タイミングプーリーの設計ガイドライン

同期輪の他の部品（リングギア、スポーク、ハブなど）は、同期輪の品質に厳しい制限があることに加えて、通常は経験に基づいて設計するだけで済み、比較的強度と剛性に富んだサイズが決定されます。失敗することはほとんどありません。
1. 歯面接着
高速・高負荷の同期歯車伝動装置（航空エンジン減速機の主変速同期輪など）では、歯面間の圧力が大きく、瞬間温度が高く、潤滑効果が悪くなります。瞬間温度が高すぎると、噛み合う二つの歯面がくっつく現象が起こります。このとき、２つの歯面が相対的に滑り、接着部分が裂けるため、相対的な滑り方向に沿って歯面に傷が形成され、これを接着と呼ぶ。伝達中、歯面の瞬間温度が高く、相対滑り速度が大きいほど、接着しやすくなります。一部の低速・高負荷用同期歯車変速機では、歯面間の油膜破壊により接着不良が発生します。このとき、歯の表面の瞬間温度はあまり上昇しないため、コールドグルーイングと呼ばれます。潤滑対策を強化し、抗膠力の強い潤滑油（加硫油など）を使用する、潤滑油に極圧添加剤を添加するなどにより、歯面の付着を防止または軽減することができます。

2. 歯車の歯が破損している
歯車の歯の破損にはさまざまな形態があります。通常の状態では、主に歯元の曲げ疲労破壊です。歯に荷重がかかると、歯元に発生する曲げ応力が最も大きくなることに加え、歯元移行部の断面変異や加工、工具痕などによる応力集中により、歯車に繰り返し荷重がかかると歯元に疲労亀裂が発生し、徐々に拡大して歯車が疲労破壊します。また、ギアの歯に急激な過負荷がかかると、過負荷破壊やせん断が発生する場合があります。ギアの歯がひどく摩耗し、歯の厚さが過度に薄くなると、通常の負荷でも破損します。
はすば円筒形同期歯車の伝動装置では、歯の作用面の接触線は対角線になります (図を参照)。歯車に負荷がかかった後、集中的に負荷がかかると部分的な破損が発生します。製造や取り付けが不適切だったり、軸が曲がりすぎて歯に局部的な負荷がかかりすぎたりすると、直歯の円筒同期車であっても部分的に破損することがあります。同期砥石の耐破壊性を向上させるためには、次のような対策が考えられます。 1) ルート遷移フィレット半径を大きくし、加工ツールマークを除去してルート応力集中を軽減します。 2) シャフトとサポートの剛性を高めて、歯車の接触線にかかる荷重を比較的均一にします。 3) 適切な熱処理方法を使用して、歯の芯材に十分な靭性を持たせます。 4) ショットピーニングやローリングなどの加工手段を使用して歯根表面を強化します。

3. 歯面の孔
食 孔食は歯面の疲労損傷現象の一つです。十分に潤滑された密閉同期歯車駆動装置では、歯面の一般的な破損はほとんどが孔食です。いわゆる孔食は、歯の表面材料の変化する接触応力の作用下での疲労によって引き起こされる孔食現象です。歯の表面の初期の孔食は、ピンポイントサイズの孔食のみです。作業条件が改善されないと、ピッチングは徐々に拡大し、さらにはいくつかの点が結合し、最終的には明らかな歯の表面損傷が形成されます。歯車の噛み合い過程では、歯面間の相対滑りが潤滑油膜を形成する役割を果たしており、相対滑り速度が速いほど歯面間に油膜が形成されやすく潤滑性が向上します。歯車の歯がピッチ線近くで噛み合う場合、相対滑り速度が低いため、油膜の形成条件が悪く、潤滑が悪く、特に直進同期輪のトランスミッションでは摩擦が比較的高くなります。迫力も最大級。したがって、孔食はまずピッチラインに近い歯根面に発生し、その後他の部分に拡大していきます。相対的に言えば、ピッチ線近くの歯元表面は、孔食に対する耐性が最も悪い（すなわち、接触疲労強度が最も低い）。タイミングプーリーの材質の硬度を高くすることで、タイミングプーリーの耐ピッチング性能を向上させることができます。噛み合うギアの歯の間に潤滑油を追加すると、摩擦が軽減され、ピッチングが遅くなり、同期ホイールの寿命が延びます。そして、妥当な範囲内で、潤滑油の粘度が高いほど、上記の効果は良くなります。歯の表面に疲労亀裂が生じると潤滑剤が亀裂に浸透するため、オイルの粘度が低いほど亀裂に潤滑剤が浸透しやすくなります。潤滑油が亀裂に浸透した後、ギヤ歯の噛み合い時に潤滑油が亀裂内で圧迫されて膨張し、亀裂の進展を促進するという欠点がある。したがって、低速で同期ホイールトランスミッションを潤滑するには、より粘度の高いオイルを使用することをお勧めします。より高速な同期ホイールトランスミッション（周速度v>12m/sなど）の場合は、オイルインジェクション潤滑を使用してください。放熱の役割）、現時点では低粘度のオイルのみを使用してください。オープンシンクロトランスミッションは歯面の摩耗が早いため、ピッチングが起こりにくいです。

4. 歯面の摩耗
同期車輪駆動装置では、作動条件が異なると歯面にさまざまな形態の摩耗が発生します。たとえば、研磨材（砂、鉄やすりなど）が噛み合う歯の表面の間に落ちると、歯の表面は徐々に摩耗して削れます。このタイプの摩耗は摩耗と呼ばれます。これは、オープン同期車輪変速機の主な形式の 1 つです。歯の表面の摩耗を回避するには、密閉型同期車輪駆動に切り替えることが最も効果的な方法です。

5. 歯面の塑性変形
塑性変形は、歯車の永久変形の大きな故障モードに属します。歯材が過度の応力を受けて降伏状態にあるとき、歯面または歯体の塑性流動によって形成されます。塑性変形は一般に、硬度の低い同期ホイールで発生します。しかし、重い負荷がかかると、硬度の高い同期ホイールにも発生します。塑性変形はローリング塑性変形とハンマー塑性変形に分けられます。ローリング塑性変形は、噛み合う歯車の相互の転がりや滑りによって生じる材料の塑性流動によって形成されます。材料の塑性流動方向は歯面の摩擦力の方向と一致しているため、相対滑り速度がゼロとなるピッチ線に沿って動輪の歯の溝から押し出され、従動輪の歯の節線で材料が絞り出されます。この現象を転がり塑性変形といいます。ハンマー塑性変形とは、過度の衝撃によって生じる塑性変形のことです。歯面の浅い溝が特徴で、溝の向きは噛み合うギアの歯の接触線と一致しています。歯車の歯の表面の硬度を向上させるために、高粘度または極圧の添加潤滑剤を使用すると、歯車の歯の塑性変形を遅らせたり防止したりすることができます。