rozdzial 07.pdf

Rozdział VII: Smarowanie przekładni mechanicznych

Rozdział VII

SMAROWANIE PRZEKŁADNI

MECHANICZNYCH

7.1 Przekładnie mechaniczne

przekładnię. Moc przekładni jest często podana na tabliczce zna-

mionowej.

Stosowane jest pojęcie moc użyteczna przekładni, jest to moc

maksymalna dostępna na biernym wale przekładni.

W dokumentacji technicznej, najczęściej spotykane jednostki

mocy to:

q w układzie SI – wat [1W = 1 kg ¸ m 2 /s 3 ],

q w układzie CGS – erg/s [g ¸ cm 2 /s 3 ],

q w układzie technicznym – [kG ¸ m/s]

q często jeszcze stosowaną jednostką mocy jest koń mechaniczny

(1KM = 75 kG ¸ m/s)

Przekładnie mechaniczne są to części maszyn (mechanizmy),

których zadaniem jest przenoszenie ruchu z wału czynnego (na-

pędzającego) na wał bierny (napędzany), najczęściej z jednoczesną

zmianą prędkości i momentu obrotowego.

Wyróżnia się przekładnie proste, przenoszące moc z jednego

wału na drugi bez jakichkolwiek wałów pośrednich oraz przekład-

nie wielokrotne (złożone) przenoszące moc z wału czynnego na

wał bierny, poprzez jeden lub więcej wałów pośrednich.

Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi przekładnie

są:

q przełożenie,

q moc,

q moment obrotowy,

q sprawność.

Moment obrotowy – jest to moment sił zewnętrznych powo-

dujących ruch obrotowy wału przekładni, obliczany wg wzoru

(7.5).

N o

M obr =

(7.5)

Przełożenie przekładni { I } – jest to stosunek prędkości kątowej

wału napędzającego { ω 1 } do prędkości kątowej wału napędza-

nego { ω 2 } , według wzoru (7.1) lub odpowiednio, stosunek liczby

obrotów w jednostce czasu, wału napędzającego {n 1 } do liczby

obrotów {n 2 } wału napędzanego, według wzoru (7.2):

ω 1

I =

gdzie:

N o – moc włożona ogólna,

ω – prędkość kątowa wału w radianach na sekundę [rad/s]

ω 2

(7.1.)

Najczęściej stosowanymi jednostkami momentu obrotowego

jest [kG ¸ m] lub [N ¸ m]

Stosunek mocy użytecznej przekładni do mocy pobieranej jest

sprawnością przekładni, obliczaną wg wzoru (7.6).

n 1

I =

(7.2.)

Sprawność przekładni – jest to stosunek mocy (energii) uży-

tecznej N u (L u ) do mocy (energii) włożonej ogólnej N o (L o ) i wyra-

ża się wzorem (7.6):

Przełożenie przekładni wielokrotnej jest iloczynem przełożeń,

zainstalowanych w niej przekładni prostych i jest obliczane wg

wzoru (7.3):

N u L u

η = =

L o

(7.6)

I l, n = I 1,2 x I 2,3 x I 3,4 x …x I (n–1)n

(7.3)

Moc (pobierana) przekładni (M) – jest to ilość pracy dostar-

czonej do wału napędzającego przekładni w jednostce czasu

i wyraża się wzorem (7.4):

W zależności od pełnionej funkcji spełnianej przez przekładnię,

wyróżnia się:

Przekładnie podatne – o zmieniającym się przełożeniu w miarę

zwiększania obciążenia; należą do nich przekładnie: cięgnowe

linowe i pasowe oraz niektóre typy przekładni ciernych.

∆L

M =

(7.4)

∆t

gdzie :

∆L – praca dostarczona do przekładni w okresie ∆t,

∆t – okres czasu.

Przekładnie przymusowe – o niezmiennym przełożeniu; nale-

żą do nich przekładnie: zębate i łańcuchowe.

Przekładnie redukcyjne (reduktory) – przekładnie cierne,

cięgnowe, zębate lub inne, służące do zmniejszania prędkości

kątowej wału czynnego, w stosunku do prędkości kątowej wału

biernego.

Moc pobierana przekładni jest obliczana na podstawie bez-

pośredniego pomiaru momentu napędzającego przekładnię lub

pośrednio przez pomiar mocy pobieranej przez silnik napędzający

VII

n 2

N o

TABELA 7.1 Podstawowe charakterystyki wybranych rodzajów przekładni mechanicznych

Rodzaj przekładni

Przełożenie redukcyjne Prędkość obwodowa, m/s Przenoszona moc, kW Sprawność, %

Spotykane Osiągane Spotykana Osiągana Spotykana Osiągana Normalna Osiągana

Zębata prosta

1: 10 1: 12 40 > 120 4000 > 50 000 >99

Ślimakowa

1: 40 1: 48 20 30 750 10 000 90 96

Cierna

1: 6 1: 10 20 30 300 1 000 96 98

Ciągowa

Łańcuchowa 1: 6 1: 10 8 15 6 000 98 99

Pasowa płaska 1: 6 1: 8 22 50 2 200 3 000 95 97

Pasowa klinowa 1:8 1:15 22 40 1 500 2 000 97 98

Linowa

1:6 1:8 22 35 2 200 3 000 85 88

Przekładnie multiplikacyjne (multiplikatory) – przekładnie

cierne, cięgnowe, zębate lub inne, służące do zwiększania pręd-

kości kątowej wału biernego, w stosunku do prędkości kątowej

wału czynnego.

linowe. Były one stosowane w rozmaitych konstrukcjach, w których

odległość między osiami kół czynnego i biernego była duża, przy-

kładem mogą być napędy promów, dźwigi, wyciągi itp.

Przekładnia zębata – jest to przekładnia mechaniczna, w której

ruch obrotowy jednego wału jest przenoszony na drugi, w wyni-

ku zazębienia się koła zębatego czynnego z kołem biernym.

Zasadniczym elementem przekładni zębatej jest para kół zęba-

tych, zwanych przekładnią zębatą, prostą. W dużym uproszczeniu,

charakterystyki przekładni prostych zależą od średnic współpracu-

jących kół zębatych; ich wzajemnego usytuowania oraz wielkości

i kształtu zębów. Podstawowe wielkości i terminy odnoszące się do

różnych części zębów oraz kół zębatych przedstawiono na rys. 7.2

i 7.3.

W zależności od kształtu zębów, przekładnie zębate są klasyiko-

wane na wiele różnych sposobów. Najbardziej rozpowszechnioną

klasyikację przekładni prostych, przedstawiono w tabeli 7.2.

Przekładnie w szczelnych obudowach, są zwane odpowiednio:

reduktorami, multiplikatorami lub niekiedy wariatorami.

Ze względu na rozwiązania konstrukcyjne i spełniane funkcje,

wyróżnia się następujące rodzaje przekładni mechanicznych:

q zębate,

q łańcuchowe,

q pasowe,

q linowe,

q urządzenia przegubowe,

q sprzęgła mechaniczne,

q hamulce cierne.

Przekładnie łańcuchowe, pasowe i linowe zwane są przekład-

niami cięgnowymi.

Do przekładni mechanicznych zalicza się również: mechanizmy

dwukorbowe, mechanizmy jarzmowe obrotowe, mechanizmy mal-

tańskie, niektóre mechanizmy zapadkowe i inne, o różnych rozwią-

zaniach konstrukcyjnych. Podstawowe charakterystyki wybranych

rodzajów przekładni mechanicznych, przedstawiono w tabeli 7.1.

7.2 Przemysłowe przekładnie zębate

Przekładnie zębate znane były już w starożytności. Bywały one

częścią mechanizmów otwierania bram w warowniach, funkcjono-

wały jako mechanizmy przenoszenia obrotów w różnego rodzaju

napędach, windach, studniach głębinowych itp.

Najstarszym znanym typem przekładni zębatej, są przekładnie

palcowe. Były one powszechnie stosowane w mechanizmach ze-

garowych, kieratach rolniczych oraz innych maszynach, których

obroty i przenoszone moce są stosunkowo niewielkie. Na ogół

przekładnie tego typu nie wymagają smarowania zębów.

Zachowały się liczne urządzenia średniowieczne, w których

napęd był przenoszony przy użyciu palcowej przekładni zębatej.

Zębate przekładnie palcowe są jeszcze stosowane współcześnie,

np. w turbinach wodnych, do nawadniania pół. Przykład takiej

przekładni przedstawia rys. 7.1.

Równie starożytne jak przekładnie palcowe, są przekładnie

Rys. 7.2 Fragment wieńca zębatego i zasadnicze wielkości zębów

1 – podziałka nominalna, 2 – wręb, 3 – bok zęba, 4 – stopa zęba, 5 – głowa zęba,

6 – wierzchołek zęba, 7 – krawędź zęba, 8 – linia zęba, 9 – wysokość głowy zęba

(ha), 10 – wysokość stopy zęba (hf), 11 – dno wrębu, 12 – średnica dna wrębu (d f ),

13 – średnica podziałowa (d), 14 – średnica wierzchołkowa (d a )

Rys. 7.1 Przekładnia palcowa w zastosowaniu do przenoszenia napędu z turbiny

wodnej na koło czerpakowe do nawadniania pól (Egipt, El Badari – rysunek

z autopsji)

Rys. 7.3 Zasadnicze wielkości uzębienia pary współpracujących kół zębatych

o zarysie ewolwentowym

A – koło zębate napędzające, B – koło zębate napędzane

2 VII

Rozdział VII: Smarowanie przekładni mechanicznych

TABELA 7.2 Klasyikacja przekładni prostych

Przekładnia zębata czołowa – przekładnia, w której zazębienie

odbywa się na powierzchni czołowej kół.

ślimakowe walcowe: (rys. 7.16 i 7.17) i ślimakowe globoidalne

(rys. 7.18).

W rozwiązaniach konstrukcyjnych przekładni wyróżnia się prze-

kładnie otwarte i przekładnie zamknięte. Przekładnie otwarte

mają nie obudowane koła zębate całkowicie lub częściowo zanu-

rzone w oleju znajdującym się w tzw. miskach olejowych. Są one

stosowane w maszynach prostych np. wyciągarkach, kołowrotach,

kieratach itp.

Przekładnie zamknięte znajdują się w specjalnych skrzyniach

przekładniowych, chroniących koła zębate i środek smarny przed

czynnikami zewnętrznymi. Zapewniają one większe bezpieczeń-

stwo pracy.

Specjalnym rodzajem przekładni są tzw. przekładnie planetar-

ne. Są to przekładnie zębate lub cierne, lub jednocześnie zębate

i cierne, w których co najmniej jedno z kół, tzw. koło obiegowe lub

satelita jest ulokowane w obrotowym jarzmie tak, że toczy się po

kole centralnym zwanym słonecznym. Istnieje wiele rozwiązań

konstrukcyjnych przekładni planetarnych. Przykładami przekładni

Wyróżnia się przekładnie czołowe walcowe (rys. 7.4 …7.9), gdy

osie kół zębatych są równoległe oraz przekładnie zębate czołowe,

stożkowe (rys. 7.10 …7.12), gdy osie kół zębatych przecinają się.

Wśród przekładni zębatych czołowych wyróżnia się przekład-

nie zębatkowe, które mogą mieć zęby proste (rys. 7.5), o zazębie-

niu wewnętrznym (rys. 7.6), lub zęby śrubowe (rys. 7.8). Stosowane

są również inne rozwiązania konstrukcyjne zębatych przekładni

czołowych.

Przekładnia czołowa śrubowa (wichrowata) – przekładnia,

w której osie kół są wichrowate (nie przecinają się).

Przykłady przekładni śrubowych przedstawiono na rys.

7.13 … 7.18. Wyróżnia się przekładnie śrubowe: hyperboidal-

ne (rys. 7.13 …7.15), w tym walcowe (rys. 7.13) i hipoidalne

(rys. 7.14 i 7.15) oraz ślimakowe (rys 7.16 …7.18), a wśród nich:

Rys.7.4 Przekładnia walcowa,

czołowa, równoległa o zębach

prostych.

Rys. 7.5 Przekładnia walcowa,

czołowa, równoległa o zębach

prostych, zębatkowa

Rys. 7.6 Przekładnia walcowa,

czołowa, równoległa o zębach

prostych, zębatkowa o zazębie-

niu wewnętrznym

Rys. 7.7 Przekładnia walcowa,

czołowa, równoległa o zębach

śrubowych

Rys. 7.8 Przekładnia walcowa,

czołowa równoległa o zębach

śrubowych zębatkowa

Rys. 7.9 Przekładnia walcowa,

czołowa równoległa o zębach

strzałkowych i daszkowych

Rys. 7.10 Przekładnia zębata

czołowa, stożkowa (kątowa),

o zębach prostych

Rys. 7.11 Przekładnia zębata

czołowa, stożkowa (kątowa),

o zębach śrubowych

Rys. 7.12 Przekładnia zębata

czołowa, stożkowa (kątowa),

o zębach łukowych

Rys. 7.13 Przekładnia zębata

śrubowa, hiperboidalna,

walcowa

Rys. 7.14 Przekładnia zębata

śrubowa, hiperboidalna o zę-

bach stożkowych (hipoidalnych)

Rys. 7.15 Przekładnia zębata

śrubowa, hiperboidalna o zę-

bach stożkowych (hipoidalnych)

i dużym przełożeniu

Rys. 7.16 Przekładnia zębata

śrubowa, ślimakowa, walcowa,

o zębach skośnych

Rys. 7.17 Przekładnia zębata

śrubowa, ślimakowa, walcowa,

o zębach śrubowych

Rys. 7.18 Przekładnia zębata

śrubowa, ślimakowa, globo-

idalna

VII

Rys. 7.19 Zasada grawita-

cyjnego smarowania cią-

głego otwartej przekładni

zębatej

1 – pojemnik na olej,

2 – kurek

Rys. 7.20 Zasada smaro-

wania okresowego otwar-

tej przekładni zębatej

Rys. 7.21 Zasada smaro-

wania natryskowego

planetarnych są dyferencjały pojazdów,

sprzęgła maszyn budowlanych i górni-

czych, czołgów itp. Smarowanie przekładni

planetarnych, jednocześnie zębatych i cier-

nych, wymaga specjalnych olejów, których

współczynnik tarcia jest optymalizowany

– musi być na tyle mały aby zapewnić sma-

rowanie zębów a jednocześnie na tyle duży

aby zapewnić prawidłową pracę przekładni

ciernej.

Z punktu widzenia techniki smarowni-

czej, zasadnicza różnica między poszcze-

gólnymi rodzajami przekładni zębatych,

polega na sposobie przenoszenia nacisków.

W przekładniach walcowych nacisk jednost-

kowy na zęby jest przenoszony na styku li-

niowym, który jest linią prostą w przypadku przekładni czołowych

o zębach prostych, jest linią prostą lub odpowiedniego kształtu

krzywą w przypadku przekładni śrubowych. W przekładniach hipo-

idalnych styk jest realizowany punktowo, stąd przenoszone naciski

jednostkowe są bardzo duże.

W przekładniach zębatych występują dwa rodzaje tarcia:

q tarcie toczne – zęby toczą się po sobie,

q tarcie ślizgowe – powierzchnie zębów ślizgają się względem

siebie.

W zależności od przewagi jednego z wymienionych rodzajów

tarcia, uwarunkowanej konstrukcją przekładni zębatej, naciski

jednostkowe są różne: od stosunkowo małych, w przypadku

przekładni czołowych, do bardzo dużych w przypadku przekładni

hipoidalnych.

Zadaniem środka smarnego w przekładni jest zmniejszenie tar-

cia poprzez likwidację bezpośredniego styku między powierzch-

niami zębów, eliminację tarcia suchego, a tym samym zużywania

adhezyjnego. Dodatkowo, będący w obiegu środek

smarny polepsza odprowadzenie ciepła powstającego

w procesie tarcia oraz powoduje odprowadzenie z obsza-

ru tarcia produktów zużycia współpracujących powierzch-

ni skojarzenia trącego.

W przypadku przekładni zębatych są stosowane różne

sposoby smarowania i rozwiązań konstrukcyjnych urzą-

dzeń służących do doprowadzenia środka smarnego do

skojarzeń trących. Ze względu na ilość podawanego środ-

ka smarnego, może to być smarowanie ciągłe (rys. 7.19)

lub okresowe (rys. 7.20).

Ze względu na sposób doprowadzania środka smar-

nego wyróżnia się smarowanie: grawitacyjne (rys. 7.19),

zanurzeniowe, rozbryzgowe oraz natryskowe, na ogół

ciśnieniowe (rys 7.21, i 7.22).

Rozwiązania konstrukcyjne układów smarowania prze-

kładni zębatych są często złożone. Muszą one zapewnić

dostarczenie odpowiedniej ilości środka smarnego do

każdej przekładni prostej. Na rys. 7.23 i 7.24, przedsta-

wiono przykładowe rozwiązania konstrukcyjne układów

smarowania dużych, jednostopniowych przekładni zamkniętych.

Rysunek 7.25 przedstawia rozwiązanie konstrukcyjne zanurze-

niowego układu smarowania, trzystopniowej zamkniętej przekładni

Rys. 7.23 Rozwiązanie konstrukcyjne zanurzeniowego układu smarowania, jedno-

stopniowej, redukcyjnej przekładni ślimakowej, z wałem wychodzącym pionowym

Rys. 7.22 Wtryskiwacz do

smarowania natryskowe-

go zamkniętej przekładni

zębatej.

1 – przewód doprowadza-

jący olej, 2 – wtryskiwacz,

3 – koła zębate

Rys. 7.24 Rozwiązanie konstrukcyjne układu smarowania zanurzeniowego jedno-

stopniowej, redukcyjnej przekładni ślimakowej, z wałem wychodzącym poziomym

Rys. 7.25 Rozwiązanie konstrukcyjne układu smarowania zanurzeniowego wielo-

stopniowej, redukcyjnej przekładni zębatej

1, 2, 3 – koła zębate napędzające, 4, 5, 6 – koła zębate napędzane, 7, 8, 9 – miski

olejowe kolejnych stopni przekładni, 10 – obudowa przekładni, 11 – bagnetowy

wskaźnik poziomu oleju, 12 – wlew oleju, 13 – wziernik

4 VII

Rozdział VII: Smarowanie przekładni mechanicznych

7.3 Inne typy przekładni mechanicznych

7.3.1 Przekładnie cięgnowe

Przekładnie cięgnowe są to przekładnie kołowe, w których ruch

obrotowy jest przenoszony z jednego wału na drugi poprzez cię-

gno opasujące koła przekładni. Przekładnie cięgnowe umożliwiają

przenoszenie ruchu między wałami znacznie od siebie oddalony-

mi. Wśród przekładni cięgnowych wyróżnia się przekładnie:

q łańcuchowe,

q pasowe,

q linowe.

Rys. 7.26 Zanurzeniowy układ smarowania trzystopniowej parowozowej przekład-

ni zębatej

Przekładnie łańcuchowe – są to przekładnie, w których cię-

gnem jest łańcuch zazębiający się z kołami łańcuchowymi.

Wyróżnia się przekładnie łańcuchowe z łańcuchami drabinko-

wymi (rys. 7.28), zębatymi (rys. 7.29) oraz pierścieniowymi (rys.

7.30) i wiele innych rodzajów.

Przekładnie łańcuchowe są stosowane do przenoszenia mocy

oraz jako środki napędu, szczególnie w przypadkach, gdy odle-

głość między osiami wałów jest duża. Znajdują one zastosowanie

w różnego rodzaju maszynach przemysłowych, rolniczych, obra-

biarkach, motocyklach, rowerach itp.

Przykładem przekładni łańcuchowej z łańcuchem drabinkowym

jest przekładnia, powszechnie stosowana w rowerach, natomiast

przykładem łańcuchowej przekładni zębatej mogą być gąsienice

ciągników, czołgów i innych pojazdów na podwoziu gąsienico-

wym. Przekładnie tego typu są także stosowane w urządzeniach

transportowych do przenoszenia elementów o dużym ciężarze.

Przekładnie łańcuchowe z łańcuchami pierścieniowymi są

stosowane w przypadku przenoszenia dużych momentów obroto-

wych, przy małych prędkościach obrotowych wałów.

W przekładni łańcuchowej środek smarny spełnia następujące

funkcje:

q zabezpieczenie powierzchni zębów i stykających się z nimi czę-

ści łańcucha przed nadmiernym zużyciem; z tych względów są

wymagane: właściwości przeciwzużyciowe (AW), właściwości

przeciwzatarciowe (EP) oraz dobre właściwości adhezyjne – zapo-

biegające odrzucaniu środka smarowego siłami odśrodkowymi,

q zmniejszenie oporów tarcia na styku: ząb – łańcuch, z czym jest

związana lepkość oleju, a w przypadku smarów plastycznych

jego klasa konsystencji,

q zagwarantowanie precyzji i ciągłości ruchu, z czym są związane

właściwości smarne oraz adhezyjne,

redukcyjnej. Elementami pośredniczącymi w smarowaniu są duże

koła zębate każdego ze stopni przekładni. Każde z kół ma własną

miskę olejową. W przypadku przepełnienia miski olejowej trzeciego

stopnia przekładni olej spływa do położonej niżej miski olejowej

drugiego stopnia, a po jej napełnieniu do miski olejowej stopnia

pierwszego. Olej do styku zębów jest przenoszony na wieńcach każ-

dego z napędzających kół zębatych, skąd spływa do umieszczonej

poniżej miski olejowej. Część oleju jest odrzucana siłą odśrodkową

na wewnętrzną powierzchnię obudowy i spływając po ściankach

smaruje łożyska kół. W czasie pracy przekładni ustala się równowaga

zapewniająca smarowanie wszystkich stopni przekładni.

Minimalny poziom oleju w najniżej położonej misce olejowej,

powinien gwarantować zanurzenie największego koła zębatego na

wymaganą głębokość. W przypadku przekładni szybkoobrotowych,

głębokość zanurzenia powinna wynosić jedną wysokość zęba,

a w przypadku przekładni wolnoobrotowych dwie wysokości zęba.

Takie rozwiązanie konstrukcyjne smarowania przekładni zębatych

jest stosowane powszechnie w przypadku wolno- i średnio- obro-

towych, mocno obciążonych przekładni. Zbyt wysoki poziom oleju

powoduje zwiększenie oporów i spienianie oleju w misce olejowej,

nie wpływając istotnie na przenoszenie oleju do styku zębów.

Na rys. 7.25 i 7.26 przedstawiono rozwiązania konstrukcyjne ukła-

dów smarowania różnych typów wielostopniowych, zamkniętych

przekładni zębatych, smarowanych systemem zanurzeniowym.

Rysunek 7.27 przedstawia system smarowania natryskowego jed-

nostopniowej, szybko-obrotowej zamkniętej przekładni zębatej.

Rys. 7.28 Przekładnia

łańcuchowa z łańcuchem

drabinkowym

1 – łańcuch drabinkowy,

2 – zarys wieńca koła

zębatego

Rys. 7.29 Przekładnia łańcu-

chowa z łańcuchem zębatym

1 – płytka robocza łańcucha

zębatego, 2 – zarys wieńca

koła zębatego

Rys. 7.27 Ciśnieniowo–natryskowy układ smarowania zamkniętej, dwustopniowej

przekładni redukcyjnej

Rys. 7.30 Przekładnia łańcuchowa

z łańcuchem pierścieniowym

1 – łańcuch pierścieniowy,

2 – zarys wieńca koła zębatego

VII

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: