Ozubené koloProtože se větší kolo točí pomaleji, je jeho kroutící moment větší
Ozubené kolo jedisk, který má po obvodu tvarově definované ozubení, které zapadá do jiného ozubeného kola s odpovídajícím ozubením a přenáší takmechanickou energii mezihřídelemi nebo otočnými součástkami stroje. Takto zabírající kola nazýváme ozubeným soukolím. Ozubené kolo je základní konstrukční součástípřevodovek a dalšíchstrojů.
Ozubená kola jsoustrojní součásti, jimiž se převádítočivý pohyb a přenáší mechanická energie z jednohohřídele na druhý. Používají se především pro převody se stálým poměrem a s malou osovou vzdáleností hřídelů.
Vyrábějí se především z oceli, ale i z dalších materiálů. Pro lehké převody je možno ozubená kola vyrábět z plastů (např. hračky).
V roce 300 př. n. l. popisoval starověký řecký filozofAristoteles řešení bronzových nebo litinových ozubených kol k přenosu rotačního pohybu vMechanických problémech. Asi 150 př. n. l. řecký vynálezce Gutisibios rovnoměrně vložil kolíky na okraj kruhového stolu, aby je spojil s kolíkovým kolem a využil progravírování.[1] V této době byla vyrobenMechanismus z Antikythéry pro simulaci pohybu planet a využíval diferenciální převody (tj. nelineární přenos otáčení). V roce 100 př. n. l. alexandrijský vynálezce Herron vynalezl počítadlo kilometrů a použil v něm převody. V1. století našeho letopočtu byla převodovka použita také v mlýně na vodní kola od římského architekta Pidobise.[1]
Jednoduchý převod se skládá z dvojice kol, zpravidla z malého (pastorek) a velkého ozubeného kola. Dvě vzájemně zabírající kola se také nazývajíjednoduché soukolí.
Složený převod je převod, kdy je v záběru více dvojic ozubených kol. Je-li v záběru několik dvojic kol, nazýváme totosoukolím složeným. Hřídel uvnitř složeného převodu bez vnějšího výstupu se nazývápředloha.
Tyto požadavky mají vliv na volbu profilu boku zubu. Nejrozšířenějším profilem boku zubu je sevolventními boky zubů, v některých případech scykloidními boky zubů. Rozšířené je i použitíNovikových kruhových boků zubů.
Požadavku stálosti převodového poměru vyhovuje evolventa a cykloida, požadavku k vyloučení odchylky vypočítané vzdálenosti (teoretické) os, splňuje jenevolventa.Z hlediska mechanických ztrát při pohybu je výhodnějšícykloida.Výrobní nástroj pro evolventu je jednodušší, rozdíly účinnosti při použití evolventy a cykloidy nejsou velké a nedostatky evolventních boků zubů je možno kompenzovat korekcemi.
Kruhový oblouk (Wildhaber-Novikovovo ozubení)Jediný „Kruhový oblouk“ nesplňuje „Základní zákon ozubení“, ale i přesto se používá pro svůj příznivý stykový poměr.
geometrický tvar, jehož odvalováním vznikáprofil zubu. U evolventního ozubení má lichoběžníkovitý tvar.
Vzdálenost os:
délka přímé spojnice hřídelů dvou vzájemně zabírajících kol
Profil zubu:
tvoří boky a oblouk hlavové kružnice
Aktivní profil:
(pracovní délka profilu) je část obrysu boků zubů, která přichází do záběru
Zubová mezera:
prostor mezi dvěma protilehlými boky dvou sousedních zubů
Výška zubu:
skládá se výšky hlavy a výšky paty zubu, rozmezí mezi hlavou a patou zubu je tvořena roztečnou kružnicí
Tloušťka zubu a velikost mezery:
jsou definovány obloukem na roztečné kružnici
Rozteč:
je součet tloušťky zubu a velikosti mezery na roztečné kružnici
Modul:
poměr průměru roztečné kružnice (v mm) a počtu zubů; základní míra všech ozubení
Roztečná kružnice:
rozděluje zub a mezeru stejným dílem (u hřebene tato kružnice přechází v přímku), u běžného ozubení je totožná s kružnicí valivou, u korigovaného soukolí není totožná, její průměr se vypočítá jednoduše jakomodul *počet zubů
Hlavová kružnice:
kružnice opisována na hlavě zubů ( u vnějšího ozubení je vně, a u vnitřního ozubení je vevnitř)
Patní kružnice:
omezuje paty zubových mezer
Pól:
je bod ležící na spojnici středů kol, který dělí vzdálenost obou os v poměru převodového poměru
Dráha záběru:
je čára, po které se pohybuje dotykový bod zabírajících zubů, u evolventního ozubení je dráhou záběru přímka, která je tečnou k základní kružnici obou kol
Úhel záběru:
je úhel mezi normálou ke střednici a čárou záběru. Obvykle se používá úhel 20° (výjimečně 30° nebo 15°)
Hlavová vůle:
(radiální) je rozdíl mezi výškou hlavy a patou zubu (podle způsobu výroby)
Boční vůle:
je nejmenší vzdálenost nezabírajících boků zubů dvou kol v okamžiku záběru protilehlých boků a je měřena kolmo k bokům zubů (na druhé záběrové čáře)
Běžná geometrie (běžné ozubení) je ozubení, při němž libovolné ozubené kolo daného modulu může zabírat s jiným libovolným kolem stejného modulu při normální vzdálenosti os. Roztečné kružnice obou kol se dotýkají a zuby obou kol jsou na roztečných kružnicích stejně tlusté.
Korigovaná geometrie je změna tvaru ozubení, používaná např. k zesílení paty, zmenšení skluzu, k dosažení potřebné vzdálenosti os a dalších úprav. Korigované ozubené kolo může pracovat v záběru s korigovaným ozubeným kolem opačné korekce.
Na obrázku je zobrazen průběh přenosu síly přes boky zubů podle úhlu natočení.
Na animovaném obrázku je znázorněn příklad pro evolventní ozubení, kdy kolo na levé straně je hnací, kolo na pravé straně je hnané.Podle úhlu natočení se mění bod na boku ozubení, přes který se přenáší síla.Ačkoliv vzniká dojem, že dochází k pohybu (skluzu) přenášené síly, směr přenosu síly je stále po stejné přímce.
Čelní kola s přímými zuby jsou nejčastěji používaná ozubená kola. Přímé zuby jsou učeny pro rovnoběžné osy hřídelů. Profily zubů jsou odvozené od výše uvedeného, ale u skutečných kol je nutno provést prostorové úpravy (kola mají určitou šířku, místem dotyku ozubení není bod ale přímka).
Při konstrukci soukolí je požadován určitý převodový poměr i = n1/n2. Poměr je možno měnit pouze v celých číslech na straně ozubených kol (vždy celý počet zubů na obvodu kola) i = z2/z1.
Čelní kola s šikmými zuby mají tu výhodu, že mají plynulejší a delší záběr, tišší chod a menší mezní počet zubů. Nevýhodou je vznik axiální síly. Zuby tvoří šroubovici, která má u spoluzabírajících kol opačný smysl.
Čelní kola se šípovitými zuby mají stejnou výhodu jako kola s šikmými zuby, ale nevznikají zde axiální síly, neboť je eliminuje symetrická konstrukce sešikmení ozubení.
Čelní kola s šikmým Novikovým ozubením, tedy ozubení s kruhovými boky určené pro převody velkých výkonů, má velkou účinnost a mnoho dalších předností. Principiálně toto ozubení skruhovým profilem nevyhovuje základním požadavkům ozubení jakoevolventní nebocykloidní.
Pro konstrukci tohoto ozubení je možno použít jenšikmých zubů z hlediska geometrie přenosu záběru.
Čelní kola s vnitřním ozubením se konstruují jako věnec, na jehož vnitřní straně je ozubení, do kterého zapadá pastorek. Na rozdíl od jiných ozubení je směr otáčení obou ozubených kol shodný.
Kuželová kola s přímými zuby se používají pro různoběžné osy hřídelů se společným průnikem os. Ozubení se šikmými zuby je složitější než u čelních ozubení. Místoevolventního profilu zubu se používá ioktoidní, které se snáze vyrábí.
Kuželová kola se šikmými zuby mají příznivější provozní charakteristiky podobně jako u čelního ozubení a lépe se přizpůsobují deformacím hřídelů za provozu. Tento typ ozubení není příliš používán, pouze v případech, kdy jsou rozměry kol větší, než dovoluje geometrie strojů pro výrobu zakřiveného ozubení.
Kuželová kola se zakřivenými zuby se také nazývají sespirálními zuby a mají příznivější provozní charakteristiky podobně jako u čelního ozubení a lépe se přizpůsobují deformacím hřídelů za provozu. Provedení ozubení kola se člení následovně:
kruhově spirální (Gleason), provedení jako obloukové ozubení nebo hypoidní ozubení
paloidní (Klingelnberg)
eloidní/epicykloidní (Öerlikon)
Kuželové kolo se zakřivenými zuby
Kuželové kolo se spirálními zuby
Kuželové kolo se zuby evolventními a palloidními
Kuželové kolo s kruhovými obloukovými zuby
Kuželové kolo systému Gleason
Kuželové kolo systému Gleason
Kuželové kolo systému Gleason, hypoidní ozubení
Kuželové kolo s paloidním ozubením systému Klingelnberg
Kuželové kolo s eloidním ozubením systému Öerlikon
Šroubové soukolí je ozubené soukolí pro mimoběžné osy hřídelů, protože při otáčení vzniká posun, tj. šroubový pohyb. Takovéto soukolí je možno vytvořit pouze, jsou-li kola částmi rotačních hyperboloidů. Pokud v přenosu kroutícího momentu nastává situace, kdy je jedno kolo střídavě hnací i hnané, volí se úhel vyklopení pro obě kola stejný (β1 = β2 = 45°) nebo alespoň velmi blízký 45°.
Přiblížení: šroub může při otáčení přenášet na matici posun, obráceně matice při posunu a při nevhodném úhlu nemůže vyvodit otáčivý pohyb šroubu, neboť dojde k samosevření převodu.'
Šneková soukolí jsou určena pro převody mezi mimoběžnými hřídeli s úhlem 90°. Umožňují dosáhnout velkých převodových poměrů. Nevýhodou je nižší účinnost oproti čelním nebo kuželovým soukolím. Šneková soukolí se člení na dvě skupiny:
s válcovým šnekem a válcovým kolem (používá se hlavně v jemné mechanice)
s válcovým šnekem a globoidním kolem
s globoidním šnekem i kolem (dokáží přenést až trojnásobný výkon než předchozí)
Modul je poměr průměru roztečné kružnice a počtu zubů. Je to základní katalogový údaj u ozubených kol. Modulem se určuje „hrubost“ (nebo „jemnost“) ozubení, a tedy hlavně velikost ozubeného kola.
Ozubená kola v určitém převodu musí mít stejný modul
Modul se vybírá podle výkonu, který musí dané kolo přenášet. Protože modul určuje velikost nástroje na výrobu ozubení, jsou velikosti modulu stanoveny normou.
Větší modul je pro větší výkon
Menší modul pro menší velikost (a zčásti i větší přesnost)
Modulm se vypočítá:
kde:
p je zubová rozteč – obvodová vzdálenost dvou sousedních zubů (jejich os) na roztečné kružnici
Da je průměr hlavové kružnice
D je průměr roztečné kružnice
z je počet zubů
Každý zub má dvě části:
Hlava – velikost hlavy je rovná modulu
Pata – také rovná modulu plus pracovní vůle
Hlavová vůle může být od 10 % do 50 %, ale nejčastěji 25 % modulu.
Boční vůle (vůle v zubech) se volí větší u větších otáček, snižuje však přesnost u změny směru otáčení („mrtvý chod“, převod chvíli nereaguje).
V roce 2013 byl mechanismus ozubeného soukolí objeven u nymf drobného druhu hmyzuIssus coleoptratus zvaného svítilka nebo křísa a sice v kloubech jejích nohou.[3][4]
Planetové soukolí s 6 evolventními zuby v záběruKola s 2 × 1 evolventním zubem v záběru. Mimochodem, evolventa je podmnožinoucykloid.
Nejnižší počet evolventních zubů 2 byl dosažen použitím dvou kol o jednom zoubku, navzájem otočených o 180°. Nejnižší dosažený počet zubů u planetového soukolí je 6. Autorem obou je Jan Kokeš.
