Hammasrattad: hammasrataste tüübid, eelised ja puudused

Valdav enamus mehaanilistest jõuülekannetest põhinevad hammasratastel. Teisisõnu, ülekande puhul edastatakse jõud hammaste paari (käigupaari) haardumisel. Aktiivselt kasutatakse käike, mis võimaldavad muuta pöörlemiskiirust, suunda, momente.

Peamine ülesanne on muuta pöörlevat liikumist, samuti muuta ülekandeelementide asukohta ja mitmeid muid funktsioone, mis on vajalikud sõlmede, sõlmede ja mehhanismide tööks. Järgmisena käsitleme hammasrataste tüüpe, nende omadusi, samuti käikude eeliseid ja puudusi.

Artikli sisu

• Käigukastide tüübid
• Millest hammasrattad ja hammasrattad on valmistatud
• Käigukasti eelised ja puudused
• Summeerida

Käigukastide tüübid

Nagu juba mainitud, võimaldab hammasülekanne (käiguvahetus) tõhusalt rakendada mootorist tuleneva pöörleva liikumise ülekandmist.

Samal ajal muudetakse liikumist, muudetakse pöörlemissagedust, pöördemomendi väärtust, pöörlemistelgede suunda jne. Selliste ülesannete täitmiseks on erinevat tüüpi ülekandeid. Esiteks liigitatakse need tavaliselt pöörlemistelgede asukoha järgi.

• Silindriline hammasratas. Selline hammasratas koosneb paarist, millel on tavaliselt erinev hammaste arv ja mille hammasratta hammasrataste teljed on paralleelsed. Samuti nimetatakse hammaste arvu suhet tavaliselt ülekandearvuks. Väiksemat hammasratast nimetatakse hammasrattaks, suuremat aga hammasrattaks. Juhul, kui käik on eesotsas ja ülekandearv on suurem kui üks, on selline käik reduktor, kuna käik pöörleb madalama sagedusega kui käik. Samal ajal suureneb nurkkiiruse vähenemise korral ka võlli pöördemoment. Juhul, kui ülekandearv on väiksem kui üks, on selline käik ülekäik.
• kooniline haare. Omapära on see, et hammasrataste teljed ristuvad, pöörlemine edastatakse ühe või teise nurga all asuvate võllide vahel. Käik langeb või suureneb, võttes arvesse seda, milline ratas seda tüüpi käigukastis juhib.
• Ussikäik. Selline jõuülekanne erineb selle poolest, et sellel on ristuvad pöörlemisteljed. Suur ülekandearv saadakse nii ratta hammaste arvu kui ka ussikülastuste arvu suhte tulemusena. Ussid ise on ühe-, kahe- või neljakeermelised. Samuti on tiguülekande oluline omadus see, et sel juhul kandub pöörlemine üle eranditult tigurattalt tigurattale. Sellisel juhul on pöördprotsess tugeva hõõrdumise tõttu teostamatu. Sellel süsteemil on tiguülekannete kasutamise tõttu võimalus iseseisvalt pidurdada (näiteks koormate tõstmise mehhanismides).
• Hammaslatt, mida saab rakendada hammasratta ja hammasratta abil. See lahendus võimaldab tõhusalt muuta pöörleva liikumise translatsiooniks ja vastupidi. Näiteks autos kasutatakse lahendust tavaliselt rooliseadmes (roolilatt).
• Kruvihammasrattad. Selliseid hammasrattaid kasutatakse siis, kui võllid on ristatud. Sel juhul on haakehammaste kontakt punkt, hambad ise kuluvad koormuse all tugevalt. Seda tüüpi ülekandeid kasutatakse sageli erinevates seadmetes.
• Planetaarne hammasratas (planeedimehhanism). Seda tüüpi haardumine erineb teistest selle poolest, et kasutatakse liikuvate telgedega käike. Reeglina on jäigalt fikseeritud välimine ratas, millel on sisekeere. Olemas on ka keskratas, samuti satelliitidega kandur. Need elemendid liiguvad ümber statsionaarse ratta ümbermõõdu, mille tõttu nad pööravad keskratast. Sel juhul kantakse pöörlemine kandurilt üle kesksele rattale või vastupidi.

Hammasratastel võib olla välimine või sisemine käik. Kui välimise puhul on kõik selge (sel juhul eeldab ülekandeskeem, et hambad asuvad peal), siis sisemise haardumise korral asuvad suurema ratta hambad sisepinnal. Ka pöörlemine on võimalik ainult ühes suunas. 

Võttes arvesse peamisi hammasrataste tüüpe (hammasrattaid), tuleb lisada, et neid tüüpe saab kasutada erinevates kombinatsioonides, võttes arvesse teatud kinemaatilisi skeeme.

• Hammasrattad võivad erineda ka hammaste kuju, profiili ja tüübi poolest. Võttes arvesse erinevusi, on tavaks eristada järgmisi hammasrattaid: sisemine, ringikujuline ja tsükloidne. Sel juhul kasutatakse kõige sagedamini spiraalülekandeid, kuna tehnoloogiliselt on see lahendus teistest analoogidest parem.

Esiteks lõigatakse sellised hambad lihtsa hammasrattaga. Määratud ülekandel on konstantne ülekandearv, mis ei sõltu mingil viisil tsentri ja keskpunkti vahemaa nihke astmest. Haardumise miinuseks on vaid see, et suure võimsuse ülekandmisel mõjutab hammaste kahel kumeral pinnal väike kontaktlaik. Tulemuseks on pinna rike ja muud materjalidefektid.

Lisame ka, et ümmargune hammasülekanne erineb selle poolest, et kumerad hammasrattahambad on ühendatud nõgusate ratastega. See võimaldab teil oluliselt suurendada kontaktplaastrit, kuid suurendab oluliselt ka hõõrdejõudu nendes paarides.

• Eraldi saate eristada ka hammasrataste endi tüüpe: spur-, spiraal-, võll- ja kõverjooneline. Kannused on kõige levinumad paaritüübid, neid on lihtne konstrueerida, odavad toota ja need on töökindlad. Kontaktjoon on sel juhul paralleelne võlli teljega. Selliseid rattaid iseloomustavad madalad tootmiskulud, kuid need on võimelised edastama suhteliselt väikese maksimaalse pöördemomendi, võrreldes spiraal- ja võllülekandega.

Spiraalülekannet on kõige parem kasutada, kui kiirus on väga suur. See lahendus võimaldab saavutada sujuvust ja müra vähendamist. Negatiivseks küljeks peetakse suurt koormust laagritele, kuna tekivad aksiaalsed jõud.

Chevroni ratastel on mitmeid spiraalsetele paaridele omaseid eeliseid. Esiteks ei tekita need laagritele telgjõududega lisakoormust (jõud on mitmesuunalised).

Kurvijoonelisi rattaid kasutatakse tavaliselt siis, kui on vaja maksimaalset ülekandearvu. Sellised rattad tekitavad töö ajal vähem müra ja töötavad ka painutamisel tõhusamalt.

Millest hammasrattad ja hammasrattad on valmistatud

Reeglina põhineb hammasratas terasel. Sel juhul peab käigul olema suurem tugevus, kuna ratastel võivad olla erinevad tugevusomadused.

Sel põhjusel valmistatakse hammasrattaid erinevatest materjalidest ning sellised tooted läbivad ka täiendava kuumtöötluse ja/või keeruka keemilise ja termilise töötlemise.

Näiteks legeerterasest valmistatud hammasrattad läbivad ka pinnakõvenemisprotsessi, mida saab kasutada soovitud omaduste saavutamiseks (nitridimine, karburiseerimine või tsüaneerimine). Kui hammasratta valmistamiseks kasutatakse süsinikterast, on materjal pindkarastatud.

Hammaste osas on nende jaoks ülimalt oluline pinnatugevus, samuti peab südamik olema pehme ja viskoosne. Need omadused võimaldavad vältida koormatud tööpinna purunemist ja kiiret kulumist. Lisame veel, et mehhanismide rattapaarid, kus puuduvad suured koormused ja suured kiirused, on malmist. Rattapaaride valmistamise materjalina leiate ka pronksi, messingit ja isegi igasugust plastikut.

Hammasrattad ise on valmistatud toorikust, mis on saadud valamise või stantsimise teel. Seejärel rakendatakse lõikamismeetodit. Viilutamine toimub kopeerimise, käivitamise meetodite abil. Sissetöötamise meetod võimaldab ühe tööriista abil (lõikur, tigulõikur, hammaslatt) valmistada erineva konfiguratsiooniga hambaid.

Kopeerimise teel lõikamiseks on vaja sõrmfreesi. Pärast lõikamist viiakse läbi kuumtöötlus. Kui on vaja ülitäpset sidumist, tehakse pärast sellist kuumtöötlust lisaks lihvimine ja sissetöötamine.

Käigukasti eelised ja puudused

Esiteks võib käigukasti eeliste hulgast välja tuua:

• kõrge töökindlus, võttes arvesse laiendatud koormuste ja kiiruste vahemikku;
• kompaktsus, pikk ressurss ja kõrge efektiivsus;
• suhteliselt väikesed koormused võllidele ja laagritele;
• konstantne ülekandearv (ratio);
• valmistamise ja hooldamise lihtsus;
  

  Samuti soovitame lugeda artiklit selle kohta, mis on auto peamine käik. Sellest artiklist saate teada käigukasti pea seadme, eesmärgi ja tööpõhimõtete kohta auto projekteerimisel.

Käiguülekandel on ka puudusi:

• suurenenud nõuded tootmiskvaliteedile ja paigaldustäpsusele;
• suurtel kiirustel tekib müra võimalike ebatäpsuste tõttu hammaste sammu ja profiili valmistamisel;
• suurenenud jäikus ei võimalda tõhusalt kompenseerida dünaamilisi koormusi, mille tagajärjeks on hävimine ja libisemine, ilmnevad defektid;

Lõpetuseks märgime, et hoolduse käigus tuleb mehhanism üle vaadata, kontrollides hammasrataste, hammasrataste ja hammaste seisukorda kahjustuste, pragude, laastude jms osas.

Kontrollitakse ka kihlumist ennast ja selle kvaliteeti (sageli kasutatakse värvi, mis kantakse hammastele). Värvi pealekandmine võimaldab uurida nii kontaktplaastri suurust kui ka asukohta hamba kõrguse suhtes. Haardumise reguleerimiseks kasutatakse tihendeid, mis asetatakse laagrisõlmedesse.

Summeerida

Nagu näete, on hammasülekanne üsna levinud lahendus, mida kasutatakse erinevates sõlmedes, sõlmedes ja mehhanismides. Võttes arvesse asjaolu, et selliseid käike on mitut tüüpi, võtavad disainerid enne ühe või teise tüübi kasutamist konstruktsiooni osana arvesse erinevate mehhanismide ja sõlmede toimimise kinemaatilisi ja võimsusomadusi.

Soovitame lugeda ka artiklit selle kohta, mis on käigukasti diferentsiaal. Sellest artiklist saate teada käigukasti diferentsiaali omaduste, eesmärgi, seadme ja tööpõhimõtete kohta. Võttes arvesse mitmeid omadusi ja koormusi, valitakse käigukasti tüüp, selle mõõtmed ja määratakse koormuse aste. Pärast seda valitakse materjalid hammasrataste paaride valmistamiseks, samuti meetodid hammaste vajalikuks töötlemiseks ja lõikamiseks. Arvutustes on eraldi arvesse võetud haardumismoodul, nihke väärtused, käigu ja ratta hammaste arv, telgede vahekaugus, velgede laius jne.

Samas peetakse peamisteks tingimusteks, mis määravad hammasratta kasutusea ja selle ressursi, hambapindade üldist kulumiskindlust, aga ka hammaste paindetugevust. Soovitud omaduste saavutamiseks pööratakse käigumehhanismide tootmise kavandamise raames neile omadustele erilist tähelepanu.