Rodzaje przekładni

1. Wstęp

Wiele typów przekładni stanowi kluczową część niezliczonych układów mechanicznych, można je znaleźć wszędzie, od samochodów po maszyny przemysłowe, a nawet codzienną elektronikę użytkową.

Działają poprzez przenoszenie siły obrotowej pomiędzy elementami maszyny, pozwalając na precyzyjną kontrolę nad ruchem, prędkość, i moment obrotowy.

Przekładnie są niezbędne do płynnej i wydajnej pracy maszyn, z różnymi typami przekładni dostosowanymi do różnych zastosowań.

2. Co to jest przekładnia?

Koło zębate to zębaty element mechaniczny, który zazębia się z inną częścią zębatą, często inny bieg, do przenoszenia momentu obrotowego i ruchu. Przekładnie mogą zwiększyć moment obrotowy, zmniejszając prędkość, lub mogą zwiększyć prędkość kosztem momentu obrotowego.

Sprawność i funkcjonalność przekładni zależy od ich kształtu, rozmiar, tworzywo, i jak wchodzą w interakcję ze sobą.

3. Różne parametry przekładni

Zrozumienie parametrów przekładni ma kluczowe znaczenie w projektowaniu wydajnych i niezawodnych układów przekładniowych. Parametry te wpływają na sposób zazębienia kół zębatych, jakie obciążenie mogą udźwignąć, i ich ogólną wydajność w różnych zastosowaniach. Oto przegląd kluczowych parametrów:

1. Liczba zębów

Liczba zębów na kole zębatym jest podstawowym parametrem wpływającym na jego przełożenie i wydajność. Określa zdolność przekładni do zazębiania się z innym biegiem oraz wpływa na prędkość i moment obrotowy.

• Przełożenie: Stosunek liczby zębów na dwóch zazębionych kołach zębatych określa zależność prędkości i momentu obrotowego.
  Na przykład, bieg z 20 zęby zazębiają się z przekładnią 40 zęby mają przełożenie wynoszące 1:2, co oznacza, że ​​większy bieg będzie obracał się z połową prędkości mniejszego biegu, ale z dwukrotnie większym momentem obrotowym.

2. Cała głębokość

Całkowita głębokość odnosi się do całkowitej głębokości zęba koła zębatego, który obejmuje zarówno dodatek, jak i dedendum. Ma to kluczowe znaczenie dla zapewnienia prawidłowego zazębienia z sąsiednimi kołami zębatymi.

• Uzupełnienie: Wysokość zęba przekładni nad kołem podziałowym.
• Do oddania: Głębokość zęba poniżej koła podziałowego.

Całkowita głębokość jest niezbędna do określenia wytrzymałości przekładni i przestrzeni wymaganej, aby zęby przekładni zazębiły się bez zakłóceń.

3. Koło Pitch

Koło podziałowe to wyimaginowany okrąg, który toczy się bez poślizgu na kole podziałowym współpracującego koła zębatego. Bardzo ważne jest, aby zapewnić wzajemne oddziaływanie i zazębienie kół zębatych.

• Średnica podziałowa: Średnica koła podziałowego. Służy do obliczania przełożenia przekładni i zapewniania prawidłowego zazębienia kół zębatych.

4. Koło korzenia

Okrąg główny to okrąg przechodzący przez dno rowków zębów koła zębatego. Określa minimalną średnicę koła zębatego i jest ważne dla zrozumienia wytrzymałości i trwałości koła zębatego.

• Średnica korzenia: Średnica okręgu łączącego podstawy zębów.

5. Koło zewnętrzne

Zewnętrzny okrąg, lub średnica zewnętrzna, to okrąg przechodzący przez wierzchołki zębów koła zębatego. Jest to niezbędne do określenia całkowitego rozmiaru i luzu przekładni.

• Średnica zewnętrzna: Średnica mierzona od wierzchołka jednego zęba do wierzchołka zęba przeciwnego.

6. Średnica podziałowa

Średnica podziałowa to średnica koła podziałowego i jest parametrem krytycznym przy obliczaniu przełożenia przekładni i zapewnianiu prawidłowego zazębienia między zębatkami.

• Formuła: Średnica podziałowa = liczba zębów / Skok średnicowy (dla jednostek imperialnych) lub średnica podziałowa = (Liczba zębów * Moduł) (dla jednostek metrycznych).

7. Skok okrągły

Podziałka kołowa to odległość między odpowiednimi punktami na sąsiednich zębach, mierzona wzdłuż koła podziałowego. Ważne jest, aby zapewnić odpowiednie zazębienie i wyrównanie przekładni.

• Formuła: Podziałka kołowa = π * Średnica podziałowa / Liczba zębów.

8. Moduł

Moduł jest miarą wielkości zębów, definiuje się jako stosunek średnicy podziałowej do liczby zębów. Jest stosowany w systemie metrycznym w celu ujednolicenia rozmiarów kół zębatych.

• Formuła: Moduł = średnica podziałowa / Liczba zębów.

9. Skok średnicowy

Podziałka średnicowa to liczba zębów na cal średnicy podziałowej. Jest używany w systemie imperialnym w celu ujednolicenia rozmiarów przekładni i jest odwrotnością modułu.

• Formuła: Podziałka średnicowa = liczba zębów / Średnica podziałowa.

10. Okrągła grubość

Grubość kołowa to grubość zęba przekładni mierzona wzdłuż koła podziałowego. Wpływa to na wytrzymałość przekładni i efektywność przenoszenia mocy.

• Formuła: Grubość kołowa = podziałka kołowa / 2.

4. Jak działają przekładnie?

Przekładnie są urządzeniami mechanicznymi, zazwyczaj okrągłe, z zębami na krawędziach, używane do przenoszenia siły obrotowej i momentu obrotowego w maszynach.

Działanie w parach, koła zębate zazębiają się z zębami, aby zapobiec poślizgowi. Na kołach zębatych, prędkość obrotowa i moment obrotowy pozostają stałe, podczas gdy przekładnie nieokrągłe tworzą zmienne przełożenia prędkości i momentu obrotowego.

Aby utrzymać stałą prędkość i moment obrotowy, Niezbędne jest precyzyjne ukształtowanie profilu przekładni. Kiedy mniejszy bieg, lub zębnik, napędza system, zmniejsza prędkość i zwiększa moment obrotowy.

Odwrotnie, jeśli zębnik znajduje się na wale napędzanym, prędkość wzrasta, a moment obrotowy maleje.

Wały utrzymujące koła zębate muszą być odpowiednio rozmieszczone i mogą być ułożone równolegle, nierównoległe, krzyżujący, lub konfiguracje nieprzecinające się. Wały te działają jak dźwignie do przenoszenia obrotu i energii pomiędzy biegami.

Kluczowe wyniki systemów przekładniowych obejmują:

• Zwiększ prędkość: W parze biegów, gdzie tak jest 40 zęby i inne 20, mniejszy bieg obraca się dwa razy szybciej, aby zachować synchronizację, co skutkuje wyższą prędkością, ale zmniejszonym momentem obrotowym.
• Zwiększ siłę: Mniejsza przekładnia z mniejszą liczbą zębów zmniejsza prędkość, ale zwiększa siłę, wymagający większego momentu obrotowego do obracania.
• Zmień kierunek: Kiedy zazębiają się dwa biegi, obracają się w przeciwnych kierunkach. Do skutecznej zmiany kierunku lub kąta obrotu służą specjalistyczne przekładnie.

5. Jaka jest konstrukcja kół zębatych?

Zastosowania przemysłowe wykorzystują różne przekładnie, każdy przeznaczony do określonych celów. Główne cechy różniące się między tymi biegami obejmują:

• Kształt przekładni
• Projekt i konfiguracja zębów
• Konfiguracja osi przekładni

Kształt przekładni

Koła zębate mogą być cylindryczne (ostroga, śrubowaty) lub stożkowy (ukos) w oparciu o ich zastosowanie. Kształt wpływa na to, jak dobrze koła zębate się zazębiają, ilość siły, jaką mogą wytrzymać, i ile hałasu generują.

Przekładnie czołowe, na przykład, są głośne przy dużych prędkościach, natomiast przekładnie śrubowe zapewniają cichszą i płynniejszą pracę dzięki ustawionym pod kątem zębom.

Projektowanie i konfiguracja zębów

Koła zębate mogą mieć różne profile zębów, każdy przystosowany do określonych zadań. Proste zęby (koła zębate czołowe) działa dobrze na proste, aplikacje o niskiej prędkości, natomiast zęby spiralne lub spiralne (śrubowaty, przekładnie stożkowe) zapewniają płynniejsze załączanie i większą wydajność przy wyższych prędkościach.

Konfiguracja osi przekładni

• Równoległy: W konfiguracjach równoległych, wały są ustawione w tej samej płaszczyźnie, a koła napędowe i napędzane obracają się w przeciwnych kierunkach. Taka konfiguracja zazwyczaj zapewnia wysoką wydajność przenoszenia ruchu. Przykładami są koła zębate śrubowe i układy zębatkowe.
• Krzyżujący: Do przecinających się konfiguracji, wały przecinają się w jednym punkcie w tej samej płaszczyźnie, zapewniając wysoką wydajność transmisji podobną do konfiguracji równoległych. Doskonałym przykładem tego typu są przekładnie stożkowe.
• Nierównoległe i nieprzecinające się: W konfiguracjach, w których wały nie są ani równoległe, ani przecinające się, co oznacza, że ​​nie są one wyrównane ani nie znajdują się na tej samej płaszczyźnie, wydajność transmisji jest zwykle niższa. Przykładem tej kategorii są przekładnie ślimakowe.

6. Jakie materiały są używane w przekładniach?

Materiał użyty do produkcji przekładni ma znaczący wpływ na ich pracę, trwałość, i przydatność do konkretnych zastosowań. Różne materiały oferują różny stopień wytrzymałości, odporność na zużycie, i odporność na korozję.

Poniżej znajdują się niektóre z najczęściej używanych materiałów do produkcji przekładni:

Walcowana stal

Stal walcowana jest powszechnie stosowana do przekładni ze względu na jej wysoką wytrzymałość i wytrzymałość. Jest wytwarzany przez walcowanie stali na gorąco lub na zimno za pomocą szeregu rolek, uszlachetniając jego strukturę i poprawiając jego właściwości mechaniczne.

Przekładnie wykonane ze stali walcowanej są często używane w zastosowaniach wymagających dużych obciążeń, takich jak przekładnie samochodowe i maszyny przemysłowe, gdzie trwałość i odporność na uderzenia są kluczowe.

Stal walcowana na zimno

Stal walcowana na zimno poddawana jest procesowi schładzania stali po walcowaniu, co poprawia jego wytrzymałość i wykończenie powierzchni. Proces ten zapewnia lepszą dokładność wymiarową i gładsze wykończenie niż stal walcowana na gorąco.

Koła zębate ze stali walcowanej na zimno są często stosowane w sprzęcie precyzyjnym, który wymaga wąskich tolerancji, takie jak zegary i piękne instrumenty, jak również w zastosowaniach motoryzacyjnych i przemysłowych.

Stopy stali narzędziowej

Stopy stali narzędziowej są znane ze swojej twardości, odporność na zużycie, i odporność na wysokie temperatury. Idealnie nadają się do wykonywania przekładni narażonych na ekstremalne obciążenia i uderzenia.

Stopy te zazwyczaj zawierają duże ilości węgla, chrom, i inne pierwiastki, takie jak wanad lub wolfram, co zwiększa ich wytrzymałość i trwałość. Przekładnie ze stali narzędziowej są stosowane w takich zastosowaniach, jak narzędzia skrawające i maszyny przemysłowe.

Stopy żelaza

Stopy żelaza, w tym żeliwo i żeliwo sferoidalne, są szeroko stosowane w produkcji przekładni. Przekładnie żeliwne zapewniają dobrą odporność na zużycie, tłumienie drgań, i obrabialność, dzięki czemu nadają się do dużych, przekładnie niskoobrotowe stosowane w takich zastosowaniach, jak systemy przenośników i ciężkie maszyny.

Żeliwo sferoidalne zapewnia lepszą wytrzymałość niż żeliwo, zapewniając równowagę pomiędzy wytrzymałością i odpornością na wstrząsy.

Stal nierdzewna

Stal nierdzewna jest preferowana w przypadku przekładni, które wymagają wysokiej odporności na korozję i trwałości. Zawiera chrom, który tworzy na powierzchni ochronną warstwę tlenku, zapobieganie rdzy i korozji.

Przekładnie ze stali nierdzewnej są często stosowane w sprzęcie do przetwarzania żywności, zastosowania morskie, oraz środowiskach, w których występuje wilgoć lub chemikalia.

Stopy miedzi

Stopy miedzi, takich jak mosiądz i brąz, są stosowane w przekładniach, w których występuje niskie tarcie, odporność na korozję, i łatwość obróbki są istotne.

Przekładnie te są zwykle stosowane w zastosowaniach wymagających cichszej pracy i mniejszego zużycia, takie jak przekładnie ślimakowe, namiar, i tuleje.

Stopy miedzi są również cenione ze względu na przewodność elektryczną, dzięki czemu nadają się do niektórych specjalistycznych urządzeń elektrycznych.

Stopy aluminium

Stopy aluminium są lekkie i odporne na korozję, dzięki czemu nadają się do przekładni stosowanych przy małych obciążeniach, aplikacje o dużej szybkości.

Przekładnie wykonane z aluminium są powszechnie spotykane w przemyśle lotniczym, robotyka, i branży motoryzacyjnej, gdzie redukcja wagi jest priorytetem.

Chociaż nie tak mocny jak stal, stopy aluminium można poddać obróbce lub powlekaniu w celu zwiększenia ich wytrzymałości i odporności na zużycie.

Plastikowe przekładnie

Plastikowe przekładnie są lekkie, odporny na korozję, i oferują gładkość, cicha praca.

Zwykle wykonane z materiałów takich jak nylon, acetal, lub poliwęglan, przekładnie z tworzywa sztucznego są często używane w zastosowaniach wymagających niskiego poziomu hałasu i niskiego tarcia, takie jak drukarki, sprzęt AGD, i małe maszyny.

Chociaż nie są w stanie wytrzymać tak dużego obciążenia jak metalowe koła zębate, plastikowe przekładnie są idealne dla małej mocy, opłacalne rozwiązania.

7. Rodzaje przekładni

Przekładnie klasyfikuje się według kształtu zębów, konfiguracja wału, i konkretny cel. Zrozumienie różnych typów przekładni jest niezbędne do wybrania odpowiedniego przekładni, aby zapewnić efektywne przenoszenie siły w konstrukcjach mechanicznych.

Na podstawie kształtu zęba

1. Przekładnie czołowe

• • Zewnętrzne koła zębate czołowe: Najpopularniejszy typ przekładni, z zębami prostymi, równoległymi do osi koła zębatego. Przekładnie te służą do przenoszenia mocy pomiędzy równoległymi wałami i są znane ze swojej wydajności i prostoty.
  • Wewnętrzne koła zębate czołowe: Podobne do zewnętrznych przekładni czołowych, zęby są nacięte na wewnętrznej powierzchni pierścienia zębatego. Są stosowane w zastosowaniach, w których wymagana jest oszczędność miejsca, takich jak przekładnie planetarne.

2. Przekładnie śrubowe

• • Pojedyncza spirala: Te koła zębate mają zęby ustawione pod kątem, które zapewniają płynniejszą i cichszą pracę niż przekładnie czołowe. Kąt zębów pozwala na stopniowe zazębianie, redukcja hałasu i stresu podczas pracy.
  • Podwójna spirala: Znane również jako koła zębate w jodełkę, mają one dwa zestawy przeciwległych, spiralnych zębów. Konstrukcja eliminuje nacisk osiowy, dzięki czemu nadają się do ciężkich maszyn o dużych obciążeniach.
  • Śruby zębate: Podobne do przekładni śrubowych, są stosowane w zastosowaniach, w których potrzebne są wały nierównoległe. Są przeznaczone do przenoszenia momentu obrotowego pomiędzy dwoma nie przecinającymi się wałami.

3. Przekładnie stożkowe

• • Proste przekładnie: Do przenoszenia ruchu pomiędzy przecinającymi się wałami służą koła zębate stożkowe z zębami prostymi, zazwyczaj pod kątem 90 stopni. Są wydajne, ale mogą być głośne pod obciążeniem.
  • Przekładnie spiralne: Mają zakrzywione zęby, które zapewniają płynniejszą pracę i większą nośność niż proste przekładnie stożkowe. Idealnie nadają się do zastosowań wymagających dużych prędkości.
  • Przekładnie ukośne: Rodzaj przekładni stożkowej, w której występuje przełożenie 1:1, powszechnie stosowane w zastosowaniach wymagających tej samej prędkości, ale zmiany kierunku.
  • Przekładnie hipoidalne: Te koła zębate mają przesunięte osie, umożliwiając przenoszenie wyższego momentu obrotowego i cichszą pracę. Są powszechnie spotykane w mechanizmach różnicowych samochodów.
  • Zerowe przekładnie: Hybryda prostych i spiralnych przekładni stożkowych, oferując kompromis pomiędzy płynną pracą i łatwością produkcji.
  • Przekładnie stożkowe koronowe: Przekładnia stożkowa, w której zęby są ustawione prostopadle do powierzchni czołowej koła zębatego, oferując unikalne konfiguracje kątowe.

4. Przekładnie w jodełkę
   Koła zębate w jodełkę mają wzór zębów w kształcie litery „V” i są znane ze swojej zdolności do przenoszenia dużych obciążeń bez wytwarzania znacznego ciągu osiowego. Przekładnie te są często stosowane w dużych maszynach przemysłowych i statkach.

1. 4. Przekładnie zębate i zębatki
      Liniowy układ przekładni, w którym zębnik (koło zębate) siatki z przekładnią liniową (stojak) do zamiany ruchu obrotowego na ruch liniowy, jest szeroko stosowany w układach kierowniczych i kolejnictwie.

4. Przekładnie ślimakowe
   Przekładnie ślimakowe składają się z ślimaka (przekładnia śrubowa) i koło ślimakowe. Zapewniają wysoką redukcję momentu obrotowego w niewielkich przestrzeniach i są stosowane w systemach przenośników i windach.

   

Specjalne typy przekładni

1. Przekładnie wewnętrzne
   Wewnętrzne koła zębate mają zęby wycięte po wewnętrznej stronie okrągłego pierścienia. Często łączy się je z zewnętrznymi przekładniami czołowymi w układach przekładni planetarnych, aby osiągnąć wysoki moment obrotowy i oszczędność miejsca.
2. Przekładnie różnicowe
   Stosowany głównie w układach motoryzacyjnych, przekładnie różnicowe umożliwiają obracanie się kół z różnymi prędkościami przy jednoczesnym zachowaniu rozkładu momentu obrotowego, niezbędne do płynnego pokonywania zakrętów.
3. Przekładnie planetarne
   Przekładnie planetarne składają się z centralnego koła słonecznego, przekładnie planetarne, i pierścień zewnętrzny (przekładnia wewnętrzna). Konstrukcja ta zapewnia wysoką gęstość momentu obrotowego i jest szeroko stosowana w automatycznych skrzyniach biegów i sprzęcie przemysłowym.

   

4. Zębatki
   Koła zębate są stosowane w napędach łańcuchowych, z zębami zaprojektowanymi do współpracy z łańcuchem lub paskiem. Często można je spotkać w rowerach, motocykle, i systemy przenośników.
5. Przekładnie wielowypustowe
   Te koła zębate mają na całej długości rowki lub zęby i są stosowane w sprzęgłach mechanicznych, umożliwiając przenoszenie momentu obrotowego, jednocześnie umożliwiając pewien ruch wzdłuż osi.
6. Nylonowe przekładnie
   Przekładnie nylonowe są lekkie i odporne na korozję, oferuje gładkość, cicha praca. Są powszechnie stosowane w małych, zastosowania o niskim poborze mocy, takie jak drukarki i urządzenia gospodarstwa domowego.

   

7. Przekładnie tylne
   Znaleziono w dyferencjałach samochodowych, Tylne przekładnie przenoszą wysoki moment obrotowy i są niezbędne do zapewnienia właściwej prędkości kół podczas skrętów pojazdu.
8. Małe przekładnie
   Małe przekładnie są używane w zastosowaniach, w których wymagane są kompaktowe rozmiary i precyzyjna kontrola ruchu, jak w zegarkach, instrumenty, i małe maszyny.

8. Rozważania dotyczące projektowania przekładni

Na konstrukcję przekładni wpływa kilka czynników, upewnienie się, że wybrany bieg spełnia osiągi, koszt, i wymagania dotyczące trwałości:

• Budżet: Materiały o wysokiej wydajności, takich jak stal nierdzewna i stal narzędziowa, są droższe niż podstawowe metale, takie jak żeliwo.
• Ograniczenia przestrzenne: Zastosowania kompaktowe często wykorzystują przekładnie planetarne, które zapewniają przenoszenie wysokiego momentu obrotowego na małej powierzchni.
• Potrzeby transmisji: Zastosowania wymagające dużych prędkości mogą preferować przekładnie śrubowe lub stożkowe w celu zapewnienia płynnej pracy, przy niskiej prędkości, Do zadań wymagających wysokiego momentu obrotowego często wykorzystuje się przekładnie ślimakowe lub czołowe.
• Warunki świadczenia usług: Surowe środowiska, jak te, w których występuje wilgoć lub substancje chemiczne, mogą wymagać materiałów odpornych na korozję, takich jak stal nierdzewna lub nylon.

9. Zastosowania przekładni

Przekładnie są wykorzystywane w wielu gałęziach przemysłu do kontrolowania prędkości, moment obrotowy, i kierunek ruchu. Kluczowe zastosowania obejmują:

• Samochodowe układy kierownicze: Przekładnie zębate i zębnikowe przekształcają ruch obrotowy w ruch liniowy, pozwalający na precyzyjną kontrolę nad sterowaniem.
• Skrzynie biegów: Znaleziono w samochodach, maszyny przemysłowe, i turbin wiatrowych, skrzynie biegów regulują prędkość i moment obrotowy.
• Lotnictwo: Przekładnie stosowane są w układach sterowania lotem i silnikach w celu zapewnienia płynnej pracy, efektywne przenoszenie mocy.
• Maszyny rolnicze: Ciągniki i kombajny wykorzystują przekładnie do zarządzania mocą silnika i napędzania narzędzi.

Wykres dla każdego rodzaju zastosowania przekładni

Rodzaje sprzętu	Nazwy sprzętu	Typowe produkty
Ostroga	Przekładnia czołowa	Zegary Pociągi Samolot Maszyny do prania Elektrownie
Śrubowaty	Pojedyncza przekładnia śrubowa Podwójna przekładnia śrubowa Przekładnia w jodełkę Przekładnia śrubowa	Automobilowy Zegary Systemy nawadniania Narzędzia gospodarstwa domowego
Ukos	Prosta przekładnia stożkowa Spiralna przekładnia stożkowa Przekładnia kątowa Przekładnia stożkowa śrubowa Przekładnia hipoidalna Zerowy bieg Sprzęt koronny	Lakierki Pociągi Samolot Elektrownie
Robak	Przekładnia ślimakowa	Windy Automobilowy
Sprzęt do stojaków	Zębatka i zębnik	Bilans wagowy Pociągi