Przekładnie ślimakowe stanowią najczęściej używane napędy do przenoszenia mocy z wału czynnego na bierny. Ich podstawowe zadanie to zmiana momentu obrotowego.
Przekładnia ślimakowa jest przekładnią zębatą o osiach prostopadłych, wichrowatych. W przekładniach tego typu współpracują dwa elementy cechujące się odmienną konstrukcją. Pierwszy z nich to ślimak. Jest to element śrubowy z gwintem o trapezowym zarysie, wykonany ze stali hartowanej. Drugi element to ślimacznica, czyli koło ślimakowe. Brąz lub żeliwo szare to materiał, z którego są najczęściej wykonywane. W przekładniach tego typu przeniesienie mocy odbywa się z dużym udziałem tarcia. Stąd też istotną rolę odgrywa kierunek przekazywania mocy.
Parametry
Istotnym parametrem przekładni ślimakowej jest przełożenie. Wartość ta jest zależna, przy danej odległości osi, od rozmiaru i liczby zębów. Przełożenie jest stosunkiem liczby zębów ślimacznicy do liczby zębów ślimaka. W procesie doboru przekładni nie mniej znacząca jest także prędkość wyjściowa.
Kluczową rolę odgrywa żądany moment. Jego wartość musi być znana przy doborze napędu. Konieczne jest określenie momentu nominalnego. Parametr ten jest momentem wyjściowym, który może być przenoszony przez przekładnie przy określonej prędkości wejściowej i przełożeniu przekładni. Jego obliczenie zakłada pracę ciągłą z jednostajnym obciążeniem dla wartości współczynnika bezpieczeństwa (przeciążenia) równym jedności.
Parametrem, który określa przekładnię ślimakową, jest również moment wyjściowy. Jest on otrzymywany na wyjściu przekładni, przy bezpośrednim powiązaniu z mocą zainstalowanego silnika, prędkością wyjściową oraz sprawnością dynamiczną.
Istotną cechą przekładni ślimakowej jest również jej sprawność. Kalkuluje się ją w oparciu o sprawność dynamiczną przekładni, stanowiącą optymalną wartość osiąganą przy pracy z nominalną prędkością i uwzględnianiu przerw. W przypadku zespołów przekładni sprawność całkowitą otrzymuje się przez iloczyn sprawności obu przekładni. Pamiętać jednak należy, że sprawność drugiej przekładni zależy od zredukowanej prędkości wejściowej, otrzymanej przez podzielenie prędkości wejściowej pierwszej przekładni przez jej przełożenie. I jeszcze jedna ważna uwaga – przekładnie ślimakowe określa również sprawność statyczna, która występuje podczas startu. Wartość ta zdecydowanie zmniejsza otrzymywany moment, co należy wziąć pod uwagę w przypadku aplikacji, których praca jest przerywana.
Przekładnie ślimakowe określa również moc wejściowa. Stanowi ją moc, która jest dostarczana przez silnik na wejście przekładni przy założeniu prędkości wejściowej.
Współczynnik mocy informuje o wielkości przewymiarowania napędu, tak aby nie był on przeciążany przez silnik.
Należy wziąć również pod uwagę obciążenie promieniowe. Zębniki, czy też koła pasowe wału wyjściowego przekładni, powodują siły promieniowe, które muszą być uwzględnione, aby uniknąć nadmiernego naprężenia. Może ono spowodować uszkodzenie reduktora.
Kluczową rolę odgrywa obciążenie osiowe. Wynika ono stąd, że wraz z obciążeniem promieniowym może powstać siła w osi wałka wyjściowego.
Samohamowność przekładni ślimakowej
Jak wiadomo, przekładnia ślimakowa w pewnych warunkach stanowi mechanizm samohamowny, co ma swoje wady i zalety. Samohamowność może być przypadkowa i spowodowana na przykład złym smarowaniem. W takim przypadku współczynnik tarcia wzrasta ponad poziom dopuszczalny, po czym przekładnia wchodzi w stan samohamowności. Jednak, jak już wspomniano, samohamowność ma również swoje zalety, szczególnie w przypadku, gdy napęd w jednym kierunku pracuje jako przekładnia, zaś w drugim, realizuje funkcję hamulca. Takie rozwiązanie znajduje zastosowanie na przykład w dźwignikach ślimakowych, a także w mechanizmie naciągu strun gitary. Jednak pamiętać należy o bardzo ważnej zasadzie: zjawisko samohamowności nie może być stosowane w aplikacjach, od których zależy bezpieczeństwo. Są to chociażby wciągarki i dźwignice, w których układ napędowy z zawieszonym obciążeniem jest rozpędzony, a następnie wyłączany jest silnik. Zdarzyć się może, że ciężar zatrzyma się, ale opadający materiał będzie napędzał układ i przyspieszał go.
Optymalny dobór przekładni ślimakowej
Dobierając przekładnię ślimakową, ważne jest określenie warunków pracy oraz współczynnika bezpieczeństwa. Chcąc możliwie najdokładniej zdefiniować warunki użytkowania, konieczne jest określenie klasy obciążenia. Informuje ona o warunkach rozruchu i pracy napędzanego odbiornika mocy. Warunki określane są również przez rodzaj zastosowania, czyli użycie przekładni w konkretnym procesie technologicznym. Konieczne jest również określenie liczby załączeń, czyli przewidywanej liczby uruchomień napędu na godzinę. Warunki pracy to również dzienna liczba godzin pracy, która informuje o planowanym dobowym czasie pracy napędu.
Jak zatem określić współczynnik bezpieczeństwa (nazywany także współczynnikiem przeciążenia lub współczynnikiem serwisowym)? Zwraca się uwagę, że najczęściej nie jest możliwe dokładne zdefiniowanie wszystkich obciążeń krótkotrwałych, impulsów momentu obrotowego, czy też sił osiowych, które oddziałują na wał bierny w procesie technologicznym. Stąd też współczynnik bezpieczeństwa ma na celu określenie wszystkich czynników, które wpływają na trwałość przekładni. Należy zwrócić uwagę, że w zależności od producenta przekładni ślimakowej, współczynniki bezpieczeństwa mogą się różnić. Wynika to przede wszystkim z rodzaju zastosowanych materiałów, konstrukcji przekładni, czy też sposobu ułożyskowania.
Następny etap obejmuje wykonanie obliczeń, które w pierwszej kolejności dotyczą mocy na wałach oraz momentu obrotowego na wale biernym. Mając te informacje, można wybrać przekładnię ślimakową z katalogu producenta.
Montaż przekładni ślimakowej
W nowoczesnych przekładniach ślimakowych bardzo często uwzględnia się taki sposób montażu, który bazuje na bezpośrednim osadzaniu na wale napędzanym. Podczas instalacji przekładni należy upewnić się, czy dane umieszczone na tabliczce znamionowej odpowiadają informacjom z zamówienia. Istotna jest kontrola wałów i obudowy pod kątem czystości oraz ewentualnych uszkodzeń mechanicznych, takich jak uszczerbienia. Ważne jest, aby powierzchnia, na której ma być zainstalowana przekładnia, była płaska oraz wystarczająco wytrzymała. Wał maszyny i przekładni musi być dobrze dopasowany. Zdarzyć się może, że w maszynie będą występowały drgania lub blokowania. Stąd też w takim przypadku konieczne jest zastosowanie ograniczników momentu. Warto sprawdzić, czy części rotacyjne zostały dostarczone z osłonami. Jeżeli urządzenie pracuje na zewnątrz, konieczna jest osłona przed działaniem warunków atmosferycznych. Warunki pracy nie powinny powodować powstania korozji, chyba że został wybrany odpowiedni rodzaj przekładni. Istotny jest odpowiedni montaż zębnika, koła zębatego przekładni oraz wałów. Kluczową rolę odgrywa bowiem eliminowanie promieniowego lub osiowego przeciążenia, które mogłyby przewyższać tolerancję. Pamiętać należy o osi ślimaka, która powinna leżeć w płaszczyźnie symetrii koła ślimakowego. Oprócz tego odległość pomiędzy osiami kół musi być dokładnie zachowana. Wielkość martwego ruchu ślimaka nie może przekraczać granic przewidzianych instrukcją montażu. Należy sprawdzić, czy wszystkie śruby montażowe zostały dokręcone z zachowaniem odpowiedniego momentu.
Konserwacja przekładni ślimakowej
Przekładnie ślimakowe najczęściej wypełnione są olejem syntetycznym. W normalnych warunkach wymieniany jest on co około 12 tys. godzin, jednakże nie rzadziej niż raz na trzy lata. W zaplanowanych odstępach czasowych należy sprawdzać przekładnię pod kątem wycieku oleju lub smaru oraz poziomu hałasu, którego nadmierny wzrost może świadczyć o uszkodzeniu łożysk silnika (w przypadku motoreduktorów) lub elementów przekładni. Warto również okresowo sprawdzać stan połączeń śrubowych, a ewentualne luzy usunąć poprzez dokręcenie śrub.
Jakie przekładnie są na rynku
Przekładnie ślimakowe cieszą się bardzo szerokim zastosowaniem w przemyśle. Ich podstawowa zaleta to przede wszystkim niezawodność oraz wytrzymałość. Stąd też kluczową rolę odgrywają łożyska oraz uszczelnienia, które są najczęściej wykonane z materiału NBR lub PE. Zwraca się również uwagę na wysoką jakość ślimaka i ślimacznicy. To właśnie od nich zależy niski współczynnik tarcia. Bardzo często materiałem jest stal obrobiona cieplnie, której twardość powierzchni zęba i rdzenia wynosi około 45–50 HRC. Ślimacznice wykonane są z brązu cynowo-fosforowego. Jego cechą jest duża odporność oraz wytrzymałość na wysokie obciążenia.
Przekładnie ślimakowe dostępne są również w wykonaniu bazującym na stali nierdzewnej. Ich kształt pozwala na uniwersalny montaż. Istotną rolę w konstrukcji odgrywa sztywna, obudowa, wykonana w formie monolitu. Opcjonalnie nabyć można zarówno akcesoria, jak i przekładnię w wykonaniu niestandardowym. Przekładnie ślimakowe znajdują zastosowanie przede wszystkim w przemyśle spożywczym, morskim, a także chemicznym. Są one uwzględniane również w systemach sterowania otwarciem zaworów, we wciągarkach, maszynach papierniczych oraz innych aplikacjach, które wymagają wykonania ze stali nierdzewnej.
