Przekładnia ślimakowa – budowa, przełożenie i samohamowność

Przekładnia ślimakowa to rodzaj przekładni zębatej, w której osie ślimaka i ślimacznicy są ustawione względem siebie pod kątem, najczęściej prostym. Jej najważniejsze cechy to duże przełożenie, wysoki moment wyjściowy, cichobieżność oraz możliwość uzyskania samohamowności. Dzięki temu przekładnie ślimakowe stosuje się w układach wymagających małej prędkości obrotowej na wyjściu, zwartej konstrukcji oraz bezpiecznego zatrzymania ruchu.

Czym jest przekładnia ślimakowa?

W przekładni ślimakowej osie obu elementów roboczych są ustawione względem siebie pod kątem, najczęściej 90°. Kołem napędzającym jest ślimak, natomiast kołem napędzanym ślimacznica. Sam ślimak ma postać śruby modułowej, której zwoje odpowiadają kształtowi trapezu, a ślimacznica ma formę zbliżoną do koła zębatego o zębach skośnych, lecz jej zarys jest dopasowany do współpracy ze ślimakiem.

Taka geometria sprawia, że przekładnia ślimakowa dobrze nadaje się do uzyskiwania dużych przełożeń już w jednym stopniu oraz do pracy tam, gdzie wymagana jest płynność i cichość działania.

• ślimak napędza ślimacznicę,
• osie elementów są zwykle ustawione pod kątem prostym,
• przekładnia umożliwia uzyskanie dużego przełożenia w zwartej formie.

Co to jest krotność ślimaka?

Krotność ślimaka określa, ile zwojów rozpoczyna się na jednym końcu ślimaka i biegnie równolegle do drugiego końca. Jeżeli krotność jest większa od 1, kilka zwojów przebiega obok siebie po linii śrubowej. W praktyce liczba ta zwykle nie przekracza 7.

Dla krotności równej 1 skok ślimaka jest równy iloczynowi modułu i liczby pi. Przy takiej najmniejszej krotności przełożenie przekładni będzie najwyższe. Oznacza to, że krotność ślimaka ma bezpośredni wpływ na relację między prędkością wejściową i wyjściową całego układu.

Znaczenie krotności ślimaka

• określa liczbę zwojów biegnących równolegle po ślimaku,
• wpływa bezpośrednio na przełożenie przekładni,
• dla krotności 1 możliwe jest uzyskanie najwyższego przełożenia.

Jakie są rodzaje przekładni ślimakowych?

Zdecydowaną większość stanowią przekładnie ślimakowe, w których ślimak ma kształt walca. To najbardziej rozpowszechnione rozwiązanie konstrukcyjne. Rzadziej spotyka się przekładnie globoidalne, w których ślimak ma taki zarys w przekroju wzdłużnym, aby ściślej przylegać do ślimacznicy.

Przekładnie globoidalne mogą osiągać wyższą sprawność i trwałość, ale jednocześnie wymagają większej dokładności wykonania i wyższej precyzji produkcyjnej. Z tego względu są stosowane rzadziej niż klasyczne wykonania walcowe.

• najczęściej spotyka się przekładnie ślimakowe walcowe,
• rzadziej stosuje się przekładnie globoidalne,
• globoidalne wykonania oferują wyższą sprawność, ale są trudniejsze produkcyjnie.

Jakie przełożenie i moce osiąga przekładnia ślimakowa?

Z konstrukcji przekładni ślimakowej wynika jej bardzo duże przełożenie, które jest szczególnie przydatne tam, gdzie potrzebny jest wysoki moment i mała prędkość obrotowa na wyjściu. Przełożenia jednostopniowych przekładni ślimakowych zwykle mieszczą się w zakresie od 5 do ponad 50.

Wartość przełożenia stanowi iloraz liczby zębów ślimacznicy i krotności ślimaka. Przekładnie ślimakowe mogą przenosić moce dochodzące do około 200 kW, a w największych konstrukcjach nawet przekraczające 1000 kW. W praktyce przemysłowej często pracują w zespole z silnikiem jako motoreduktor.

Najważniejsze parametry pracy

• przełożenie jednostopniowe zwykle od 5 do ponad 50,
• wysoki moment wyjściowy przy małej prędkości,
• typowa współpraca z silnikiem w wykonaniu kołnierzowym,
• możliwość pracy w układzie motoreduktora.

Jakie zalety ma przekładnia ślimakowa?

Jedną z najważniejszych zalet przekładni ślimakowej jest możliwość uzyskania bardzo dużego przełożenia już w jednym stopniu. Dodatkowo duża powierzchnia styku między zwojami ślimaka a ślimacznicą ułatwia przenoszenie wysokich obciążeń. Sama przekładnia odznacza się również cichobieżnością, co ma duże znaczenie w aplikacjach przemysłowych i transportowych.

• duże przełożenie w jednym stopniu,
• wysoki moment wyjściowy,
• duża powierzchnia styku ułatwiająca przenoszenie obciążeń,
• cicha i płynna praca.

Na czym polega samohamowność przekładni ślimakowej?

Przekładnia ślimakowa jest jednym z tych rozwiązań, w których można uzyskać samohamowność. Oznacza to możliwość napędzania przekładni przez ślimak, ale jednocześnie brak możliwości skutecznego napędzania jej od strony ślimacznicy. Zjawisko to wynika z dużych oporów tarcia pojawiających się w zazębieniu.

Dla wyjaśnienia tego zjawiska wprowadza się pojęcie kąta tarcia, którego tangens odpowiada współczynnikowi tarcia pomiędzy zwojami ślimaka i ślimacznicy. Współczynnik tarcia zależy od chropowatości współpracujących powierzchni, ich materiału, rodzaju środka smarnego oraz częściowo od prędkości poślizgu w zazębieniu.

Samohamowność występuje wtedy, gdy kąt wzniosu linii zwoju ślimaka jest mniejszy od kąta tarcia. W praktyce kąt wzniosu zwykle mieści się w zakresie od 15 do 30 stopni, ale ostateczny efekt zależy od całego zestawu parametrów geometrycznych i warunków pracy.

Od czego zależy samohamowność?

• od kąta wzniosu linii zwoju ślimaka,
• od kąta tarcia,
• od rodzaju smarowania i materiałów współpracujących,
• od stanu powierzchni i prędkości poślizgu.

Gdzie wykorzystuje się samohamowność przekładni ślimakowej?

Właściwość samohamowności może być bardzo użyteczna wszędzie tam, gdzie w innym przypadku trzeba byłoby stosować dodatkowy hamulec do zatrzymania maszyny. Dotyczy to między innymi różnych typów dźwignic, urządzeń transportowych oraz przenośników.

Dzięki temu przekładnia ślimakowa może jednocześnie pełnić funkcję redukcyjną i zwiększać bezpieczeństwo zatrzymania układu, o ile jej geometria i warunki pracy rzeczywiście pozwalają na uzyskanie efektu samohamowności.

Typowe zastosowania

• dźwignice,
• urządzenia transportowe,
• przenośniki,
• układy wymagające bezpiecznego zatrzymania ruchu.

Na co zwrócić uwagę przy doborze przekładni ślimakowej?

• wymagane przełożenie i moment wyjściowy,
• krotność ślimaka,
• warunki smarowania i tarcia,
• potrzebę uzyskania samohamowności,
• rodzaj napędu: samodzielna przekładnia czy motoreduktor,
• wymagania dotyczące hałasu, gabarytów i obciążenia.