ギア比とは?
ギア比とは、2つのギアが噛み合って回転するときに、回転速度とトルクがどのように変換されるかを表す数値です。具体的には、被駆動ギア(出力側)の歯数を駆動ギア(入力側)の歯数で割った比率で求められます。ギア比が1より大きい場合、出力側は入力側より遅く回転しますが、その分トルクは大きくなります(これを「減速」と呼びます)。逆にギア比が1より小さい場合は、出力側がより速く回転し、トルクは小さくなります(「増速=オーバードライブ」)。
この計算ツールの使い方
動力源につながる駆動ギアの歯数と、負荷側につながる被駆動ギアの歯数を入力してください。必要に応じて、入力回転数(RPM)と入力トルク(Nm)も入力できます。すると、ギア比に加えて、結果として得られる出力回転数と出力トルクが自動的に計算されます。
計算式の解説
基本となる関係式は ギア比 = 被駆動ギアの歯数 ÷ 駆動ギアの歯数 です。動力は(摩擦損失を無視すれば)保存されるため、回転速度とトルクは反比例の関係でトレードオフします。
$$\text{ギア比} = \frac{\text{被駆動ギアの歯数}}{\text{駆動ギアの歯数}}$$すなわち 出力回転数 = 入力回転数 ÷ ギア比、出力トルク = 入力トルク × ギア比 となります。
$$\text{出力回転数} = \frac{\text{入力回転数}}{\text{ギア比}}$$$$\text{出力トルク} = \text{入力トルク} \times \text{ギア比}$$たとえば3:1の減速では、回転速度が3分の1に下がる代わりに、トルクは3倍になります。
計算例
歯数12の駆動ギアが、歯数36の被駆動ギアと噛み合っており、入力が3000 RPM・50 Nmだとします。このときギア比は \(36 \div 12 = 3\)。出力回転数は \(3000 \div 3 = 1000\) RPM、出力トルクは \(50 \times 3 = 150\) Nm となります。回転は遅くなりますが、3倍の回転力(トルク)が得られるわけです。
よくある質問(FAQ)
「良い」ギア比とはどのくらいですか? 目的によって異なります。坂を登ったり重い物を持ち上げたりするようにトルクを最大化したい場合は高いギア比が、最高速度を重視する場合は低いギア比が適しています。
摩擦によって出力トルクは下がりますか? はい、下がります。実際のギアには効率損失があり(1段あたり通常95〜99%程度)、実際の出力トルクはここで表示される理想値よりわずかに小さくなります。
複数のギアを連結した場合はどう計算しますか? ギアトレイン(歯車列)の場合は、各段のギア比を掛け合わせることで全体のギア比を求められます。