Τα ατέρμονα γρανάζια είναι εξαρτήματα μετάδοσης ισχύος που χρησιμοποιούνται κυρίως ως μειωτήρες υψηλής αναλογίας για να αλλάξουν την κατεύθυνση περιστροφής του άξονα και να μειώσουν την ταχύτητα και να αυξήσουν τη ροπή μεταξύ μη παράλληλων περιστρεφόμενων αξόνων. Χρησιμοποιούνται σε άξονες με μη τεμνόμενους, κάθετους άξονες. Επειδή τα δόντια των εμπλεκόμενων γραναζιών ολισθαίνουν το ένα δίπλα στο άλλο, τα ατέρμονα γρανάζια είναι αναποτελεσματικά σε σύγκριση με άλλους κινητήριους μηχανισμούς, αλλά μπορούν να προκαλέσουν τεράστιες μειώσεις στην ταχύτητα σε πολύ συμπαγείς χώρους και επομένως έχουν πολλές βιομηχανικές εφαρμογές. Ουσιαστικά, τα ατέρμονα γρανάζια μπορούν να ταξινομηθούν ως μονής και διπλής περιβάλλουσας, η οποία περιγράφει τη γεωμετρία των εμπλεκόμενων δοντιών. Τα ατέρμονα γρανάζια περιγράφονται εδώ μαζί με μια συζήτηση για τη λειτουργία τους και τις συνήθεις εφαρμογές τους.

Κυλινδρικά γρανάζια με σκουλήκι

Η βασική μορφή του σκουληκιού είναι η ενελιγμένη οδοντωτή ράγα με την οποία παράγονται οι οδοντωτοί οδοντωτοί οδοντωτοί τροχοί. Τα δόντια της οδοντωτής ράγας έχουν ευθύγραμμα τοιχώματα, αλλά όταν χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία δοντιών σε κενά γραναζιών, παράγουν τη γνωστή καμπύλη μορφή δοντιού του ενελιγμένου οδοντωτού τροχού. Αυτή η μορφή δοντιού οδοντωτής ράγας ουσιαστικά τυλίγεται γύρω από το σώμα του σκουληκιού. Το ζευγάρωμα τροχός σκουληκιών αποτελείται απόελικοειδές γρανάζιδόντια κομμένα υπό γωνία που ταιριάζει με τη γωνία του δοντιού του σκουληκιού. Το πραγματικό σχήμα ακτίνας εμφανίζεται μόνο στο κεντρικό τμήμα του τροχού, καθώς τα δόντια καμπυλώνουν για να περιβάλλουν τον σκουλήκι. Η δράση εμπλοκής είναι παρόμοια με αυτή μιας οδοντωτής ράγας που κινεί ένα πινιόν, εκτός από το ότι η μεταφορική κίνηση της οδοντωτής ράγας αντικαθίσταται από την περιστροφική κίνηση του σκουληκιού. Η καμπυλότητα των δοντιών του τροχού περιγράφεται μερικές φορές ως «λαιμού».

Οι σκουλήκια θα έχουν τουλάχιστον ένα και έως τέσσερα (ή περισσότερα) σπειρώματα ή εκκινήσεις. Κάθε σπείρωμα εμπλέκεται με ένα δόντι στον τροχό σκουληκιού, ο οποίος έχει πολύ περισσότερα δόντια και πολύ μεγαλύτερη διάμετρο από τον σκουλήκι. Οι σκουλήκια μπορούν να περιστραφούν προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Οι τροχοί σκουληκιού συνήθως έχουν τουλάχιστον 24 δόντια και το άθροισμα των σπειρωμάτων του σκουληκιού και των δοντιών του τροχού θα πρέπει κανονικά να είναι μεγαλύτερο από 40. Οι σκουλήκια μπορούν να κατασκευαστούν απευθείας στον άξονα ή ξεχωριστά και να τοποθετηθούν σε έναν άξονα αργότερα.
Πολλοί μειωτήρες με ατέρμονα κοχλία θεωρητικά είναι αυτοασφαλιζόμενοι, δηλαδή δεν μπορούν να κινηθούν προς τα πίσω από τον ατέρμονα τροχό, ένα πλεονέκτημα σε πολλές περιπτώσεις όπως η ανύψωση. Όπου η προς τα πίσω κίνηση είναι ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό, η γεωμετρία του ατέρμονα κοχλία και του τροχού μπορεί να προσαρμοστεί ώστε να το επιτρέπει (συχνά απαιτώντας πολλαπλές εκκινήσεις).
Η αναλογία ταχύτητας του σκουληκιού και του τροχού καθορίζεται από την αναλογία του αριθμού των δοντιών του τροχού προς τα σπειρώματα του σκουληκιού (όχι από τις διαμέτρους τους).
Επειδή ο ατέρμονας κοχλία υφίσταται συγκριτικά μεγαλύτερη φθορά από τον τροχό, συχνά χρησιμοποιούνται ανόμοια υλικά για τον καθένα, όπως ένας σκληρυμένος ατσάλινος ατέρμονας κοχλίας που κινεί έναν χάλκινο τροχό. Διατίθενται επίσης πλαστικοί ατέρμονοι κοχλία.

Μονοκόμματοι και διπλοκόμματοι γρανάζια

Η περιτύλιξη αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο τα δόντια του ατέρμονα κοχλία τυλίγονται εν μέρει γύρω από τον ατέρμονα κοχλία ή τα δόντια του ατέρμονα κοχλία τυλίγονται εν μέρει γύρω από τον τροχό. Αυτό παρέχει μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής. Ένας ατέρμονας κοχλία μονής περιτύλιξης χρησιμοποιεί έναν κυλινδρικό ατέρμονα κοχλία για να εμπλακεί με τα δόντια με λαιμό του τροχού.
Για να επιτευχθεί ακόμη μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής με τα δόντια, μερικές φορές ο ίδιος ο ατέρμονας κοχλίας έχει λαιμό - σε σχήμα κλεψύδρας - για να ταιριάζει με την καμπυλότητα του τροχού ατέρμονος κοχλία. Αυτή η ρύθμιση απαιτεί προσεκτική αξονική τοποθέτηση του ατέρμονος κοχλία. Οι γρανάζια ατέρμονος κοχλία διπλής περιβάλλουσας είναι πολύπλοκα στην κατεργασία και έχουν λιγότερες εφαρμογές από τα γρανάζια ατέρμονος κοχλία μονής περιβάλλουσας. Οι εξελίξεις στην κατεργασία έχουν κάνει τα σχέδια διπλής περιβάλλουσας πιο πρακτικά από ό,τι ήταν στο παρελθόν.
Τα ελικοειδή γρανάζια διασταυρούμενου άξονα αναφέρονται μερικές φορές ως μη περιβάλλοντα γρανάζια ατέρμονα κοχλία. Ένας σφιγκτήρας αεροσκάφους είναι πιθανό να έχει σχεδιασμό χωρίς περιβάλλουσα γρανάζια.

Εφαρμογές

Μια συνηθισμένη εφαρμογή για τους μειωτήρες με κοχλία είναι οι κινήσεις με ιμάντα μεταφοράς, καθώς ο ιμάντας κινείται σχετικά αργά σε σχέση με τον κινητήρα, γεγονός που καθιστά δυνατή την υψηλή αναλογία μείωσης. Η αντίσταση στην αντίστροφη κίνηση μέσω του τροχού κοχλία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποτροπή της αντιστροφής του ιμάντα όταν ο μεταφορέας σταματά. Άλλες συνηθισμένες εφαρμογές είναι σε ενεργοποιητές βαλβίδων, γρύλους και κυκλικά πριόνια. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται για ευρετηρίαση ή ως κινήσεις ακριβείας για τηλεσκόπια και άλλα όργανα.
Η θερμότητα αποτελεί πρόβλημα με τους ατέρμονες οδοντωτούς τροχούς, καθώς η κίνηση ουσιαστικά ολισθαίνει όπως ένα παξιμάδι σε μια βίδα. Για έναν ενεργοποιητή βαλβίδας, ο κύκλος λειτουργίας είναι πιθανό να είναι διαλείπων και η θερμότητα πιθανότατα διαχέεται εύκολα μεταξύ σπάνιων λειτουργιών. Για έναν μεταφορικό ιμάντα, με πιθανώς συνεχή λειτουργία, η θερμότητα παίζει σημαντικό ρόλο στους υπολογισμούς σχεδιασμού. Επίσης, συνιστώνται ειδικά λιπαντικά για τους ατέρμονες οδοντωτούς τροχούς λόγω των υψηλών πιέσεων μεταξύ των δοντιών, καθώς και της πιθανότητας τριβής μεταξύ των ανόμοιων υλικών του ατέρμονα τροχού και των τροχών. Τα περιβλήματα για τους ατέρμονες οδοντωτούς τροχούς είναι συχνά εξοπλισμένα με πτερύγια ψύξης για την απαγωγή της θερμότητας από το λάδι. Μπορεί να επιτευχθεί σχεδόν οποιαδήποτε ποσότητα ψύξης, επομένως οι θερμικοί παράγοντες για τους ατέρμονες οδοντωτούς τροχούς αποτελούν παράμετρο αλλά όχι περιορισμό. Συνιστάται γενικά η θερμοκρασία των λαδιών να παραμένει κάτω από τους 200°F για την αποτελεσματική λειτουργία οποιουδήποτε ατέρμονα οδοντωτού τροχού.
Η αντίστροφη κίνηση μπορεί να συμβεί ή όχι, καθώς εξαρτάται όχι μόνο από τις γωνίες της έλικας, αλλά και από άλλους λιγότερο ποσοτικοποιήσιμους παράγοντες, όπως η τριβή και οι κραδασμοί. Για να διασφαλιστεί ότι θα συμβαίνει πάντα ή δεν θα συμβαίνει ποτέ, ο σχεδιαστής του συστήματος κίνησης με κοχλία πρέπει να επιλέξει γωνίες έλικας που είναι είτε αρκετά απότομες είτε αρκετά μικρές ώστε να παρακάμπτουν αυτές τις άλλες μεταβλητές. Ο συνετός σχεδιασμός συχνά προτείνει την ενσωμάτωση πλεονάζουσας πέδησης με αυτοασφαλιζόμενες κινήσεις όπου διακυβεύεται η ασφάλεια.
Τα γρανάζια ατέρμονα κοχλία διατίθενται τόσο ως ενσωματωμένες μονάδες όσο και ως σετ γραναζιών. Ορισμένες μονάδες μπορούν να προμηθευτούν με ενσωματωμένους σερβοκινητήρες ή ως σχέδια πολλαπλών ταχυτήτων.
Ειδικά σκουλήκια ακριβείας και εκδόσεις μηδενικής αντίδρασης είναι διαθέσιμες για εφαρμογές που περιλαμβάνουν μειώσεις υψηλής ακρίβειας. Ορισμένοι κατασκευαστές διαθέτουν εκδόσεις υψηλής ταχύτητας.