GN 7802 Hammaspyörät Muovi, painekulma 20º, moduuli 1

Hammaspyörät

Hammaspyörät välittävät ohjaavan akselin pyörivän liikkeen ohjatulle akselille pakko-ohjatulla lukituksella. Riippuen käytettyjen hammaspyörien hampaiden lukumäärän suhteesta, nopeutta ja momenttia voidaan pidättää, vähentää tai lisätä. Tätä kutsutaan välityssuhteeksi, jossa ohjattu hammaspyörä asetetaan suhteessa ohjaavaan hammaspyörään. Vastakkaista suhdetta sovelletaan tuloksena saatuihin nopeuksiin. Ks. yhtälöt alla. Hammaspyöräparien välisen pakko-ohjatun lukituksen johdosta pyörivä liike välittyy tarkasti ja luistamatta.

Kahden tai useamman hammaspyörän yhdistämistä pareiksi kutsutaan hammaspyörästöksi tai jakovaihteistoksi. Pienemmästä hammaspyörästä käytetään usein nimitystä hammasvaihde, kun taas suurempaa kutsutaan vain hammaspyöräksi. Ohjaavat ja ohjatut hammaspyörät pyörivät aina vastakkaisiin suuntiin. Jos tätä vaikutusta ei haluta, täytyy niiden väliin asentaa kolmas hammaspyörä välipyöräksi. Hammaspyörästöt vaativat vain pieniä keskietäisyyksiä, joihin voidaan vaikuttaa valitulla hampaiden lukumäärällä.

Välityssuhde i =

Nopeussuhde: i = n₁ / n₂
Hammasmäärän suhde i = z₂ / z₁

Hampaan muoto, koko ja geometria voidaan kuvata trapetsiviiteprofiilin perusteella, joka vastaa periaatteessa tangon profiilia. Hammas tai trapetsikorkeus standardisoidaan moduulin arvolla, joka määritetään millimetreissä. Symmetristen trapetsisivujen kulmaa kutsutaan painekulmaksi.

Viiteprofiili kartoitetaan yksittäiseen hampaaseen vierittämällä evolventtikäyrä kosketuspintaa pitkin. Vain saman moduulin ja painekulman omaavat hammaspyörät voidaan yhdistää pareiksi.

Tangot

Tanko voidaan tulkita hammaspyörän segmentiksi loputtoman suurella läpimitalla. Silloin tangon hammas vastaa tarkasti viiteprofiilia eikä siinä ole taipuneita hampaan kylkiä. Hammastangon ja hammaspyörän yhdistelmällä voidaan pyörivät liikkeet muuntaa lineaarisiksi liikkeiksi, tai päinvastoin. Hammaspyörää, joka kytkeytyy tankoon, kutsutaan hammasvaihteeksi. Tankoja käytetään automatisointisovelluksissa, joissa tarvitaan suurta toisintamistarkkuutta ja useita suunnan ja kuorman muutoksia.

Tankokäyttöjä, joissa tanko pysyy paikallaan hammasvaihteen liikkuessa tangolla, käytetään usein kuljetinjärjestelmissä. Päinvastaisia ratkaisuja, joissa hammasvaihde pyörii kiinteän akselin ympärillä tangon liikkuessa, käytetään usein ekstruusiojärjestelmissä sekä nosto- ja syöttösovelluksissa.

Hammastankojen tärkein mekaaninen arvo on yksittäiseen hampaaseen kohdistettava enimmäisvoima.

Seuraavassa on esitetty hammaspyörien suunnittelussa yleisesti sovelletut kaavat.

Moduulin m
mm

Nousu p
mm

Hampaiden lukumäärä z

Hampaan korkeus h
mm

Vierintäkehän Ø d
mm

Pääkorkeus h_a
mm

Päänympärys Ø d_a
mm

Tyvikorkeus h_f
mm

Tyviympyrä Ø d_f
mm

Kärkivälys c
mm

Välityssuhde i

Viitekeskietäisyys **a_d **
mm

Keskietäisyys a
mm

Seuraavat toleranssit t tulee ottaa huomioon keskietäisyydelle a:
t = +0,03 / +0,1 moduuleilla 0,5 / 1 / 1,5
t = +0,08 / +0,3 moduuleilla 2 / 2,5 / 3

GN 7802 -hammaspyörissä on evolventtihammastus, jonka painekulma on 20º. Pareiksi voi yhdistää vain sellaisia hammaspyöriä, joissa on sama moduuli ja painekulma.

Seuraavat suhteet soveltuvat evolventtihammastukseen:

Hammaspyörien hampaan kyljet on muotoiltu evolventtihammastuksina.

Ryntöviivaan pystysuorassa oleva tangentti kulkee kahden hampaan kylkien (evolventti) välisen kosketuspisteen kautta. Ryntöviiva on 20º kulmassa kytkennän nousuviivaan.

Nousupiste sijaitsee kytkentäviivalla ryntöviivan ja pyörän akselien keskiviivan välisessä leikkauspisteessä.

Jokaiselle hammaspyörälle voidaan suunnitella vastapyörä, jossa on trapetsihammasprofiili loputtoman suurella nousun läpimitalla. Tämä viiteprofiili vastaa sen jälkeen tarkasti tangolla olevaa profiilia.

Perusympyrän läpimitta d_b

Nousu p vierintäkehässä vastaa kytkentälinjan nousua p.

Perusjako p_b vastaa normaaliperusjaon nousua p_e.

Normaaliperusjako p_e määritellään nousun p ja painekulman α koon mukaan.

Perusjako p_b

Normaaliperusjako p_e

Materiaalikohtaiset edut

Hammaspyörät GN 7802 on valmistettu polyamidista ja niillä on seuraavat materiaalikohtaiset edut:

• Vähäisempi paino verrattuna metallivaihteisiin
• Vähemmän melua
• Alhainen kitkakerroin, mikä tarkoittaa sitä, että voitelu ei ole ehdottoman välttämätöntä
• Suuri korroosionkestävyys
• Suurempi momentinvälitys verrattuna muihin muoveihin, kuten polyasetaali (POM) / polyketoni (PK)

Lisäksi teräshammaspyörät ovat usein ylimitoitettuja käyttötarkoitukseensa nähden. Näissä tapauksissa polyamidipyörät ovat
kustannustehokas vaihtoehto. Polyamidista valmistettuja hammaspyöriä GN 7802 käytetään usein seuraavissa sovelluksissa:

• Pakkauskoneet ja kuljettimet
• Teolliset puhdistuskoneet
• Lasin ja keramiikan prosessointikoneet
• Maatalouskoneet
• Kemianteollisuus ja lääketeollisuus
• Kodinkoneet

Voitelu / huolto

Yksi muovista valmistettujen GN 7802 hammaspyörien pääasiallisista eduista mahdollisuus käyttää niitä ilman voitelua. Jos voitelua kuitenkin tarvitaan kitkan ja kulumisen vähentämiseen tai hammaspyörän käyttöiän pidentämiseen, suosittelemme mineraaliöljypohjaisen litiumsaippuarasvan käyttöä.

Hammaspyörien yhdistäminen pariksi - metalli ja muovi

Muovista valmistettuja hammaspyöriä GN 7802 voi käyttää myös yhdessä metallipyörien kanssa.

Tässä yhdistelmässä pienemmän hammaspyörän (hammasvaihde) tulisi olla metallinen ja suuremman pyörän muovinen, sillä suuremman hammaspyörän kuluminen jakautuu useammalle hampaalle, minkä ansiosta saavutetaan pidempi käyttöikä.

Metallisten ja muovisten hammaspyörien yhdistelmällä on myös muita etuja, sillä metallin lämmönjohtavuus on suurempi, minkä ansiosta lämpö haihtuu paremmin käytön aikana ja näin ollen muovisen hammaspyörän kuluminen on vähäisempää.

Muovisten hammaspyörien keskiön koneistaminen

Reikää tai uraa tehtäessä tulee huomioida seuraavat seikat:

• Käytettyjen kiinnitysleukojen täytyy vastata tarkalleen hammaspyörän päänympärystä.
• Kiinnityspinnan tulee olla mahdollisimman laaja. Esimerkiksi moduulissa 3 täytyy kiinnityksen kattaa vähintään 3-4 hammasta ja moduulissa 1 vähintään 7 hammasta.
• Koneistusmenetelmästä riippuen tulee valita polyamidille sopivat leikkausparametrit ja syöttönopeudet. Koneistuksen aikana tulee tarvittaessa käyttää jäähdytystä tai voitelua.

Momentti

Vastaavan standardilehden taulukossa ilmoitetut momenttieritelmät on määritetty teoreettisten laskelmien ja laboratoriotestien yhdistelmällä. Empiirisesti määritellyt tiedot on tarkistettu asianmukaisella ohjelmistolla ottaen huomioon VDI 2736 -ohjeet termoplastisten hammaspyörien suunnitteluun.

Testisarjat toteutettiin jatkuvassa käytössä 100–150 rpm nopeudella ilman voitelua kaikkein vaikeimpien olosuhteiden testaamiseksi.

Teoreettisissa laskelmissa käytettiin seuraavia olettamia:

• Hampaan voima F ositetaan tangentin suuntaiseen voimaan F_t ja radiaaliseen voimaan F_r.
• Radiaalisen voiman F_r katsotaan olevan merkityksetön. Tämän tuloksena hampaan voimalla F voidaan olettaa olevan sama arvo, kuin vierintäkehän tangentin suuntaisella voimalla F_t.
• Käyttöön otetaan huonoin mahdollinen vaihtoehto, jossa vain yksi hammas on kytkeytyneenä.

Sen jälkeen tangentin suuntainen voima F_t korreloidaan momentin kanssa vierintäkehän läpimitan avulla. Nimellisvääntömomenttiin sovelletaan seuraavaa kaavaa:

Standardilehdessä annetut momenttiarvot ovat ohjearvoja, jotka voivat vaihdella sovelluskohtaisesti. Käyttöolosuhteet, kuten nopeus, lämpötila, eri materiaaleista valmistettujen hammaspyörien yhdistäminen, voitelu tai kuivakäyttö jne., vaikuttavat merkittävästi kuormituskapasiteettiin.