ozubené kolesá s vonkajším ozubením

Ozubené koleso s vonkajším ozubením je strojná súčiastka v tvare disku (alebo valca), ktorá slúži na prenos krútiaceho momentu z jedného hriadeľa na druhý.

Základný kinematický zákon:
Keď zaberajú dve kolesá s vonkajším ozubením:

1. Otáčajú sa opačným smerom. (Ak sa jedno točí doprava, druhé sa musí točiť doľava).
2. Dotyk nastáva na obvode. Miesto, kde sa zuby dotýkajú, sa nazýva záberová čiara.

Ak potrebujete v prevodovke zachovať rovnaký smer otáčania, musíte medzi tieto dve kolesá vložiť tretie (tzv. vložené koleso), alebo použiť iný typ ozubenia (vnútorné).

Geometria zuba: Evolventa

Zuby nie sú obyčajné obdĺžniky ani trojuholníky. Majú špeciálne zakrivený tvar, ktorý sa nazýva evolventa (involute).

• Prečo? Evolventa zabezpečuje, že bod dotyku sa medzi zubami plynule posúva (odvaľuje sa), nedochádza k nárazom a prevodový pomer ostáva konštantný aj vtedy, ak sa hriadele vplyvom vibrácií o desatinu milimetra oddialia.

Kľúčový parameter: Modul (

mm

)
Aby do seba dve kolesá zapadli, musia mať rovnaký modul. Je to číslo, ktoré vyjadruje veľkosť zuba (pomer priemeru k počtu zubov).

• Koleso s modulom 2 nikdy nezapadne do kolesa s modulom 3.

Typy podľa tvaru zubov

Hoci sú všetky "vonkajšie", tvar zubov zásadne ovplyvňuje ich vlastnosti:

1. Priame ozubenie (Spur Gears)

• Popis: Zuby sú rovnobežné s osou hriadeľa.
• Vlastnosti: Najjednoduchšie na výrobu. Pri zábere sa zuby dotknú naraz po celej šírke.
• Nevýhoda: Tento náhly kontakt spôsobuje hluk a vibrácie. Preto sa v autách používajú len na spiatočku (preto spiatočka "kňučí") alebo v starých nesynchronizovaných prevodovkách.

2. Šikmé ozubenie (Helical Gears)

• Popis: Zuby sú vyrezané pod uhlom (v skrutkovici).
• Vlastnosti: Zuby do seba vchádzajú postupne (ako keď zapínate zips). Chod je tichý a plynulý. Znesú väčšie zaťaženie.
• Nevýhoda: Vzniká axiálna sila. Šikmý zub má tendenciu "vytláčať" koleso do boku po hriadeli. Preto musia byť hriadele uchytené v špeciálnych (kuželíkových) ložiskách, ktoré tento tlak zachytia. Sú štandardom vo všetkých moderných prevodovkách.

3. Šípové ozubenie (Herringbone / Double Helical)

• Popis: Vyzerá ako dve šikmé ozubenia spojené do tvaru písmena "V".
• Vlastnosti: Eliminuje nevýhodu šikmých zubov. Jedna strana tlačí doľava, druhá doprava -> sily sa vyrušia.
• Zaujímavosť: Logo automobilky Citroën (dva šípiky) symbolizuje práve šípové ozubenie, ktorého výrobou André Citroën začínal svoju kariéru.

Výroba a materiály

Ozubené kolesá s vonkajším ozubením sa vyrábajú najčastejšie metódou odvaľovania (hobbing). Špeciálny nástroj (odvaľovacia fréza) sa zarezáva do polotovaru a postupne vytvára evolventný profil.

Po vyfrézovaní sa kolesá tepelne upravujú:

1. Cementovanie: Povrch sa nasýti uhlíkom, aby bol tvrdý a oteruvzdorný.
2. Kalenie: Celé koleso sa zakalí pre pevnosť.
3. Brúsenie: Na záver sa zuby brúsia s presnosťou na mikrometre (pre tichý chod).