Skrzynia biegów

Listwy zębate przekształcają moc i ruch z ruchu obrotowego na ruch liniowy. W przypadku listew zębatych o zębach prostych współpracujący zębnik musi mieć ten sam skok i ten sam kąt nacisku. Gdy zęby zębatki są spiralne, podziałka, kąt docisku i kąt pochylenia linii śrubowej zarówno zębnika, jak i zębatki muszą być takie same; jednakże kierunek kąta pochylenia linii śrubowej każdego elementu musi być przeciwny.

Zęby zębatki są wycinane za pomocą frezarki zębatkowej. Głowica frezująca obrabia część regału, a następnie indeksuje sąsiednią sekcję, aż do ukończenia regału. Maksymalna długość stojaka jest ograniczona jedynie długością frezarki. Listwy zębate mogą być produkowane z różnych materiałów, w tym ze stali, mosiądzu, brązu lub tworzywa sztucznego, i w zależności od zastosowania mogą być utwardzane w oparciu o wymagania dotyczące wytrzymałości i trwałości.

Geometria zębatki jest definiowana przez kilka parametrów. W sensie teoretycznym listwa zębata to po prostu koło zębate czołowe o nieskończonej średnicy podziałowej. Obliczenia różnią się w zależności od tego, czy zęby są produkowane w układzie normalnym, czy w układzie poprzecznym.

Pierwszą wartością potrzebną do wyprodukowania zębatki jest podziałka. W systemie metrycznym nazywa się to modułem. Wraz ze wzrostem wartości modułu zwiększa się wielkość zęba przekładni. W angielskim systemie standardowym podziałka koła zębatego śrubowego nazywana jest podziałką średnicową (DP). Reprezentuje liczbę zębów znajdujących się na kole zębatym o średnicy odniesienia wynoszącej jeden cal.

Kąt nacisku to kąt pomiędzy linią działania kół zębatych a styczną do koła podziałowego. Decyduje o styku zębów kół zębatych i wpływa na nośność oraz sprawność kół zębatych. W systemie angielskim przekładnie śrubowe mają zazwyczaj wartości kąta nacisku 20 stopni lub 14 stopni i 30 minut. W przypadku metrycznych przekładni śrubowych kąt nacisku wynosi zwykle 20 stopni.

Liczba zębów zębnika jest wybierana przez użytkownika końcowego na podstawie przełożenia prędkości wymaganego dla danego zastosowania. Każdy obrót zębnika pokonuje określoną odległość liniową wzdłuż zębatki. Koło zębate z mniejszą liczbą zębów będzie musiało obracać się szybciej niż większe koło zębate, aby pokonać tę samą odległość.

Dodatek zęba zębatki to odległość liniowa pomiędzy wysokością podziałową a wierzchołkiem zęba. Odpowiednio, dedendum to liniowa odległość między wysokością podziałową a korzeniem zęba. Suma dodatku i denendum określa całkowitą wysokość zęba.

Wartość luzu jest ważna w przypadku zębatek. Wartość ta mierzy odległość między zębami zębnika a zębami zębatki, gdy się nie stykają. Aby zęby koła zębatego prawidłowo się zazębiły i aby smar mógł wejść w kontakt z zębatką w punkcie styku, konieczne jest zapewnienie minimalnego luzu. Ponieważ układy zębatkowe są zwykle używane do pozycjonowania, kumulacja błędów luzów może mieć znaczący wpływ na dokładność pozycjonowania. Dodatkowe mechanizmy, takie jak enkodery optyczne, są wbudowane w systemy zębatkowe w celu utrzymania dokładności pozycjonowania.

Projekt zębatki obejmuje określenie wysokości podziałki, modułu, kąta nacisku, dodatku, denendum i luzu. Czynniki te zależą od pożądanego przełożenia prędkości, wymagań dotyczących przenoszenia mocy i konstrukcji układu mechanicznego. Listwy zębate będą przenosić moc tylko pomiędzy osiami prostopadłymi. Gdy zębnik się obraca, zęby sprzęgają się i przenoszą moment obrotowy z zębnika na zębatkę. Jeśli zębatka jest zamocowana, a zębnik zostanie obrócony w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, wówczas zębnik przesunie się w prawo. Jeśli zębnik jest nieruchomy i obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara, zębatka przesunie się w lewo. Odległość przesunięcia wzdłuż zębatki jest równa obwodowi podziałowemu zębnika. W przypadku korzystania ze zwykłego modułu odległość ta jest ułamkowa. Stosując podziałkę kołową zamiast modułu, można uzyskać stałe przesunięcie. Na przykład zębnik modułu 3 z 30 zębami przesunie się o 282,74 milimetra na obrót, podczas gdy zębnik CP10 z 30 zębami przesunie dokładnie 300 milimetrów na obrót. Innym sposobem uzyskania stałej wartości obrotowej jest użycie spiralnej zębatki i zębnika o kącie linii śrubowej 19 stopni 31' 41 cali, ponieważ ta wartość powoduje również przekształcenie modułu w podziałkę kołową.

Listwy zębate są powszechnie stosowanym elementem układów mechanicznych, ponieważ są proste w konstrukcji, wydajne w działaniu i ekonomiczne. Zrozumienie definicji technicznych i zasad projektowania listew zębatych jest niezbędne dla każdego, kto pracuje z systemami mechanicznymi.