Fusion360で歯車の作り方をお探しですね。

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Fusion 360で歯車を作ってみよう！初心者でも簡単にできる方法を解説

Fusion 360でモデリングをしていると、「自分で作る機械やロボットに歯車を使いたいな」と思うことがありますよね。

でも、歯車のインボリュート曲線を一から描いて、正確な寸法で作るのはとても大変です。

この記事では、Fusion 360に最初から入っている便利な機能を使った平歯車の作り方から、ラック＆ピニオンの作り方、さらには作った歯車同士を噛み合わせて回す方法まで、わかりやすく説明していきます。

設計が初めての人でも、この記事の通りに進めていけば、思い通りの歯車の仕組みを3Dデータで作れるようになりますよ。

Fusion 360で歯車を作る基本！「Spur Gear」を使えば自動で作れる

Fusion 360には、最初から「Spur Gear（スパーギア）」という平歯車を自動で作ってくれる便利な機能が入っています。

これを使えば、難しい計算や歯の形を自分で描かなくても、数回クリックするだけで正確な平歯車が作れちゃいます。

機械部品を設計するときにはとてもよく使う機能なので、まずはこの使い方を覚えましょう。

歯車を作る基本的な手順はこんな感じです。

* 画面上のメニューから「ツール」タブを開く
* 「アドイン」メニューを選んで、「スクリプトとアドイン」をクリック
* サンプルスクリプトの中にある「Spur Gear」を選ぶ（PythonでもC++でもどっちでもOK）
* 右下の「実行」ボタンを押して設定画面を開く

実行ボタンを押すと設定画面が出てきて、そこに数字を入力するだけですぐに歯車ができあがります。

この機能はとても便利で、初心者の人でも簡単に歯車を設計に取り入れることができます。

ただし、この「Spur Gear」で作れるのは普通の平歯車だけです。

特殊な形の歯車を作りたいときは別の方法が必要になりますが、基本的な動力を伝える仕組みならこれだけで十分です。

次に説明する「モジュール」などの基本的な考え方をしっかり理解しておくと、設計がうまくいきやすくなりますよ。

「Spur Gear」の設定項目とモジュールについて知っておこう

「Spur Gear」を実行すると、いくつかの設定項目が英語で表示されます。

ここで一番大事なのが「Module（モジュール）」と「Number of Teeth（歯の数）」の設定です。

モジュールというのは、歯車の歯の大きさを表す規格のことで、複数の歯車を噛み合わせて回すときは、このモジュールの値をすべての歯車で同じにしないといけません。

モジュールと歯の数が決まれば、歯車の大きさは自動で計算されます。

最初にある「Standard」という項目では単位を選びますが、日本でミリメートル（mm）で設計する場合は「Metric」を選んでください。

「Pressure Angle（圧力角）」は標準の20度のままで普通は大丈夫です。

3Dプリンターで出力して実際に組み立てるときにとても大事になるのが、「Backlash（バックラッシュ）」と「Root Fillet Radius（歯元のフィレット半径）」の設定です。

バックラッシュというのは、歯車同士が噛み合うときに必要な「すき間」のことです。

ここをゼロのままにして出力すると、部品同士がこすれてスムーズに回らなくなってしまいます。

使う3Dプリンターの精度に合わせて、適切なすき間（たとえば0.1mm〜0.2mmくらい）を設定しましょう。

フィレット半径は、モジュールを小さくしすぎたときにエラーが出ないように、ちょうどいい値に調整する必要があります。

最後に「Gear Thickness（歯の厚さ）」や、真ん中の穴の大きさである「Hole Diameter」を入力して「OK」を押せば、完璧な平歯車の3Dモデルができあがります。

ラック＆ピニオンの作り方と便利な外部スクリプトの使い方

標準の「Spur Gear」では丸い平歯車（ピニオン）は簡単に作れますが、直線状の歯車である「ラック」は自動で作るメニューがありません。

回転運動を直線運動に変えるラック＆ピニオンの仕組みを作りたいときは、標準機能だけではちょっと工夫が必要です。

一番シンプルな方法は、平歯車の歯の間隔に合わせて台形の歯を一つ自分で描いて、それを「矩形パターン」機能で必要な長さまでコピーしていくやり方です。

ラックの歯はインボリュート曲線じゃなくて直線的な台形でできているので、モジュールさえ決まれば計算は比較的簡単にできます。

歯の形を描いて、ベースになる板と一緒に押し出せば、自作のラックギアの完成です。

もっと高度で複雑な歯車を簡単に作りたい場合は、有志の人が公開している無料の外部スクリプトを入れるのもおすすめです。

たとえば、インターネット上で配布されている歯車生成スクリプト（study_gearsなど）をインストールすれば、ラックギアはもちろん、内歯車、ウォームギア、かさ歯車、クラウンギアなどを細かい設定で自動生成できるようになります。

こういった外部アドインは標準機能では足りない部分を見事に補ってくれるので、本格的な機械設計をしたい人にはとてもおすすめです。

特に小さい歯車を作るとき、相手の歯が干渉しないように歯元のトロコイド曲線を正確に計算して作ってくれるなど、標準のSpur Gearよりも精度の高いモデリングができるものもあります。

プロジェクトの内容に応じて、標準アドインで済ませるか、手動で形を作るか、高機能な外部スクリプトを入れるかを選ぶといいでしょう。

作った歯車を噛み合わせて回してみよう

歯車のモデリングができたら、次はいよいよそれらを噛み合わせて、Fusion 360の画面上で実際に回してみましょう。

設計した歯車が正しく連動するかどうかをシミュレーションすることは、やり直しを防ぐためにとても大切です。

アセンブリ（組み立て）を設定して歯車を回すには、次の手順で進めていきます。

* ブラウザツリーでボディを右クリックして、「ボディからコンポーネントを作成」を選ぶ
* 歯車を固定するための中心軸（円柱状のパーツなど）を作って、固定する
* 「ジョイント」機能を使って、ジョイントタイプを「回転」に設定して歯車を軸に取り付ける
* 2つの歯車のピッチ円同士が接するように配置して、歯と歯がぶつからないように最初の角度を調整する

ここまでの準備ができたら、最後に「アセンブリ」メニューから「モーションリンク」を選んで、2つの回転ジョイントを連動させる設定をします。

モーションリンクを使うと、一方のジョイントが動いたときに、もう一方のジョイントがどれだけ動くかを指定できます。

大きさの違う歯車を組み合わせているときは、歯の数の比率に合わせて回転角度を計算する必要があります。

たとえば、歯数20の大きな歯車と、歯数10の小さな歯車を噛み合わせる場合、大きな歯車が1回転（360度）すると、小さな歯車は2回転（720度）することになります。

この比率をモーションリンクの設定画面に入力します。

また、外歯車同士が噛み合っているときは、お互いに逆方向に回るので、「反転」の項目にチェックを入れるのを忘れないでください。

設定が終わって「OK」を押せば、一方の歯車をマウスでつかんでドラッグすると、もう一方の歯車も設定した比率でスムーズに連動して回るようになります。

これで、設計したラック＆ピニオンや平歯車の仕組みが理論通りに動くかを目で見て確認できるようになり、3D CADならではの便利さを最大限に活かした設計ができるようになりますよ。

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