Fusion360による歯車設計

Created Date: 2016-05-26/ updated date: 2020-07-01
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Summary
Fusion360を使って歯車を設計し、実際に歯車がかみ合って回転するシミュレーションを行います。Fusion360のUIデザインの変更などに伴い、アップデートしています。

Materials

    Tools

      Blueprints

        Making

        • 「スクリプト」の下の方にある「Spur Gear」を選択(C++とパイソンの2つがありますが、ここでは下のパイソンを選定)して、「実行」します。
          • 初期設定の値を下記のように書き換えます。
            特に重要となるのは、歯形に関係するモジュールと歯数です。
            ここではモジュール3、歯数24の歯車2枚を作成して、かみ合わせてみます。

            基準:Metric(ミリメートル表示)
            圧力角:20°
            モジュール:3
            歯数:24
            バックラッシ:0
            フィレット半径:2
            歯車厚さ:10
            軸直径:10
            ピッチ円直径:72

            歯車のモジュールについては、下記リンク先をご参照ください。

        • ここでダイヤメトラルピッチ(Diametral Pitch;DP)とは歯車の大きさをインチ単位で表したものであり、日本ではあまり用いられていません。一般的には歯車の大きさは二枚の歯車が接触するピッチ点を結んで描いたピッチ円の直径d[mm]を歯数z[枚]で割った値であるモジュールm[mm]が用いられます。すなわち、m=d/zより、d=mzが成り立ちます。通常ならばモジュールmを扱うのですが、ここではダイヤメトラルピッチDPでということなので、m=25.4/DPに従い、その換算を行います。

          • その一部を下記に示します。
            モジュール 1  ダイヤメトラルピッチDP=25.4[mm]
            モジュール 2  DP=12.7
            モジュール 3  DP=8.46667
            モジュール 4  DP=6.35
            モジュール 5  DP=5.08
            今回はモジュール5の歯車としたので、DP=5.08より、これを2.54で割り、2cmを入力しました。通常はmmが用いられますが、ここではcmとなっているので注意します。なお、歯車がかみ合うピッチ点において、その半径線と歯形への接線とのなす角度を圧力角(Pressure Angle)といい通常は20度です。またここでは歯数16枚と48枚で歯厚2cmの歯車を作成します。


            • 歯車2個と歯車固定台の3つの部品はこのようになります。
              • コンポーネント化が完了すると、左列に2つのギヤと1つの固定台のコンポーネントが表示されます。
              • 「ツール」→「検査」の一番下にある「コンポーネントのカラーサイクルの切り替え」をクリックすると、2つの部品の異なるカラーがつきます。

                自分で好みの色にしたいときには「外観」から操作ができます。
            • まず最初に土台が動かないように固定します。土台のコンポーネントをクリックすると、一番上にある「固定」をクリックします。
              • 「アセンブリ」→「ジョイント」の「位置」画面において、歯車1をコンポーネント1、固定台をコンポーネント2として、歯車1の中心軸の円、固定台にある固定軸下部の円を選択して「OK」すると、歯車1が回転軸にはまります。もし、歯車が固定台の面より、浮いたり、沈んだりしていたときには、ジョイントの位置合わせでZの値を+10や-10としてオフセットして合わせてください。
              • ジョイントの「位置」の隣にある「モーション」には、「剛性」「回転」「スライド」などあるので、「回転」を選びます。「剛性」にすると2つの部品が合体して動かなくなります。「スライド」にすると直線的な運動をします。
              • 同じく歯車2も位置を合わせます。この作業の途中で歯車や土台が薄く表示されることがあるかもしれません。
            • ここまで長い道のりでしたが、この「モーションリンク」でようやく2枚の歯車がかみ合います。コマンドを操作する前にすべてのコンポーネントをマウスで囲み、全体が青色になったところで、「アセンブリ」→「モーションリンク」を指定し、2軸のモーションを作ります。
              • 2つの歯車をマウスで囲んでから「モーションリンク」を選択すると、突然歯車が回転をはじまります。回転が早すぎて見にくいかもしれませんが、2枚の歯車がかみ合って、互いに逆回転していることを確認します。「反転」にチェックを入れる、もしくは「-360deg」と入力すると、歯車は逆回転をします。ここに「角度」があり、初期値は「360deg」が入っていると思います。ここでは2枚の歯車は同一形状であるため、回転速度も同じなので、このままでよいです。ただし、歯車のピッチ円直径が異なり、回転速度が異なるときには、この値を修正します。例えば速度伝達比が2:1の場合には「360」と「―180」などの数値を入れる。
              • 「アニメーション」をクリックしている間、歯車は回転しますが、このままでは回転を継続することができません。そこで次に「モーションリンク」の設定を行い、連続回転を行えるようにします。
              • 歯車が12枚と24枚で、12枚を駆動歯車とする場合、歯車の速度比は2:1になるので、360と―180を入力しました。さらに速度比が異なる場合には、この部分を変更する必要があります。
            • 赤い直線が描かれたタイムチャートが表示されるので、その隣にある「ジョイント」をクリックして、左列のジョイントをクリック、または直接、駆動歯車の中心軸を指定して、回転軸を設定します。そして、赤い直線のもっとも右の箇所をダブルクリックして「-360」や「360」の数値を入れて、黒い▲の「スタートボタン」をクリックすると歯車が回転をはじめます。「モード」を選択することで、連続的に動かすことが可能です。また、「速度」のところで変速もできます。
            • 動画を保存するためには、こちらのSCREENCASTを使います。無料でインストールができます。
              https://knowledge.autodesk.com/ja/community/screencast
              • 「Record」をクリックすると動画の保存を開始します。適当な時間でストップすればそこまでの動画が保存されます。名称を記入する画面が出てくるので指示に従って埋めていくことで、SCREENCASTのライブラリに保存されます。動画は下記のgear motionで見ることができます。
                https://knowledge.autodesk.com/ja/community/screencast/8ebd2daa-ded4-4bcc-8f24-9fff46b2325b
                (ただし、実際の画面よりも動きがぎこちなく見えてしまうため、更なる設定の改良が必要です。)
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                References

                  Usages

                  • 歯車のことをもっと知りたい方はこちらの本をどうぞ。

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