οδοντωτός τροχός

Μηχανισμός κατάλληλος για τη μετάδοση κίνησης από έναν κινητήριο σε έναν κινούμενο άξονα· αποτελείται από τροχούς, στην περιφέρεια των οποίων είναι διαμορφωμένες προεξοχές (δόντια) σε κανονικά διαστήματα και με κατάλληλο σχήμα. Η βάση των δοντιών βρίσκεται στην περιφέρεια του τροχού και όσο προχωρούμε από το χαμηλότερο προς το ψηλότερο σημείο του δοντιού, το πλάτος του μειώνεται βαθμιαία έως το ανώτερο άκρο. Το πλευρικό τμήμα του δοντιού, που περιλαμβάνεται μεταξύ της βάσης και του μέσου, λέγεται πόδι· αυτό που περιλαμβάνεται μεταξύ του κέντρου και του ανώτερου άκρου λέγεται κεφάλι. Τα μέσα σημεία των δοντιών ενός οδοντωτού τροχού βρίσκονται σε μία περιφέρεια συγκεντρική προς τον τροχό, η οποία ονομάζεται αρχική περιφέρεια του τροχού. Έχουμε επίσης: την περιφέρεια κεφαλής και την περιφέρεια ποδός, η οποία περιορίζει στο ανώτερο και στο κατώτερο άκρο τα δόντια· το ύψος κεφαλής και το ύψος ποδός, δηλαδή την απόσταση μεταξύ της αρχικής περιφέρειας και της περιφέρειας κεφαλής ή της αρχικής και της περιφέρειας ποδός αντίστοιχα· το ύψος των δοντιών, δηλαδή το άθροισμα του ύψους κεφαλής και του ύψους ποδός. Η μετάδοση της κίνησης μεταξύ του κινητήριου τροχού και του κινούμενου επιτελείται με την ώθηση που μεταδίδουν τα δόντια, το ένα στο άλλο. Αυτή γίνεται σε μια φάση (φάση έναρξης) κατά την οποία το πόδι του κινητήριου τροχού ωθεί την κεφαλή του δοντιού του κινούμενου τροχού· η φάση έναρξης ακολουθείται από μια δεύτερη (φάση αποχωρισμού) στην οποία το κεφάλι του δοντιού του κινητήριου τροχού ωθεί το πόδι του δοντιού του κινούμενου τροχού. Για να μπορούν δύο τροχοί να μεταδώσουν την κίνηση, είναι απαραίτητο η απόσταση των δοντιών του ενός και του άλλου να είναι ίση· η απόσταση αυτή, μετρούμενη επί της αρχικής περιφέρειας ονομάζεται περιφερειακό βήμα(p) και είναι ίση προς: ρ = 2πr/z, όπου 2πr είναι το μήκος της αρχικής περιφέρειας και z ο αριθμός των οδόντων. Άλλα χαρακτηριστικά ενός ο. τ. είναι το modulo (m), δηλαδή ο λόγος μεταξύ του περιφερειακού βήματος και της σταθεράς π = 3,14, δηλαδή m = 2r/z· η σημασία του προέρχεται από το γεγονός ότι όλοι οι ο.τ. που έχουν το ίδιο modulo μπορούν να συζευχθούν μεταξύ τους, οποιοσδήποτε κι αν είναι ο αριθμός των δοντιών. Στις Ηνωμένες Πολιτείες και στη Μεγάλη Βρετανία, οι ο.τ. δεν χαρακτηρίζονται από το modulo, αλλά από το διαμετρικό βήμα (diametral pitch) (Pd), το οποίο είναι ο λόγος μεταξύ του αριθμού των δοντιών του τροχού και της διαμέτρου σε ίντσες της αρχικής περιφέρειας (D΄΄), δηλαδή Pd = z/D΄΄. Η ταχύτητα των δύο τροχών οι οποίοι μεταδίδουν την κίνηση συνδέεται με ένα ιδιαίτερο λόγο (λόγος μετάδοσης), ο οποίος προκύπτει αν διαιρέσουμε τον αριθμό των στροφών που κάνει στη μονάδα του χρόνου ο κινούμενος τροχός διά του αριθμού των στροφών που κάνει στον ίδιο χρόνο ο κινητήριος. Ο λόγος είναι επίσης ίσος προς το λόγο μεταξύ της ακτίνας του κινητήριου τροχού προς την ακτίνα του κινούμενου. Ο λόγος αυτός χρησιμεύει για να δώσει μια ιδέα του μεγέθους της μετάδοσης και είναι ιδιαίτερα σημαντικός για την επιλογή των διαστάσεων των ο.τ. Ως προς το σχήμα, τα δόντια των ο.τ. μπορεί να είναι ίσια ή ελικοειδή (όταν περιελίσσονται σε έλικα επί της επιφάνειας του τροχού). Ο τελευταίος αυτός τύπος οδόντωσης είναι ιδιαίτερα χρήσιμος για να έχουμε μια λειτουργία αθόρυβη, συνεχή και με μεγαλύτερη διάρκεια. Η εμπλοκή των ελικοειδών οδοντώσεων γίνεται πράγματι βαθμιαία, αρχίζοντας από το ένα άκρο του μήκους του δοντιού και καταλήγοντας στο αντίθετο άκρο: οι δυνάμεις κατανέμονται κατά τρόπο συνεχή και ορθολογικό. Οι ο.τ. μπορούν να διαιρεθούν σε κυλινδρικούς, κωνικούς και ελικοειδείς. Οι κυλινδρικοί τροχοί χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι μεταδίδουν την κίνηση μεταξύ παράλληλων αξόνων: τυπικό παράδειγμα είναι εκείνοι με τους οποίους γίνεται η αλλαγή ταχυτήτων στα οχήματα. Οι κωνικοί ο.τ. μεταδίδουν την κίνηση μεταξύ συγκλινόντων αξόνων, που σχηματίζουν μία ορθή γωνία: τα δόντια μπορεί να είναι ίσια ή σε σχήμα σπείρας, και στην περίπτωση αυτή εφαρμόζεται ένας ιδιαίτερος τύπος οδοντώσεων, ονομαζόμενος Gleason, από το όνομα της βιομηχανίας που τους κατασκεύασε πρώτη, το 1913. Τα χαρακτηριστικά πλεονεκτήματα των ελικοειδών δοντιών ενώνονται, σε αυτόν τον τύπο της μετάδοσης, με το μειονέκτημα ότι τα δόντια υφίστανται μεγαλύτερη δύναμη, η οποία οφείλεται στην κωνικότητα των τροχών· για να αποφευχθεί αυτό το μειονέκτημα, κατασκευάζεται μια ειδική ελικοειδής οδόντωση για τα κωνικά ζεύγη, η οποία ονομάζεται Gleason Zerol. Εφαρμογές αυτού του τύπου τροχών έχουμε στα κωνικά ζεύγη των αυτοκινήτων, τα οποία τοποθετούνται ανάμεσα στο διαμήκη άξονα μετάδοσης και στον άξονα των κινητηρίων τροχών, με προορισμό να μεταδώσουν την κίνηση και να μεταβάλουν τον αριθμό των στροφών, ο οποίος μεταδίδεται από τον κινητήρα στους τροχούς. Το κωνικό ζεύγος αποτελείται από το πηνίο, που είναι σφηνωμένο στον άξονα μετάδοσης, και από την οδοντωτή στεφάνη, που είναι στερεωμένη με την πυξίδα του διαφορικού. Ελικοειδείς ο.τ. είναι όλοι εκείνοι που μεταδίδουν την κίνηση μεταξύ ασυμπτώτων αξόνων, δηλαδή τοποθετημένων σε διάφορα επίπεδα. Η πιο κοινή περίπτωση είναι όταν βρίσκονται σε κάθετα επίπεδα. Πολύ μεγάλη σημασία έχουν οι ο.τ. με ατέρμονα κοχλία και συζευγμένο οδοντωτό τροχό, οι οποίοι είναι ιδιαίτερα κατάλληλοι στις μεγάλες μειώσεις ταχυτήτων. Για να επιτευχθεί η μεγαλύτερη αντοχή του ζεύγους, χρησιμοποιείται ένας ιδιαίτερος τύπος ατέρμονα κοχλία, ο σφαιροειδής· η αύξηση της ζωής αυτών των ο.τ. οφείλεται στο γεγονός ότι η επαφή μεταξύ κοχλία και τροχού δεν γίνεται μόνο σε μία ελίκωση και σε ένα μόνο δόντι, αλλά σε όλες τις ελικώσεις και σε όλα τα δόντια του χώρου επαφής. Ο σφαιροειδής ατέρμων κοχλίας είναι γνωστός πάνω από έναν αιώνα: το 1908 έγινε μία προσπάθεια να εφαρμοστεί στα αυτοκίνητα, αλλά η τεχνολογία της εποχής δεν επέτρεψε την πραγματοποίηση του, επειδή έλειπαν οι κατάλληλες εργαλειομηχανές για τη βιομηχανική παραγωγή τους. Ο Αμερικανός Σάμουελ Κόουν κατασκεύασε το 1932 ένα ζεύγος ατέρμονα κοχλία-οδοντωτού τροχού, που εξασφάλιζε την επαφή στο σύνολο των οδόντων σε όλο το μήκος. Το σύστημα Κόουν-Ντράιβ χρησιμεύει για λόγους μετάδοσης από 1:6 ως 1:1800· οι ταχύτητες μπορούν να περιλαμβάνονται μεταξύ 1/15 της στροφής ανά λεπτό και 3.000 στροφές το λεπτό. Ένα σύστημα που μπορεί να θεωρηθεί ενδιάμεσο μεταξύ των κωνικών ζευγών με ορθά δόντια και του ατέρμονα κοχλία και ελικοειδούς τροχού, είναι εκείνο που αποτελείται από ο.τ. ιπποειδούς τύπου, του οποίου το βασικό χαρακτηριστικό είναι ότι το πηνίο του κωνικού ζεύγους έχει τον άξονα τοποθετημένο σε επίπεδο διαφορετικό από το επίπεδο του κινούμενου τροχού. Θεωρείται ως μετάδοση κίνησης με ο.τ. ακόμα και εκείνη η οποία έχει ένα εύκαμπτο όργανο, την αλυσίδα, η οποία περιστρέφεται από ένα ζεύγος ο.τ. Οι μεταδόσεις με αλυσίδες παρουσιάζουν το πλεονέκτημα της σημαντικής αντίστασης σε μεγάλες δυνάμεις και της υψηλής απόδοσης. Για να ελαττωθούν στο ελάχιστο η τριβή και ο θόρυβος κατασκευάζονται σήμερα οι αθόρυβες αλυσίδες, οι οποίες, με ειδικές διατάξεις, μπαίνουν ακριβώς στα δόντια των τροχών. Οι δυνατότητες εφαρμογής τους είναι πρακτικά απεριόριστες ως προς την ισχύ και την ταχύτητα· και στην πρώτη και στη δεύτερη περίπτωση μπορούμε πράγματι να περάσουμε από τιμές μετάδοσης πολύ μικρές (ταχύτητες μερικών γύρων στο λεπτό, ισχύς περίπου μηδενική) σε τιμές πολύ υψηλές (ταχύτητα χιλιάδων στροφών το λεπτό και υψηλή ισχύς). Παλαιότερα, οι μεταλλικοί ο.τ. κατασκευάζονταν μόνο με χύτευση, σήμερα όμως κατασκευάζονται κυρίως με ειδικές επεξεργασίες κοπής και σχηματισμού δοντιών. Στις τεχνικές αυτές προσθέτονται άλλες, που στηρίζονται στην εξέλαση, στη σφυρηλάτηση και στη χύτευση υπό πίεση· για τους ο.τ. από πλαστικό χρησιμοποιείται ιδιαίτερα η τεχνική της έγχυσης. Η κατασκευή ενός ο.τ. συνίσταται σε ορισμένες κατεργασίες (τελείωμα, καθάρισμα, λείανση), οι οποίες γίνονται με σκοπό να εξαλείψουν ορισμένες ανωμαλίες της κατεργασίας και να πετύχουν πιο ακριβείς επιφάνειες. Κυλινδρικοί οδοντωτοί τροχοί για μετάδοση κίνησης ανάμεσα σε δύο παράλληλους άξονες. Αρκετοί οδοντωτοί τροχοί αποτελούν υποδειγματικά τμήματα μηχανισμών για μελέτη ή για πειράματα. Στη φωτογραφία, οδοντωτές περιστρεφόμενες καμπύλες με τετράπλευρη διατομή. Κωνικοί οδοντωτοί τροχοί για τη μετάδοση κίνησης ανάμεσα σε συγκλίνοντες άξονες (εδώ, σε ορθή γωνία). Διαφορικοί οδοντωτοί τροχοί. Οι οδοντοτεχνίτες κατασκευάζουν τις προθέσεις που σχεδιάζει ο γιατρός.