WALCOWE KOŁA ZĘBATE - WIADOMOŚCI PODSTAWOWE

1. Koło zębate - część mechanizmu lub maszyny służąca do przenoszenia ruchu obrotowego lub posuwowego bez poślizgu za pomocą zębów rozmieszczonych na obwodach dwóch kół lub koła i listwy zębatej (zębatki).

Podstawowe wielkości koła zębatego	Części składowe walcowego koła zębatego
	wieniec zęby część łącząca wieniec z wałem lub piastą

1. Rodzaje uzębienia koła walcowego:

• zewnętrzne - gdy zęby wystają na zewnątrz [Rys. 1 - 3]

• wewnętrzne - gdy zęby są zwrócone wierzchołkami ku środkowi koła [Rys. 4]

1. Rodzaje zębów ze względu na tzw. linię zęba (tj. linię przecięcia walca z bokiem zęba, powierzchnią roboczą zęba):

• proste - linia przebiega wzdłuż tworzących walca, uzębienie nacięte równolegle do osi koła[Rys. 1]

• śrubowe - linia przebiega wzdłuż linii śrubowej, uzębienie nacięte pod kątem do osi koła[Rys. 2]

• daszkowe (strzałkowe) - linia jest linią dwuśrubową o przeciwnych kierunkach, na szerokości koła uzębienie składa się z odcinków z zębami śrubowymi lewymi i prawymi [Rys. 3]

1. Przekładnia zębata - para lub większa liczba zazębiających się i współpracujących ze sobą kół zębatych.

• Współpraca następuje przez zazębienie się kół:

• czołowe - gdy osie kół są równoległe, zazębienie odbywa się na powierzchni czołowej i prostopadłej do osi obrotu koła [Rys. 1 - 4]

• śrubowe - gdy osie kół są wzajemnie wichrowate, nie przecinają się i nie leżą w jednej płaszczyźnie. Zęby koła napędzającego wśrubowując się między zęby koła napędzanego powodując jego obrót. [Rys. 5]

• Zazębienie może być:

• zewnętrzne - gdy oba koła przekładni mają uzębienie zewnętrzne [Rys. 1 - 3]

• wewnętrzne - gdy jedno z kół ma uzębienie wewnętrzne [Rys. 4]

• zazębienie koła zębatego z zębatką [Rys. 6 - 7]

1	2	3	4	5	6	7

1. Zastosowanie przekładni zębatych:

• znajdują szerokie zastosowanie we wszystkich dziedzinach techniki i stanowią obecnie najliczniejszą i najbardziej rozpowszechnioną grupę przekładni mechanicznych

• mogą być stosowane o do przenoszenia wielkich mocy, jaki i do przekazywania ruchu obrotowego w mechanizmach precyzyjnych, gdzie wartość przenoszonego momentu obrotowego jest często znikoma

1. Zalety przekładni zębatych (w stosunku do innych przekładni mechanicznych):

• stałość przełożenia

• wysoka sprawność (98% dla przekładni pojedynczych)

• zwartość konstrukcji

• mniejsze naciski na wały i łożyska

• niezawodność działania

• mogą być stosowane o do przenoszenia wielkich mocy, jaki i do przekazywania ruchu obrotowego w mechanizmach precyzyjnych, gdzie wartość przenoszonego momentu obrotowego jest często znikoma

1. Wady przekładni zębatych (w stosunku do innych przekładni mechanicznych):

• wyższy koszt wykonania (konieczność dużej dokładności wykonania)

• mniejsza odporność na przeciążenia

• hałaśliwość

• konieczność obfitego smarowania

1. Zazębienie - współpracują tak ze sobą koła zębate, tj. wchodzenie zębów jednego koła we wręby (luki międzyzębne) koła współpracującego.

2. Ząb koła dzieli się na: [Pkt. 1]

• głowę - wystającą ponad wyobrażalne koło podziałowe

• stopę - znajdującą się poniżej koła podziałowego

• głowa zęba jednego koła wchodzi w tę część wrębu koła współpracującego która znajduje się w obrębie jego stopy

• w kole walcowym o zębach prostych uzębienie jest zawarte między okręgiem podstaw i okręgiem wierzchołków

• uzębienie może być wykonane bezpośrednio w korpusie koła lub na osobnym elemencie nasadzonym na korpus

1. Podstawowe wymiary koła zębatego:

• czoło uzębienia - powierzchnia ograniczająca szerokość (b) uzębienia

• okrąg podziałowy, wierzchołkowy, podstaw - wyobrażalny okrąg, podstawa do określenia elementów zęba i ich wymiarów

• powierzchnia podziałowa

• średnica podziałowa (d), wierzchołkowa (d_a), podstaw (dna wrębów) (d_f)

1. Elementy zęba: [Rys w pkt. 1]

• głowa wysokości (h_a) - część zęba zawarta między powierzchnią podziałową i powierzchnią wierzchołków koła zębatego, wystaje ponad wyobrażalne koło podziałowe

• stopa wysokości (h_f) - część zęba zawarta między powierzchnią podziałową i powierzchnią podstaw koła zębatego, znajduje się poniżej koła podziałowego

• wierzchołek zęba - część powierzchni wierzchołków koła zębatego przynależna do zęba

• podstawa zęba - część powierzchni podstaw przynależna do zęba

• powierzchnia boczną zęba - ogranicza ząb od strony wrębu

• wrąb - przestrzeń między dwoma sąsiednimi zębami

• dno wrębu - część powierzchni podstaw koła zębatego zawartą pomiędzy podstawami sąsiednich zębów

• linia zęba - linia przecięcia powierzchni bocznej zęba z powierzchnią podziałową

• zarys normalny zęba - linia przecięcia powierzchni bocznej zęba płaszczyzną normalną (prostopadłą) do linii zęba

1. Wymiary kół walcowych o zębach prostych:

• podstawowe wymiary określa się w przekroju czołowym (płaszczyzna prostopadła do osi koła zębatego)

• okrąg podziałowy - dzieli się na tyle odcinków ile zębów (z) jest w danym kole

• podziałka (p) - długość każdego odcinka, mierzona po łuku okręgu podziałowego, zawiera szerokość (grubość) zęba (s) i szerokość wrębu (e) teoretycznie równe

• luz międzyzębny (j) - występuje w praktyce pomiędzy zębami, konieczny dla prawidłowej współpracy uzębień

• moduł (m) - iloraz podziałki (p) i liczby π

1. Wymiary kół walcowych o zębach śrubowych (skośnych):

• można je sobie wyobrazić jako koła złożone z cienkich blaszek uzębionych, o zębach prostych, przestawionych względem siebie

• do obróbki stosuje się te same narzędzia co do walcowych kół zębatych o zębach prostych

• za podstawę wykonania uzębień kół śrubowych przyjmuje się przekrój zęba w płaszczyźnie normalnej (prostopadłej do linii zęba)

• średnice kół śrubowych mierzymy w płaszczyźnie czołowej walca na którym nacinamy zęby

1. Współpraca uzębień:

• Podczas pracy zęby koła czynnego naciskają na zęby koła biernego, powodując jego ruch obrotowy. Stopa zęba koła czynnego styka się początkowo z wierzchołkiem zęba koła biernego, następnie punkt styku przemieszcza się wzdłuż zarysu zęba, gdy wierzchołek zęba koła czynnego przestaje stykać się z zębem koła biernego następuje koniec współpracy pary zębów.

• Punkt przyporu - miejsce chwilowego styku zębów (przyporu)

• Linia przyporu - tworzą ją kolejne punkty przyporu

• Czynna linia przyporu - określony odcinek linii na którym odbywa się współpraca pary zębów

• Prawidłowa współpraca uzębień kół jest zapewniona, gdy:

• ruch z koła czynnego na bierne jest przenoszony równomiernie przez cały czas trwania cyklu współpracy pary zębów występuje nieprzerwany styk zębów (przypór)

• przed wyzębieniem się jednej pary zębów następna para jest w przyporze

• przełożenie jest niezmienne w czasie współpracy każdej pary zębów stosunek prędkości kątowych jest stały

1. Zarys boków zęba:

• by koła zębate pracowały prawidłowo zarysy zębów muszą spełniać w/w warunki

• zarysy w zasadzie mogą być dowolne pod warunkiem odpowiedniego sprzężenia krzywizn zarysów boków zębów kół współpracujących

• w praktyce przyjęto zarysy zębów oparte na: ewolwencie (przekładnie stosowane w budowie maszyn) i cykloidzie

1. Metody obróbki kształtującej walcowych kół zębatych:

• odlewanie

• spiekanie z proszków

• odlewanie pod ciśnieniem z termoplastycznych tworzyw sztucznych

• wykrawane z blachy

• obróbka skrawaniem

1. Metody nacinania zębów poprzez obróbkę skrawaniem:

• kształtowa - polega na nacinaniu zębów narzędziem kształtowym (najczęściej frezem kształtowym modułowym) którego zarys odpowiada zarysowi wrębu

• wady: rzadko stosowana, wymaga zastosowania osobnego narzędzia dla każdego modułu i każdej liczby zębów w celu uzyskania właściwego zarysu zębów (kształt i dokładność), trudności wykonania uzębień przy małej liczbie zębów w kole nacinanym

• obwiedniowa - polega na nacinaniu zębów narzędziem w kształcie zębatki, koła zębatego lub frezu ślimakowego, kształt zęba powstaje jako obwiednia kolejnych położeń krawędzi tnącej narzędzia skrawającego

• narzędzie wykonuje ruchy robocze skrawające, a jednocześnie zespół (narzędzie i przedmiot obrabiany) wykonuje ruchy odpowiadające współpracy dwóch kół zębatych uzyskanie właściwego kształtu zębów R

• zalety: umożliwia wykonanie kół zębatych o różnej liczbie zębów jednym narzędziem (dla danego modułu), zapewnia dużą dokładność kształtu oraz dość dobrą gładkość powierzchni