ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ

Οδοντώσεις

10.1.1 Ορισμός Περιγραφή

10.1.2 Λειτουργικός σκοπός – χρήσεις

10.1.3 Κατηγορίες – τύποι

10.1.4 Κατασκευαστικά στοιχεία

Τρόποι μετάδοσης της κίνησης με οδόντωση  

Το πιο συνηθισμένο εξάρτημα που φέρει οδόντωση ονομάζεται οδοντωτός τροχός και συνήθως είναι ένας ολόσωμος κύλινδρος. Πολλές φορές ο δίσκος έχει τρύπες για μείωση του βάρους του γραναζιού.

Σε μεγάλες διαστάσεις χρησιμοποιείται οδοντωτός τροχός με βραχίονες ώστε να μειωθεί σημαντικά το βάρος, το κόστος και να “ζυγιστεί” καλύτερα ο τροχός.

Για μικρές διαμέτρους και μικρό αριθμό δοντιών μπορεί η οδόντωση να διαμορφωθεί πάνω στην αντίστοιχη άτρακτο (μονοκόματα).

Στην περίπτωση των κωνικών γραναζιών η περιφερειακή παράπλευρη επιφάνεια ενός κόλουρου κώνου έχει διαμορφωθεί ώστε να φέρει διαδοχικές εσοχές (αυλάκια) και προεξοχές (δόντια) κατάλληλης μορφής και διαστάσεων (οδόντωση).

Ο οδοντωτός κανόνας είναι μια ράβδος, συνήθως ορθογωνικής αρχικής διατομής.

Ο ατέρμονας είναι ένας κύλινδρος που στην παράπλευρη επιφάνειά του έχει χαραχτεί ελίκωση με μία ή δύο συνήθως αρχές, όπως στους κοχλίες.

H εμπλοκή των οδοντώσεων των δύο συνεργαζόμενων στοιχείων, δηλαδή η συνεχής και διαδοχική είσοδος των δοντιών του ενός στις εσοχές (αυλάκια) του άλλου, έχει σαν αποτέλεσμα τη μετάδοση της κίνησης από το κινητήριο στο κινούμενο στοιχείο. Εξυπακούεται ότι η μορφή και οι διαστάσεις των δοντιών συνεργαζόμενων στοιχείων είναι απολύτως ίδιες.

Λειτουργικός σκοπός

Με τη βοήθεια των κατάλληλων οδοντώσεων είναι δυνατή η μετάδοση κίνησης σε περιπτώσεις ατράκτων με γεωμετρικούς άξονες παράλληλους, τεμνόμενους (υπό οποιαδήποτε γωνία) και ασύμβατους.

Εκτός από τη μετάδοση της κίνησης, όπως περιγράφηκε στην προηγούμενη ενότητα, επιτυγχάνουμε και μετατροπή βασικών χαρακτηριστικών της, δηλαδή των στροφών και της ροπής του κινούμενου άξονα σε σχέση με αυτές του κινητήριου.

Τέλος, στην περίπτωση του ζεύγους οδοντωτού τροχού – κανόνα, μετατρέπεται η περιστροφική κίνηση σε ευθύγραμμη (ή αντίθετα).

Βασικές κατηγορίες μεταδόσεων της κίνησης

• Παράλληλοι γεωμετρικοί άξονες των ατράκτων

Στην περίπτωση αυτή οι τροχοί είναι κυλινδρικοί και τα ίχνη των δοντιών τους μπορεί να είναι ευθύγραμμα (ίσια δόντια) ή ελικοειδή (λοξά δόντια).

Οι παράλληλοι τροχοί με ελικοειδή δόντια είναι μεν πιο δαπανηροί κατασκευαστικά, αλλά προτιμούνται στις περιπτώσεις που απαιτείται ομαλή και ασφαλής λειτουργία με χαμηλά επίπεδα θορύβου, όπως π.χ. στα κιβώτια ταχυτήτων του αυτοκινήτου.

Τα πλεονεκτήματα των τροχών αυτών οφείλονται: α) στο γεγονός ότι η εμπλοκή κάθε δοντιού είναι σταδιακή όχι μόνο κατά την έννοια του ύψους αλλά και κατά την έννοια του μήκους του, αφού το ίχνος του δεν είναι παράλληλο με το γεωμετρικό άξονα του τροχού και β) στο ότι έχουν μεγαλύτερο βαθμό επικάλυψης από τους τροχούς με ίσια δόντια.

Μια απλή προσέγγιση της έννοιας του βαθμού επικάλυψης είναι “ο μέσος αριθμός των δοντιών ενός τροχού που συνεργάζονται ταυτόχρονα με τα αντίστοιχά τους του άλλου”. Πράγματι, για να εξασφαλιστεί η συνεχής και ομαλή μετάδοση, πρέπει να αρχίσει η εμπλοκή κάθε δοντιού, πριν ολοκληρωθεί η απεμπλοκή του προηγούμενου. Πρέπει λοιπόν ο βαθμός επικάλυψης να είναι λίγο μεγαλύτερος από τη μονάδα.

Τα πλεονεκτήματα των ελικοειδών τροχών τούς καθιστούν πιο κατάλληλους στις πολλές στροφές και στις μεγάλες δυνάμεις. Το τελευταίο οφείλεται στο γεγονός ότι για το ίδιο πάχος τροχού τα λοξά δόντια έχουν μεγαλύτερο μήκος από τα ίσια και κατά συνέπεια μεγαλύτερη εργαζόμενη διατομή για την παραλαβή των δυνάμεων.

Οι ελικοειδείς τροχοί όμως έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα: Λόγω της μορφής τους, η περιφερειακή δύναμη που ασκεί το κάθε δόντι στο αντίστοιχό του δεν είναι (ασύμβατα) κάθετη στον άξονα του τροχού αλλά πλάγια, με αποτέλεσμα να υπάρχουν κατά τη μετάδοση αξονικές δυνάμεις, που, αν έχουν σημαντικές τιμές, απαιτούν για την παραλαβή τους αντίστοιχα έδρανα. Το μειονέκτημα αυτό εξαλείφεται με τη χρήση των γωνιωδών δοντιών, που κατασκευάζονται μεν δυσκολότερα, αλλά οι αξονικές δυνάμεις αλληλοεξουδετερώνονται.

• Γεωμετρικοί άξονες των ατράκτων τεμνόμενοι

Χρησιμοποιούνται κωνικοί τροχοί που μπορεί να έχουν ίσια (δηλαδή κατά γενέτειρα) δόντια και πλάγια ή ελικοειδή δόντια. H οδόντωση διαμορφώνεται στην περιφερειακή επιφάνεια κόλουρου κώνου.

Για τη σύγκριση μεταξύ κωνικών τροχών με ίσια και ελικοειδή δόντια, ισχύουν οι παρατηρήσεις που προαναφέρθηκαν για τους παράλληλους τροχούς.

• Γεωμετρικοί άξονες των ατράκτων ασύμβατοι

Χρησιμοποιούνται ελικοειδείς οδοντωτοί τροχοί ή ζεύγος ατέρμονα κοχλία-οδοντωτού τροχού (κορώνας). Το ζεύγος ατέρμονα-κορώνας είναι πιο κατάλληλο σε περιπτώσεις μεγάλων σχέσεων μετάδοσης, έχει όμως μεγάλες απώλειες λόγω τριβών.Στην περίπτωση των ασύμβατα κάθετων αξόνων μπορούν να χρησιμοποιηθούν και κωνικά γρανάζια με ελικοειδή δόντια.

Τέλος μια ειδική μορφή οδοντοκίνησης είναι το ζεύγος γραναζιού-οδοντωτού κανόνα, οπότε έχουμε και μετατροπή της κίνησης από περιστροφική σε ευθύγραμμη και αντίστροφα. Και εδώ τα δόντια μπορεί να είναι ευθύγραμμα ή ελικοειδή.

Υλικά κατασκευής οδοντώσεων

Τα πιο συνηθισμένα υλικά κατασκευής οδοντώσεων είναι τα κράματα του σιδήρου, δηλαδή χυτοσίδηροι και χάλυβες.

Ο χυτοσίδηρος, ιδιαίτερα ο σκληρός, έχει μεγάλη αντοχή στη διάβρωση και στις φθορές από σκόνες, άμμο κ.λπ. και γι’αυτό τον προτιμάμε για εργασίες σε περιβάλλον με τέτοια στοιχεία ή υγρασία.

Δεν είναι όμως κατάλληλος για μεγάλες ταχύτητες και μεγάλες απαιτήσεις κατασκευαστικής ακρίβειας.

Ο χάλυβας είναι πιο κατάλληλος για μεγάλες ταχύτητες και ακριβείς διαστάσεις, αλλά σε περιβάλλοντα με ρύπους και υγρασία χρειάζεται προστασία και λίπανση. Σε περιπτώσεις που η λειτουργία εμφανίζει

κρουστικά φορτία οι χαλύβδινοι τροχοί υφίστανται επιφανειακή βαφή και σκλήρυνση (ενανθράκωση) μέχρι βάθους περίπου 1 mm. Διατηρούν έτσι εσωτερικά την ελαστικότητα του χάλυβα.

Όταν το βάρος της διάταξης επιβάλλεται να είναι όσο το δυνατό μικρότερο, χρησιμοποιούνται κράματα του αλουμινίου.

Χρησιμοποιούνται επίσης κοινοί και φωσφορούχοι ορείχαλκοι.

Όταν οι τροχοί εργάζονται σε διαβρωτικό και οξειδωτικό περιβάλλον, χρησιμοποιούνται ως υλικά κατασκευής κεραμικά, συνθετικές ρητίνες και πλαστικά. Τα τελευταία εργάζονται και με σχετικά χαμηλό θόρυβο, δεν έχουν όμως μεγάλη μηχανική αντοχή.

Μέθοδοι κατασκευής οδοντώσεων

Για μεγάλα δόντια και μικρές απαιτήσεις κατασκευαστικής ακρίβειας, η οδόντωση μπορεί να κατασκευαστεί με χύτευση, μαζί με τον τροχό. Πάντως τα χυτά δόντια δεν είναι κατάλληλα για περιφερειακές ταχύτητες μεγαλύτερες από 2 m/s.

Οι οδοντώσεις κατά κύριο λόγο κατασκευάζονται με τη μέθοδο της αφαίρεσης υλικού (κοπή) σε ειδικές εργαλειομηχανές, τους γραναζοκόπτες. Πρόκειται για εξειδικευμένα μηχανήματα που απαιτούν πολλές ρυθμίσεις και έμπειρο και εκπαιδευμένο προσωπικό για το χειρισμό τους.

Χρησιμοποιούν ως εργαλεία κοπτικές κοχλιωτές φρέζες, κοπτικούς οδοντοτροχούς και κοπτικά χτένια.

Για περιορισμένο αριθμό κομματιών μπορεί να χρησιμοποιηθεί και η κοινή φρεζομηχανή με τη βοήθεια διαιρέτη. Τότε τα κοπτικά εργαλεία μορφής είναι δισκοειδείς φρέζες ή ειδικά “κονδύλια”.