Przekładnia ślimakowa

Przekładnia ślimakowa wyróżnia się tym, że pomiędzy ślimakiem a ślimacznicą występuje znaczny poślizg, a to oznacza podwyższone wymagania dotyczące doboru materiałów, smarowania, odprowadzania ciepła oraz sprawności całego układu. To właśnie dlatego w przekładniach ślimakowych tak ważne są odporność na ścieranie, niski współczynnik tarcia, skuteczne chłodzenie korpusu i odpowiednio dobrany olej przekładniowy.

W praktyce przemysłowej przekładnia ślimakowa znajduje zastosowanie tam, gdzie potrzebne są duże przełożenia, wysoki moment wyjściowy i zwarta konstrukcja napędu. Jednocześnie jest to rozwiązanie bardziej wrażliwe na straty cieplne niż wiele innych typów przekładni, dlatego poprawna eksploatacja zależy od jakości materiałów oraz warunków pracy.

Dlaczego dobór materiałów w przekładni ślimakowej jest tak ważny?

Między ślimakiem a ślimacznicą występuje znaczny poślizg, dlatego współpracujące elementy muszą być odporne nie tylko na duże naciski, ale również na ścieranie i tarcie. Im większy jest kąt wzniosu zwojów ślimaka, tym większa staje się prędkość wzajemnego poślizgu zębów, a to bezpośrednio przekłada się na warunki pracy całego zazębienia.

Z tego względu ślimaki wykonuje się najczęściej ze stali do ulepszania cieplnego albo ze stali przeznaczonej do nawęglania i hartowania. Rzadziej spotyka się wykonania z żeliwa, i to zwykle jedynie w układach o małych prędkościach poślizgu.

Najważniejsze wymagania materiałowe

• odporność na duże naciski powierzchniowe,
• wysoka odporność na ścieranie,
• możliwie niski współczynnik tarcia,
• stabilność pracy przy dużym poślizgu.

Z czego wykonuje się ślimak i ślimacznicę?

Z uwagi na małą średnicę ślimak najczęściej stanowi jedną całość z wałem wejściowym. Tylko w nielicznych przypadkach osadza się go na czopie wału wejściowego jako oddzielny element połączony wpustem.

Ślimacznice produkuje się zazwyczaj z brązu cynowego, często odlewanego metodą odśrodkową, albo z brązu ołowiowego. Z tego względu wieniec zębaty ślimacznicy bywa osobnym elementem przykręcanym do tarczy. W przekładniach o niewielkim obciążeniu można spotkać również ślimacznice z żeliwa szarego, wykonywane jako monolit.

Typowe materiały

• ślimak: stal ulepszana cieplnie lub nawęglana i hartowana,
• ślimacznica: brąz cynowy lub ołowiowy,
• przy małych obciążeniach: żeliwo szare.

Skąd biorą się straty mocy w przekładni ślimakowej?

W typowym zastosowaniu ślimak napędza ślimacznicę, a pomiędzy tymi dwoma elementami występuje znaczny poślizg. Oznacza to wzrost siły tarcia, której wartość zależy od materiału obu powierzchni, ich chropowatości, jakości smarowania oraz geometrii zazębienia.

W przekładni ślimakowej straty tarcia zależą dodatkowo od kąta wzniosu linii zwoju ślimaka. Ta wielkość jest jednocześnie powiązana z przełożeniem i charakterem pracy całego zespołu. W efekcie część mocy dostarczonej na wejściu zamienia się w ciepło, które trzeba skutecznie odprowadzić.

• poślizg powoduje wzrost tarcia,
• część mocy wejściowej zamienia się w ciepło,
• sprawność układu zależy od geometrii, materiałów i smarowania.

Jak chłodzi się przekładnię ślimakową?

Przekładnia ślimakowa nagrzewa się podczas pracy, dlatego podstawowym sposobem chłodzenia jest oddawanie ciepła do otoczenia przez korpus. W tym celu stosuje się użebrowanie, które zwiększa powierzchnię wymiany ciepła. Żebra mogą być pionowe albo poziome i są umieszczane przede wszystkim w pobliżu zazębienia ślimaka ze ślimacznicą, czyli tam, gdzie powstaje najwięcej ciepła.

Wydajność chłodzenia można dodatkowo zwiększyć, montując przekładnię w miejscu z naturalnym przepływem powietrza albo stosując wymuszony przepływ przy użyciu wentylatora. Dodatkową korzyścią wynikającą z użebrowania jest wzrost sztywności korpusu bez dużego przyrostu masy.

Sposoby poprawy chłodzenia

• użebrowanie korpusu,
• montaż w miejscu z lepszym obiegiem powietrza,
• wymuszone chłodzenie wentylatorem.

Jaka jest sprawność przekładni ślimakowej?

Sprawność przekładni ślimakowej nie jest wysoka w porównaniu z wieloma innymi typami przekładni i zwykle mieści się w zakresie od 70 do 80%. Wartość ta w dużym stopniu zależy od kąta wzniosu linii zwoju, geometrii zazębienia oraz warunków smarowania.

Oznacza to, że przekładnia ślimakowa oferuje atrakcyjne parametry przełożenia i zwarte gabaryty, ale osiąga to częściowo kosztem sprawności energetycznej.

Dlaczego smarowanie jest tak ważne?

Dla bezawaryjnej pracy przekładni ślimakowej kluczowe znaczenie ma smarowanie. Bez warstwy filmu olejowego oddzielającej współpracujące powierzchnie przekładnia szybko uległaby przegrzaniu i zużyciu. W tym typie przekładni olej ma szczególne znaczenie, ponieważ nie tylko smaruje, ale także bezpośrednio odbiera ciepło z obszaru zazębienia.

Zbyt wysoka temperatura może doprowadzić do przegrzania, a w skrajnym przypadku do zatarcia przekładni. Dlatego właściwości oleju muszą być dopasowane do warunków pracy, obciążeń i temperatury, jakie panują wewnątrz korpusu.

Rola oleju w przekładni ślimakowej

• oddziela współpracujące powierzchnie filmem olejowym,
• odbiera część ciepła z zazębienia,
• chroni przekładnię przed przegrzaniem i zatarciem.

Czy przekładnia ślimakowa może pracować w różnych położeniach?

Jedną z praktycznych zalet przekładni ślimakowych jest możliwość pracy w kilku różnych położeniach montażowych. Można to rozpoznać po kilku powierzchniach korpusu wyposażonych w otwory mocujące, umieszczonych na różnych ściankach obudowy.

Jest to możliwe dzięki odpowiedniemu wzajemnemu położeniu ślimaka i ślimacznicy oraz właściwemu poziomowi oleju. Kluczowy warunek jest taki, aby zachować wymagane zanurzenie elementów roboczych w każdym położeniu roboczym. Zasadniczo poziom oleju powinien znajdować się nieco poniżej najniższego punktu pierścienia uszczelniającego wał.

Na czym polega bezobsługowość przekładni ślimakowej?

Bezobsługowość oznacza sytuację, w której przekładnia ślimakowa lub motoreduktor pracuje na tym samym oleju przez bardzo długi czas, a czasem przez cały przewidywany okres eksploatacji. Taki efekt jest możliwy tylko wtedy, gdy przekładnia ma odpowiednio małe rozmiary, a olej zachowuje swoje właściwości przez długi okres pracy.

Rozwój przemysłu olejowego sprawił, że współczesne środki smarne są znacznie bardziej zaawansowane niż dawniej. Rosły przenoszone moce, zmniejszały się wymiary przekładni i objętości kadzi olejowych, a jednocześnie oleje musiały zapewniać coraz lepszą ochronę.

Dlaczego nowoczesne oleje są skuteczniejsze?

• lepiej przeciwdziałają utlenianiu i korozji,
• utrzymują stabilniejszą lepkość,
• zawierają dodatki poprawiające smarność przy wysokich obciążeniach,
• skuteczniej chronią elementy przed pienieniem i degradacją cieplną.

Jakie dodatki zawierają oleje do przekładni ślimakowych?

Każdy olej przekładniowy składa się z bazy olejowej oraz dodatków uszlachetniających, których rodzaj i ilość zależą od przeznaczenia środka smarnego. To właśnie te dodatki w dużej mierze decydują o zdolności oleju do ochrony przekładni pracującej pod obciążeniem cieplnym i mechanicznym.

• dodatki przeciwutleniające, antykorozyjne i wypierające wodę,
• środki myjące i rozdrabniające zanieczyszczenia,
• dodatki zwiększające smarność przy wysokich obciążeniach,
• dodatki przeciwpienne i ograniczające reakcje chemiczne z metalami,
• depresatory obniżające temperaturę krzepnięcia,
• wiskozatory ograniczające wpływ temperatury na lepkość oleju.

Czym różni się olej mineralny od syntetycznego?

Oleje mineralne otrzymuje się w procesie destylacji ropy naftowej, natomiast oleje syntetyczne powstają w wyniku kontrolowanego przetwarzania związków chemicznych na bazie węglowodorów. Dzięki temu przy produkcji bazy syntetycznej można lepiej wpływać na końcowe właściwości środka smarnego.

W praktyce oznacza to większą odporność na starzenie, utlenianie, rozkład cieplny i hydrolizę. W połączeniu z dodatkami uszlachetniającymi oleje syntetyczne umożliwiają wydłużenie okresów międzyobsługowych i lepszą ochronę przekładni pracujących w trudnych warunkach.

Na co zwrócić uwagę przy eksploatacji przekładni ślimakowej?

• dobór materiałów ślimaka i ślimacznicy,
• jakość i typ zastosowanego oleju,
• warunki chłodzenia korpusu,
• poziom i stabilność temperatury pracy,
• wymagane położenie montażowe,
• oczekiwaną bezobsługowość i interwały serwisowe.