Koło zębate

Koło zębate na początku było wykonywane z drewna oraz kamienia. Wraz z biegiem lat nastąpił rozwój technologii w skutek, czego wykonywano je z metali.  Jak wiemy koło znane jest światu od setek lat. Już w średniowieczu stosowano je do prostych przekładni  np. w młynach. Znane nam też są zaawansowane mechanizmy takie jak artefakt wyłowiony w pobliżu wyspy Antykithira na Morzu Egejskim. Składał się on z około 31 kół zębatych wykonanych z brązu. Całość była zamknięta w drewnianym pudełku/ skrzyni. Mechanizm ten miał służyć do ustalenia położenia Słońca oraz Księżyca względem Ziemi. Późniejsze badania dowiodły, że również wskazuje on położenie planet oraz gwiazd, które na tamten czas były znane. Jest to ogromne znalezisko reprezentujące wielką precyzje wykonania mechanizmu przez greckich mistrzów.  

Mechanizm z Antykithira

Przechodząc z czasów odległych do dziś bardzo mocno rozwinęła się technologia wykonywania kół zębatych. Duża dokładność wymiarowa, mała chropowatość oraz perfekcyjne zazębianie można uzyskać dzięki dokładnym obrabiarkom,  o których roli w produkcji kół napisze osobny post. 


Jakie mamy teraz koła?
Może zacznijmy od ich kształtu geometrycznego. Rozróżniamy koła walcowe i stożkowe oraz szereg ich odpowiednich odmian.

Ze względu na rodzaj uzębienia koła zębate dzielimy na:

Koła walcowe:

·         O zębach prostych

·         O zębach skośnych

·         O zębach daszkowych

·         O uzębieniu wewnętrznym

Koła stożkowe:

·         O zębach prostych

·         O zębach skośnych

·         O zębach krzywoliniowych

Dzięki takiej gamie różnorodnych kształtów kół zębatych możemy tworzyć dowolnej kombinacji przekładnie. Jednakże musimy wiedzieć, że elementy te należą do grupy części maszyn, które są szeroko objęte normami. Aby dobrać odpowiednie koła do przekładni,  jesteśmy zmuszeni znać ich podstawowe parametry.

 I tak dla kół walcowych o zębach prostych, które stanowią bardzo duży procent w przemyśle rozróżniamy parametry z oznaczeniami:

W danym kole zębatym mamy do czynienia z trzema średnicami:

·         Średnica wierzchołkowa da – stanowi ona największą średnice koła. Mierzona jest ona od wierzchołka zęba

·         Średnica podziałowa d- na rysunku technicznym jest zaznaczana cienką linią i kropką.

·         Średnica podstawy df – mierzona jest ona od podstawy zęba

Każdy ząb posiada:

·         Głowę o wysokości ha  - zawarta jest ona miedzy powierzchnią wierzchołka zęba a średnicą podziałową koła

·         Stopę o wysokości hf – zawarta jest ona miedzy średnicą podziałową a powierzchnią podstawy zęba

·         Wierzchołek

·         Podstawę

·         Powierzchnię boczną

·         Wrąb

·         Dno wrębu

·         Linię zęba

Szczegółowe dane zawierają normy takie jak PN-ISO 1122-1:2004, PN-ISO 1340:1996 oraz PN-ISO 1341:1996. Mam nadzieję że nie uległy one drastycznym zmianą od kiedy je ostatni raz widziałem. J

Jak spojrzymy na koło zębate od boku możemy policzyć ile posiada ono zębów z. Liczba odcinków na które możemy podzielić nasz  okręg odpowiada liczbie zębów na kole. Odcinki te stanowią Podziałkę p  o długość, na którą składają się odpowiednio: szerokość zęba s oraz szerokość wrębu e.

Średnica koła podziałowego ma postać  [wszystkie wymiary obliczane oraz dobierane z tabel są podawane w mm]

\[d=\frac{z\cdot p}{\pi }\]  \[m=\frac{p}{\pi }\]

m jest modułem koła zębatego, który jest elementem znormalizowanym. Dobieramy go z tabel na podstawie obliczonego ilorazu podziałki i liczby (pi). Znając  wartość modułu m może kontynuować nasze obliczenia:

• Wysokość głowy zęba ha=m

• Wysokość stopy zęba hf=1,25m

• Wysokość zęba h=hf+ha

• Luz wierzchołkowy c=hf-ha

• Średnica wierzchołkowa da=d+2ha

• Średnica postaw df=d-2hf

Jest to post dosyć techniczny, ale wydaje mi się, że może być pomocny dla wielu uczniów i studentów. Bardzo przyjemnie się go pisało, ponieważ osobiście robiłem projekt przekładni dwu stopniowej właśnie z takimi kołami.

W dobie komputerów i wielu programów takich jak AutoCad, Inventor, które dokonują automatycznych przeliczeń wartości, jakich podałem wyżej wydaje się, że wiedza o nich jest niepotrzebna. Powiedzmy sobie wprost, nie zawsze mamy dostęp do komputera i elementarna wiedza na takie tematy zwłaszcza dla osób obrabiających czy projektujących takie części jak koła zębate jest niezbędna.

Bardzo dziękuję za poświęcony czas i zapraszam do następnych postów ;)

Literatura:

·         Zdjęcia – „Części Maszyn”- Andrzej Rutkowski , wydawnictwo WSIP