Stronę tą wyświetlono już: 227555 razy

Konstrukcja koła zębatego

Koła zębate są jednymi z częściej wykorzystywanych elementów maszyn i urządzeń, które stosuje się do zmiany momentu obrotowego, prędkości kątowej a także i kierunku oraz (w przypadku kół zębatych o zarysie stożkowym) przeniesienia momentu obrotowego na oś obrotu wału umieszczonego pod kątem 90° względem osi obrotu wału napędowego. Istnieją dwa typy konstrukcji zarysu zęba: epicykloidalny i ewolwentowy, pierwszy z nich stosowany jest jedynie w małych kołach zębatych mechanizmów precyzyjnych takich jak np. zegarek. Koła zębate o zarysie ewolwentowym stosuje się dla mechanizmów przekładni zębatych stosowanych chociażby w samochodach wszelkiej maści oraz obrabiarkach. Zarys tego typu umożliwia płynne zazębiania się kół zębatych, co pokazuje animacja z poniższego rysunku.

Uwaga! Powyższa animacja zawiera pewien błąd, ponieważ pomiędzy zębami kół zębatych występuje zawsze luz międzyzębny, pomimo to sama animacja poprawnie pokazuje sposób zazębiania się płaszczyzn bocznych ewolwentowych kół zębatych.

W kołach zębatych wyróżnia się średnicę podziałową, która na rysunku 2 została oznaczona jako d₁ i d₂. Średnice te są średnicami takich kół, które obracając się bez poślizgu uzyskiwałyby takie samo przełożenie co koła zębate przekładni. Z powyższego wynika, że przełożenie i przekładni zębatej jest równe:

[1]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

i=\frac{d_1}{d_2}=\frac{z_1}{z_2}

W powyższej zależności zapisałem również, że przełożenie i można zapisać jako stosunek liczby zębów kół zębatych z₁ i z₂. W konstrukcji koła wyróżnia się również średnicę głów d_g1, d_g2 oraz średnicę stóp d_s1 i d_s2. Stopą zęba nazywa się część zęba, która znajduje się poniżej linii podziałowej zęba, natomiast część wystająca powyżej tejże linii nazywana jest głową zęba. Istotnym elementem konstrukcji zęba jest kąt przyporu α, który powinien być równy około 20°.

Istotnym parametrem koła zębatego jest jego podziałka p_t, którą można obliczyć z następującego wzoru:

[2]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

p_t=\frac{\pi\cdot d_1}{z_1}

Z kolei podziałka zęba p_t jest ściśle powiązana z modułem zazębienia m, który można obliczyć z wzoru:

[3]

Zapis wyrażenia w formacie TeX-a:

m=\frac{p_t}{\pi}

Moduł m jest wielkością znormalizowaną i według polskich norm może przyjmować następujące wartości: 1; 1,125; 1,25; 1,14; 1,5; 1,75; 2; 2,25; 2,5; 2.75; 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6; 7; 8; 9; 10; 11; 12; 14. Zaleca się stosowanie modułów wyróżnionych pogrubieniem. Możliwe jest oczywiście stosowanie innych wartości modułów, aczkolwiek wiąże się to z koniecznością wytwarzania niestandardowych narzędzi zdatnych do wykonywania kół zębatych o takim module.

Rysunki kół zębatych

W rysunku technicznym stosuje się pewne uproszczenie rysunkowe, ponieważ rysowanie zarysów wszystkich zębów mija się z celem a nawet często nie warto rysować zarysu pojedynczego zęba koła zębatego gdy w grę wchodzi rysunek złożeniowy jakiejś przekładni zębatej. Na poniższym rysunku pokazany został przykład najbardziej szczegółowego opisu technicznego koła zębatego. Zarys krzywoliniowy zęba rysuje się "na oko" za pomocą cyrkla lub krzywików. Podstawowe wymiary dotyczące koła zębatego zostały zebrane w tabelce.

Poniżej z kolei bardziej uproszczona wersja rysunku koła zębatego, na którym nie rysuje się cech charakterystycznych koła ani zarysu pojedynczego zęba. Takie uproszczenie stosuje się w rysunkach złożeniowych, gdzie szczegóły wydrążeń, podtoczeń, zarysu pojedynczego zęba są nieistotne i mogłyby sprawić, że rysunek stałby się nieczytelny.

W rysunkach schematycznych stosuje się najbardziej uproszczoną wersję rysunku koła zębatego pokazaną poniżej.

Istnieją również koła walcowe, których linie zębów wykonane są pod pewnym kątem względem osi obrotu koła zębatego, w takim przypadku na rzucie z boku rysuje się dodatkowo trzy cienkie linie biegnące pod takim właśnie kątem.

Istnieją też koła zębate walcowe daszkowe. Przykład rysunku takiego koła zębatego pokazany został poniżej.

Istnieją również zębatki, które współpracują z kołami zębatymi umożliwiając zamianę ruchu obrotowego na prostoliniowy i na odwrót. Przykład takiego mechanizmu pokazany został na poniższej ilustracji w wersji odpowiadającej rzeczywistemu wyglądowi zazębienia i w wersji uproszczonej.

Koła stożkowe umożliwiające zmianę kierunku przenoszonego momentu obrotowego o 90° pozwalają na równoczesną zmianę momentu obrotowego, aczkolwiek poniżej pokazany został rysunek koła stożkowego zębatego, które umożliwia jedynie zmianę kierunku a więc przełożenie jakie za pomocą dwóch takich kół zębatych można uzyskać jest równe 1:1.

W rysunkach złożeniowych należy wykorzystywać wersję uproszczoną rysunku koła zębatego stożkowego pokazanego poniżej.

W schematach koła zębate stożkowe przedstawia się w postaci pokazanej na rysunku 11.