歯車の選択

Fusionには、歯車の仕様を入力すると、その3Dモデルをインポートできる機能があります。
この機能を利用するために、まずは歯車の仕様を決定します。
今回のモデルでは、以下の表の通りに設定しました。

歯車の寸法

軸間距離をベースに2組の歯車の組み合わせを見つけます。
AIの力を借りてもいいかもしれません。

3Dモデルの製作

歯車の仕様が決まったら、3Dモデルの製作に入ります。
軸間距離や歯車直径、組み立て工程のことなどを考慮にいれて設計します。
この時、肉抜きの余地があればしておくと良いです。(造形時間の短縮・材料費の削減等)

parts1:歯車①

歯車①には、「A小」が使われています。
この歯車の軸をインプットシャフトと呼ばれる入力軸です。
インプットシャフトの先端の四角形は、手回し用ハンドルを取り付けるためのものです。

parts2・3:歯車②・③

歯車②は「B小」、歯車③には「A大」が使われています。
これらの歯車は、シフトがN(ニュートラル)を選択されている時、カウンターシャフト(後述)の歯車と嚙み合っていながら己の軸に対して空回りをします。
後述するparts5とparts6が関連するパーツです。内側にある歯はギアとは異なる設計です。内側の歯にRがついているのは気休め程度の耐久性を期待してのものです。その他について詳しくはparts6:スリーブにて解説します。

parts4:歯車④

歯車④には、順に「A大」「B大」「A小」が使われています。
これらの歯車の軸はカウンターシャフトと呼ばれています。
カウンターシャフトの先端の四角形は他の軸の設計の名残ですが、何か任意のものを取り付けると回転数が可視化されて面白いかもしれません。

parts5:歯車②・③の軸

アウトプットシャフトと呼ばれる出力軸です。
出力されていることを分かりやすくするために、入力軸同様、先端に四角形がついています。
任意のモデルを取り付けて、回転を可視化させるのに使ってください。
parts2・3同様、中心の歯についてはparts6:スリーブにて解説します。

parts6:スリーブ

スリーブと呼ばれるパーツです。中心に噛み合い用の歯がありますが、ここはギアの様式を守った形である必要はありません。今回は図のように設計しました。
この設計では円盤の先端が薄くなっていますが、これは持ちやすさや歯車との干渉を意識してのものであるため、必ずしも設計通りにする必要はありません。

中心の歯はparts2・3・5とこのスリーブとで基準円の寸法が1mm違います。また、歯の角度も違います。これらは3Dプリンターの印刷精度とはめあいの都合によるものです。

parts7:ケース

ミッションの機構部を支持するためのケースです。各歯車に干渉しなければどんな形でも大丈夫です。
今回は印刷時間の短縮のために大部分に肉抜きがされていますが、各々に都合がいい形で設計してください。(難易度・材料費・印刷時間等)

parts8:スペーサー

各パーツがずれないように固定するためのスペーサーです。本来のミッションには存在しないパーツですが、設計の簡易化のためにこれを用いて歯車のずれを防止します。
他のパーツの設計でも同様ですが、3Dプリンターの印刷精度とはめあいの都合で、軸径より1mm大きい径の穴が開いています。逆に長さは1mm短いです。

parts9・10:ハンドル・ホイール

ハンドルとホイールです。ミッションの機構に直接は関係しませんが、変速を体感するのに必要なので記述します。
前述のとおり、機構には関係しないのでケース同様好きな形状のものを付けて構いません。
今回はハンドルが入力、ホイールが出力です。ホイールには回転数を視覚で認知しやすくする工夫があると、より良いかもしれません。
例)マーカーを付ける・三角形にする等

印刷・組み立て

これまでに設計した各3Dモデルを3Dプリンターで印刷します。
印刷が完了したら組み立てです。今回は手回しで動かしますが、モーターを取り付けられるようにしても良いかもしれません。

画像のモデルのうち黒のPLAで印刷されているのは、parts1・2・3・5の4つです。残りは白のPLAで印刷されています。

変速について

モデルの製作とは関係ありませんが、簡単にこのミッションについて解説します

①ニュートラル

スリーブがparts5にのみ噛み合っているときはニュートラルの状態です。出力軸を固定しても入力軸を回転させられると思います。この時、各歯車は噛み合い続けているのが特徴です。

②1速

スリーブがparts3とparts5の両方に噛み合っているとき1速の状態です。減速比は1/4です。

③2速

スリーブがparts2とparts5の両方に噛み合っているとき2速の状態です。減速比は5/14です。