のある最大トルクを決定します。この値は、適切な材料とシャフト径の選定に直接影響します。シャフトの形状（丸シャフト、キー溝付きシャフト、スプラインシャフトなど）も、負荷要件に適合する必要があります。

与えられたトルク式に基づく最小軸径：

$$T = \frac{\pi d^3 \tau}{16}$$

次の式を使用して計算できます。

$$d = \frac{2 \cdot 2^{\frac{1}{3}} \cdot \left( \frac{T}{\tau} \right)^{\frac{1}{3}}}{\pi^{\frac{1}{3}}}$$

どこ：

Tはシャフトに適用されるトルクです
τは材料のせん断応力です。

ステップ2. 荷重の種類を考慮する: 定常荷重と衝撃荷重

一定負荷:
連続荷重の場合は、均一なトルクを効果的に伝達するキー溝設計の標準炭素鋼シャフトを選択してください。

衝撃荷重:
衝撃の大きい負荷の場合は、スプライン設計の合金鋼シャフトを選択し、安全係数を高めて耐衝撃性と耐久性を向上させます。

ステップ3.出力軸への環境影響を考慮する

最後のステップとして、出力軸の動作環境から出力軸の材質とプロセスを検討する必要があります。

環境	素材/デザイン	目的
高温	チタン合金、耐熱鋼	高温でも強度を維持
低温	ステンレス鋼、低温合金	低温時の脆さを防ぐ
腐食性環境	ステンレス鋼、耐腐食コーティング（ニッケル、亜鉛メッキなど）	過酷な条件下でも腐食に耐える

ギアボックスシャフト実用ツールの推奨事項

シャフト強度計算ソフトウェア（例：MITCalc Shaft Design）：
MITCalc Shaft Designは、シャフトの強度、寸法、応力を計算するための信頼性の高いツールです。必要な荷重と安全基準を満たすシャフトの設計を支援し、ギアシステムの最適な性能を確保します。

3Dモデルライブラリ:
設計とコンポーネントの統合を容易にするために、次のような3Dモデルライブラリを使用できます。 トレースパーツ または グラブCADこれらのプラットフォームは、標準シャフトおよびギアモデルの広範なコレクションを提供しており、事前に作成されたコンポーネントをすばやくダウンロードしてプロジェクトに実装できます。