歯車のはたらきとは? 歯車の回転の向きと回転数とは?

歯車のはたらき

動く部分がある機械には、ほとんどと言ってよいほど歯車が使われています。
とくに、時計やゼンマイで動くおもちゃなどは
歯車ばかりで出来ていると言ってもよいでしょう。

歯車は、摩擦車や、ベルトとベルト車などと同じように
回転数や回転の向き、回転軸の方向や回転力の大きさなどをかえて
必要な回転運動を伝えるしくみの1つです。




摩擦車と歯車

摩擦車では、2つの車が強く触れ合っていないと
滑って空回りすることがあります。
また、伝える力が大きすぎると、まわす力がでないで滑ってしまいます。

この滑りをなくすためには、両方の車のふちに、互いにかみあう
ぎざぎざの歯をつければよいわけです。

かんたんなものには、はね車のように
車のふちに、平たい板を等しい間隔で取り付けたものがあります。

たとえば、おもちゃの歯車には一方に、はね車の形のようなものを
他方には、車のふちに鋼線をならべてつけたものがあります。

このような歯車では回転が滑らかにいかなかったり
歯の形がすぐ壊れたりして、よい歯車とは言えません。

そこで、精密な機械に使ったり
大きな力を伝える歯車には特別な歯をもった歯車がつくられています。

歯車に使われている材料も、その使い道によって、違いがあります。
強い力でかみあう場合には、鋼鉄や特殊のプラスチックでつくります。

それほど力が強くないときには
黄銅や、ふつうのプラスチックなどでつくります。

歯車の回転の向きと回転数

2つの歯車を組み合わせて、回転運動を伝える場合
その回転の向きは、いつも互いに反対になります。

はじめの歯車と同じ向きにまわしたいときには
歯車をもう1つ使えばよいわけです。

回転軸の方向をかえたいときは
かさ歯車や、ねじ歯車のような、歯のつけ方の違った歯車が使われます。

回転数は、摩擦車の場合は、車の半径に反比例しますが
歯車では、歯の数に反比例します。

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たとえば、図のように、A・Bの歯車の歯数が
それぞれ60枚と30枚あるとします。

Aの歯車に動力がついていて、Aを1回転させると
60÷30 = 2で、Bの歯車は2回転します。

したがって、Aが1分間に100回まわれば、Bは200回まわります。
面の数が3分の1、4分の1、5分の1……になると
回転数は3倍・4倍・5倍……になります。

反対に、歯の数が2倍・3倍・4倍……となれば
回転数は2分の1、3分の1、4分の1……になります。

いろいろの歯数のものを、いくつも組み合わせると
回転の速さを、必要な大きさにすることができます。

歯車の術の数が多くて数えにくいときには、摩擦車のように
半径、または直径をくらべて回転数を決めても、あまり違いはありません。

これは、歯車の中心から、歯と歯がかみあう点までを半径とする円が
歯車の歯の数に比例しているからです。



歯車の回転力

歯車の場合も、摩擦車や、ベルトとベルト車の場合と同じように
車の半径が大きいほど、回転力は大きくなります。
正確には、回転力は、歯の数に比例します。

たとえば、歯の数が、2倍・3倍・4倍……になれば
回転力も2倍・3倍・4倍……となります。

モーターで動くおもちゃの乗り物を調べてみると
図のように大小の歯車を使って回転数を小さくし
回転力を増やすようにしてあります。

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モーターの回転は速いのですが
回転力が小さいので、このようにして力をつけているのです。

ぜんまいで動くおもちゃでは、②図のように
2組みの歯車で回転数を増し、回転力を小さくしています。

ぜんまいは、強い力で軸をまわしますが
これに歯車を組み合わせると回転力が小さくなり、回転数が増します。

これらの組み合わせ方は、実際の機械にもたくさん利用されています。







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