壊れたRCのギアを作りたい [3Dモデリング編1]

2022-02-24 · Tomoki Ikegami

"⚙ FreeCADでラジコンのギアを設計 ⚙"

~ 目次 ~


1. 設計に入る前に

1.1. 前回の振り返り

 前回はギアの設計に必要な理論を調べました。今回は実際に歯車の設計をしていきたいと思います!

 前回の最後に掲載した計算式1をここにも書いておきます。この式を使っていきます。

\begin{equation} \label{mod_using_da} m = \frac{d_a}{z+2} \end{equation}

1.2. 壊れた歯車のモジュールは?

 式(\ref{mod_using_da})を使って、歯車のモジュール $m$ を調べてみます。少し大変ですが、壊れた歯車の歯数は地道に数えていきます(笑)。

歯車の歯数と刃先円直径を測定
☝ 歯車の歯数 $z$ と刃先円直径 $d_a$ を測定

 歯数を数えると $z=62$ [枚] 、刃先円直径は $d_a=38.9$ [mm] (ノギスで測定)でした。 これを計算式に入れて、モジュール $m$ [mm] を計算してみます。

\begin{equation} \label{old_rc_mod} m = \frac{d_a}{z+2} = \frac{38.9}{62+2} = 0.6078125\dots \simeq 0.6 \end{equation}

 ついでにダイヤメトラルピッチ $P$ [1/in] も計算してみます。

\begin{equation} \label{old_rc_P} P= \frac{25.4}{m} = \frac{25.4}{0.6078125} =41.7892\dots \simeq 42 \end{equation}

 前回まとめた表と見比べてみると、モジュールが切りの良い数字($m=0.6$) になっているので、恐らく壊れたギアのモジュールは$0.6$であると考えられます。

 ダイヤメトラルピッチは $P=42$ になりましたが、ラジコンで使われている 48ピッチ からは大きく離れています。

 ちなみにRC Gear Calculatorを使っても同じような計算結果になりました。

表:ラジコンの世界で使われることが多いモジュールとピッチ

モジュール $m$

(Metric Gear Pitches)

ダイヤメトラルピッチ $P$
0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0 32, 48, 64

2. FreeCADでギア設計

2.1. Involute gear 機能で大まかな形状を作成

 「Part Design ワークベンチ」に入っている、「Involute gear」機能(下図参照) で設計を進めていくことにします。

 細かい操作方法はXsimの技術ドキュメント2が参考になりました。

図 Involute gear 機能のメニュー
図:Involute gear 機能のメニュー
設定画面(歯車の歯数とモジュールを設定)
☝ 歯車の歯数 $z$ とモジュール $m$ を設定
  生成した歯の輪郭(斜めから)
☝ 生成した歯の輪郭(斜めから)
生成した歯の輪郭(真上から)
☝ 生成した歯の輪郭(真上から)
輪郭を押し出す
☝ 輪郭を押し出す

 自動で歯車の形を作ってくれる機能は凄く便利です(^^)

2.2. 細かいところを作っていく

☝ 底面にスケッチを作成
☝ 底面にスケッチを作成
スプレッドシートを使ってパラメータを管理
☝ スプレッドシートを使ってパラメータを管理
パラメータの名前を決める
☝ パラメータの名前を決める
裏面の空洞を作るためのスケッチ
☝ 裏面の空洞を作るためのスケッチ
ワイヤーフレームモデルで空洞を確認
☝ ワイヤーフレームモデルで空洞を確認
ボス部分を作る
☝ ボス部分を作る
ベベルギア支持部分のベース形状を作成
☝ ベベルギア支持部分のベース形状を作成
シャフトが通る穴をあける
☝ シャフトが通る穴をあける
穴あけの結果
☝ 穴あけの結果

 今回はこのくらいにしたいと思います!

 大まかな形まで作れて良かったです!

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4. 参考文献


  1. RONSON GEARS 「spur-gear-formulation-calculations」、(https://ronsongears.com.au/wp-content/uploads/2018/05/spur-gear-formulation-calculations.pdf↩︎

  2. XSim 技術ドキュメント「FreeCAD インボリュートギア・ツールを使って歯車を作る」、( https://www.xsim.info/articles/FreeCAD/HowTo/Create-gears-with-Involute-Gear-tool.html↩︎