Przekładnia kątowa

Jak działa przekładnia kątowa?

Przekładnia kątowa oraz inne typy przekładni spotyka się wszędzie tam, gdzie silnik napędza odbiornik mocy, czyli maszynę wykonującą określoną pracę. Zadaniem przekładni mechanicznej jest przeniesienie mocy oraz dostosowanie parametrów ruchu do wymagań układu roboczego. W zależności od konstrukcji przekładnia może zamieniać ruch obrotowy na obrotowy albo obrotowy na postępowy, jednak w przypadku przekładni kątowej podstawowym zadaniem jest zmiana kierunku napędu przy jednoczesnej zmianie prędkości i momentu.

W grupie przekładni zębatych wyróżnia się przede wszystkim przekładnie walcowe i kątowe. W przekładniach walcowych osie kół są równoległe, natomiast w przekładniach kątowych ustawione pod kątem, najczęściej 90°. To właśnie ta cecha decyduje o przydatności przekładni kątowej w układach, w których silnik i odbiornik mocy nie mogą pracować współosiowo.

Najważniejsze zadania przekładni kątowej

• zmiana kierunku napędu o 90°,
• dostosowanie prędkości obrotowej do odbiornika mocy,
• zwiększenie momentu wyjściowego przez redukcję prędkości,
• umożliwienie zwartej zabudowy całego zespołu napędowego.

Zmiana prędkości, momentu i sprawność

Z działaniem przekładni bezpośrednio wiąże się zmiana prędkości obrotowej oraz momentu. Zmniejszenie prędkości powoduje wzrost momentu, a zwiększenie prędkości oznacza jego spadek. To właśnie dlatego przekładnia zębata służy do dopasowania napędu do potrzeb maszyny, ponieważ silnik rzadko zapewnia parametry dokładnie takie, jakie są potrzebne na wyjściu.

Stosunek prędkości na wejściu i wyjściu określa przełożenie. W praktyce ma ono bezpośredni wpływ na końcową charakterystykę pracy układu. Trzeba jednak pamiętać, że w rzeczywistej przekładni zawsze występują straty mocy wynikające głównie z tarcia pomiędzy współpracującymi powierzchniami zębów. Część energii zamienia się więc w ciepło, a miarą jakości przeniesienia mocy jest sprawność układu.

Budowa koła zębatego i podstawowe pojęcia

Koło zębate składa się z wieńca, tarczy i piasty. Najczęściej wszystkie te części tworzą jeden element wykonany z tego samego materiału. Na wieńcu nacięte są zęby, piasta służy do osadzenia koła na wale, a tarcza łączy oba te elementy. Przeniesienie momentu między wałem a kołem odbywa się zwykle przez połączenie wpustowe.

W praktyce bardzo ważny jest również kształt zęba. W przekładniach zębatych często spotyka się zarys ewolwentowy. Dla projektowania zazębienia kluczowe są pojęcia takie jak koło podziałowe, koło zasadnicze i moduł, który określa wielkość zęba. Liczba zębów małego koła rzadko spada poniżej 17, ponieważ mogłoby to powodować problemy technologiczne i pogorszyć warunki pracy.

Podstawowe elementy koła zębatego

• wieniec zębaty,
• tarcza,
• piasta,
• wpust lub inne połączenie do przeniesienia momentu.

Budowa przekładni kątowej jako układu dwustopniowego

Przekładnia kątowa bardzo często występuje jako układ dwustopniowy, w którym połączono przekładnię stożkową i walcową. Oba typy przekładni różnią się położeniem osi, ale mogą współpracować w jednej obudowie jako jeden zespół. W takim rozwiązaniu całkowite przełożenie przekładni jest iloczynem przełożeń obu stopni.

Taki układ pozwala jednocześnie uzyskać zmianę kierunku napędu o 90° i utrzymać rozsądne gabaryty. Gdyby próbować osiągnąć to samo przełożenie w jednym stopniu, trzeba byłoby zastosować bardzo małe koło napędzające i bardzo duże koło napędzane, co znacznie zwiększyłoby rozmiary całej przekładni.

Korzyści z układu stożkowo-walcowego

• zmiana kierunku napędu o 90°,
• większe przełożenie przy mniejszych gabarytach,
• lepsze dopasowanie napędu do wymagań maszyny.

Przełożenie takiego zespołu może sięgać od około 9 do 14. W praktyce na wejściu zwykle znajduje się przekładnia stożkowa, na wałku pośrednim umieszczone są koło napędzane przekładni stożkowej i koło napędzające przekładni walcowej, a na wałku wyjściowym znajduje się koło napędzane przekładni walcowej. Bardzo często taki zespół pracuje razem z silnikiem jako motoreduktor.

Jeżeli chcesz porównać to rozwiązanie z innymi typami przekładni, zobacz także przekładnię stożkową, przekładnię walcową oraz motoreduktor.