Koło zębate

Koło zębate – element czynny przekładni zębatej oraz element innych mechanizmów takich jak sprzęgło zębate, pompa zębata i innych.

W skład koła zębatego wchodzą:
 wieniec zębaty
 piasta
 łącznik (łączący piastę i wieniec).

W niektórych kołach zębatych, szczególnie tych o niewielkiej liczbie zębów i małej średnicy, nie występuje łącznik, a wieniec zębaty spełnia jednocześnie rolę piasty. Takiego rodzaju koło zębate nazywa się zębnikiem. Zębnik często nacięty jest bezpośrednio na wale i tworzy z nim integralną całość lub osadzony jest na nim za pomocą połączenia wciskowego.

Wieniec zębaty składa się z zębów i wieńca, z którego zęby wystają. Przestrzenie pomiędzy zębami nazywane są wrębami.

Parametry koła zębatego 

  – liczba zębów
  – średnica podziałowa średnica okręgu, na którym szerokość wrębu jest równa grubości zęba
  – średnica wierzchołkowa średnica okręgu przechodzącego przez wierzchołki zębów
  – średnica stóp średnica okręgu przechodzącego przez dna wrębów
  – średnica koła zasadniczego średnica wyobrażalnego koła, z którego rozwijane są zarysy ewolwentowe boków zębów
  – podziałka obwodowa odległość jednoimiennych boków zębów mierzona na łuku koła podziałowego
  – podziałka zasadnicza podziałka mierzona wzdłuż łuku koła zasadniczego
  – moduł zęba parametr charakteryzujący wielkość zębów koła zębatego. Moduły kół współpracujących muszą być takie same. Moduł zęba jest wielkością znormalizowaną przez Polską Normę PN/M-88502. Oblicza się go ze wzoru 
  – wysokość zęba suma wysokości głowy i stopy zęba
  – wysokość głowy zęba
  – wysokość stopy zęba
  – współczynnik wysokości zęba wysokość głowy zęba wyrażona w krotności modułu
  zęby normalne stosowane w większości przekładni zębatych
  zęby niskie stosuje się w przekładniach zębatych stożkowych o zębach łukowych, w których koło małe ma niewielką liczbę zębów (od 5 do 10), w przekładniach ślimakowych, w sprzęgłach zębatych, w ewolwentowych połączeniach wielowypustowych
  zęby wysokie stosowane w pompach zębatych.
  – współczynnik korekcji przesunięcie zarysu odniesienia przy wykonywaniu koła zębatego wyrażone w krotności modułu
  koło niekorygowane
  odsunięcie zarysu odniesienia np. dla uniknięcia podcinania zębów
  dosunięcie zarysu odniesienia
  – luz wierzchołkowy zwykle 0,2–0,25 modułu

Kształt linii zęba 
 zęby proste
 zęby śrubowe
 zęby daszkowe (w przekładniach walcowych)
 zęby krzywoliniowe (w przekładniach stożkowych)

Mechanika zazębienia 

Podczas obrotu kół dwa współpracujące zęby otaczają się jednocześnie także, ślizgając się po sobie. Ten poślizg jest niekorzystnym, lecz niemożliwym do uniknięcia zjawiskiem. Tylko w bardzo wąskim zakresie, który teoretycznie sprowadza się do jednego punktu  występuje czyste toczenie się zębów bez poślizgu. Punkt ten nazywa się punktem tocznym, który wyznacza koło toczne o średnicy  Koła toczne dla obu współpracujących kół są styczne w punkcie 

Punkty styku zębów w czasie obrotu układają się na odcinku ( ) zwanym odcinkiem przyporu. Kąt  zawarty między tym odcinkiem a linią styczną do kół tocznych w punkcie tocznym jest zwany kątem przyporu i jest jednocześnie parametrem ewolwenty. Zarys nominalny, powszechnie używany w budowie maszyn i przyjęty przez praktycznie wszystkie normy na całym świecie ma kąt przyporu  Jednocześnie dla zarysu nominalnego średnice podziałowe kół pokrywają się z kołami tocznymi.

Obliczenia wytrzymałościowe 
Ze względu na złożoność zjawisk zachodzących w uzębieniu niemożliwe jest stworzenie analitycznej metody obliczania wytrzymałości zęba. Tradycyjnie stosowane są tu metody parametryczne, które pozwalają uwzględnić szereg parametrów pracy przekładni takich jak – przenoszona moc, prędkość kół, wielkość, przełożenia, liczba zębów, intensywność pracy, rodzaj smarowania oraz chłodzenia itp. parametry związane są empirycznymi formułami i w ostateczności pozwalają na obliczenie minimalnego wymaganego modułu zęba.

Współczesna technologia dostarcza komputerowych metod modelowania zjawisk wewnątrz obciążonych części maszyn, także i kół zębatych, co znacznie ułatwia przeprowadzenie ewaluacji konstrukcji.

Szczególnym przypadkiem kół zębatych są:
 koła w kształcie owalu albo serca stosowane w przekładniach o przełożeniu zmiennym w czasie każdego obrotu, które mimo odmiennego kształtu są nazywane kołami zębatymi
 koła przekładni łańcuchowej o zmiennym przełożeniu składające się z ruchomych segmentów
 wycinek koła stosowany w przekładniach o niepełnym obrocie np. w mechanizmie podniesienia działa.

Obliczenia wytrzymałościowe dla koła zębatego walcowego prostego:
 Obliczenie modułu z warunku na zginanie
 Obliczenie modułu z warunku na naciski powierzchniowe
 Dobór modułu według tablicy
 Obliczenie pozostałych parametrów koła zębatego

Obliczenia 
0. Zaczynamy od określenia danych wstępnych: 
  – przełożenie,
 

gdzie:
  (współczynnik nadwyżek dynamicznych, zależy od prędkości obwodowej koła),
  lub  (współczynnik zależny od liczby przyporu),
  (współczynnik przeciążenia zależny od warunków pracy).

1. Moduł z warunku na zginanie:
 
 
  – średnica podziałowa,
  – szerokość wieńca,

gdzie:
    – z tablic.

2. Obliczanie zębów na naciski powierzchniowe:
 

gdzie:
   – moduły Younga materiałów uzębień w MPa,
  – kąt przyporu,
  – siła nacisku kół na siebie,
  – tzw. czynna szerokość uzębienia (grubość koła) w mm,
  – przełożenie.

Obróbka uzębień 

Występuje wiele metod kształtowania uzębień kół zębatych wykonanych z metalu:
 kształtowe
 frezowanie frezem modułowym krążkowym
 frezowanie frezem palcowym
 dłutowanie
 struganie
 przeciąganie
 wycinanie elektroerozyjne (obróbka elektroerozyjna – WEDM)
 kopiowe
 struganie według kopiału
 obwiedniowe
 dłutowanie metodą Maaga
 dłutowanie metodą Fellowsa
 struganie metodą Sunderlanda
 frezowanie obwiedniowe frezem ślimakowym walcowym lub globoidalnym
 frezowanie frezem ślimakowym stożkowym
 frezowanie głowicą frezową z zębami ustawionymi według okręgu
 frezowanie głowicą frezową z zębami ustawionymi według spirali (spiral) Archimedesa

Koła zębate z tworzyw sztucznych wykonywane są głównie metodą wtryskiwania.

Zobacz też 
 przednie zębatki rowerowe
 tylne koła zębate roweru

Przypisy 

Części maszyn