工業系を学ぶ者が知っていて損はないプラネタリギヤについて学ぼう
歯車（ギヤ）とは
歯車（はぐるま）とは、機械要素の一つで、回転運動を伝えるために歯が刻まれた部品です。一般的には「ギヤ」と呼ばれています。2つ以上の歯車を組み合わせて使用し、動力を伝達したり、回転速度やトルク（回転力）を変化させたりする役割を果たします。
歯車には平歯車、はすば歯車、かさ歯車、ウォームギヤ、ラックとピニオンなどがあり一見して作動は理解し易いです。しかし、プラネタリギヤはいくつかの歯車が組み合わさっておりその作動はやや複雑です。
プラネタリギヤとは
図に示すように、インターナル・ギヤ、プラネタリ・キャリヤ、サン・ギヤ、プラネット・ギヤから構成されています。
特徴と利点：
小型で高出力：複数の遊星歯車で動力を分散するため、小型ながら大きなトルクを伝達できます。
同軸入力・出力：入力軸と出力軸を同軸上に配置できるため、機械の設計が容易になります。
変速比の変更が容易：構成要素の固定・入力方法を変えることで、様々な変速比を実現できます。
効率が良い：動力伝達効率が高く、エネルギーロスが少ないです。
用途：
自動車のオートマチックトランスミッション: 変速機構として広く使用されています。
ハイブリッド車、電気自動車: モーターとエンジンの動力分配、変速に利用されています。
建設機械: 大きなトルクが必要なクレーンやショベルカーなどに使用されています。
航空機: エンジンの減速機などに使用されています。
産業用ロボット: 関節の駆動などに使用されています。
それぞれのギヤまたはキャリヤを固定したり回転させたりすることにより変速比や回転方向を変えることができます。
プラネタリギヤの変速比
しかし、何を固定して、何を入力にすれば変速比はいくらになり回転方向はどちらかと考えると下の表のようになり大変複雑になります。
ましてや、自動車のオートマチック・トランスミッションのようにプラネタリギヤを２段に連結させたりするとどのように考えればよいかわからなくなってしまいます。
そこで役に立つのが速度線図です。
速度線図を用いると一目で回転速度、回転方向が求められます。
描き方は以下のようになります。
速度線図の作画
３本の縦線を描きます。
必ず、キャリヤの線が真ん中になります。
インターナルギヤとサンギヤは左右どちらでも構いません。
キャリヤとインターナルギヤの間隔とキャリヤとサンギヤの間隔を図のように歯車の歯数比にします。比ですので比を保っていれば基準になる間隔はいくらでも構いません。
速度線図の使い方
例として、サンギヤとインターナルギヤの歯数比が１：２のプラネタリギヤを考えてみましょう。
問題 キャリヤの回転数を求める ？？？min-1
条件：
インターナルギヤ 回転速度0min-1（固定）
サンギヤ 回転速度1200min-1
下図のようにインターナルギヤの線上0min-1の所に点を打つ
サンギヤの線上1200min-1の所に点を打つ
２点を直線で結ぶ
キャリヤの線上にできた交点がキャリヤの回転速度を表す。
交点が水平線の反対側に現れたときは逆回転になります。
４速オートマチック・トランスミッション
４速オートマチック・トランスミッションの構造を考えるとき自動車整備士の問題を参考にするとわかりやすいです。
上図は４速オートマチック・トランスミッションの断面を表したものです。
１速の回転速度および変速比
まず、１速を考えてみましょう。
ここでは、サンギヤとインターナルギヤのギヤ比を１：２とし、入力軸の回転速度を1200min-1とします。
上図からＩ２は0min-1、Ｓ２は1200min-1のときＣ２の回転速度を求めたいので、速度線図を描くと下図になります。よって、Ｃ２に接続されている出力軸は400min-1となります。よって、変速比は1200／400=3.0です。
２速の回転速度および変速比
ここからプラネタリギヤが２段組み合わさったシステムの考え方になります。
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