Hammaspyörä

Hammaspyörä eli hammasratas on mekaanisen voimansiirtolaitteen osa, jonka avulla pyörivä liike voidaan siirtää akselilta toiselle tai muuttaa suoraviivaiseksi liikkeeksi. Hammaspyörässä on tasavälein poikittaisia tai viistoja harjanteita, joita kutsutaan hampaiksi. Hampaat vastaavat toisen hammaspyörän tai hammastangon hampaisiin ja välittävät siten voiman ja liikkeen kone-elimestä toiseen. Kun kaksi eri akseleilla olevaa hammasratasta on hampaidensa kautta yhteydessä toisiinsa, sanotaan, että ne ovat rynnössä.

Hammaspyörien koko vaihtelee käyttötarkoituksen mukaan: suurimmat ovat halkaisijaltaan useita metrejä. Pienehköjä hammaspyöriä on esimerkiksi mekaanisissa rannekellokoneistoissa ja tarkkuusmittavälineissä. Hammaspyöriä käytetään paljon ajoneuvojen vaihteistoissa ja erilaisissa vaihteissa. Hammaspyörillä on helppo aikaansaada erisuuruisia välityssuhteita hammaslukuja ja samalla halkaisijoita muuttamalla.

Hammaspyörien avulla voidaan muuttaa pyörimisliikkeen nopeutta ja momenttia. Kun kaksi erikokoista hammaspyörää on rynnössä ja pyörii, pienemmän hammaspyörän pyörimisnopeus on suurempi kuin isomman hammaspyörän. Kun kaksi erikokoista hammaspyörää on rynnössä ja välittää voimaa, pienempään pyörään vaikuttaa pienempi momentti kuin suurempaan pyörään. Hammaspyörä välityksen avulla voidaan siis pienentää momenttia ja suurentaa nopeutta tai suurentaa momenttia ja pienentää nopeutta. Välityssuhde ilmaisee miten hammaspyörien momentit ja pyörimisnopeudet suhteutuvat toisiinsa. Esimerkiksi kun 20-hampainen hammasratas on rynnössä 60-hampaiseen hammasrattaaseen, 20-hampainen ratas pyörii kolminkertaisella nopeudella 60-hampaiseen verrattuna. Jos kyseisessä tilanteessa hammaspyörät välittävät voimaa, on 20-hampaisella rattaalla vaikuttava momentti yhden kolmasosan 60-hampaisella rattaalla vaikuttavasta momentista.

Rynnössä olevat hammaspyörät vaikuttavat toisiinsa yhtä suurella voimalla. Voimien vaikutuspisteet ovat kuitenkin hammaspyörien pyörimisakseleilta eri etäisyydellä, mikä aiheuttaa sen, että momentit ovat erisuuret.

Pyörimisliikkeen teho säilyy hammaspyörävälityksessä samana, jos häviöitä ei oteta huomioon.

Kun kaksi ulkopuolisesti hammastettua hammaspyörää laitetaan ryntöön, ne pyörivät eri suuntiin. Kun sisäpuolisesti ja ulkopuolisesti hammastettu pyörä laitetaan ryntöön, ne pyörivät samaan suuntaan.

Hammaspyöriä muistuttavat ketjupyörät ja hammashihnapyörät.

 Sovellukset 

Hammaspyörien pääasiallinen käyttötarkoitus on voiman mekaaninen siirto lyhyillä etäisyyksillä. Pidemmillä matkoilla käytetään hihnoja, köysiä tai ketjuvälitystä.Schaaf ym., s. 555 Muita käyttötarkoituksia ovat hammaspyöräpumput ja -moottorit, joissa hampaiden välissä olevaa tilaa käytetään nesteen siirtämiseen.Adler ym., s. 727

 Jaottelut 
150 px|thumb|Planeettavaihde, joka koostuu sisähammastetusta kehäpyörästä ja ulkohammastetuista aurinko- ja planeettapyöristä.
150 px|thumb|Kierävaihde.
 Hammaspyörätyypit 

Tavanomaisin hammaspyörätyyppi on lieriöhammaspyörä, jota käytetään samansuuntaisten akselien välisessä voimansiirrossa.Schaaf ym., s. 566

Kartiohammaspyöriä käytetään kulmavoimansiirrossa, eli kun hammaspyörien akselit eivät ole yhdensuuntaiset.Schaaf ym., s. 567

Kierähammaspyörillä siirretään voimaa sellaisten akseleiden välillä, jotka eivät ole yhdensuuntaisia eivätkä leikkaa toisiaan.

 Ulko- ja sisähammastus 

Hammaspyörät jaetaan hammastuksen sijainnin mukaan ulko- ja sisähammastettuihin pyöriin. Hammastus voi olla suora, vino tai kaareva.Airila ym., s. 490

 Hammastukset 

150 px|thumb|Suorahampainen lieriöhammaspyörä.
150 px|thumb|Vinohampaisia lieriöhammaspyöriä kuorma-auton vaihteiston sivuakselilla. Akselin päässä on kartiorullalaakeri, joka kannattelee hammaspyörää myös aksiaalisuunnassa.
 Suora hammastus 

Yleisin hammastustapa on suora hammastus, jossa hampaat ovat yhdensuuntaiset akselin kanssa.

 Vino hammastus 

Vinohampaisten pyörien hampaat ovat kulmassa hammaspyörän akseliin nähden. Vinohampaisen pyöräparin hampaiden välissä ei synny äkillistä kosketusta, vaan vähintään kaksi hammasparia on jatkuvasti kosketuksessa keskenään. Tästä syystä vinohampainen pyöräpari on suorahampaista hiljaisempi. Vinohampaisen pyörän hampaat ovat pidemmät kuin saman levyisen suorahampaisen pyörän, joten hammaspyörän tehonsiirtokyky paranee vinouskulman kasvaessa. Rajoittavana tekijänä on kuitenkin hammaspyörien laakeroinnin kyky ottaa vastaan tästä aiheutuva aksiaalinen kuorma. Käytännössä vinouskulma on tyypillisesti 8°–15°.Airila ym., s. 505

 Nuolihammastus 
150 px|thumb|left|Nuolihammaspyöriä.
Vinohampaisen hammaspyörän aiheuttama aksiaalikuorma voidaan poistaa laittamalla samalle akselille kaksi erikätistä, vinohampaista hammaspyörää, jolloin aksiaalivoimat kumoavat toisensa.Airila ym., s. 506 Käytännössä hammaspyörät voidaan valmistaa yhdestä kappaleesta. Tämänkaltaista hammastusta sanotaan nuoli-, kulma- tai kalanruotohammastukseksi. Vinohampaisten pyörien tapaan nuolihammaspyörissä on jatkuva hammaskosketus ja ne ovat erittäin lujia sekä tärinättömiä. Nuolihammaspyöriä käytetään esimerkiksi raskaissa valssikoneissaSchaaf ym., s. 568 sekä joissain laivojen vaihteissa.

 Kaarihammastus 
150 px|thumb|Kaarihampaisista kartiohammaspyöristä koostuva hypoidivaihde.
Kartiohammaspyörissä toisinaan käytetyllä kaarevalla hammastuksella saavutetaan suoraa hammastusta suurempi tehonsiirtokyky ja hiljaisempi käyntiääni.Airila ym., s. 539 Kaarihammastusta kutsutaan myös spiraalihammastukseksi tai ruuvihammastukseksi, sillä hampaat liukuvat hiukan samalla tavalla kuin ruuvikierre.Schaaf ym., s. 569

Kaarihampaisista, samoin kuin vinohampaisista kartiopyöristä, voidaan rakentaa hypoidivaihde, mikäli pyöräparin hammaspyörillä on erisuuruiset vinouskulmat. Tällöin käyttävän pyörän akseli ei leikkaa käytettävän pyörän akselia. Tyypillisesti hypoidivaihteita käytetään ajoneuvojen vetopyörästöissä.Airila ym., s. 545

 Lähteet 




Viitteet

Luokka:Voimansiirto
Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit