Przenoszenie napędu, przekładnie i rodzaje przekładni

Zazębienie to termin używany do opisania procesu, w którym zęby jednego koła zębatego wchodzą w interakcję z zębami drugiego koła, tworząc efektywne połączenie mechaniczne.

W tym momencie koła przekazując moc i ruch. Jest to kluczowy aspekt działania przekładni zębatych, wpływający na wydajność, hałas, wibracje oraz trwałość mechanizmu.

Przekładnia zębata to układ mechaniczny zawierający 2 lub więcej zazębiających się kół zębatych które przenoszą napęd.

Taką parę współpracujących kół zębatych nazywamy stopniem przekładni. Przekładnia może składać się z jednego lub wielu takich stopni współpracujących ze sobą w celu przeniesienia napędu. Mówimy wtedy o przekładni jednostopniowej lub wielostopniowej.

Przełożenie przekładni określa wielkość zmiany prędkości osiąganej poprzez zazębiające sie koła zębate. Zadaniem przełożenia jest zmiana prędkości wejściowej i momentu obrotowego.

Przełożenie pary kół w przekładni jednostopniowej w najprostszy sposób można wyrazić jako stosunek ilości zębów koła napędzanego do ilości zębów koła napędzającego. Zamiast ilości zębów można do wzoru wstawić również średnice obu kół.

Sumaryczne przełożenie całej przekładni wielostopniowej to iloczyn przełożeń wszsytkich jej stopni (par kół).

Przekładnie zębate możemy podzielić ze względu na zmiany prędkości i momentu jakich dokonują na:

• Reduktory (przekładnie redukcyjne) - prędkość obrotowa jest zmniejszana, a moment obrotowy się zwiększa
• Multiplikatory (przekładnie przyspieszające) - prędkość obrotowa wzrasta, a moment obrotowy ulega zmniejszeniu
• Wariatory - to przekładnie o zmiennym przełożeniu

Biorąc pod uwagę miejsce zazębiania kół przekładnie mechaniczne dzielimy na:

• Przekładnie zewnętrzne (rys 1 do 6) z kołami zębatymi zewnętrznymi
• Przekładnie wewnętrzne które zawierają zębnik zewnętrzny i koło zębate wewnętrzne, zwane potocznie kołem koronowym. Oba koła obracają się w tym samym kierunku.
• Przekładnie planetarne (rys 7) składa się z koła wewnętrznego i szeregu kół zewnętrznych. Centralnie umieszczone jest koło słoneczne, które napędza trzy główne koła planetarne. W tego typu przekładniach styka się jednocześnie wiele zębów przekładni i dlatego bardzo dobrze radzą sobie one z dużymi obciążeniami udarowymi. Jednak wszystkie są przekładniami czołowymi wraz z ich zaletami i wadami.

Przekładnie zębate dzieli się również ze względu na kształt zastosowanych kół zębatych:

• Przekładnie walcowe (rys 1, 2 i 7) posiadają koła zębate w kształcie walca,
• Przekładnie stożkowe (rys 3, 4 i 6) z kołami zębatymi stożkowymi
• Przekładnie ślimakowe (rys 5) w których współpracują 2 elementy: ślimacznica czyli koło wklęsłe w przekroju wzdłużnym z zębami śrubowymi oraz ślimak czyli wirnik śrubowy. Ślimak popycha lub ciągnie ślimacznicę ślizgając się po niej. Tarcie ślizgowe wytwarza ciepło i obniża współczynnik sprawności przekładni. Wykonanie obu elementów z różnych materiałów pomaga je zminimalizować. Tarcie to pomaga również szybciej zatrzymać system, co nazywane jest hamowaniem własnym lub samohamownością. Mamy tu również do czynienia z samoblokowaniem gdyż ślimacznica nie jest w stanie spowodować obrotu ślimaka. Zalety tych przekładni to: wysokie przełożenie uzyskiwane na jednym stopniu, cicha praca, małe wibracje, wytrzymałość na duże obciążenia udarowe oraz niski koszt produkcji. Minusem jest niska efektywność, wytwarzanie ciepła i zużywanie się elementów.

Kolejny sposób podziału przekładni dotyczy rozmieszczenia osi kół zębatych:

• Przekładnie równoległe (rys 1, 2 i 7) z osiami kół leżącymi w tej samej płaszczyźnie.
• Przekładnie kątowe (rys 3, 4 i 5) w której koła umieszczone są względem siebie pod kątem najczęściej 90 stopni. Największą ich zaletą jest umiejętność skierowania ruchu w inną stronę co umożliwia oszczędność przestrzeni montażowej
• Przekładnie wichrowate (rys 5 i 6) inaczej przekładnie hipoidalne gdzie oś zębnika jest przesunięta względem osi koła napędzanego.

Ostatni sposób podziału przekładni dotyczy rodzaju kół zębatych i sposobu wycinania ich zębów

• Przekładnie z kołami prostymi (rys 1, 3 i 7) posiadają koła w których zęby są wycinane równolegle do wału. Mogą być to koła walcowe - wtedy mówimy o przekładniach czołowych (rys 1 i 7) lub stożkowe (rys 3). Tego rodzaju koła zębate są najłatwiejsze i najtańsze w produkcji. Kiedy koła zębate czołowe obracają się razem w zazębieniu, cały ząb koła napędowego styka się z całym zębem koła napędzanego. Powoduje to powstawanie hałasu i wibracji podczas pracy. Ich zaletami są prosta produkcja, niski koszt wytworzenia i brak obciążeń wzdłużnych. Do wad należą wytwarzany hałas i wibracje. Można je stosować wyłacznie z wałami równoległymi.
• Przekładnie helikalne inaczej przekładnie śrubowe (rys 2) w których zęby są cięte w linii prostej ale pod kątem do czoła koła. Zęby mogą sprawiać wrażenie że są owinięte wokół przekładni. Kąt jest kątem helisy i stąd pochodzi termin helikalny. W przeciwieństwie do przekładni czołowych, zęby nie uderzają wszystkie na raz, co zapewnia cichsze i płynniejsze toczenie się podczas pracy. Zalety to w porównaniu do przekładni czołowych cichsza praca z mniejszymi wibracjami, i wytrzymałość na większe obciążenia. Tego typu przekładnie mają też dużą wydajność. Są też niestety trudniejsze i droższe w produkcji oraz wytwarzają obciążenia wzdłużne.
• Przekładnie z kołami o zębach łukowych / spiralnych (rys 4 i 6). Zęby są cięte pod zakrzywionym kątem linii śrubowej. Muszą mieć bardzo precyzyjny montaż gdyż nieprawidłowo zazębione, mogą powodować nadmierny hałas i przedwczesne zużycie przekładni. Koła tego typu są produkowane i docierane parami.