Nowoczesne przekładnie i motoreduktory - Kompendium

Z przekładni korzysta się z wielu powodów. Takimi są wymogi: dostosowania prędkości obrotowej napędu do maszyny roboczej, zmiany kierunku jej obrotów, uzyskania większego momentu niż jest w stanie wytworzyć silnik. Są również niezbędne w razie, gdy istnieje konieczność przeniesienia napędu na odległość, jeżeli silnik jest oddalony od napędzanej maszyny. Przekładnie zapewniają oprócz tego elastyczność w zakresie ich wzajemnego ustawienia, co pozwala na realizację bardziej kompaktowych konstrukcji. Dzięki nim można też wykorzystać jeden napęd do kilku maszyn albo tańszy silnik o ograniczonym zakresie prędkości.

Przekładnie dzieli się na trzy grupy: cierne, cięgnowe i zębate. W pierwszych ruchome elementy są dociskane do siebie, a tarcie pomiędzy nimi zapewnia przeniesienie napędu. Do tej kategorii zalicza się przekładnie bezstopniowe (wariatory). Zalety przekładni ciernych to: prostota konstrukcji, cicha praca i odporność na przeciążenia, natomiast wady: mała sprawność, nagrzewanie się, zużywanie się materiału ciernego, ograniczona prędkość i możliwość niekontrolowanego poślizgu.

W przekładaniach drugiego typu element napędzający z tym napędzanym, chociaż się nie stykają, są połączone za pośrednictwem giętkiego nierozciągliwego cięgna, które je opasuje. Główną ich zaletą jest to, że napęd może być przenoszony na znaczne odległości. Do tej kategorii zaliczane są przekładnie, w których cięgnem są: pasy, liny, łańcuchy.

Przekładnie pasowe

Przekładnie pasowe wyróżnia prosta, tania konstrukcja i łatwość obsługi. Pracują płynnie i cicho. Ich koła pasowe można odsunąć na duże odległości, nawet kilkunastu metrów. Tłumią drgania i uderzenia. Są wytrzymałe na chwilowe przeciążenia, którym towarzyszy poślizg zabezpieczający przed uszkodzeniem przekładnie i silnik. Można zmienić kierunek ich obrotów, przekazywać ruch na wiele kół, uzyskiwać zmienne przełożenie (stopniowane i płynne). Pracują z prędkościami do kilkudziesięciu m/s i przenoszą duże moce. Z drugiej strony zajmują dużo miejsca i wymagają napinaczy, ponieważ pasy podczas użytkowania ulegają trwałemu odkształceniu rozciągając się. Ich wadą jest również brak stałości przełożenia. Na ich działanie negatywnie wpływają brud, smary, chemikalia, temperatura.

W przekładniach tego typu korzysta się z pasów różnych kształtów. Najpopularniejsze są: płaskie, klinowe, okrągłe, zębate. W komplecie z danym rodzajem pasa używa się odpowiednich kół. Pasy płaskie (zwykle gumowe, z tkaniny, tworzywa sztucznego) wymagają kół o gładkiej powierzchni. Ze względu na sposób prowadzenia pasa płaskiego przekładnie dzieli się na: otwarte, częściowo i w pełni skrzyżowane. Końce tego rodzaju pasów łączy się przez zszycie albo przy użyciu metalowej wstawki. Pasy płaskie sprawdzają się w pracy z dużymi prędkościami.

Pasy klinowe – jakie są oznaki awarii? Pasy klinowe to jedne z popularniejszych komponentów układów przenoszenia napędu. Dzięki trapezowemu przekrojowi poprzecznemu dobrze dopasowują się do rowków kół pasowych, a silne tarcie między powierzchniami pasa i kół umożliwia przekazywanie dużych momentów obrotowych przy minimalnym ryzyku poślizgu. Ważną ich zaletą są również małe wymagania w zakresie konserwacji – niektórzy producenci oferują nawet paski klinowe reklamowane jako bezobsługowe. Nie oznacza to jednak, że nie powinno się reagować na symptomy, które świadczą o ich zbliżającej się awarii. Dalej przedstawiamy pięć najczęstszych objawów. Zużywanie się pasa klinowego jest nieuniknione. Uwagę powinny jednak zwrócić wszelkie jego nietypowe i nierównomiernie rozłożone oznaki. Niepokoić może nagłe pogorszenie stanu brzegów pasa. Może być spowodowane uszkodzonymi kołami pasowymi, za wysoką temperaturą pracy, nadmiernym smarowaniem, zawilgoceniem albo kontaktem z cząstkami ściernymi. Widoczne zużycie pasa w rogach bywa z kolei skutkiem niedopasowania pasa do koła pasowego lub zużyciem kół pasowych. Zaniepokoić powinno także nadmierne zużycie pasa od spodu. Wśród przyczyn takiego stanu wymienić można: zużycie kół pasowych, ich zabrudzenie, niewłaściwy dobór pasa. Ponadto zużyte pasy klinowe twardnieją i sztywnieją po bokach i od góry. To oznacza, że temperatura pracy jest za wysoka lub występuje poślizg, któremu towarzyszy nadmierne tarcie i nagrzewanie się pasa. Oczywistymi negatywnymi symptomami są pękanie i/albo rozwarstwianie się pasa, które zawsze w końcu prowadzą do jego rozerwania. Najczęstszą przyczyną pęknięć, zwłaszcza od spodu, jest to, że materiał pasa jest nieodporny na wysokie temperatury, na które jest narażony. Za małe koła pasowe lub ich niewspółosiowość również mogą tym skutkować. Pękanie i rozdwajanie się pasów bywa także skutkiem nieprawidłowego montażu. Częstymi błędami popełnianymi na tym etapie są: zakładanie niedobranego pasa "na siłę" albo jego nieprawidłowe naprężanie. Dlatego podczas montażu i regulacji napięcia pasa obowiązkowo należy przestrzegać wskazówek producenta. Rozwarstwienie bywa też skutkiem kontaktu z zanieczyszczeniami, przez które część pasa zużywa się bardziej niż reszta. Stwardniałe krawędzie i/albo "wypolerowana" powierzchnia pasa są skutkiem błędów w jego montażu lub niewspółosiowości kół pasowych. Jeżeli pas jest niewystarczająco napięty albo rowki koła pasowego są zużyte, pas może się z nich ześlizgiwać. Jednostronnemu ześlizgiwaniu się pasa towarzyszyć może charakterystyczny hałas.

Pasy klinowe mają trapezowy przekrój poprzeczny. Odpowiada mu kształt rowka na kole. Tego typu przekładnie pracują jako otwarte, w ustawieniu poziomym, pionowym, skośnym. Sprawdzają się przy znacznych obciążeniach. Pasy klinowe wyróżnia duża wytrzymałość, giętkość i przyczepność. Mniej się rozciągają. Składają się z warstw: nośnej, z tkaniny lub poliamidu i gumowej osłony. Zazwyczaj korzysta się z kilku pasów klinowych prowadzonych równoległe po wielorowkowych kołach.

Średnice pasów okrągłych nie przekraczają centymetra. Odpowiadające im koła pasowe mają rowki półokrągłe lub o przekroju trapezowym. Przekładnie z pasami tego typu są kompaktowe. Przenoszą małe moce. Przekładnie z pasem zębatym natomiast nie wymagają wstępnego napięcia. Jedno z ich kół może być gładkie. Przekładnie tego typu są wytrzymałe i trwałe.

Przekładnie łańcuchowe i linowe

W przekładniach, w których cięgnem jest łańcuch wykorzystuje się specjalnie ukształtowane koło z gniazdami, o które zazębiają się dopasowane do nich ogniwa. Dzięki temu nie występuje poślizg łańcucha. Taka konstrukcja łagodzi szarpnięcia i nie jest wymagane mocne napinanie cięgna. Główne wady przekładni tego rodzaju to natomiast: głośna praca, konieczność smarowania, wymóg regulacji naciągu oraz ryzyko zerwania łańcucha w przypadku gwałtownego przeciążenia. Z drugiej strony, tak jak przekładnie pasowe, te łańcuchowe pozwalają na przenoszenie napędu na znaczne odległości.

Przekładnie linowe także sprawdzają się w tym zastosowaniu – są w stanie przekazywać napęd na dystansie nawet do kilkunastu metrów. Oprócz tego są wybierane przy dużych obciążeniach i małej prędkości. Ich wyróżnikiem jest natomiast cicha praca. Oba typy przekładni, łańcuchowe i linowe, są popularne poza przemysłem, odpowiednio, w napędach rowerów i kolejek górskich.

Przekładnie zębate - klasyfikacja

Tytułowe przekładnie tworzą koła – zębatki, które przenoszą ruch dzięki temu, że ich zęby o siebie zahaczają. Przekładnie te zazwyczaj pracują jako reduktory. Wówczas prędkość wału napędzanego jest mniejsza, a moment obrotowy większy niż wału napędowego. Mogą również pełnić funkcję multiplikatora. Wtedy odwrotnie – prędkość wału napędzanego jest większa, a moment obrotowy mniejszy niż wału napędzającego.

Przekładnie zębate dzieli się ze względu na kilka cech. Takim jest miejsce zazębienia: wewnętrzne albo zewnętrzne. Na podstawie liczby zębatek wyróżnia się przekładnie jedno- i wielostopniowe. W pierwszym przypadku współpracuje jedna para, natomiast w drugim ich większa liczba. Przekładnie wielostopniowe powalają na uzyskanie większych przełożeń, przy równoczesnym zachowaniu kompaktowych rozmiarów.

Kryteria klasyfikacji dotyczą również osi, wzdłuż których przekazywany i odbierany jest ruch. Przekładnie dzieli się w zależności od możliwości przemieszczania się osi względem korpusu i ich wzajemne położenie. Oprócz tego różnią się kształtami zębatek oraz linii zębów.

 

Rys. 1. Przekładnie pasowe a) otwarte i b) skrzyżowane

Co wyróżnia przekładnie walcowe?

Ze względu na pierwszą z cech wyróżnia się przekładnie o osiach nieruchomych albo ruchomych (przekładnie obiegowe, planetarne). W drugich co najmniej jedna z osi przemieszcza się względem korpusu, wykonując ruch okrężny względem osi centralnej. Przekładnie o osiach nieruchomych są niedrogie w produkcji i użytkowaniu, ale stosunkowo duże i ciężkie. Oprócz tego uzyskanie dużych przełożeń wymaga wielu zazębień. W ich przypadku występują również luzy międzyzębowe. Zalety przekładni obiegowych to z kolei głównie: możliwość przenoszenia dużych mocy oraz uzyskiwania dużych przełożeń przy zachowaniu kompaktowości. Mają jednak duże wymagania w zakresie precyzji wykonania, co zwiększa koszt.

Na podstawie kształtu kół przekładnie o osiach nieruchomych dzieli się na: walcowe, stożkowe oraz ślimakowe, o kształcie linii zębów: prostym, śrubowym, daszkowym oraz łukowym. Ze względu na ustawienie osi względem siebie wyróżnia się przekładnie: równoległe, kątowe i wichrowate.

Do grupy przekładni, w których osie zębatek są równoległe, zaliczane są m.in. te walcowe o zębach prostych, śrubowych i daszkowych. W pierwszych linia zębów biegnie równolegle do osi obrotu. Mają one dużą sprawność (99%), są łatwe w produkcji, tanie. Niestety ich głośnej pracy towarzyszą wibracje. Mniej drgają, ciszej pracują i są wytrzymalsze przekładnie walcowe o zębach śrubowych. Droższe od nich i trudniejsze do wykonania są walcowe o zębach, które są podzielone po połowie i są względem siebie nachylone w taki sposób, by uformować daszek. Nadają się one do przenoszenia większych mocy. W porównaniu do tych z zębami prostymi są wytrzymalsze, pracują ciszej i nie wibrują. Do kategorii przekładni z osiami równoległymi należą również te, w których koło zębate współpracuje z zębatką w postaci listwy z zębami. Tę ostatnią można traktować jako koło zębate o nieskończonym promieniu. Przekładnie tego rodzaju służą do przekształcania ruchu obrotowego w ruch postępowy i odwrotnie.

 

Rys. 2. Przekładnie walcowe, stożkowe, ślimakowe

Przekładnie kątowe i wichrowate

W przekładaniach kątowych osie zębatek się przecinają. Do tej kategorii zaliczane są te stożkowe o zębach prostych, łukowych i daszkowych. Generalnie przekładnie stożkowe są wykorzystywane do przenoszenia ruchu między wałami napędowymi ustawionymi pod kątem, zwykle 90º. Te z zębami prostymi są łatwe w wykonaniu, ale głośno pracują. Tańsze, wytrzymalsze i cichsze są te z zębami, których linia jest krzywą (z zębami łukowymi).

Wichrowate (hipoidalne) wyróżnia z kolei to, że osie ich kół się nie przecinają, ponieważ nie leżą w tej samej płaszczyźnie – w porównaniu z przekładniami stożkowatymi są one względem siebie przesunięte. Płynniej się zazębiają. Przekładnie hipoidalne są też wytrzymalsze, ale łatwiej niż śrubowe ulegają zatarciu. Chociaż mają mniejszą sprawność niż śrubowe, lepiej sprawdzają się przy większych przełożeniach. Do kategorii wichrowatych należą również przekładnie ślimakowe. Wykorzystuje się je do przekazywania ruchu pomiędzy wałami prostopadłymi, gdy wymagane jest duże przełożenie. Mają niską sprawność.