Ha már szlogenünk egyik oszlopos tagja a fogaskerék, akkor itt az ideje, hogy személyesen bemutassam szakmai megközelítéssel. Azért csak a fogaskereket, mert a csajokat és a humort szerintem legalább alapfokon mindenki ismeri. Vagy nem.
A fogaskerék egy tengellyel rendelkező kerék fogakkal a kerülete mentén, feladata az, hogy egy másik alkalmasan elkészített alkatrészhez (általában egy másik fogaskerékhez) csatlakoztatva forgatónyomatékot tudjon átadni egy másik tengelynek megváltoztatva a mozgás jellemzőit: irányát, szögsebességét nyomatékát, forgóról haladó mozgás jellegét. Egymáshoz szorított fogazás nélküli kerekek is képesek a súrlódás segítségével nyomatékot átvinni (dörzshaját), azonban terhelés esetén csúsznak, ezért kopnak és melegednek. A fogaskerekek csúszásmentesen tudják ugyanezt a feladatot megoldani nagyságrendekkel nagyobb nyomatékok esetében is. Ezért sorolják a kényszerhajtások közé.
Egy fogaskerék más illeszkedő fogazású alkatrészhez csatlakozik, ez lehet fogasléc, fogasív stb., mégis leggyakrabban egy másik fogaskerékhez csatlakozik. Ebben az esetben az egyik fogaskerék elfordulása a másik fogaskerék elfordulását eredményezi, a két alkatrész között kényszerkapcsolat van. Ilyen módon a forgómozgás átszármaztatható egyik tengelyről egy másikra. Ha a két kapcsolódó fogaskerék eltérő átmérővel (fogszámmal) rendelkezik, akkor a fordulatszámuk a fogszámukkal fordítottan arányos, a tengelyeken ébredő nyomaték a fogszámokkal egyenesen arányos lesz.
A fogaskerekek érintkezési pontjának "v" sebessége a két keréken azonos, ezért írható:
v = w1*z1 = w2*z2, ahol
w1 az egyik fogaskerék szögsebessége, z1 a fogszáma és
w2 a másik fogaskerék szögsebessége, z2 a fogszáma.
Így:
Az "i" viszonyt módosításnak hívják. A két fogaskerék csatlakozási pontján ébredő kerületi erőre a következő egyenlet írható:
- ebből:
- ahol "M1" és "M2" az egyes tengelyeken ébredő nyomaték. Ilyen módon a fogaskerekek segítségével csökkenthető vagy növelhető a fordulatszám (szögsebesség) illetve a nyomaték. Ez a fogaskerekek legértékesebb tulajdonsága
Fogaskerekek geometriája
A fogak geometriai kialakítása igen sokféle lehet, azonban egy feltételt minden fogaskerékhajtásnak teljesítenie kell, nevezetesen, hogy ha a hajtó kerék állandó szögsebességgel forog, akkor a hajtott keréknek is állandó szögsebességgel kell forognia. Ez másképpen azt jelenti, hogy úgy kell viselkedniük, mintha az egyik kerék csúszásmentesen legördülne a másik keréken. A képzeletbeli köröket, melyeken mintegy legördülnek a fogaskerekek, gördülőkörnek hívják, és "rg1"-el, illetve "rg2"-vel jelölik. Az animációs ábrán jól látható a két fogaskerék gördülőköre, a fejkör (a fogaskerék külső átmérőjének megfelelő kör) és a lábkör (a fogtő köre) között helyezkedik el. Fogaskerekeket már igen régóta használnak. Az ipari forradalom előtt úgynevezett pálcás fogaskerekeket malmoknál, bányák emelőgépeinél stb. alkalmaztak, és egy ügyes ács vagy kovács is el tudta készíteni. Ezek a pálcás fogaskerekek nem teljesítik a szögsebesség állandóságának feltételét. A régi lassú járású gépeknél működtek, de a gőzgép megjelenésétől kezdve a nagyobb pontosság és a zajtalan, nyugodt járás iránti igényeknek már nem felelnek meg.
Az animáción jól látható a két fog közötti erő vektora, mely a forgás folyamán mindig más pontokon ébred. A kapcsolódási pontok mértani helye (álló koordinátarendszerben) a kapcsolóvonal. A kapcsolóvonal az animáción egyenes, de más fogprofil esetén lehet más görbe is.
A fogazott hajtások főbb típusai
- Homlokfogaskerék: Hengeres fogaskerék palástján vannak kialakítva a fogak. A két fogaskerék tengelye párhuzamos
- egyenesfogazatú hengeres fogaskerék
- ferde fogazatú hengeres fogaskerék
- külső- illetve belső fogazású kerekek
- Fogasléc: Végtelen nagy átmérőjű fogaskerék: segítségével a forgó mozgás egyenesvonalú mozgássá alakítható és viszont.
- Kúpkerék: Csonka kúp alakú kerék, melynek a palástján vannak a fogak. A két fogaskerék tengelye egymást metszi.
- Csavarkerékpár: Hengeres ferde fogú kerekek, kitérő tengellyel.
- Hipoid kerékpár: Kúpkerekek csavarvonal vezetésű fogakkal. A tengelyek kitérőek. Igen gyakori gépkocsi differenciálműben.
- Csigahajtás: Csiga és csigakerék kitérő tengelyek közötti hajtást valósít meg. A csiga tulajdonképpen speciális profilú csavar, ehhez illeszkedik az ellenkerék a csigakerék.
Előnyei
A fogaskerekes hajtások előnyei közé tartozik a hajtás nagy pontossága, a kis méretekben nagy terhelhetőség, valamint a nagy fordulatszám. Olyan estetekben, ahol a hajtó és hajtott tengely mozgásának szigorúan összerendeltnek kell lennie, például órákban, műszerekben, szerszámgépekben a fogaskerekeknek alig van versenytársa. Ugyancsak fontos az hagy nagy teljesítmények illetve nyomatékok átvitelére is alkalmas. A gépkocsik, mozdonyok, sínhez kötött járművek, felvonók, emelő- és szállítógépek, mezőgazdasági gépek működése elképzelhetetlen fogaskerekes hajtóművek nélkül. Hátrányuk a viszonylagos drágaságuk.
És az egész galeri
Homlokfogaskerék Fogasléc
Kúpkerékpár
Csigahajtás
Diffmű hipoid kerekekkel
Friss beugatások