ウォームギアボックスとは何ですか?またどのように機能しますか?

ウォームギアボックスとは何ですか?

ウォームギアボックスは、ウォームホイールと噛み合うウォーム（ねじ状の歯車）を使用して、交差しない垂直軸間で動力を伝達する減速機の一種です。 コンパクトなスペースで高い減速比を実現することが核心機能 — 多くの場合、単一ステージで 5:1 から 100:1 の範囲になります — また、多くの構成でセルフロック機能も提供します。

産業現場では、ウォーム ギアボックスはコンベヤ システム、包装機械、エレベーター、ミキサー、資材運搬装置などで広く使用されています。トルクを増大させながら速度を大幅に低減できるため、制御された低速動作が必要な用途には不可欠です。

ウォームギアボックスはどのように機能しますか?

動作原理は、ウォームホイールの歯と係合するウォームの螺旋ねじ切りに基づいています。ウォームが (モーターによって駆動されて) 回転すると、そのねじ山がウォーム ホイールの歯を押し、ホイールがはるかに低速で回転します。ウォームホイールの歯とウォームのスタート（ねじ山）の数の比によって減速比が決まります。

• シングルスタートワーム: スレッドは 1 つです。ウォームホイールの歯数が 40 の場合、比率は 40:1 になります。
• ダブルスタートワーム: スレッドが 2 つあります。同じ 40 歯のホイールでは、比率は 20:1 になります。
• 4 重スタート ワーム: スレッドは 4 つです。比率は10：1となります。

ウォームねじの角度 (リード角) は、効率とセルフロック動作に直接影響します。 リード角が約 6° 未満の場合、セルフロックが発生する傾向があります。 これは、ウォームホイールがウォームを逆駆動できないことを意味します。これは、アプリケーションを持ち上げたり保持したりする際の重要な安全機能です。

ウォームギヤボックスの動力伝達にはウォームとホイール間の滑り接触が含まれるため、転がり接触を使用するギヤタイプよりも多くの熱と摩擦が発生します。これが理由です 適切な潤滑が重要です — ほとんどのウォームギアボックスは、効率を維持し耐用年数を延ばすためにオイルバスまたはスプラッシュ潤滑を必要とします。

ウォームギアボックスの主要コンポーネント

ウォームシャフト

ウォームは、1 つまたは複数の螺旋ねじ山を備えた円筒形の歯車です。通常、スライドメッシュによる摩耗に耐えるために、硬化合金鋼で作られています。ウォームは入力軸（モータ側）に直結されています。

ウォームホイール（ウォームギア）

ウォームホイールはウォームと噛み合い、通常は青銅または鋳鉄で作られています。ブロンズはスチール製ウォームとの摩擦を軽減し、より効果的に熱を放散するため、高負荷の用途では推奨されます。一般的なウォームホイールには 20 ～ 100 個の歯があります。

ハウジングとベアリング

ハウジング (ケーシング) は、ウォーム シャフトとウォーム ホイールの両方をサポートし、適切なシャフト アライメントを維持し、潤滑剤を含んでいます。ハウジング内のベアリングがアキシアル荷重とラジアル荷重を吸収します。ほとんどのハウジングは鋳鉄またはアルミニウム合金で作られています。

出力軸

出力シャフトはウォームホイールに接続されており、減速された高トルク出力を被駆動機械に伝達します。出力シャフトの構成には、用途に応じて中空ボア、中実シャフト、またはフランジ取り付けが含まれます。

ウォームギアボックスの効率と減速比

効率は最も重要なパフォーマンスパラメータの 1 つです。ウォーム ギアの接触には滑りがあるため、効率はヘリカル ギアボックスまたはスパー ギアボックスよりも低くなります。一般的な効率値は次のとおりです。

減速比が高いと効率が大幅に低下します。これは既知のトレードオフです。 比率が高くなるとトルクの増大は大きくなりますが、伝達される動力の単位当たりの発熱量も多くなります。 連続使用の高比率アプリケーションでは、熱管理 (ハウジング フィン、強制冷却、またはオイル クーラー) が重要になります。

RV ウォーム減速機とは何ですか?

アン RV ウォームギア減速機 は、産業オートメーション、ロボット工学、および一般機械で広く採用されているウォーム ギアボックスの特定の設計バリアントです。 「RV」は、中空または中実の出力シャフトを備えたコンパクトな直角ハウジング構成 (フェースマウントまたはフランジタイプ減速機としても知られています) を指します。

RV ウォーム減速機の主な特長は次のとおりです。

• コンパクトな直角デザイン: 入力軸と出力軸が90°になっており、設置スペースを節約できます。
• アルミニウム合金ハウジング: 軽から中程度のデューティサイクルに適した軽量構造。
• 広い比率範囲: 通常、単一ステージで 7.5:1 ～ 100:1 が利用可能です。
• 標準化された取り付け: 標準の IEC モーターフランジと互換性があるため、統合が簡素化されます。
• セルフロック機能: 約 40:1 を超える比率では、ユニットはセルフロック状態になり、静荷重下での逆駆動を防ぎます。

RV ウォーム ギア減速機には複数のサイズがあり、通常は RV 25、RV 30、RV 40、RV 50、RV 63、RV 75、RV 110、RV 130 などの中心距離によって指定されます。各サイズは異なる出力トルク範囲に対応します。たとえば、RV 63 ユニットは通常、最大約 200 N·m の出力トルクを供給しますが、RV 110 は、比率とデューティ サイクルに応じて最大 500 N·m 以上に対応できます。

ウォームギアボックスと他の減速機タイプの比較

適切な減速機タイプの選択は、アプリケーションの要件によって異なります。直接の比較は次のとおりです。

ウォームギアボックスは、高い減速比、セルフロック動作、コンパクトな直角出力がすべて同時に必要な場合に優れています。 — 他の単一タイプのギアボックスがこれほどコスト効率に優れていない状況。

ウォームギアボックスの代表的な用途

ウォーム ギアボックスは、次のような独自の機能の組み合わせにより、幅広い業界で使用されています。

• コンベヤシステム: 減速と方向変更を 1 つのユニットで行い、セルフロックにより停止時のベルトの巻き戻りを防止します。
• 包装機械: 正確な低速出力が必要な充填、シール、ラベル貼り機用のコンパクトなドライブ。
• 持ち上げと巻き上げ： 高い比率でのセルフロックにより、停電時の負荷低下を防ぎます。
• ミキサーと撹拌機: 低出力回転数で高トルクを発揮し、粘性のある材料を撹拌します。
• ゲートおよびバルブアクチュエーター: 工業用バルブの開閉のための高トルクによるスムーズで制御された操作。
• 太陽追跡システム: 自動ロック機能を備えた正確な角度位置決めにより、電力を継続的に供給しなくてもパネルの位置を保持します。

ウォームギアボックスの潤滑とメンテナンス

ウォームとホイールは滑り接触するため、適切な潤滑が効率、温度上昇、寿命に直接影響します。主要なメンテナンス ポイント:

• オイルの種類: ほとんどのメーカーは、高効率要件のために ISO VG 220 または ISO VG 460 鉱物ギア オイル、または合成ポリグリコール (PAG) オイルを指定しています。
• オイルレベル: オイルレベルをサイトグラスまたはフィルプラグのマークに維持してください。残量が少なくなると、ブロンズ製ウォームホイールの摩耗が加速します。
• オイル交換間隔: 通常は 5,000 ～ 10,000 時間の動作ごと、または少なくとも 2 年に 1 回。
• 動作温度: 通常の連続動作温度は 80°C 未満に保つ必要があります。 90°C を超える場合は、熱過負荷保護または追加の冷却を考慮する必要があります。
• シャフトシール: リップシールに油漏れがないか定期的に点検してください。シールの交換は、重大な故障を回避する低コストの予防策です。

断続的に動作するユニット (デューティ サイクル 25% 未満) の場合は、グリース潤滑が許容される場合がありますが、連続稼働アプリケーションでは、ほとんどの場合、適切な熱放散のためにオイルバス潤滑が必要です。

適切なウォーム ギアボックスを選択する方法

適切に選択するには、いくつかのパラメータを一緒に評価する必要があります。

1. 必要な出力トルク： 出力軸の負荷トルクを計算し、衝撃荷重、毎日の運転時間、起動/停止頻度に基づいてサービスファクタ (通常 1.25 ～ 2.0) を適用します。
2. 減速比： 入力モーター速度から必要な出力 RPM を決定します。たとえば、50:1 の比率の 1,450 RPM モーターは 29 RPM の出力を提供します。
3. 取り付け方向: ウォーム ギアボックスは複数の位置に取り付けることができます (水平ウォーム、垂直ウォームアップ、垂直ウォームダウン)。オイル注入口とドレン口の位置は向きによって変わります。
4. 熱定格: ギアボックスの熱出力定格が連続使用要件と一致していることを確認します。そうでない場合は、より大きなハウジング サイズを指定するか、外部冷却を追加してください。
5. セルフロック要件: アプリケーションでブレーキなしで荷重を保持する必要がある場合は、セルフロックを保証する比率を選択してください (標準リード角の場合、通常は ≥40:1)。

よくある質問

Q1: ウォームギヤとウォームギヤボックスの違いは何ですか?

ウォームギアとは、ウォームホイールの部品（ウォームと噛み合う歯車）のことを指します。ウォーム ギアボックスは、ウォーム シャフト、ウォーム ホイール、ハウジング、ベアリング、シール、出力シャフトを含む完全なアセンブリです。

Q2: ウォームギアボックスはバックドライブできますか?

進角により異なります。 約 6° 未満のリード角 (通常は比率が 40:1 を超える) では、ほとんどのウォーム ギアボックスはセルフロックします。 そしてバックドライブすることはできません。リード角が大きい (レシオが低い) と、バックドライブが可能になります。

Q3: ウォームギヤボックスが動作中に熱くなるのはなぜですか?

ウォームとホイールが摺接すると摩擦により発熱します。減速比が高く、連続運転すると発熱が増加します。適切な潤滑、正しいオイルレベル、適切なハウジング表面積が動作温度を管理する主な方法です。

Q4: ウォームギアボックスの標準的な耐用年数はどれくらいですか?

適切な潤滑と正しいサイズ設定により、ウォーム ギアボックスは通常、 15,000 ～ 30,000 時間の耐用年数 。ウォーム ホイール (ブロンズ) は通常、最初に摩耗するコンポーネントであり、ユニット全体を交換することなく交換できます。

Q5: RV ウォーム減速機の「RV」とは何を意味しますか?

RV は、中空または中実の出力シャフトとフェースマウントハウジングを備えたコンパクトな直角ウォームギア減速機を指します。 RV シリーズは、さまざまなトルク要件に対応するために複数のフレーム サイズで利用できる、広く標準化された製品ファミリーです。

Q6: ウォームギヤボックスは水平取り付け位置と垂直取り付け位置の両方で使用できますか?

はい、ただし取り付け方向はオイル充填レベルと潤滑要件に影響します。すべての位置で適切な潤滑が行われるように、常にメーカーの取り付けガイドラインを参照し、それに応じてオイル充填量を調整してください。

Q7: ウォームギヤボックスの出力トルクはどのように計算すればよいですか?

入力トルクにギア比を掛け、さらにギアボックス効率を掛けます。たとえば、入力トルク 10 N・m、比率 50:1、効率 70% の場合、出力トルクは約 350N・m 。特定の負荷条件に対して常に適切なサービス係数を適用してください。