概要
- Cycloidal gearbox の自作と Pythonスクリプト による設計自動化
- 3バージョン の設計開発とテスト経緯
- SolidWorks 記事ベースの数式利用と Fusion 360 での実装
- 主要パラメータ、制約条件、出力仕様の解説
- Version 3 の詳細仕様と 改良余地 の提案
サイクロイドギアボックス設計プロセス
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Version 1
- ハンドクランク式 サイクロイドギアボックス
- 1:9 の減速比
- Pythonスクリプトの 動作検証用プロトタイプ
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Version 2
- NEMA 17相当サイズ のマイクロサイクロイドギアボックス
- 1:9 の減速比
- 3Dプリントの精度不足 と 高精度要求 により動作不可
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Version 3
- NEMA 17用 初の実用動作品
- Version 2より 外形拡大 し、 公差確保 と 完全動作 を実現
Pythonスクリプトによる生成
- SolidWorks 記事「Building a Cycloidal Drive with SOLIDWORKS」参照
- 主なパラメトリック方程式
- $x = R \cos(t) - E \cos(N t) - r \cos(t + \psi)$
- $y = R \sin(t) - E \sin(N t) - r \sin(t + \psi)$
- $\psi = \text{atan2}\left(\sin((1 - N) t), \frac{R}{E \cdot N} - \cos((1 - N) t)\right)$
- 減速比
- $1 : (N - 1)$（ローターは入力軸と逆回転）
インストール & 実行方法
- リポジトリをクローン
- Fusion 360 起動、「Scripts and Add-Ins」（Shift + S）選択
- 「Scripts」タブで +（プラス） をクリックし、 cycloidal_generator フォルダを追加
- Run でスクリプト実行
主なパラメータと制約
- ピン数 ($N$) & ピッチ半径 ($R$)
- 外側ハウジング形状を決定（ローターは$N-1$ローブ）
- 偏心量 ($E$)
- 入力軸オフセット距離（制約：$R > E \cdot N$）
- 外側ピン半径 ($r$)
- ローラーピン半径（制約：アンダーカット限界$r_{max}$に対して検証）
- 精度/プロファイルオフセット
- 角度ステップサイズと公差オフセット（3Dプリント用クリアランス調整）
- 出力ピン & ボルト半径
- 同心出力ピンとロータークリアランス穴（$r_{pin} + E$）
Version 3 — 詳細仕様・性能
- CADファイル ：cad_models/version_3に格納
- 主要仕様
- 減速比 ：1:9（$N=10$ピン、9ローブ）
- 外径 ：9.0 cm（90 mm）
- 駆動モーター ：NEMA 17 Stepper Motor（42bygh40-A24dh）
- 3Dプリント材質 ：PLA
- 主要ファスナー/ハードウェア ：M3×8ネジ4本、6704ベアリング2個
- 公差オフセット ：全周+0.15 mm（+0.015 cm）
- ギアボックストルク ：1.3 N·m ± 0.007 N·m
- NEMA 17ベーストルク ：0.21 N·m ± 0.007 N·m
- 効率 ：66% ± 0.22%
改良ポイントと今後の展望
- ハウジングピン を MR128ベアリング に置換し、 摩擦低減・効率向上
- 出力ピン を M2ネジ＋金属カバー に変更し、 剛性・最大トルク・効率向上
- 設計の拡張性 と パーツ交換による性能最適化