Typy kół zębatych i ich zastosowania – praktyczny przewodnik

Koła zębate należą do najważniejszych elementów układów przeniesienia napędu. Na co zwrócić uwagę przy ich wyborze?

Rodzaje kół zębatych i sposoby podziału

Zastosowanie i sposób działania koła zębatego determinuje przede wszystkim jego budowa. W tym kontekście wyróżnia się następuje sposoby podziału:

1. Ze względu na kształt zębów:

• zęby proste: ustawione równolegle do osi koła. Najczęściej stosowane są w prostych przekładniach zębatych;
• zęby skośne: nachylone pod kątem do osi. Zapewniają płynniejsze zazębianie, zmniejszają hałas i drgania;
• zęby łukowe (krzywoliniowe): bardziej zaawansowana forma zębów skośnych, zapewniająca wyższą wydajność i trwałość;
• zęby daszkowe: dwa przeciwbieżnie nachylone rzędy zębów w układzie przypominającym dwuspadowy daszek. Najczęściej spotyka się je w kołach spełniających wymagania co do większej trwałości i cichej pracy.

2. Ze względu na kształt podstawy:

• koła walcowe: zbudowane na bazie walca. Uzębienie znajduje się w nich na zewnętrznej powierzchni bocznej;
• koła stożkowe: zbudowane na bazie stożka. Są stosowane przede wszystkim w mechanizmach, w których osie współpracujących wałów przecinają się.

3. Ze względu na rodzaj uzębienia:

• uzębienie zewnętrzne: zęby znajdują się w nim na zewnętrznej powierzchni koła. To najczęściej stosowany typ uzębienia;
• uzębienie wewnętrzne: ten rodzaj obejmuje koła z zębami umieszczonymi wewnątrz pierścienia koła, stosowane np. w przekładniach planetarnych.

Koła zębate stożkowe i walcowe

Wybór między kołami stożkowymi, a walcowymi powinien zależeć od kilku czynników. Znaczenie ma przede wszystkim układ osi, wymagania co do przenoszenia mocy oraz specyfika i zastosowanie danej aplikacji. Najczęściej stosowany typ to koła zębate walcowe. Ich konstrukcja opiera się na walcu, a zęby znajdują się na zewnętrznej powierzchni bocznej. Charakterystyczną cechą kół walcowych jest to, że osie współpracujących elementów są zawsze równoległe.

Koła walcowe cechują się prostotą konstrukcji, dzięki czemu koszty ich produkcji są niższe niż stożkowych. Są też bardzo wszechstronne – sprawdzają się w przypadku właściwie wszystkich prostych układów przenoszenia napędu. Ich zastosowanie jest wskazane przede wszystkim w mechanizmach, w których:

• osie współpracujących wałów są położone równolegle względem siebie;
• wymagana jest wysoka wydajność przy niskich kosztach produkcji i eksploatacji;
• układ nie wymaga zmiany kierunku osi obrotu.

Przykłady zastosowań kół stożkowych to m.in. skrzynie biegów, przenośniki taśmowe czy proste mechanizmy w urządzeniach AGD.

Koła stożkowe bazują zaś na geometrii stożka, a ich zęby znajdują się na powierzchni bocznej. Najważniejszą cechą tych kół jest możliwość przenoszenia napędu między wałami, których osie przecinają się – najczęściej pod kątem prostym. Umożliwiają przenoszenie ruchu przy zmianie kierunku osi obrotu, a geometria zębów zapewnia stosunkowo cichą pracę oraz wysoką precyzję i wydajność nawet w bardziej złożonych mechanizmach.

Koła stożkowe są najlepszym rozwiązaniem, jeśli:

• osie wałów muszą przecinać się pod kątem;
• działanie układu wymaga zmiany kierunku ruchu obrotowego;
• wymagana jest kompaktowa konstrukcja przy zachowaniu dużej precyzji.

Przykłady zastosowania kół stożkowych to przekładnie różnicowe w samochodach, wiertarki kątowe czy maszyny przemysłowe.

Koła zębate modułowe – czym się wyróżniają?

Specyficznym rodzajem kół zębatych są koła modułowe. Wyróżniają się one zdefiniowanym modułem, czyli stosunkiem średnicy podziałowej koła do liczby zębów. Dzięki temu konstruktor układu może łatwiej dopasować je do danej aplikacji, mając pewność, że będą współpracować ze sobą w różnych konfiguracjach, tworząc układy przekładniowe o różnych przełożeniach – o ile pozostałe elementy również modułowe.

Koła zębate modułowe zapewniają dużą efektywność przenoszenia momentów obrotowych, dzięki czemu są cenione jako części maszyn przemysłowych. Dostępne są ich warianty z zębami prostymi lub skośnymi, co pozwala dostosować je do różnych warunków pracy i wymagań odnośnie hałasu, maksymalnego dopuszczalnego obciążenia i prędkości obrotowej. Koła modułowe znajdują zastosowanie w wielu branżach – m.in. w przemyśle samochodowym, maszynowym, budowlanym, rolniczym lub górniczym.

Wybór odpowiedniego rodzaju koła zależy od specyfiki aplikacji oraz wymagań dotyczących kierunku obrotu, wydajności, hałasu czy trwałości. Ma ogromne znaczenie z punktu widzenia niezawodności i długowieczności maszyn. Warto więc dobrze poznać dostępne rodzaje kół zębatych i dowiedzieć się, jak wybrać właściwe rozwiązanie.