Napędy zębate: zasady, klasyfikacje i zastosowania przemysłowe

1. Wprowadzenie

2. Zasady działania

Podstawowe zalety

• Dokładne i stabilne przełożenie , prawie bez poślizgu.

• Wysoka sprawność mechaniczna , zwykle 95–99,5%.

• Szeroki zakres mocy i prędkości , od miliwatów do megawatów.

• Zwarta konstrukcja odpowiednia do ograniczonych przestrzeni instalacyjnych.

• Długa żywotność i wysoka niezawodność przy ciągłej pracy.

3. Wspólne klasyfikacje sprzętu

1. Przekładnie czołowe

• Zęby są równoległe do osi wału; łatwe w produkcji i ekonomiczne.

• Używany do napędów z wałem równoległym.

• Nadaje się do zastosowań ze średnimi i niskimi prędkościami oraz przy lekkich i średnich obciążeniach.

2. Przekładnie śrubowe

• Zęby są cięte pod kątem linii śrubowej, co zapewnia dłuższe linie styku i wyższy współczynnik styku.

• Charakteryzuje się płynną pracą, niskim poziomem hałasu i dużą nośnością.

• Szeroko stosowany w skrzyniach biegów, samochodach i maszynach precyzyjnych.

3. Przekładnie stożkowe

• Przeznaczone do wałów krzyżujących się , zwykle pod kątem 90°.

• Proste przekładnie stożkowe: prosta konstrukcja, zastosowania przy niskich prędkościach.

• Spiralne i hipoidalne przekładnie stożkowe: wytrzymałe, płynne napędy osi pojazdów i maszyn budowlanych.

4. Przekładnie ślimakowe

• Stosowany do nieprzecinających się wałów prostopadłych.

• Zapewnia wysokie współczynniki redukcji i cichą pracę; niektóre są samoblokujące.

• Stosowany w windach, podnośnikach i mechanizmach indeksujących.

5. Przekładnie planetarne

• Kompaktowy, o dużej gęstości momentu obrotowego i wyjściu koncentrycznym.

• Wiele zębów dzieli obciążenie, co umożliwia pracę przy dużych obciążeniach.

• Stosowany w robotyce, nowych pojazdach energetycznych i serwo-reduktorach.

4. Kluczowe parametry konstrukcyjne przekładni

• Moduł (m) – Podstawowy wskaźnik wielkości zęba i nośności.

• Liczba zębów (z) – określa przełożenie przekładni:

  i=z1z2

• Kąt nacisku (α) – standardowa wartość wynosi zwykle 20°.

• Kąt pochylenia linii śrubowej (β) – wpływa na gładkość i obciążenie osiowe.

• Przełożenie przekładni (i) – określa konwersję prędkości i momentu obrotowego.

• Odległość od środka (a) – wpływa na montaż i wytrzymałość.

• Szerokość czołowa (b) – bezpośrednio wpływa na nośność.

5. Stopnie dokładności przekładni

• 0–2 : Ultraprecyzyjny, do metrologii i instrumentów najwyższej klasy.

• 3–5 : Szybkie maszyny precyzyjne.

• 6–8 : Ogólne przekładnie przemysłowe, przekładnie samochodowe.

• 9–12 : Maszyny rolnicze i górnicze o niskiej prędkości, do dużych obciążeń.

• Skumulowany błąd wysokości tonu

• Odchylenie profilu

• Odchylenie ołowiu

• Bicie promieniowe

6. Materiały i obróbka cieplna

Typowe materiały

• Stale węglowe : stal 45# do przekładni ogólnego przeznaczenia.

• Stale stopowe : 40Cr, 42CrMo do średnich i dużych obciążeń.

• Stale do nawęglania : 20CrMnTi, 20CrMo do przekładni o wysokiej wydajności.

• Żeliwo : żeliwo szare, żeliwo sferoidalne do zastosowań charakteryzujących się niskimi prędkościami i niskimi kosztami.

• Tworzywa sztuczne : Nylon, POM do urządzeń o niskim obciążeniu i niskim poziomie hałasu.

Procesy obróbki cieplnej

• Hartowanie i odpuszczanie – Poprawia ogólną wytrzymałość.

• Hartowanie powierzchniowe – twarda powierzchnia, wytrzymały rdzeń.

• Nawęglanie i hartowanie – Wysoka twardość powierzchniowa przy dużych obciążeniach.

• Azotowanie – minimalne odkształcenia, ekstremalna odporność na zużycie.

7. Procesy produkcyjne

• Obwiedniowe – najczęściej spotykane w przypadku przekładni walcowych.

• Kształtowanie – Nadaje się do przekładni wewnętrznych i wielostopniowych.

• Golenie – proces miękkiego wykończenia poprawiający dokładność.

• Szlifowanie – Precyzyjne wykończenie hartowanych przekładni.

• Kucie i wytłaczanie – produkcja na dużą skalę i o dużej wytrzymałości.

8. Tryby smarowania i awarii

Typowe awarie

• Zużycie ścierne – spowodowane złym smarowaniem lub zanieczyszczeniem.

• Wżery – uszkodzenia zmęczeniowe spowodowane cyklicznymi naprężeniami kontaktowymi.

• Złamanie zęba – przeciążenie, uderzenie lub wady materiałowe.

• Odkształcenie plastyczne – w warunkach niskiej prędkości i dużego obciążenia.

• Zarysowania – zużycie adhezyjne w wysokiej temperaturze w napędach o dużej prędkości.

Funkcje smarowania

• Zmniejsz tarcie i zużycie

• Schłodzić i rozproszyć ciepło

• Chronić przed korozją

• Zmniejsz hałas i przedłuż żywotność

9. Zastosowania przemysłowe

• Motoryzacja : skrzynie biegów, mechanizmy różnicowe, układy rozrządu.

• Maszyny budowlane : Koparki, dźwigi, walce.

• Sprzęt najwyższej klasy : Obrabiarki, przekładnie wiatrowe, roboty.

• Maszyny ogólne : Reduktory, pompy, wentylatory, przenośniki.

• Transport kolejowy : Napędy koleją dużych prędkości i metrem.

• Przemysł rolniczy i lekki : Kombajny, maszyny tekstylne i pakujące.

• Lotnictwo i kosmonautyka : silniki lotnicze i przekładnie helikopterów.

10. Wniosek