ドライブシャフト
ドライブシャフト、ドライブシャフト、ドライビングシャフト、プロペラシャフト、カルダンシャフトは、エンジンやモーターからの動力を、有用な作業ができる場所に運ぶための機械の部品です。
エンジンやモーターの多くは、何かを回転させることでトルクとしての力を生み出します。自動車のような内燃機関、水車のような水の流れ、タービンのようなガスや水の流れなどがあります。この回転する力をトルクといいます。回転する負荷には、ねじり応力とせん断応力がかかります。ドライブシャフトには、この応力を受け止めるだけの強度が必要です。軽いドライブシャフトの方が効率よく力を負荷に伝えることができるので、強度と重量のバランスをとる必要があります。
ユニバーサルジョイント付きカルダンドライブシャフト
BMWのクラシックバイクのドライブシャフトの露出
自動車
現在の自動車の多くは、エンジンから車輪への動力伝達にドライブシャフトを使用しています。現在の自動車のほとんどは前輪駆動(前輪が車を動かす力を持つ)です。この場合、ドライブシャフトは、トランスアクスルと各前輪の間にあります。
後輪駆動車では、デフと各後輪の間にドライブシャフトがあります。イギリス英語では、これはドライブシャフトとは呼ばず、プロペラシャフトまたはプロップシャフトと呼ばれ、ドライブシャフトはハーフシャフトと呼ばれることもある(2本で1本の車軸になるため)。
自動車に使用されるドライブシャフトには様々な種類があります。
- 1ピースのドライブシャフト
- 2ピースドライブシャフト
- スリップインチューブドライブシャフト
Slip in Tube Drive shaftは、衝突時のエネルギーを吸収し、車やトラックに乗っている人を守る新しいタイプのドライブシャフトです。別名、コラプシブル・ドライブシャフトとも呼ばれています。
トラックのダブルプロペラシャフト
モーターサイクル用ドライブシャフト
ドライブシャフトは、二輪車の歴史が始まって以来、ずっと使われ続けている部品です。多くのモーターサイクルでは、よりシンプルなチェーンドライブやベルトドライブが採用されていますが、ドライブシャフトは手入れが少なく、寿命も長いのが特徴です。ドライブシャフトを採用した場合の問題点は、シャフトから後輪への動力を90度回転させるためにギアが必要となり、その過程で動力が失われることです。
A 1913年 FN(Fabrique Nationale)、ベルギー、4気筒、シャフトドライブ
トラクター
農業用トラクターには、PTOシャフトと呼ばれるタイプのドライブシャフトが使用されています。これは、トラクターの後部から出ているシャフトです。このシャフトは、ヘイベーラーやコーンチョッパーなど、トラクターのエンジンからの動力を必要とする農機具に接続することができます。これにより、トラクターを様々な用途に使用することができ、農機具にエンジンを必要としないため、コスト削減にもつながります。
保護帽を被ったPTO付きの旧ジョンディア社製トラクター
自転車のドライブシャフト
ドライブシャフトは、自転車でもチェーンドライブの代わりに使うことができる。100年以上前から使用されているが、あまり普及していない。自転車に使用する場合、ドライブシャフトにはいくつかの長所と短所がある。
メリット
- チェーンタイプの自転車にありがちな、ドライブシステムの詰まりや破損が起こりにくい。
- ライダーに脂がつかず、服をつかむ「チェーンバイト」もない
- ドライブシャフトが筒状になっている場合は、チェーンシステムよりも注意が必要ですが、一般的には
- より安定したパフォーマンス。ダイナミックバイシクルズ社は、ドライブシャフト式の自転車が常に94%の効率を発揮するのに対し、チェーンドライブ式の自転車はコンディションによって75〜97%の効率を発揮するとしています。
- 段差や障害物を乗り越えるための地上高(グランドクリアランス)の確保
- レンタサイクル会社にとっては、見た目が明らかに違うドライブシャフト付きの自転車の方が、盗難に遭いにくい。このタイプの自転車は、ヨーロッパのいくつかの主要都市で、市が運営する大規模な自転車レンタルやシェアリングプロジェクトで使用されています。
デメリット
- ドライブシャフトシステムは、チェーンシステムよりも重量があり、通常1~2ポンド重い。
- チェーンが最高の状態であれば、効率が向上します。
- チェーンとギアを金属製またはプラスチック製のカバーで覆うことで、チェーンに関するいくつかの問題を解決できる
- 軽量で高比数のギアは使用できないが、ハブギアは使用可能
- ホイールを外すのは難しい
軸駆動の自転車。
質問と回答
Q: ドライブシャフトとは何ですか?
A: ドライブシャフトは、エンジンやモーターから有用な作業を行う場所に動力を伝達する機械の一部です。
Q: エンジンやモーターの動力はどのように作られるのですか?
A:エンジンやモーターの動力は、何かを回転させることによってトルクとして生み出されます。
Q: 回転力の発生源にはどのようなものがありますか?
A: 内燃機関(自動車)、水車、ガスや水がタービンを通ることなどがあります。
Q: ねじれやせん断応力とは何ですか?
A:ねじり応力とせん断応力は、ドライブシャフトが回す負荷が回転の抵抗となることで生じる応力の一種です。
Q:ドライブシャフトはなぜ強度が必要なのですか?
A:ドライブシャフトは、負荷によって生じるトルク、ねじれ、せん断応力を受け止めるだけの強度が必要です。
Q:ドライブシャフトを設計する上で必要なバランスは?
A:ドライブシャフトを設計する際には、強度と重量のバランスが必要で、ドライブシャフトは強くても重くなりすぎないようにする必要があります。
Q: 軽いドライブシャフトは、動力伝達の効率にどのような影響を与えるのでしょうか?
A:ドライブシャフトが軽いと、加速・減速する質量が少ないため、負荷への動力の伝達効率が高くなり、エネルギーの無駄が少なくなります。