4ドアのオフロード4×4車のシャシーとパートタイム式ドライブトレインを、機構的につながった形で操作できる教育用モデルです。公表されている諸元をもとに作成しました。これはメーカーのCADデータではなく、整備マニュアルでも車両運動のシミュレーションでもありません。
問いから始める
01 オープンデフを選択します。左の出力はゼロに保たれ、右はデフケースの2倍の速さで回ります。次に02 デフロック & ローレンジを選択すると、デフロックが作動して両方の出力がそろい、トランスファーの出力は入力の4分の1に下がります。
03 クロスアクスル・アーティキュレーションを選択し、剛体の各アクスルがコントロールアーム、ラテラルロッド（パナールロッド）、コイルスプリング、ダンパー、プロペラシャフトとともに動く様子を見てください。フロントスタビライザーの接続も切り替えてみましょう。次に04 ステアリングリンク機構を選択してハンドルを回し、コラム、ステアリングギヤ、ピットマンアーム、ドラッグリンク、ナックル、タイロッドをたどってください。
参照構成
2023年型の4ドア参照車両、左ハンドル、3.6リッターV6と6速マニュアル、パートタイム式の2速トランスファーケース（オプションのフルタイム式ではありません）、選択式電動デフロックと4.10:1のギヤを備えた前後のリジッドアクスル、17 × 7.5ホイールに組んだLT285/70R17Cオールテレーンタイヤです。そのまま使用した公表値：ホイールベース3,008 mm、トレッド1,636 mm、ローレンジ4.0:1、ステアリング総合ギヤ比15.6:1（ロック・トゥ・ロック3.2回転）、フロント330 × 28 mmのベンチレーテッドディスク、リア342 × 14 mmのソリッドディスク。
仕上げは実車に合わせています。黒いフレームとサスペンションの鋼材、鋳鉄地肌のナックルを組み合わせたサテンブラックのアクスルハウジング、アルミ地肌のトランスファーケース、黒いカバーの下にある赤いモノチューブ式ショックアブソーバー本体、ポケット部を黒く塗装した切削加工ホイール、赤いけん引フックです。ボディ、内装トリム、排気系、配線は省いています。
実装した機械的な関係
インプットギヤは遊星歯車機構のサンギヤを回し、この機構のリングギヤ（インターナルギヤ）はケースに固定されています。ハイレンジではレンジスリーブがメインシャフトをインプットギヤに結合し（1:1）、ローレンジではプラネタリキャリアに結合します。キャリアは入力の4分の1の速さで回ります。4Hと4Lではモードスリーブがドライブスプロケットをメインシャフトに結合し、サイレントチェーンが下側・運転席側のフロント出力を同じ回転数で回します。センターデフはなく、2本のプロペラシャフトは直結されています。
各プロペラシャフトはハイポイドピニオンを回し、デフケース上のリングギヤはドライブピニオンの回転数を4.1で割った速さで回ります。フロントアクスルはハイピニオンでリバースカットの組で、リングギヤはドライブピニオンの助手席側にあります。リアは標準の組で、リングギヤは運転席側にあります。そのため、エンジンと同じ向きに回るプロペラシャフトが、両方のアクスルを前進方向に駆動します。オープンデフではωL + ωR = 2ωcaseが成り立ちます。デフロックは一方のサイドギヤをドッグでデフケースに結合するため、ωL = ωR = ωcaseとなります。
パートタイム式トランスファーを備えた2023年型の参照車両では、助手席側のアクスルチューブにあるフロントアクスル切り離し機構が2Hで開き、フロントデフとプロペラシャフトが静止できるようにします。4Hと4Lでは閉じます。ベンチには路面がないため、フロントアクスルを逆駆動するものはありません。
歯数と噛み合い
4.10:1のリングギヤとドライブピニオンは41/10です。これはリアアクスルについては掲載されている歯数で、フロントについては10歯のドライブピニオンで4.10:1になる唯一の整数の組み合わせです。サイドギヤとピニオンギヤ（16/10、ピニオンギヤ2個）と遊星歯車（サンギヤ24歯、リングギヤ72歯、24歯のプラネタリギヤ4個）は、歯数が公表されていないため再構成したものです。ただし、単純な遊星歯車機構でちょうど4.0:1になるのは、リングギヤ = 3 × サンギヤ、かつプラネタリギヤ = サンギヤの場合だけです。チェーンのスプロケットの歯数を等しくすること（37歯、モデル化した値）が、1:1の条件です。
すべての歯車は、ピッチ点で歯が相手の歯溝に収まるよう位相を合わせてあり、画面上のすべての角度は駆動側の歯車に対する正確な歯数比で決まるため、噛み合いがずれることはありません。差動歯車と遊星歯車の組はそれぞれの組立条件を満たし、リングギヤとドライブピニオンの歯すじと法線ピッチは平均接触点で一致します。モデルのビルド時にこれらすべてを検査しています。
平歯車とはすば歯車の歯はインボリュート歯形で、かさ歯車の歯にはトレッドゴールドの背円錐近似を使っています。ハイポイドギヤの歯は、ハイポイドオフセットの位置に置いたまがりばかさ歯車の歯形であり、歯切り盤が創成するような共役歯面ではありません。ボールナット式（リサーキュレーティングボール）ステアリングギヤのウォームのリードとセクター半径は、モデル化したリンク機構と組み合わせて、公表されている総合ギヤ比を再現します。
精度の境界
運動学モデルであり、物理モデルではない：シャフトの回転数は拘束で決めており、歯の接触から生まれるものではありません。トルク、トラクション、タイヤ、コンプライアンス、バックラッシ、オイル、シンクロナイザーの動力学はありません。十字継手は折れ角がついても本来の速度変動なしに動き、左右の回転差の操作は出力の回転数を指定するもので、摩擦を指定するものではありません。
再構成したもの：サスペンション、ステアリング、フレームのハードポイント、ハウジングの鋳物、トランスファーケースのレイアウトとオフセット、ハイポイドオフセット、エンジンとトランスミッションの外形。5リンクのアクスルは剛体リンクの長さとわずかなブッシュのコンプライアンスから解いており、その残差を表示しています。ナックルは鉛直軸まわりに操舵します。
ベンチのルール：デフロックは4Lでのみ、リア、フロントの順に作動します。スタビライザーの切り離しは4Lでのみ可能で、接続されたスタビライザーはフロントの指令アーティキュレーションを制限します。これらは学習用のルールであり、運転操作の指示ではありません。また、メーカーのルールは年式とグレードによって異なります。
操作方法
3D表示を選択するとキー操作が使えます。Spaceで実行/一時停止し、Rでシャシーに戻り、1–6で視点を選び、矢印キーで回転し、+と−でズームし、Escでフォーカスを解除します。ドラッグで回転、右ドラッグまたはShift+ドラッグでパン、ピンチまたはCtrl/⌘+ホイールでズームします。
「ベンチの状態を書き出す」は、設定、回転数、閉合残差をJSONとして保存します。画像ボタンは3D表示をPNGとして保存します。
参照した一次資料
メーカー — 2023年型の車両諸元：ホイールベース、トレッド、タイヤ、トランスファーケースの4.0:1ローレンジ、アクスルとデフロック、ステアリングギヤ比、ブレーキ、ショックアブソーバー。
メーカー — 車種の走破性能の概要：トランスファーケース、選択式デフロック、電子制御式スタビライザー切り離し機構。
アクスルサプライヤー — リングギヤとピニオン：前後アクスルのギヤセット。
資料は2026年9月22日に確認しました。独立した教育用の展示であり、いかなる自動車メーカーやサプライヤーとも関係ありません。
