動力伝達: モーターの回転エネルギーを偏心ギアまたはブルギアとの噛み合いにより機械運動に変換し、破砕サイクルを可能にします。
速度規制:破砕機の設計処理能力と材料の硬度に合わせて、偏心軸の回転速度(通常 150~300 回転数)を調整します。
トルク増幅: 材料破砕時に発生する高抵抗を克服するためにトルクを増加させ、高負荷下でも安定した動作を確保します。
ギアボディ高強度合金鋼(例:40CrNiMoAまたは20CrMnTi)製の円筒形または円錐形の構造で、外歯は精密な寸法に機械加工されています。剛性を維持しながら軽量化するため、本体は中実(小型ギアの場合)または中空(大型ギアの場合)となります。
歯: 最も重要な部品で、インボリュート歯形(圧力角20°)により滑らかな噛み合いを確保します。歯のパラメータには、モジュラス(8~20)、歯数(15~40)、歯幅(100~300mm)があり、破砕機の出力定格に合わせて調整されます。
ボアまたはシャフト接続モーターシャフトまたは偏心アセンブリに接続する中央の穴(ピニオンギアの場合)またはキー溝(ブルギアの場合)です。この穴はギアの歯との同心度を確保するために精密に機械加工されており、振動を最小限に抑えます。
ハブまたはフランジ: ギアの端部にボルト穴またはスプラインを設けた補強部で、ギアをシャフトまたはカップリングに固定します。ハブはトルク伝達を向上させ、軸方向の変位を防止します。
潤滑溝: 歯面とボア表面に円周方向または軸方向の溝があり、潤滑剤を分配して噛み合い時の摩擦と摩耗を軽減します。
ウェブまたはリブ大型ギア(直径 500 んん 以上)の内部補強構造により、構造の完全性を損なうことなく重量を軽減し、放熱性を向上させます。
材料の選択:
高強度鋳鋼(ZG42CrMo)は、引張強度(≥785 MPa)、衝撃靭性(≥45 J/cm²)、および硬化性の優れた組み合わせにより好まれています。
パターンメイキング:
ギアの外径、歯、ボア、ハブを再現した実物大のフォームまたは木型を作成します。鋳造後の収縮を考慮して、収縮許容値(2~3%)と抜き勾配(3°)を設定します。
成形:
模型の周囲に樹脂結合砂型を成形し、砂中子を用いて中央の穴を形成します。鋳型のキャビティは耐火性ウォッシュでコーティングされ、滑らかな表面仕上げを実現します。
溶かして注ぐ:
合金鋼は電気アーク炉で1550~1600℃で溶解され、化学組成はC(0.40~0.45%)、Cr(0.9~1.2%)、モ(0.15~0.25%)に制御されます。
注湯は、乱流を最小限に抑え、鋳型キャビティへの均一な充填を確保するために、底注湯取鍋を使用して 1480 ~ 1520°C で実行されます。
冷却とシェイクアウト:
鋳物は熱応力を軽減するため、鋳型内で72~96時間冷却され、その後振動によって除去されます。残留砂はショットブラストで除去されます。
熱処理:
焼準(860~900℃、空冷)により結晶構造が微細化され、その後、焼戻し(600~650℃)が行われ、硬度が220~250 HBWに達して加工性が向上します。
荒加工:
ギアブランクをCNC旋盤に取り付け、外径、面取り、穴加工を行います。仕上げ代は3~5mm残します。キー溝またはスプラインはフライス盤で荒加工します。
歯の切削:
平歯車の場合: 歯はホブ盤(適合する係数のホブ付き)を使用して切削され、0.3~0.5 んん の仕上げ代で粗いプロファイルを実現します。
ベベルギアの場合: ギアシェーパまたは CNC ベベルギアジェネレータを使用して円錐歯のプロファイルを切削し、相手ギアとの正確な噛み合いを保証します。
硬化のための熱処理:
ギアは浸炭処理(900~930℃、8~12時間)を施し、厚さ0.8~1.5mmの硬質表面層を形成した後、焼入れ(油冷850~880℃)、低温焼戻し(180~200℃)を行います。これにより、表面硬度はHRC 58~62(耐摩耗性)となり、芯部はHRC 30~35(靭性)となります。
仕上げ加工:
歯はギアグラインダーを使用して研削され、歯形偏差≤0.02 んん、表面粗さRa0.8〜1.6 μmでAGMA 6〜8の精度を実現します。
ボアと取り付け面は IT6 公差に精密研磨されており、ギア軸との同心度を保証します (振れ≤0.03 んん)。
バリ取りと研磨:
歯のエッジは、応力の集中を防ぎ、噛み合い時の騒音を減らすために、ブラシまたは研磨ホイールを使用してバリ取りされます。
潤滑溝は研磨されており、オイルの流れが妨げられることはありません。
材料試験:
化学組成分析(分光法)により合金含有量を確認します(例:40CrNiMoA:C 0.37~0.44%、ニ 1.25~1.65%)。
クーポンの引張試験により、降伏強度 (≥835 MPa) および衝撃靭性 (-20°C で≥68 J/cm²) が確認されます。
寸法精度チェック:
座標測定機 (CMM) は、歯ピッチ誤差 (≤0.02 んん)、歯の厚さ (±0.015 んん)、およびボアの同心度などの主要なパラメータを検査します。
ギア測定センターは、インボリュート プロファイル、らせん角、歯間隔を評価し、AGMA 規格への準拠を保証します。
硬度および微細構造試験:
表面硬度はロックウェル硬度計を使用して測定します(歯の表面には HRC 58 ~ 62 が必要です)。
金属組織分析では、浸炭層の深さと微細構造(過剰な残留オーステナイトまたは炭化物ネットワークがない)を確認します。
動的パフォーマンステスト:
ギア メッシュ テスト: ギアをテスト リグ上で対応するギアとペアにして、騒音 (定格速度で ≤85 デシベル) と振動 (≤0.1 んん/s) を測定します。
負荷テスト: 歯の変形や割れの有無を確認するために、120% 定格トルク テストを 2 時間実施します。
非破壊検査(非破壊検査):
磁性粒子検査 (MPT) は、歯とハブ領域の表面の亀裂を検出します。
超音波検査(ユタ州)では、ギア本体の内部欠陥を検査します(例:φ3 mm以下の収縮孔は不合格となります)。