Spis treści:
Z pewnością nieraz widziałeś, a nawet stosowałeś rozmaite koła zębate, ale czy znasz wszystkie ich rodzaje? Nasz krótki poradnik pozwoli Ci lepiej zgłębić ten temat!
Chyba każdy wie, jak wygląda typowe koło zębate – to element maszynowy, zbudowany w oparciu o spłaszczony walec, posiadający na obwodzie szereg równo rozstawionych zębów. Elementy tego typu są zaprojektowane do współpracy z innymi kołami zębatymi, zębatkami lub łańcuchami, a ich zadaniem jest przenoszenie ruchu obrotowego, a także przekształcanie prędkości oraz momentu obrotowego stosownie do potrzeb danego mechanizmu. Jeśli zagłębimy się jednak w tematykę kół zębatych to okaże się, że zagadnienie wcale nie jest tak trywialne, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka – mnogość rozwiązań stosowanych w praktyce jest naprawdę spora, a wynika ona z różnych wymagań, stawianych poszczególnym przekładniom zębatym. Dziś omówimy najważniejsze rodzaje kół zębatych oraz dokonamy ekspresowego przeglądu ich najczęstszych zastosowań.
Podstawowe rodzaje kół zębatych i ich cechy
Koła zębate można klasyfikować przede wszystkim na podstawie kształtu zębów oraz ich położenia względem osi obrotu, a co za tym idzie – także sposobu przekazywania ruchu. Wśród najbardziej rozpowszechnionych odmian wyróżniamy koła proste, które mają zęby ustawione równolegle do osi. Elementy te są najczęściej używane w prostych przekładniach zębatych.
Koła skośne mają natomiast zęby nachylone pod pewnym kątem w stosunku do osi koła – taki zabieg pozwala na płynniejsze zazębianie, a to przekłada się na niższy hałas i mniejsze drgania podczas pracy.
Koła walcowe z zębami łukowymi także są swego rodzaju odmianą koła skośnego, jednak o bardziej zaawansowanym kształcie zęba – oferują wyższą wydajność i trwałość, choć ich produkcja jest nieco bardziej skomplikowana i wymaga bardzo wysokiej precyzji w celu nadania ściśle określonego profilu zębów.
Interesujący wygląd zewnętrzny mają koła o zębach daszkowych – przypominają one dwa „sklejone ze sobą” koła skośne, przy czym kierunek pochylenia zębów jest przeciwny w obydwu częściach komponentu, co tworzy właśnie obecny w nazwie wzór „daszka”.
Wszystkie wymienione powyżej rodzaj kół zębatych opierają się na bazie walca, na którego powierzchni zewnętrznej znajdują się zęby.
Drugą, bardzo szeroko stosowaną grupę omawianych podzespołów, stanowią koła stożkowe, które – jak sama nazwa sugeruje – bazują na fragmencie stożka, na którego powierzchni bocznej umieszczone są zęby. Koła stożkowe są używane wszędzie tam, gdzie osie współpracujących wałów przekładni przecinają się (np. pod kątem prostym), czyli – innymi słowy – przeniesienie napędu musi przebiegać przy jednoczesnej zmianie kierunku osi obrotów (ale – co ważne – obydwie osie leżą w tej samej płaszczyźnie).
Pozostałe odmiany kół zębatych
Wszystkie opisane powyżej konstrukcje kół zębatych to tzw. koła z uzębieniem zewnętrznym, czyli takie, które posiadają zęby umieszczone na swojej zewnętrznej powierzchni bocznej. Istnieje jednak możliwość odwrócenia konstrukcji – w ten sposób powstają koła zębate z uzębieniem wewnętrznym, umieszczonym (jak nietrudno się domyślić) od wewnętrznej strony pierścienia, stanowiącego podstawę elementu. Tego typu podzespoły są stosowane m.in. w przekładniach planetarnych, oferujących doskonałą sprawność i wysokie przełożenia przy zachowaniu kompaktowych wymiarów (dość powiedzieć, że w ofercie Botland są dostępne silniki sub-micro zintegrowane z przekładniami, których średnica zewnętrzna to jedynie 6 milimetrów!).
Warto wspomnieć także o kołach ślimakowych – te pracują w połączeniu z wałem ślimakowym (nazywanym też po prostu ślimakiem), pełniącym rolę napędową. Przekładnie tego typu mają kilka ważnych cech: po pierwsze, osie ślimaka oraz koła zębatego leżą w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych, co jest nieosiągalne przy użyciu jakichkolwiek dwóch kół zębatych. Po drugie, istotną zaletą przekładni ślimakowych jest znaczna redukcja prędkości obrotowej, a co za tym idzie – wzrost momentu obrotowego.
I wreszcie – przekładnie ślimakowe są samohamowne, co oznacza, że podczas gdy ślimak może napędzać koło, to przeniesienie napędu nie działa w drugą stronę: przyłożenie momentu obrotowego do koła zębatego nie spowoduje obrotu wału ślimakowego. Cecha ta jest niezwykle cenna w wielu mechanizmach, które muszą przenosić duże obciążenia, a zastosowanie zewnętrznego hamulca stanowiłoby problem technologiczny (np. ze względów bezpieczeństwa).
Zastosowania kół zębatych
Dla uproszczenia można by stwierdzić, że koła zębate stosowane są wszędzie tam, gdzie mamy do czynienia z jakimikolwiek mechanizmami, napędzanymi ruchem obrotowym. W samochodach przekładnie zębate można znaleźć m.in. w skrzyni biegów czy też mechanizmach podnoszenia szyb, zaś automatyka przemysłowa intensywnie korzysta z motoreduktorów – wydajnych silników elektrycznych (często bezszczotkowych), wyposażonych w zębate przekładnie redukcyjne. Wszystkie serwomechanizmy modelarskie są budowane w oparciu o niewielkie, wielostopniowe przekładnie, wykonywane z tworzywa sztucznego (serwa klasy micro oraz tańsze serwa medium i standard) lub metalu (serwomechanizmy wyższej klasy o znacznie zwiększonej żywotności oraz momencie obrotowym). Liczne zębatki można również znaleźć w sprzęcie audio-wideo (odtwarzacze kaset magnetofonowych, kaset VHS, a także płyt CD/DVD/BluRay), urządzeniach AGD (miksery, blendery, roboty kuchenne itp.), sprzęcie komputerowym (napędy optyczne) czy wreszcie w niezliczonych modelach zabawek (np. samochodzikach z napędem sprężynowym lub elektrycznym).
Co ważne, dobór zębatek powinien być zawsze podyktowany przesłankami technologicznymi: wymaganym momentem obrotowym, prędkością maksymalną, rozmiarami wałów napędowych, czy też stopniem przełożenia przekładni oraz – ewentualnie – planowanym zakresem regulacji przełożenia. Nawet mając pod ręką obszerny wybór różnorodnych zębatek o kompatybilnych parametrach mechanicznych, możesz natknąć się na spore problemy podczas próby samodzielnego złożenia potrzebnej przekładni. W takiej sytuacji nieocenioną pomocą będą gotowe przekładnie oraz silniki z przekładnią – szeroki wybór takich produktów znajdziesz jak zawsze w sklepie Botland.
