目次
概要
- 動力伝達可能な機構をまとめる．
- 純粋な動力伝達部品として機構をみなす．
- 省音性能は言及しない．
参考
名称
- 大小2つの平歯車を組み合わせる時に、大きい方をギヤといい、小さい方をピニオンという。
動力伝達
- 伝達元は回転で統一
| 名称 | 対象 | 変換 | 特徴 | 備考 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 平歯車 | 平歯車 | 軸並進 | 内歯にすると逆回転．一枚刃，広歯，円弧歯を考慮すること | ||
| 非円形歯車 | 位相によって減速比が変わる。自転車の非円形クランク(スプロケット)を挙げてみましょう。 | ||||
| ラック-ピニオン | 軸法線面内の並進 | 一枚ラックなどを考慮すること． | |||
| かさ歯車 | かさ歯車 | 軸並進，同一平面上の軸回転 | ギア比が高い． | ||
| 冠歯車 | 平歯車，かさ歯車 | 軸並進，同一平面上の軸回転 | 平歯車の横にくっついた突起として実装可能 | ||
| ラッチ | ラックなど | 平歯車と冠歯車の，一枚しかないバージョンや広角度歯として実装 | |||
| 遊星歯車 | ギア比のみ変換 | 非常にガタが少ない．高トルクに耐えられる． | |||
| ウォームギア | 平歯車 | 回転軸並進，同一平面上の軸回転 | 極めてギア比が高い，滑り接触なので効率がわるい，バックドライバビリティが消えてくれる（超音波モータを使うとバックドライバビリティを付与することもできる） | ウォーム一回転で一歯進む（n条の場合は一回転でn歯進む） | |
| チェーン | 回転軸並進 | チェーンにかかる力は、初めの入りの2,3歯に集中する特性がある | |||
| ベルト | プーリ | 回転軸並進 | ベルトをクロスさせると逆回転。ベルトにかかる力は、初めの入りの2,3歯に集中する特性がある | ||
| 摩擦車 | 摩擦車 | 回転軸並進 | |||
| カム | 従動節 | 並進 | 外周形状によって，並進距離の設計自由度が非常に高い | 確動カム：並進方向に任意の角度で拘束，カムのゆるふわ感を排除． | |
| 往復スライダクランク機構 | ピストン | 並進 | |||
| てこクランク機構 | 従動節 | 同一平面上円弧 | |||
| 両てこクランク機構 | 従動節 | 同一平面上円弧（二つ） | |||
| 両てこ機構 | 従属節 | 円弧→平面上円弧 | |||
| 平行クランク | 連結棒 | 連結棒の回転運動 | |||
| オルダム継手 | 軸の並進移動 | ||||
| エスケープメント機構 | 90度回転運動 | 突起冠歯車の上下で板を当てる | |||
| リンク | TODO：まとめるのが難しい | ||||
| 細窓機構 | TODO：まとめるのが難しい | ||||
| タイイングベルト | 軸並進，軸法線面内の並進 | 直線タイイングベルトがある | |||
| リニアガイド・リニアレール | 一方向の並進 | ||||
| セレーション | セレーション軸・穴 | 同一軸 | 歯車の穴に歯車を突っ込む形で動力伝達をする | 信頼性はかなり高い。 |
ギア比変換
- 歯車同士の噛み合わせ
- 同軸に固定された複数枚の歯車
- サイクロ減速機
カム
- 確動カム（参考）
- 0, 180度で並進0の拘束条件の上で，0-180度までの並進分布を確定すると，全て確定．
- 180-360度は，0-180度の並進分布を平行移動して-1をかけた並進分布となる
バックラッシ調節機構
- 歯車をリンクでつないで，バックラッシをあとから調節することができる．
各論
歯車
- ギアの表記
- 14tΦ2=歯数14, シャフト軸Φ2という意味
- 固定ねじ（ボス）付きピニオンギヤ
- ボス=シャフトとギアをネジで固定するための部材
- プラ歯車はレーザカット+ボス圧入などで作る（参考）
チェーン・ラマー
- めっちゃ伸びる回転-直動変換（最近は椿本チエインという名前でつけられている。ジップチェーンなどとも呼ばれている。）
- 原型ができたのは100年以上まえで、特許は1972年
- https://twitter.com/nomuka53812222/status/1093942789379809280?s=21
リニアガイド・リニアレール
概要
- 一方向直動に動きを制限する動力伝達機構（カーテンレール）
- リニアレールの方がいい加減で，安い．
- ミスミのリニアガイド
- ミスミのリニアレール
タイミングベルト
概要
- 物理パラメータ
- 歯の種類（ピッチも含む）：XL, L, H（ここまでinch系）, S3M, S5M, S8M
- 呼び幅=ベルト横幅：XL, L, Hはinch系で記述、S3M, S5M, S8Mはm系で記述
- 長さ
- 回転式、直尺
- リニアガイドと相性が良い。
設計
- タイミングベルト設計資料
- 選定プログラム
- 例
- ロングストロークスライド機構（直尺ベルト）
- ここの「概要・仕様」（回転式ベルト）
- ここの「概要・仕様」（リニアガイドのページより）
- XYプロッター
締結
例
- https://www.youtube.com/watch?v=-DBmbtBd6bg
- ジップタイでタイイングベルトを止めてる
- Openbuildsのやつ
- https://www.youtube.com/watch?v=-DBmbtBd6bg
- アルミフレームの溝そのものをリニアガイドにするやつ
ボールねじ
概要
- リニアガイドで回転のみ拘束した状態でネジを回すと前に進む
- 「ボール」ねじは、ネジの摩擦を低減しているだけ。安価な3Dプリンタなどはただのネジでやってる。
- 10円玉くらいの超小型のものもある
- 意外と速い
例
- 2D
- 自作にあたって非常に良いモジュラー的な市販
- 丸棒両持ち、ベルトが横向きになっているのが印象的。
フェーダ
概要
- 可変抵抗を回すとアクチュエータが移動するお手軽
- 1000円くらいで安い
ソレノイド
概要
- 種類
- プッシュ式ソレノイド
- 自己保持式ソレノイド
- ムービングコイル（最近出た、コアレスモータみたいな感じの強力ソレノイド）
- 空気圧の電気バージョンみたいな感じ
てこの原理
シリンダ
概要
- 空気で動かすシリンダ
- 電磁弁とコンプレッサが必要
市販パッケージアクチュエータ
- 完全にパッケージになっててよくわからない奴ら
同じ方向に回る歯車
磁石で歯車を回す
- 歯車の一部をネオジウム磁石にしておけば、遠隔で歯車を回すことができる
消費電力
- モータ付近の消費電力 = 機械的出力 + モータ銅損 + その他スイッチング損失
- 機械的出力 = トルク * 角速度
- モータ銅損 = 1/2 * R * (I = トルク/電流トルク定数)^2 (1/2は3相の等価変換時に出てくる係数)
- その他スイッチング損失は決して無視できないがRI^2ほどシンプルなモデル化も難しい