Co je to ozubené kolo?
Ozubené kolo je mechanická součástka. Skládá se z ozubených kol, která mají zuby. Slouží k přenosu otáčení a točivého momentu z jednoho hřídele na druhý. Tímto přesným záběrem se předchází kompromisům. Mohou způsobit nestejné otáčky a výkon. Ozubená kola jsou důležitými součástmi v mnoha odvětvích. Jedná se o automobilový průmysl, strojírenství, letecký průmysl a robotiku. Ozubená kola se používají k řízení rychlosti a přenosu výkonu.
Pro odvětví převodovek neexistuje žádný standard. Přesto se ozubená kola klasifikují na základě počtu zubů a směru otáčení. To ilustruje, jak jsou diskutovány různé typy ozubených kol a jejich speciální použití. Uplatňuje se v mnoha různých mechanických systémech. To slouží k ilustraci toho, jak jsou ozubená kola navržena pro složité konfigurace.
Důležitá terminologie týkající se převodovek
Základní parametry ozubených kol
Ozubená kola mají parametry. Jsou to technické vlastnosti ozubených kol. Tyto parametry jsou vyžadovány průmyslovými inženýry. Všechny tyto parametry se vztahují na různé části ozubeného kola. Určují, jak bude převodovka fungovat a jaký bude mít výkon.
Počet zubů: Zuby mají ostré hrany a zcela obklopují ozubené kolo. Počet zubů by měl být celé číslo, což může ovlivnit převodový poměr, který je důležitým aspektem výkonu převodovky. Více zubů umožňuje plynulejší pohyb, ale vyžaduje přesnou výrobu.
Celá hloubka: Celá hloubka se měří od vrcholu zubu po jeho nejnižší bod. Tím je zajištěno, že dané ozubené kolo unese zamýšlené zatížení. Umožňuje také správnou funkci ozubeného kola v mechanickém systému.
Kritické kružnice a průměry
Kruh rozteče: Kružnice rozteče je pomyslný kruh, který znázorňuje velikost ozubeného kola. Má zásadní význam pro ozubená kola. Jejich roztečné kružnice se musí při provozu dobře shodovat s.. Roztečná kružnice rozděluje zub na adendum a dedendum.
Kořenový kruh:Kořenový kruh se někdy nazývá vnitřní průměr. Označuje spodní část zubu, přesněji jeho výšku. Tato výška se používá při výpočtech hloubky a pevnosti zubu.
Vnější kruh: Vnější kružnice udává průměr, na kterém začíná značení a kde začínají konce zubů shora dolů. Závisí na něm celková velikost a vzájemná zaměnitelnost ozubených kol v systému.
Průměr rozteče: Průměr rozteče je definován jako průměr roztečné kružnice. Odhad vzdálenosti mezi dvěma ozubenými koly v záběru je tedy klíčový. Zabraňuje přerušení, ke kterému dochází při špatném zvládnutí tohoto procesu, a..
Rozteč a modul
B Měří vzdálenost mezi dvěma sousedními zuby na roztečné kružnici. Je zásadní pro pochopení polohování a interakce.
Modul: Jedná se o poměr získaný vydělením průměru roztečných kružnic číslem π (pí). V analýze ozubených kol se často používá ke zjednodušení výpočtů velikosti a rozteče ozubených kol.
Diametrální rozteč: Počet zubů na ozubeném kole dělený průměrem roztečné kružnice. Ozubená kola se stejnou průměrnou roztečí budou dobře zapadat. Proto je to důležitý parametr pro kompatibilitu ozubených kol.
Tloušťka kruhu: Měřítko, které určuje, jak silný je zub při pohledu z jeho obvodu. Tyto rozměry zajišťují, že ozubená kola zvládnou síly působící při jejich provozu.
Úhly a body
Tlakový úhel: Úhel mezi společnou normálou v místě dotyku zubu a společnou tečnou v roztečné kružnici. Ovlivňuje přenos síly i plynulost chodu ozubeného kola.
Pitch Point: Bod, ve kterém se nacházejí styčné body dvou ozubených kol na jejich roztečných kružnicích. Na tomto bodě závisí přesné seřízení ozubených kol; proto je hladký.
Povrch hřiště: Známé je, že ozubené kolo nahrazuje pomyslný povrch válce. To nám pomáhá pochopit pohyb ozubených kol při jejich vzájemném působení.
Addendum, Dedendum a Depths.
Dodatek & amp; Dedendum: Radiální vzdálenost vede od adendum k základně zubu. Zajišťuje správný kontakt ozubeného kola při zatížení.
Kruh dodatků &; Dedendum Circle:
Základní kružnice: Od ní jsou odvozeny involutní profily zubů. Ten určuje tvar a pevnost struktury 13 zubů.
Celková hloubka & Pracovní hloubka: Radiální rozdíl je mezi kruhy addendum a dedendum. Pracovní hloubka zajišťuje uložení ozubených kol od adendální kružnice k volné.
Tloušťka zubu a prostor mezi zuby: Jedná se o šířku zubu na roztečné kružnici. Tyto údaje pomáhají určit vzdálenosti zubů a jejich interakci s převodovým systémem.
Klasifikace ozubených kol
Typy ozubených kol podle tvaru zubů
Podle tvaru zubů se rozlišují tři hlavní typy ozubených kol: evolventní, cykloidní a trochoidní. Známá jsou evolventní ozubená kola se zakřivenými profily, které zajišťují plynulý přenos. Cykloidní ozubená kola mají zakřivený tvar. Díky tomuto tvaru jsou v některých případech účinnější než v jiných. Trochoidní ozubená kola mají jedinečné zuby. Umožňují, aby ozubená kola dobře fungovala za určitých podmínek.
Typy ozubených kol podle konfigurace os
Ozubená kola lze také klasifikovat na základě konfigurace jejich os. Ozubená kola s rovnoběžnými osami jsou umístěna v rovnoběžných hřídelích, které mají stejnou rovinu. Mají vysokou účinnost při přenosu pohybu, stejně jako šikmá ozubená kola a ozubené hřebeny. Osová ozubená kola se setkávají v jednom bodě. Příkladem je kuželové ozubené kolo. Tento typ se setkává v rovině. Zachovává si vysokou účinnost. Naproti tomu hřídele šnekového převodu se nestýkají nebo probíhají rovnoběžně. To způsobuje nízkou účinnost.
Různé druhy převodů
Převody jsou u každého stroje klíčové. Přenáší otáčky a sílu mezi součástmi. Existují v mnoha podobách. Splňují mnoho mechanických potřeb v různých průmyslových odvětvích. Inženýři musí znát vlastnosti a konstrukci jednotlivých typů ozubených kol. Na základě těchto znalostí vybírají ty nejlepší pro své potřeby.
Čelní ozubené kolo: Čelní ozubená kola jsou jednoduchá. Jejich zuby jsou rovnoběžné s osou otáčení. To znamená, že mohou zapadat pouze do soukolí jiných čelních ozubených kol, která mají rovnoběžné osy. Tento druh ozubení je široce používán, protože je jednoduchý, levný a snadno se udržuje. Ve slévárenské praxi se tedy musí používat v aplikacích se středními otáčkami, jako jsou pohony mlýnů a zdvihací zařízení.
Šroubový převod: Šikmá ozubená kola mají zuby seříznuté pod úhlem k ose. Jsou tišší a méně vibrují než čelní ozubená kola. Pro tyto převody jsou nejvhodnější vysokorychlostní aplikace. Mohou také nést větší zatížení, takže jsou vhodné pro převodovky automobilů a těžkých strojů.
Dvojité šroubové ozubení: Dvojité šikmé ozubené kolo se skládá ze dvou rovnoběžných šikmých ploch, mezi nimiž je mezera; nedochází tedy k axiálnímu tahu a provoz je plynulejší. Doporučuje se pro vysokorychlostní aplikace s velkým převodovým poměrem. Tento typ se také používá k tlumení rázů a vibrací.
Zařízení ve tvaru rybí kosti: Herringbone ozubená kola jsou jako dvojitá šikmá kola. Nemají však žádnou mezeru mezi oběma stranami. Díky tomu jsou ideální pro vysoké rázy a vibrace. Jejich složitý výrobní proces a finanční náročnost však brání jejich širokému uplatnění.
Šnekový převod: Šnekový převod má šnek a šnekové kolo. Jsou určeny pro hřídele, které se nekříží v pravém úhlu. Má vysoké redukční poměry. Tento druh soukolí je známý tichým provozem. Je tedy nejvhodnější pro případy pomalých a středních otáček s rázovým zatížením.
Kuželový převod: Kuželové převody přenášejí výkon mezi hřídeli, které se protínají pod určitým úhlem, například 90 stupňů. Běžně se používají v diferenciálech automobilů, elektrickém nářadí a systémech řízení. Je to proto, že dokáží účinně zpracovávat vysoký točivý moment.
Závěs a pastorek: Tento typ převodovky převádí otáčení na lineární pohyb nebo naopak. Je klíčový v systémech řízení, CNC strojích a lineárních pohonech. Ozubená kola s hřebenem a pastorkem zajišťují přesné řízení pohybu. Proto mnoho použití vyžaduje účinnost těchto typů výrobků.
Planetární převodovka: Planetární převodovky mají centrální sluneční ozubené kolo, mnoho planetových ozubených kol a vnější kroužkové ozubené kolo. Poskytují velmi vysoké redukční poměry. Jsou také dostatečně kompaktní, aby unesly velké zatížení. Díky tomu jsou oblíbené v automobilech, robotech a strojích, které tuto kombinaci potřebují.
Vnitřní výbava: Vnitřní převody se používají především v planetových převodovkách a hřídelových spojkách. Taková ozubená kola mají zuby uvnitř kužele nebo válce, což jim umožňuje otáčet se stejným směrem. Potřebujeme specifické požadavky na vyrovnání ozubených kol a řízení otáčení.
Principy fungování mechanických převodů
Ozubené soukolí a přenos pohybu
Ozubená kola fungují tak, že se jejich ozubená kola proplétají a mění rychlost a pohyb. Zuby ozubeného kola se prolínají se zuby jiného kola. To jim umožňuje přenášet otáčky. Přitom se vytváří mechanická výhoda, protože se mění točivý moment, rychlost a směr otáčení. Tímto způsobem dochází k efektivnímu přenosu pohybu ozubených kol, a to především díky vzájemnému záběru.
Spojení mezi ozubeným kolem a hřídelí
Ozubená kola se proto otáčejí podél hřídelí, na kterých jsou namontována. To znamená, že pohyby mohou být přenášeny z jednoho ozubeného kola na druhé prostřednictvím ozubení podél hřídele. Ozubená kola jsou správně umístěna pomocí hřídele. Hřídel udržuje ozubená kola stabilní a vyrovnaná, aby správně fungovala. Pokud by na místě nebyly hřídele, existovala by pravděpodobnost, že ozubená kola neudrží svou konfiguraci pro efektivní pohyb.
Hnací a hnaný převod
V každé sadě ozubených kol existují dva hlavní typy: hnací a hnané kolo. Hnací ozubené kolo způsobuje pohyb hnaného ozubeného kola tím, že se samo otáčí. K pohybu tedy dochází v důsledku interakce s ostatními částmi mechanismu. Je to proto, že když se hnací ozubené kolo začne pohybovat, jeho otáčení přímo ovlivňuje, jak rychle nebo pomalu pracuje hnané ozubené kolo. Tím je zajištěn plynulý chod.
Materiály běžně používané při výrobě ozubených kol.
Kovy a slitiny
S45C
Ocel S45C patří do standardu JISG4051-79 (94), který je v Číně známý jako ocel 45 a má podobné označení v Japonsku (S45C) a na Tchaj-wanu (S45C). Jedná se o vysoce kvalitní uhlík bez strukturálních vad. Její mikrostruktura je rovnoměrná v celém hmotnostním rozsahu. Její odolnost proti opotřebení se zvyšuje s rostoucím množstvím více než 0,4 % uhlíku, který se v ní nachází. Ten však vyžaduje správné tepelné zpracování při kalení, aby nedošlo k jeho deformaci nebo praskání.
SUS304
Označuje se také jako 06Cr19Ni10 nebo jen 304 a je příkladem nerezové oceli. Má vynikající odolnost proti korozi a mechanické vlastnosti. Je však možné ji tvářet za tepla. Postupy, jako je ohýbání a lisování, lze provádět bez kalení. Tato ocel zůstává stejná při teplotách od -196 °C do 800 °C. Potravinářská ocel 304 má více pravidel pro chrom, nikl a těžké kovy.
40Cr
Čínský ekvivalent SCr440 (Japonsko), 5140 (USA) a ISO 41Cr4. Používá se ve strojírenství. Je to dáno jejími fyzikálními vlastnostmi po kalení a popouštění. Na druhou stranu má lepší kalitelnost než ocel S45C. Lze ji použít na ozubená kola, rotory olejových čerpadel atd. Pracují při vysokém zatížení a středních otáčkách.
Plastové materiály
POM (polyoxymethylen)
Pro své výjimečné vlastnosti je známá jako „superocel“. Nazývá se polyacetal nebo acetalová pryskyřice. POM funguje od -40 °C do +100 °C. Má dobrou odolnost proti opotřebení a samomazání. POM je lepší než mnoho jiných technických plastů. Má například pevnost v tahu přibližně 70 Mpa. Má také nízkou nasákavost, dobrou rozměrovou stálost a lesklý vzhled.
Nylon
Nylonová ozubená kola jsou oblíbená díky tomu, že nevyžadují mazání. Hodí se pro aplikace, které vyžadují nižší hladinu hluku. Hodí se také pro lehká ozubená kola. Také díky svým jedinečným vlastnostem je tento polymer vhodný pro specializovaná ozubená kola. Jedná se o aplikace, kde je třeba minimalizovat hluk při provozu.
Kompozitní materiály
Keramika
Karbid křemíku a další pokročilá keramika jsou tvrdé a odolné proti opotřebení. Pro tyto vlastnosti se používají. Tyto materiály jsou určeny především pro použití v náročných podmínkách. Přestože jsou křehké, dobře fungují v extrémních podmínkách.
Kompozity s kovovou matricí
Tyto kompozity kombinují pevnost kovů s tvrdostí a odolností proti korozi keramiky. Jsou ideální pro aplikace, které vyžadují houževnatost kovu. Potřebují také lépe znát vlastnosti keramiky. Tyto vlastnosti pomáhají materiálům odolávat náročným provozním požadavkům.
Úvahy o konstrukci a výběru převodů.
Hospodářský rozpočet
Náklady na přizpůsobení byly při výběru převodovky vždy vysoké. Výrobci často potřebují ozubená kola s vlastním designem. Musí odpovídat technickým výkresům a doporučením. Tyto potřeby je nutné sladit s dostupnými rozpočty.
Design a normy
Ozubená kola mají mnoho specifikací, norem a tolerancí. Žádný přístup se nehodí pro všechny situace. Proto by si společnosti měly určit své vlastní specifické normy. To může zahrnovat zvážení jiných zemí, například USA nebo Japonska, pokud jsou místní předpisy nedostatečné.
Konfigurace prostoru
Ačkoli ozubená kola obvykle zaujímají střed hřídele, výrobní potřeby mohou vyžadovat něco jiného. Takové změny mohou znamenat úpravu tvaru a tloušťky zubů nebo volbu vnitřních ozubených kol, která těsně přiléhají.
Potřeby přenosu
Ozubená kola jsou nezbytná pro přenos pohybu a točivého momentu mezi částmi stroje. Každá součást má jedinečné požadavky, a proto se výrobci rozhodují pro vhodná ozubená kola podle toho. Mění typ a konstrukci ozubených kol v závislosti na požadavcích na pohyb a točivý moment.
Podmínky služby
Výběr převodovky ovlivňuje mnoho faktorů, například hmotnost, tření, hluk, vibrace a namáhání. Dále jsou to faktory prostředí, jako je teplota, čistota a vlhkost. Tyto faktory se zohledňují při rozhodování o materiálech, úpravách nebo mazání ozubených kol.
Výběr materiálu
Výběr výstroje závisí na tom, jak dobře odolá různým podmínkám. Mezi ně patří extrémní teploty, prach a další. Některé materiály jsou nerezová ocel (SUS304), uhlíková ocel (S45C), nylon atd. Zajišťují odolnost v určitých podmínkách.
Podrobnosti o konfiguraci převodovky
- Modul a počet zubů : Zvolte podle požadovaného převodového poměru a prostorových možností,
- Velikost převodovky：Vyberte podle prostorových požadavků na místo instalace,
- Požadavky na krouticí moment：Před výběrem převodovky je třeba zvážit schopnost zatížení systému krouticím momentem,
- Tvar vnitřního otvoru: Zvolte drážku pro umístění nebo upevnění. V opačném případě zvolte kulatý otvor podle potřeby instalace nebo připojení.
Použití typů ozubených kol
| Typ vybavení | Aplikace |
|---|---|
| Čelní ozubené kolo | Hodiny, vlaky, letadla, pračky, elektrárny, potravinářský průmysl, automobilový průmysl, lesní technika, malé dopravníky. |
| Šroubový převod | Automobilové systémy, hodiny, domácí nářadí, výroba cementu, těžba, námořní aplikace, velké dopravníky |
| Dvojité šroubové ozubení | Těžba, námořní průmysl, těžké stroje, parní turbíny |
| Zařízení ve tvaru rybí kosti | Těžký průmysl, pohon lodí |
| Kuželové ozubené kolo | Čerpadla, vlaky, letadla, elektrárny, výroba cementu, těžební provozy |
| ZařízeníWorm | Výtahy, automobilové aplikace, potravinářské stroje |
| Rack Gear | Váhové systémy, vlaky |
| Hypoidní převodovka | Výroba cementu, těžba, systémy úpravy vody |
Výhody a nevýhody ozubených kol
Výhody ozubených kol
- Efektivní přenos výkonu: Umožňují vysoké rychlostní poměry na malém prostoru s minimálními ztrátami energie.
- Přesné řízení otáček a točivého momentu: Umožňuje přesnou regulaci, a je tak použitelný pro různé mechanické potřeby.
- Různorodé aplikace: K dispozici je mnoho typů a velikostí, které lze vybírat v závislosti na poptávce po jednotlivých převodech.
- Kompaktní design: To pomáhá šetřit místo a bezproblémově se začlenit do různých sestav.
- Nízké nároky na údržbu: Díky své odolnosti a dlouhé životnosti vyžadují pouze jednoduché mazání.
- Pevný rychlostní poměr: Pohyb přes nesouběžné hřídele se dokonale protíná, což zajišťuje rovnoměrný výkon.
Nevýhody ozubených kol
- Komplexní systémy: Přesná instalace takových systémů může být náročná, stejně jako jejich údržba,
- Hluk a vibrace: Tento problém způsobuje vysoká rychlost nebo špatné nastavení, které brání pohodlnému používání systému,
- Omezená schopnost jízdy na dlouhé vzdálenosti: Není schopen přenášet pohyb na dlouhé vzdálenosti,
- Nebezpečí poškození při vysokém zatížení： K nejhoršímu poškození může dojít, pokud dojde k chybě u ozubených kol,
- Nedostatečná flexibilita： V mnoha případech omezuje provozní rigidita jeho použití v různých situacích,
- Vysoké výrobní náklady： Výrobní a montážní procesy jsou pro kupující ekonomicky náročné.
Jaký je rozdíl mezi ozubenými a řetězovými koly?
Ozubená a řetězová kola pohánějí vše od jízdních kol až po stroje. Jsou důležitou součástí našeho každodenního života. Umožňují plynulý přenos síly, a tím řídí přesný pohyb. Ozubená i řetězová kola pohánějí stroje. Díky jejich oddělené konstrukci se však lépe hodí pro různé funkce, podobně jako šroubovák a klíč.
Tvar a design
Ozubená kola mají zuby. Zuby mají tvar nepravidelných dílků puzzle. Zapadají do sebe. Díky tomu dobře zapadají do ostatních ozubených kol. Naproti tomu ozubená kola mají zuby od sebe vzdálené tak, aby správně držely na řetězu nebo řemenu.
Mechanismus přenosu energie
Díky vzájemnému propojení zubů umožňují ozubená kola přenos síly, což vede k plynulému pohybu. Ozubená kola přenášejí energii sevřením článků řetězu. Je to podobné, jako když se řetěz jízdního kola obtáčí kolem ozubených kol a otáčí se.
Aplikace
Ozubená kola se používají pro přesné nastavení rychlosti, točivého momentu a polohy. Najdete je v automobilech, strojích, hodinkách a převodovkách. Ozubená kola se objevují především v systémech s řetězy nebo řemeny. Patří mezi ně jízdní kola, motocykly, dopravníky a další stroje.
Rozložení zátěže
Rozkládají zatížení na mnoho zubů, takže přenos síly je plynulý a účinný. To znamená, že jednotlivé zuby jsou minimálně namáhány. Ozubená kola rozkládají zatížení na jednotlivé články řetězu nebo řemene, což vede ke zvýšenému namáhání jednotlivých styčných bodů.
Velikost a konstrukce
Ozubená kola se vyrábějí v různých velikostech a konstrukcích. Patří mezi ně čelní, šikmá, kuželová, šneková, ozubená a planetová soukolí. Naproti tomu ozubená kola jsou více standardizovaná. Mají také jednodušší konstrukci, což způsobuje, že lépe spolupracují s řetězy a řemeny.
Závěr
Pochopení převodů je pro optimalizaci mechanických systémů zásadní. Tento průvodce se zabývá typy ozubených kol a jejich konstrukcí. Uvádí, jak pomáhají dobře fungovat přenosu energie. Rozšířené znalosti usnadňují lepší rozhodování při výběru převodovek a jejich údržbě.
Spolupracujte s námi a vylepšete své mechanické systémy pomocí našich odborně navržených převodovek. Kontaktujte nás ještě dnes a získejte inovativní řešení a odborné poradenství na míru vašim potřebám.
Nejčastější dotazy
Jaké techniky opracování používají obráběči na ozubená kola?
Ozubená kola lze brousit do hladka, aby byl provoz tichý. Jsou tepelně zpracována, protože se tím zvyšuje jejich pevnost a odolnost. Díky zahřívání po frézování jsou ozubená kola mnohem pevnější. Tento postup se používá hlavně u kol nebo hřídelí v převodovkách s paralelním horním pohonem.
Jaké jsou vzorce pro výpočet obrábění ozubených kol?
Velikosti ozubených kol se vypočítávají pomocí vzorců, zejména těch, které platí pro pastorky a velká ozubená kola. Tyto vzorce se zabývají například úhlem přítlaku modulu, počtem zubů atd., průměrem roztečné kružnice atd.
