Hammaspyörä

Hammaspyörä on mekaanisen voimansiirtolaitteen komponentti, jolla pyörivä liike voidaan siirtää akselilta toiselle tai muuttaa suoraviivaiseksi liikkeeksi. Se on pyöreä kappale, jossa on tasavälein poikittaisia tai viistoja harjanteita, joita kutsutaan hampaiksi. Kun kaksi hammaspyörää ovat hampaidensa kautta yhteydessä toisiinsa, ne ovat rynnössä ja siirtävät voiman ja liikkeen kone-elimestä toiseen.

Hammaspyörien Sovellukset ja Jaottelu

Hammaspyöriä käytetään laajalti eri sovelluksissa, kuten ajoneuvojen vaihteistoissa, teollisuuden koneissa ja tarkkuusmittavälineissä. Niiden avulla voidaan muuttaa pyörimisliikkeen nopeutta ja momenttia, mikä tekee niistä välttämättömiä komponentteja monissa voimansiirtosysteemeissä.

Hammaspyörien jaotteluun kuuluu erilaisia tyyppejä ja hammastusmuotoja:

• Hammaspyörätyypit: Lieriöhammaspyörät, kartiohammaspyörät, kierähammaspyörät, ketjupyörät ja hammashihnapyörät
• Hammastukset: Suora hammastus, vino hammastus, nuolihammastus ja kaarihammastus.
• Ulko- ja sisähammastus: Hammaspyörät jaetaan myös ulko- ja sisähammastettuihin pyöriin hampaidensa sijainnin perusteella.

Kartiohammaspyörät ja Pinion Hammaspyörä

• Kartiohammaspyörät: Näissä hampaat sijaitsevat kartiomaisessa pinnassa ja niitä käytetään muuttamaan pyörivän liikkeen suuntaa. Kartiohammaspyöriä käytetään usein sovelluksissa, joissa akseleiden väliset kulmat eivät ole yhdensuuntaiset tai leikkaavat.
• Pinion Hammaspyörät: Pinion on yleensä parin pienempi hammaspyörä. Se kytkeytyy suurempaan rattaaseen ja on enemmän alttiina kulumiselle ja kuormalle, joten materiaalivalinta ja lämpökäsittely ovat erityisen tärkeitä sen valmistuksessa.

Evolventtihammastus

Evolventtihammastus on yleisin hammaspyörien hammastusmuoto, koska se on helppo valmistaa ja tarkastaa. Evolventti mahdollistaa tasaisen liikkeen siirron myös akselivälin pieni muutosten yhteydessä. Evolventtihammastusta käytetään siksi, että sen valmistuksessa tapahtuneet pienet virheet eivät vaikuta välityssuhteeseen.

Hammaspyörien Terminologia

Hammaspyörien valmistukseen ja suunnitteluun liittyy useita keskeisiä termejä:

• Normaalimoduuli (mn): Perusparametri, joka vaikuttaa hampaan kokoon ja voiman siirtokykyyn.
• Hammasluku (z): Hampaiden lukumäärä pyörässä.
• Jakoympyrän Halkaisija (d): Hammaspyörän teoreettinen halkaisija, jolla hampaat tarttuvat toisiinsa.
• Jako (p): Kaarimitta jakohalkaisijalla kahden peräkkäisen hampaan välillä.
• Pääympyrän Halkaisija (da): Hampaan yläpinnan halkaisija.
• Tyviympyrän Halkaisija (df): Hampaan juuren halkaisija.
• Ryntökulma (α): Kulma, jolla hampaat siirtävät voiman; yleensä 20°.
• Vinouskulma (β): Vinohampaisten pyörien hammaskulma yleensä 8°–15°.
• Kätisyys: Määritetään standardin SFS-EN ISO 2203 mukaisesti ja ilmoittaa hampaan oikean tai vasemman vinouskulman.
• Profiilinsiirtokerroin (x): Suhde profiilinsiirron ja normaalimoduulin välillä.
• Evolventtihammastuksen Kaariparien Lukumäärä: Kaariparien lukumäärä hampaita, jotka ovat kosketuksessa toistensa kanssa.

Materiaalit Hammaspyörien Valmistuksessa

Hammaspyöriä valmistetaan erilaisista materiaaleista, jotka valitaan käyttötarkoituksen ja kulutuskestävyyden mukaan. Seuraavat materiaaliryhmät ja niiden ISO-merkinnät ovat yleisimpiä konepajateollisuudessa käytettyjä hammaspyörien valmistuksessa:

Teräkset - ISO P

• 42CrMo4: Käytetään suuremman kuormituksen ja vääntömomentin hammaspyörissä sen korkean lujuuden ja kovuuden vuoksi. Soveltuu erityisesti voimansiirtohammaspyöriin.

Valuraudat - ISO K

• EN-GJS-400-15 (Pallografiittivalurauta): Käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan erinomaista kulutuskestävyyttä ja iskunkestävyyttä. Soveltuu hyvin suurikokoisiin hammaspyöriin, jotka toimivat alhaisilla nopeuksilla ja suurilla kuormituksilla.

Kevyet Metalliseokset - ISO N

• EN AW-7075 (Alumiiniseos): Käytetään kevyissä ja korkeaa korroosionkestävyyttä vaativissa sovelluksissa.

Polymeerimateriaalit - ISO H

• PA6 (Nylon): Käytetään kevyissä ja hiljaisuutta vaativissa sovelluksissa. Hyvä kulutuskestävyys ja alhainen kitka tekevät siitä sopivan esimerkiksi pieniin hammaspyöriin sähköisissä ja kuluttajalaitteissa.

Koneistusmenetelmät Hammaspyörille

Hammaspyörien valmistuksessa koneistajat ja konepajat käyttävät useita menetelmiä, jotka valitaan riippuen tarvittavasta tarkkuudesta, volyymistä ja materiaalista:

• Vierintäjyrsintä: Yleinen menetelmä, jossa hammasharjat jyrsitään pyörivää aihiota vasten. Tämä menetelmä sopii suurivolyymisiin tuotantoihin.
• Power Skiving: Nopea menetelmä, joka yhdistää aihion ja työkalun pyörimisen leikkausliikkeeseen. Se sopii joustavuuden ja nopeuden vaatimuksiin.
• Vierintäpisto: Leikkaus tapahtuu työkaluun, joka muistuttaa hammaspyörää ja liikkuu lineaarisesti aihion suhteen hammasharjan muodostamiseksi.
• Avennus: Nopea menetelmä, jossa käytetään erityistyökaluja hammasharjojen leikkaamiseen yhdellä vedolla. Sopii massatuotantoon.
• Jyrsintä Kiekkojyrsimellä: Hammasharjat muotoillaan jyrsimällä ne moduulin mukaisella kiekkojyrsimellä jakolaitteen avulla.
• 5-akselinen koneistus ja segmenttisädejyrsintä: Nykyään kehittyneet 5-akseliset työstökoneet, kuten B-akselilla varustetut monitoimisorvit, voivat koneistaa myös kartiohammaspyöriä ja monimutkaisempia hammasprofiileja, joihin perinteisemmät hammastusmenetelmät eivät sovellu. Moniakseliset työstöradat ohjelmoidaan kehittyneillä CAM-ohjelmistoilla ja hampaan profiilin viimeistelyä voidaan nopeuttaa esimerkiksi segmenttisädejyrsimien avulla.

Yhteenveto

Hammaspyörät ovat keskeisiä komponentteja konepajojen ja koneistamoiden valmistuksessa, ja ne mahdollistavat pyörivän liikkeen siirtämisen ja voiman välittämisen tehokkaasti. Erilaiset hammaspyörätyypit ja niiden hammastusgeometriat mahdollistavat monenlaiset sovellukset teollisuudessa ja kuluttajatuotteissa. Tarkat ja ammattitaitoiset koneistusmenetelmät takaavat, että hammaspyörät valmistetaan korkealla tarkkuudella ja kestävyydellä. Tämä varmistaa, että jokainen hammaspyörä vastaa erityisiä sovellusvaatimuksia ja toimii luotettavasti kaikkein vaativimmissakin olosuhteissa. Monimutkainen terminologia ja tarkat mitoitusohjeet tukevat hammaspyörien suunnittelua ja valmistusta koneistamoissa ja konepajoissa, jotta ne täyttävät vaaditut standardit ja toiminnalliset tavoitteet.