Hammaspyörä

Wikipedia
Ohjattu sivulta Hammasratas
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Hammasratasanimaatio

Hammaspyörä eli hammasratas on mekaanisen voimansiirtolaitteen osa, jonka avulla pyörivä liike voidaan siirtää akselilta toiselle tai muuttaa suoraviivaiseksi liikkeeksi. Hammaspyörässä on tasavälein poikittaisia tai viistoja harjanteita, joita kutsutaan hampaiksi. Hampaat vastaavat toisen hammaspyörän tai hammastangon hampaisiin ja välittävät siten voiman ja liikkeen kone-elimestä toiseen. Kun kaksi eri akseleilla olevaa hammasratasta on hampaidensa kautta yhteydessä toisiinsa, sanotaan, että ne ovat rynnössä.

Hammaspyörien koko vaihtelee käyttötarkoituksen mukaan: suurimmat ovat halkaisijaltaan useita metrejä. Pienehköjä hammaspyöriä on esimerkiksi mekaanisissa rannekellokoneistoissa ja tarkkuusmittavälineissä. Hammaspyöriä käytetään paljon ajoneuvojen vaihteistoissa ja erilaisissa vaihteissa. Hammaspyörillä on helppo aikaansaada erisuuruisia välityssuhteita hammaslukuja ja samalla halkaisijoita muuttamalla.

Hammaspyörien avulla siis kyetään muuttamaan voima- ja nopeussuhdetta. Näiden suhteiden suuruus vaihtelee sen mukaan, miten iso hammasratas on toiseen verrattuna. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että kun isomman hammasrattaan pyörittää pienempää, pyörii pienempi nopeammin kuin iso. Nopeus riippuu täysin hammasrattaiden hammasluvuista. Esimerkiksi 20-hampainen hammasratas joutuu pyörimään 60-hampaiseen hammasrattaaseen verrattuna 3 kertaa nopeammin, jotta ulkopinnan nopeus olisi sama.

Kun kaksi hammaspyörää laitetaan ryntöön, ne pyörivät eri suuntiin.

Hammaspyöriä muistuttavat ketjupyörät ja hammashihnapyörät.

Sovellukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hammaspyörien pääasiallinen käyttötarkoitus on voiman mekaaninen siirto lyhyillä etäisyyksillä. Pidemmillä matkoilla käytetään hihnoja, köysiä tai ketjuvälitystä.[1] Muita käyttötarkoituksia ovat hammaspyöräpumput ja -moottorit, joissa hampaiden välissä olevaa tilaa käytetään nesteen siirtämiseen.[2]

Jaottelut[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Planeettavaihde, joka koostuu sisähammastetusta kehäpyörästä ja ulkohammastetuista aurinko- ja planeettapyöristä.
Kierävaihde.

Hammaspyörätyypit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tavanomaisin hammaspyörätyyppi on lieriöhammaspyörä, jota käytetään samansuuntaisten akselien välisessä voimansiirrossa.[3]

Kartiohammaspyöriä käytetään kulmavoimansiirrossa, eli kun hammaspyörien akselit eivät ole yhdensuuntaiset.[4]

Kierähammaspyörillä siirretään voimaa sellaisten akseleiden välillä, jotka eivät ole yhdensuuntaisia eivätkä leikkaa toisiaan.[5]

Ulko- ja sisähammastus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hammaspyörät jaetaan hammastuksen sijainnin mukaan ulko- ja sisähammastettuihin pyöriin. Hammastus voi olla suora, vino tai kaareva.[6]

Hammastukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suorahampainen lieriöhammaspyörä.
Vinohampaisia lieriöhammaspyöriä kuorma-auton vaihteiston sivuakselilla. Akselin päässä on kartiorullalaakeri, joka kannattelee hammaspyörää myös aksiaalisuunnassa.

Suora hammastus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yleisin hammastustapa on suora hammastus, jossa hampaat ovat yhdensuuntaiset akselin kanssa.[7]

Vino hammastus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vinohampaisten pyörien hampaat ovat kulmassa hammaspyörän akseliin nähden. Vinohampaisen pyöräparin hampaiden välissä ei synny äkillistä kosketusta, vaan vähintään kaksi hammasparia on jatkuvasti kosketuksessa keskenään. Tästä syystä vinohampainen pyöräpari on suorahampaista hiljaisempi.[8] Vinohampaisen pyörän hampaat ovat pidemmät kuin saman levyisen suorahampaisen pyörän, joten hammaspyörän tehonsiirtokyky paranee vinouskulman kasvaessa. Rajoittavana tekijänä on kuitenkin hammaspyörien laakeroinnin kyky ottaa vastaan tästä aiheutuva aksiaalinen kuorma. Käytännössä vinouskulma on tyypillisesti 8°–15°.[9]

Nuolihammastus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Nuolihammaspyöriä.

Vinohampaisen hammaspyörän aiheuttama aksiaalikuorma voidaan poistaa laittamalla samalle akselille kaksi erikätistä, vinohampaista hammaspyörää, jolloin aksiaalivoimat kumoavat toisensa.[10] Käytännössä hammaspyörät voidaan valmistaa yhdestä kappaleesta. Tämänkaltaista hammastusta sanotaan nuoli-, kulma- tai kalanruotohammastukseksi. Vinohampaisten pyörien tapaan nuolihammaspyörissä on jatkuva hammaskosketus ja ne ovat erittäin lujia sekä tärinättömiä. Nuolihammaspyöriä käytetään esimerkiksi raskaissa valssikoneissa[11] sekä joissain laivojen vaihteissa.[12]

Kaarihammastus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaarihampaisista kartiohammaspyöristä koostuva hypoidivaihde.

Kartiohammaspyörissä toisinaan käytetyllä kaarevalla hammastuksella saavutetaan suoraa hammastusta suurempi tehonsiirtokyky ja hiljaisempi käyntiääni.[13] Kaarihammastusta kutsutaan myös spiraalihammastukseksi tai ruuvihammastukseksi, sillä hampaat liukuvat hiukan samalla tavalla kuin ruuvikierre.[14]

Kaarihampaisista, samoin kuin vinohampaisista kartiopyöristä voidaan rakentaa hypoidivaihde, mikäli pyöräparin hammaspyörillä on erisuuruiset vinouskulmat. Tällöin käyttävän pyörän akseli ei leikkaa käytettävän pyörän akselia. Tyypillisesti hypoidivaihteita käytetään ajoneuvojen vetopyörästöissä.[15]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Schaaf, William L.; Sheldon, Sidney M; Liphshitz, Israel N.; Offner, Monroe M.; Wallen, Edward N.; Ruten, William H.; Enders, George: Tekniikan peruskirja. toinen, tarkistettu painos. Suom. Palasvirta, Onni; Hintikka, Pekka; Valpola, Veli. Porvoo / Helsinki: WSOY, 1953.
  • Adler, Ulrich; Bauer, Horst; Cypra, Arne; Dinkler, Folkhart; Künne, Peter; Röder, Johannes: Autoteknillinen taskukirja. Suom. Craelius, Kari ym.. Stuttgart: Robert Bosch GmbH, 1993. ISBN 951-9155-12-0.
  • Airila, Mauri; Ekman, Kalevi; Hautala, Pekka; Kivioja, Seppo; Kleimola, Matti; Martikka, Heikki; Miettinen, Juha; Niemi, Erkki; Ranta, Aarno; Rinkinen, Jari; Salonen, Pekka; Verho, Arto; Vilenius, Matti; Välimaa, Veikko: ”6.1 Hammasvaihteet”, Koneenosien suunnittelu. Espoo: WSOY, 1995. ISBN 951-0-20172-3.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Schaaf ym., s. 555
  2. Adler ym., s. 727
  3. Schaaf ym., s. 566
  4. Schaaf ym., s. 567
  5. Schaaf ym., s. 567
  6. Airila ym., s. 490
  7. Schaaf ym., s. 566
  8. Schaaf ym., s. 566
  9. Airila ym., s. 505
  10. Airila ym., s. 506
  11. Schaaf ym., s. 568
  12. Airila ym., s. 506
  13. Airila ym., s. 539
  14. Schaaf ym., s. 569
  15. Airila ym., s. 545
Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta hammaspyörä.
Tämä tekniikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.