Roțile dințate transmit mișcarea și cuplul în aproape orice mașină: reductoare, cutii de viteze, pompe, utilaje agricole, mecanisme de ridicare. Ghidul de mai jos explică pe scurt tipurile de roți dințate, ce înseamnă modulul și diametrele, ce materiale se folosesc, cum se fabrică o roată dințată și ce trebuie măsurat când înlocuiești una uzată.
Ce este o roată dințată și ce este un angrenaj
O roată dințată este o roată cu dinți tăiați pe circumferință, care transmite mișcarea prin contactul direct al dinților cu o altă roată. Două sau mai multe roți dințate care lucrează împreună formează un angrenaj. Roata mai mică din pereche se numește pinion, iar cea mai mare, roată condusă.
Față de curele și lanțuri, angrenajul cu roți dințate transmite cuplu mare într-un spațiu mic, păstrează raportul exact, fără alunecare, și are randament ridicat, de regulă peste 95% pe treaptă la roțile cilindrice bine executate.
Tipuri de roți dințate
Tipul roții se alege după poziția arborilor și după sarcină. Tabelul de mai jos rezumă tipurile folosite cel mai des.
| Tip | Poziția arborilor | Ce o deosebește | Unde se folosește |
|---|---|---|---|
| Roți dințate cilindrice cu dinți drepți | paraleli | simple, ieftine, fără forță axială; mai zgomotoase la turații mari | reductoare, cutii de viteze, pompe, mecanisme |
| Roți dințate cilindrice cu dinți înclinați | paraleli | intrare treptată în angrenare, mers liniștit, sarcină mai mare; apare forță axială | reductoare industriale, cutii de viteze auto și agricole |
| Roți cu dinți în V (chevron) | paraleli | două elice opuse, forțele axiale se anulează | transmisii grele, laminoare, turbine |
| Roți dințate conice | concurenți, de obicei la 90° | schimbă direcția mișcării; dinți drepți sau curbi | diferențiale, cutii unghiulare, utilaje agricole |
| Angrenaj melcat (melc și roată melcată) | încrucișați la 90° | raport mare într-o singură treaptă, mers liniștit, poate fi autoblocant | reductoare melcate, porți, transportoare, ridicare |
| Pinion și cremalieră | rotație în translație | transformă rotația în mișcare liniară | porți culisante, mașini CNC, direcții auto |
| Roți cu dantură interioară | paraleli, coaxiali | dinții sunt pe interiorul coroanei; baza reductoarelor planetare | reductoare planetare, cutii automate |
Separat de acestea sunt roțile pentru lanț (pinioanele de lanț), care angrenează cu un lanț, nu cu altă roată. Profilul lor e diferit și se face cu scule dedicate.
Modulul și diametrele unei roți dințate
Modulul (m) arată mărimea dintelui: este diametrul de divizare împărțit la numărul de dinți. Două roți dințate angrenează corect doar dacă au același modul și același unghi de presiune. Din modul și din numărul de dinți (z) rezultă toate cotele principale:
- diametrul de divizare: d = m · z;
- diametrul exterior, măsurat pe vârfurile dinților: da = d + 2m;
- diametrul de picior, la fundul golurilor: df = d − 2,5m;
- pasul dintre doi dinți: p = π · m;
- înălțimea dintelui: h = 2,25m;
- distanța dintre axe a două roți: a = m · (z1 + z2) / 2.
Exemplu: o roată cu modul 2 și 30 de dinți are diametrul de divizare 60 mm și diametrul exterior 64 mm. Toate aceste valori, plus raportul de transmisie și cota peste dinți, le calculezi direct în calculatorul de roți dințate. Despre module standard și cum afli modulul unei roți fără desen, vezi ghidul modulul roții dințate: formule și tabel.
Profilul evolventic și unghiul de presiune
Flancul dinților are formă de evolventă, curba descrisă de capătul unui fir desfășurat de pe un cerc (cercul de bază). Profilul evolventic are două avantaje practice: raportul de transmisie rămâne constant și angrenajul tolerează mici abateri ale distanței dintre axe fără să-și piardă funcționarea.
Unghiul de presiune standard este de 20° (ISO 53). Pe utilajele vechi apar și roți de 14,5°, iar în unele aplicații puternic încărcate se folosește 25°. Roțile cu unghiuri diferite nu angrenează între ele, chiar dacă au același modul.
Materiale pentru roți dințate
Roțile dințate metalice se fac, de regulă, din oțel. Oțelurile de îmbunătățire, ca 42CrMo4 și C45, se folosesc pentru sarcini moderate și mari, opțional cu călire prin inducție a flancurilor. Oțelurile de cementare, ca 16MnCr5 și 20MnCr5, dau un strat dur la suprafață și un miez tenace, potrivit pentru cutii de viteze și reductoare încărcate. Roțile melcate se fac din bronz, roțile mari și lente din fontă, iar roțile silențioase cu sarcini mici din plastice tehnice (POM, PA6).
Comparația detaliată, cu tratamente termice și durități, este în ghidul ce oțel alegi pentru roți dințate.
Cum se fabrică roțile dințate
Semifabricatul se strunjește la diametrul exterior, se găurește și, după caz, se îmbunătățește termic. Apoi se taie dinții, prin unul dintre procedeele de mai jos:
- Danturare cu freză melc: freza și piesa se rotesc sincron, iar dinții se generează prin rulare. Este procesul cel mai productiv pentru roți cilindrice exterioare, roți melcate și caneluri. Pe o mașină de danturat CNC, trecerea la o roată nouă înseamnă alt program și altă freză.
- Mortezare: un cuțit-roată cu mișcare alternativă; se folosește pentru danturi interioare și pentru roți care au un umăr aproape de dinți.
- Frezare cu freză-disc modul: gol cu gol, pe un cap divizor; potrivită pentru unicate și reparații.
- Broșare: pentru danturi și caneluri interioare, în serie mare.
- Rectificare și șeveruire: operații de finisare, după tratamentul termic, pentru precizie mare și zgomot redus.
Un exemplu real: un fermier din Pechea, județul Galați, și-a deschis prin firma Miatec un atelier care produce roți dințate pe o mașină de danturat CNC cu Siemens Sinumerik 828D, cu finanțare AFIR. Povestea completă, cu date tehnice, este în studiul de caz.
Clase de precizie
Precizia roților dințate se exprimă în clase, după ISO 1328 (sau DIN 3961/3962 în documentația mai veche). Un număr mai mic înseamnă precizie mai mare. Roțile danturate cu freză melc ating de regulă clasele 7–9, iar cele rectificate clasele 3–6. Clasa 7 este nivelul tipic pentru reductoare industriale, cutii de viteze ale utilajelor agricole și pompe.
Cum înlocuiești o roată dințată uzată
Pentru o piesă de schimb făcută după mostră, notează sau măsoară:
- numărul de dinți;
- diametrul exterior, cu șublerul, pe vârfurile dinților;
- tipul danturii: dinți drepți sau înclinați, iar la cei înclinați unghiul și sensul elicei (stânga sau dreapta);
- lățimea roții și dimensiunile alezajului, ale canalului de pană sau ale canelurilor;
- materialul și duritatea, dacă se pot afla.
La o roată cu dinți drepți fără deplasare de profil, modulul este diametrul exterior împărțit la numărul de dinți plus 2: m = da / (z + 2). Calculatorul de roți dințate face acest calcul și propune modulul standard cel mai apropiat. Pentru o confirmare, măsoară cota peste dinți cu un micrometru cu talere.
Întrebări frecvente
Care sunt principalele tipuri de roți dințate?
Roțile cilindrice cu dinți drepți și cu dinți înclinați (arbori paraleli), roțile conice (arbori concurenți), angrenajul melcat (arbori încrucișați), pinionul cu cremalieră și roțile cu dantură interioară, folosite în reductoarele planetare.
Ce înseamnă modulul unei roți dințate?
Modulul este mărimea dintelui exprimată în milimetri: diametrul de divizare împărțit la numărul de dinți. Roțile care angrenează între ele au același modul.
Din ce se fac roțile dințate metalice?
Cel mai des din oțeluri de îmbunătățire (42CrMo4, C45) sau de cementare (16MnCr5, 20MnCr5). Roțile melcate se fac din bronz, iar roțile mari și lente din fontă.
Ce diferență este între dinți drepți și dinți înclinați?
Dinții înclinați intră în angrenare treptat, deci roata merge mai liniștit și duce o sarcină mai mare, dar creează o forță axială pe care rulmenții trebuie s-o preia. Dinții drepți sunt mai simpli de executat și nu încarcă axial lagărele.
Cum se fabrică o roată dințată?
Cel mai des prin danturare cu freză melc, pe o mașină de danturat. Danturile interioare se fac prin mortezare sau broșare, iar roțile de precizie mare se rectifică după tratamentul termic.
