Hammastus (konetekniikka)

Hammastus on mekaanisen voimansiirtoelimen yksi osa. Mekaanisia voimansiirtoelimiä ovat mm. hammasrattaat. Hammastuksen tehtävänä on siirtää pyörimisnopeutta ja momenttia akselilta toiselle.

Hammastuksen historia ja kehitys

Voimansiirron toteutus hammastuksen avulla on keksitty jo tuhansia vuosia sitten. Egyptiläisten vedensiirtolaitteet oli varustettu alkeellisilla, puusta valmistetuilla hammaspyörillä. Myös roomalaiset käyttivät aikoinaan puuvalmisteisia voimansiirtoelimiä mm. myllyissä, joiden toiminta perustui veden virtauksen muuttamiseen pyörimiseksi.

Hammaspyöräpari kuvaa voimansiirtoa.

Englannissa valmistettiin vuonna 1335 kello, jonka runko ja voimansiirtoelimet olivat rautaa. James Watt rakensi 1700-luvulla hammaspyörän, jossa oli suorakaiteen muotoiset hampaat. Vuonna 1754 Leonhard Euler piirsi evolventtihampaan ja perusteli mielipiteenään sen olevan paras hammaskyljen muoto.

Evolventtihampaita alettiin kuitenkin valmistaa vasta 1840-luvulla, aluksi valettuina ja noin kolmekymmentä vuotta myöhemmin koneistettuina. Vuonna 1838 Cambridgen yliopiston professori Willis laati evolventtihammastuksen työpiirustuksen. Hampaan ryntökulma oli 14½ astetta, ja tämä kulma on edelleen käytössä Englannissa ja Yhdysvalloissa hammaspyörien standardikulmana. Piirustus näyttää vielä nykypäivänäkin moitteettomalta.

Hammasvälitys

Vuosien saatossa tapahtunut hammasvälityksen tuotekehitys on mahdollistanut tarkan valmistustekniikan ansiosta hiljaisen käynnin ja hyvän hyötysuhteen. Kehänopeus voi olla jopa 100 m/s ja tehonsiirtokyky yhden voimansiirtoelimen kautta 60 MW. Hammasvälitys on välttämätön koneenelin koneenrakennuksessa keveytensä ja edullisuutensa vuoksi, ja lisäksi hammasvälitys vaatii vain puolet ketju- tai hihnavälityksen vaatimasta tilasta.

Käsitteet

Hammasvälitysten laskemiseen liittyy käsitteitä, joita ovat

• m moduuli
• z hammasluku
• b hampaan leveys
• h hampaan korkeus
• ha hampaan pään korkeus
• hf hampaan tyven korkeus
• p jako
• d jakohalkaisija
• da päähalkaisija
• df tyvihalkaisija
• c tyvivälys
• j kylkivälys

Evolventtihammastus

Siniset nuolet osoittavat kosketusvoimia. Voimalinja kulkee pitkin perusympyrän tangenttia.

Evolventtihammastus on yleisin teollisuudessa valmistettu ja käytetty hampaanmuoto. Valmistuksen helppous ja laadunvalvonnan kannalta tarkastettavuus sekä pienen akselivälivirheen vähäinen vaikutus välityssuhteeseen ovat tehneet ympyrän evolventista parhaan hampaankylkimuodon.

Suoran vieriessä liukumatta ympyräsylinterin kehällä jokainen suoran piste piirtää uranaan evolventtikäyrää. Lieriön vierintäympyrä on evolventtikäyrän lähtöpiste, josta hampaan kylkiviiva alkaa.

Sykloidihammastus

Sykloidi (punainen viiva) syntyy sinisen ympyrän kehäviivan mukaan.

Sykloidihammastuksen etuina evolventtihammastukseen pidetään edullisia ryntöolosuhteita pintapaineen ollessa pienempi. Tämän ansiosta voidaan käyttää pienempiä hammaslukuja. Sykloidihammastuksen haittoina ovat valmistuksen vaikeus ja hammasvälityksen huono akselivälivirheen sieto. Lisäksi akselivälin säätö profiilinsiirtoa käyttäen ei ole sykloidilla mahdollista.