Ozubené kolo

• převod momentu síly, příklad výpočtu momentu: M = 9550 × P / n [Nm; kW, min-1]
• změna osy nebo směru otáčení
  • přenos kroutícího momentu mezi různoběžnými osami
  • přenos kroutícího momentu mezi mimoběžným osami
  • změna pohybu z otočného na přímočarý nebo opačně s ozubeným hřebenem

• Převod ozubenými koly může být jednoduchý nebo složený.

Jednoduchý převod se skládá z dvojice kol, zpravidla z malého (pastorek) a velkého ozubeného kola. Dvě vzájemně zabírající kola se také nazývají jednoduché soukolí.

Složený převod je převod, kdy je v záběru více dvojic ozubených kol. Je-li v záběru několik dvojic kol, nazýváme toto soukolím složeným. Hřídel uvnitř složeného převodu bez vnějšího výstupu se nazývá předloha.

• 
  Jednoduchý převod
• 
  Složený převod

• rovnoběžné osy: (čelní soukolí s vnějším nebo vnitřním ozubením)
  • s vnějším ozubením
  • s vnitřním ozubením
• různoběžné osy: (soukolí kuželová, úhel může být i jiný než 90°)
• mimoběžné osy: (šroubová soukolí válcová, soukolí šneková, soukolí hypoidní)

• 
  Rovnoběžné osy, vnější ozubení, přímé
• 
  Rovnoběžné osy, vnitřní ozubení, přímé
• 
  Různoběžné osy, vnější ozubení, přímé
• 
  Mimoběžné osy, vnější ozubení, šikmé
• 
  Mimoběžné osy, vnější ozubení, šnekové
• 
  Mimoběžné osy, vnější ozubení, hypoidní

• čelní kola: s přímými, šikmými, šípovitými, zakřivenými zuby
• kuželová kola: s přímými, šikmými, šípovitými a zakřivenými zuby

Poznámka:

• šípové ozubení je složení dvou šikmých ozubení (levé a pravé)
• znak automobilky Citroen nese znázornění šípovitého ozubení

• 
  Čelní kolo, přímé zuby
• 
  Čelní kolo, šikmé zuby
• 
  Čelní kolo, šípovité zuby
• 
  Čelní kolo, zakřivené zuby
• 
  Kuželové kolo, přímé zuby
• 
  Kuželové kolo, šikmé zuby
• 
  Kuželové kolo, šípovité zuby
• 
  Kuželové kolo, zakřivené zuby

• valivá soukolí: boky zubů se po sobě "odvalují"
• šroubová soukolí: boky zubů se o sebe "otírají"

• 
  Valivé soukolí
• 
  Šroubové soukolí

Při rovnoměrném otáčení hnacího kola se musí i hnané kolo otáčet rovnoměrně.

Ztráty vznikající mechanickým třením musí být co nejmenší.

Tyto požadavky mají vliv na volbu profilu boku zubu. Nejrozšířenějším profilem boku zubu je s evolventními boky zubů, v některých případech s cykloidními boky zubů. Rozšířené je i použití Novikových kruhových boků zubů.

Požadavku stálosti převodového poměru vyhovuje evolventa a cykloida, požadavku k vyloučení odchylky vypočítané vzdálenosti (teoretické) os, splňuje jen evolventa. Z hlediska mechanických ztrát při pohybu je výhodnější cykloida. Výrobní nástroj pro evolventu je jednodušší, rozdíly účinnosti při použití evolventy a cykloidy nejsou velké a nedostatky evolventních boků zubů je možno kompenzovat korekcemi.

• Evolventní – nejčastější
• Cykloidní
• Žebrové – např. starých mlýnech
• Hypoidní
• Kruhový oblouk (Wildhaber-Novikovovo ozubení) Jediný "Kruhový oblouk" nesplňuje "Základní zákon ozubení", ale i přesto se používá pro svůj příznivý stykový poměr.

Běžná geometrie (běžné ozubení) je ozubení, při němž libovolné ozubené kolo daného modulu může zabírat s jiným libovolným kolem stejného modulu při normální vzdálenosti os. Roztečné kružnice obou kol se dotýkají a zuby obou kol jsou na roztečných kružnicích stejně tlusté.

Korigovaná geometrie je změna tvaru ozubení, používaná např. k zesílení paty, zmenšení skluzu, k dosažení potřebné vzdálenosti os a dalších úprav. Korigované ozubené kolo může pracovat v záběru s korigovaným ozubeným kolem opačné korekce.

Čelní kola s přímými zuby jsou nejčastěji používaná ozubená kola. Přímé zuby jsou učeny pro rovnoběžné osy hřídelů. Profily zubů jsou odvozené od výše uvedeného, ale u skutečných kol je nutno provést prostorové úpravy (kola mají určitou šířku, místem dotyku ozubení není bod ale přímka).

Při konstrukci soukolí je požadován určitý převodový poměr i = n₁/n₂. Poměr je možno měnit pouze v celých číslech na straně ozubených kol (vždy celý počet zubů na obvodu kola) i = z₂/z₁.

• 
  Prostorový tvar přímého ozubení
• 
  Silové poměry přímého ozubení

Čelní kola s šikmými zuby mají tu výhodu, že mají plynulejší a delší záběr, tišší chod a menší mezní počet zubů. Nevýhodou je vznik axiální síly. Zuby tvoří šroubovici, která má u spoluzabírajících kol opačný smysl.

Čelní kola se šípovitými zuby mají stejnou výhodu jako kola s šikmými zuby, ale nevznikají zde axiální síly, neboť je eliminuje symetrická konstrukce sešikmení ozubení.

• 
  Prostorový tvar šikmého ozubení
• 
  Silové poměry šikmého ozubení
• 
  Geometrie šípovitého ozubení
• 
  Různé druhy šípovitého ozubení

Čelní kola s šikmým Novikovým ozubením, tedy ozubení s kruhovými boky určené pro převody velkých výkonů, má velkou účinnost a mnoho dalších předností. Principiálně toto ozubení s kruhovým profilem nevyhovuje základním požadavkům ozubení jako evolventní nebo cykloidní.

Pro konstrukci tohoto ozubení je možno použít jen šikmých zubů z hlediska geometrie přenosu záběru.

• 
  Wildhaber-Novikovo zubení

Čelní kola s vnitřním ozubením se konstruují jako věnec, na jehož vnitřní straně je ozubení, do kterého zapadá pastorek. Na rozdíl od jiných ozubení je směr otáčení obou ozubených kol shodný.

• 
  Vnitřní zubení
• 

Kuželová kola s přímými zuby se používají pro různoběžné osy hřídelů se společným průnikem os. Ozubení se šikmými zuby je složitější než u čelních ozubení. Místo evolventního profilu zubu se používá i oktoidní, které se snáze vyrábí.

Kuželová kola se šikmými zuby mají příznivější provozní charakteristiky podobně jako u čelního ozubení a lépe se přizpůsobují deformacím hřídelů za provozu. Tento typ ozubení není příliš používán, pouze v případech, kdy jsou rozměry kol větší, než dovoluje geometrie strojů pro výrobu zakřiveného ozubení.

• 
  Kuželové kolo s přímými zuby
• 
  Různé řešení úhlu os hřídelí
• 
  Kuželové kolo se šikmými zuby
• 
  Kuželové kolo se šípovitými zuby

Kuželová kola se zakřivenými zuby se také nazývají se spirálními zuby a mají příznivější provozní charakteristiky podobně jako u čelního ozubení a lépe se přizpůsobují deformacím hřídelů za provozu. Provedení ozubení kola se člení následovně:

• kruhově spirální (Gleason), provedení jako obloukové ozubení nebo hypoidní ozubení
• paloidní (Klingelnberg)
• eloidní/epicykloidní (Öerlikon)

• 
  Kuželové kolo se zakřivenými zuby
• 
  Kuželové kolo se spirálními zuby
• 
  Kuželové kolo se zuby evolventními a palloidními
• 
  Kuželové kolo s kruhovými obloukovými zuby

• 
  Kuželové kolo systému Gleason
• 
  Kuželové kolo systému Gleason
• 
  Kuželové kolo systému Gleason, hypoidní ozubení

• 
  Kuželové kolo s paloidním ozubením systému Klingelnberg
• 
  Kuželové kolo s eloidním ozubením systému Öerlikon

Šroubové soukolí je ozubené soukolí pro mimoběžné osy hřídelů, protože při otáčení vzniká posun, tj. šroubový pohyb. Takovéto soukolí je možno vytvořit pouze, jsou-li kola částmi rotačních hyperboloidů. Pokud v přenosu kroutícího momentu nastává situace, kdy je jedno kolo střídavě hnací i hnané, volí se úhel vyklopení pro obě kola stejný (β₁ = β₂ = 45°) nebo alespoň velmi blízký 45°.

Přiblížení: šroub může při otáčení přenášet na matici posun, obráceně matice při posunu a při nevhodném úhlu nemůže vyvodit otáčivý pohyb šroubu, neboť dojde k samosevření převodu.'

• 
  Šroubové soukolí pro mimoběžné osy
• 
  Geometrie šroubového soukolí

Animace šnekového soukolí

Šneková soukolí jsou určena pro převody mezi mimoběžnými hřídeli s úhlem 90°. Umožňují dosáhnout velkých převodových poměrů. Nevýhodou je nižší účinnost oproti čelním nebo kuželovým soukolím. Šneková soukolí se člení na dvě skupiny:

• s válcovým šnekem a válcovým kolem (používá se hlavně v jemné mechanice)
• s válcovým šnekem a globoidním kolem
• s globoidním šnekem i kolem (dokáží přenést až trojnásobný výkon než předchozí)

Šnek soukolí může být různého provedení:

• podle orientace – se stoupáním pravým i levým
• podle počtu chodů – jednochodý, dvouchodý … 12-chodý.
• podle profilu – spirální (Archimédův) / obecný / evolventní / konkávní
• s duplexním šnekem – rozdílné stoupání pravého a levého boku zubu

Kolo soukolí je protikusem šneku, do kterého zapadá ozubením (podobné kolu se šikmými zuby)

• podle orientace – se stoupáním pravým i levým
• nerozlišuje se počet chodů jako u šneku
• podle profilu – spirální (Archimédův) / obecný / evolventní / konkávní

• 
  Orientace stoupání
• 
  Archimédův 3-chodý šnek
• 
  Konkávní šnek
• 
  Konkávní a válcové kolo

• Výroba ozubených kol

• Automatická převodovka
• Diferenciál
• Převodovka (obecný popis)
• Manuální převodovka
• Nápravová převodovka
• Planetová převodovka
• Reduktor
• Rozvodovka
• Synchronizovaná převodovka

• Ozubnicová dráha – přenos síly mezi ozubeným kolem a ozubeným hřebenem
• Zubové čerpadlo – pouze jako princip funkce, nikoliv k přenosu síly mezi dvěma hřídeli

• Obrázky, zvuky či videa k tématu ozubené kolo na Wikimedia Commons
• Pevnostní analýza převodového mechanismu^{[nedostupný zdroj]}