Jak przekładnie wpływają na prędkość i moment obrotowy w maszynach? Przeczytaj o przełożeniu przekładni i różnicach między przekładniami.

Zmiana prędkości lub momentu obrotowego to zadanie dla przekładni. Zapewniają one prawidłową moc wyjściową na wale wyjściowym przekładni, co czyni je kluczowymi w projektowaniu maszyn i robotów. Ale co dzieje się wewnątrz przekładni? Jaki jest efekt różnych stopni przekładni? Jak można połączyć wysoki moment obrotowy z kompaktową konstrukcją? Rzucamy światło na ten temat.

Co to jest przełożenie?

Przekładnie przenoszą i przekształcają momenty obrotowe, prędkości, kierunki obrotów i siły. Osiąga się to za pomocą elementów maszyn, takich jak koła zębate, wały, pasy, pręty itp. Istnieją wersje jedno- i wielostopniowe. Przekładnie wielostopniowe mają co najmniej dwa stopnie. Stopnie przekładni są połączone szeregowo i zmieniają zarówno prędkość, jak i moment obrotowy.

Dodanie większej liczby stopni przekładni umożliwia uzyskanie wyższych przełożeń. Każdy dodatkowy stopień zwiększa jednak liczbę komponentów w przekładni. Wymaga to więcej miejsca i skutkuje większą wagą oraz wyższym kosztem zakupu. Podatność na błędy również wzrasta, ponieważ każdy stopień zwielokrotnia liczbę potencjalnych błędów (gaussowska propagacja błędów).

Zmniejszanie czy zwiększanie przełożeń?

Każdy stopień przekładni charakteryzuje się określonym przełożeniem (redukującym lub zwiększającym). Opisuje ono stosunek między prędkością wejściową i wyjściową. Jeśli prędkość na wale wejściowym przekładni jest wyższa niż na wale wyjściowym przekładni (i > 1), jest to określane jako przełożenie redukujące. Jeśli prędkość na wale wejściowym przekładni jest niższa niż na wale wyjściowym przekładni (i < 1), jest to określane jako przełożenie zwiększające prędkość.

Przekładnie cykloidalne i przekładnie falowe są przekładniami redukcyjnymi. Oznacza to, że zmniejszają one prędkość obrotową silnika i jednocześnie zwiększają jego moment obrotowy. Prędkość i moment obrotowy są odwrotnie proporcjonalne ze względu na współczynnik redukcji, chociaż sprawność jest nadal bardzo ważna przy obliczaniu momentu obrotowego.

Redukcja (i > 1)

Prędkość na wale wyjściowym przekładni jest niższa niż na wale wejściowym przekładni
Moment obrotowy na wale wyjściowym przekładni jest niższy niż na wale wejściowym przekładni
Przełożenie redukcji prędkości

Zwiększenie (i > 1)

Prędkość na wale wyjściowym przekładni jest wyższa niż na wale wejściowym przekładni
Moment obrotowy na wale wyjściowym przekładni jest wyższy niż na wale wejściowym przekładni
Przełożenie zwiększające prędkość

Wysoki wyjściowy moment obrotowy jest korzystny w wielu przypadkach. Umożliwia przenoszenie większych sił, ułatwia przenoszenie dużych obciążeń i pomaga zmaksymalizować żywotność i niezawodność maszyny lub robota.

Jednostopniowe i wielostopniowe przekładnie cykloidalne

Przekładnie cykloidalne są dostępne zarówno jako przekładnie jednostopniowe, jak i wielostopniowe. Jednostopniowe przekładnie cykloidalne są wyposażone w wewnętrzne mimośrody. Osiągają one przełożenia redukcyjne do i = 200, mają zerowy luz (ponieważ nie ma elementów przekładni) i są oferowane w bardzo małych rozmiarach. Ich współczynnik redukcji jest jednak ograniczony. Kolejna wada: Duże mimośrody z ich odpowiednio wysoką bezwładnością obracają się z prędkością silnika. Skutkuje to stosunkowo wysokim poziomem wibracji i niskim współczynnikiem zmęczenia.

Przekładnie cykloidalne Nabtesco mają zewnętrzne mimośrody. Wymaga to zastosowania przedniego stopnia przekładni zębatej i dwustopniowej zasady redukcji (stopień przekładni zębatej i stopień mimośrodowy). Wersja z wałem pełnym ma zatem dwa stopnie przekładni, a wersja z wałem drążonym ma trzy stopnie przekładni. Całkowita liczba stopni przekładni wynosi cztery.

Dwustopniowa zasada redukcji oferuje liczne zalety

Stopień przekładni zębatej przenosi ruch obrotowy napędu lub serwomotoru na wały mimośrodowe. Zmniejsza to prędkość odpowiadającą przełożeniu redukcyjnemu wału wejściowego do przekładni zębatej zębatej. Ze względu na zmniejszoną prędkość, mimośrody obracają się wolniej i mogą być mniejsze, co znacznie zmniejsza wibracje, a tym samym poprawia współczynnik zmęczenia materiału. Podczas gdy elementy przekładni w pierwszym stopniu powodują minimalny luz, jest on pomijalny, ponieważ jest zredukowany w stopniu cykloidalnym. Stopień cykloidalny jest wstępnie obciążony, co oznacza, że ma zerowy luz. Liczba sworzni i wynikający z niej współczynnik redukcji stopnia cykloidalnego umożliwia redukcję luzu bocznego zęba w pierwszym stopniu.

Zasada dwustopniowej redukcji nie tylko zmniejsza wibracje i bezwładność, ale także pozwala na większe przełożenia redukcji. Skutkuje to również doskonałą wydajnością w odniesieniu do dynamiki i płynnej pracy, a także wysoką powtarzalnością i dokładnością. Zasada dwustopniowej redukcji jest również korzystna pod względem opłacalności. Ponieważ całkowita redukcja może być kontrolowana tylko przez stopień przekładni zębatej, eliminuje to produkcję różnych kosztownych obudów przekładni.

Stopnie przełożenia przekładni cykloidalnych i przekładni planetarnych

Ze względu na stopień prędkości, przekładnie planetarne mogą osiągnąć maksymalne przełożenie i = 10 w jednym stopniu. Porównując wymiary przekładni planetarnych i cykloidalnych, można zauważyć, że całkowita długość przekładni planetarnych znacznie wzrasta wraz z wyższymi przełożeniami. Wielostopniowe przekładnie planetarne są zatem znacznie dłuższe niż przekładnie cykloidalne o tym samym przełożeniu.

Zalety wielostopniowych przekładni cykloidalnych Nabtesco z zewnętrznymi mimośrodami

Bardzo wysokie przełożenia redukcyjne w kompaktowej obudowie
Elastyczna adaptacja różnych przełożeń redukcyjnych poprzez pierwszy stopień
Niezależność cenowa dzięki wyeliminowaniu różnych części obudowy dla różnych przełożeń redukcyjnych
Identyczna długość przy różnych przełożeniach redukcyjnych
Mniejszy poziom wibracji i wyższa wytrzymałość zmęczeniowa
Mniejsza liczba stopni przekładni zmniejsza złożoność całego systemu i minimalizuje podatność na usterki
Wysoka opłacalność dzięki konstrukcji produktu, która jest kompatybilna z produkcją seryjną
Dzięki swojej konstrukcji przekładnie cykloidalne są sztywniejsze i bardziej kompaktowe (około 50% krótsze), a także lżejsze niż wielostopniowe przekładnie planetarne.

Przekładnie falowe i stopnie przekładni

Przekładnie falowe mają zawsze jeden stopień. Niemniej jednak osiągają one wysokie współczynniki redukcji na jednym stopniu przekładni, przy 100% zerowym luzie. Możliwe jest dodanie kolejnych stopni przekładni (patrz napędy pasowe lub wstępne stopnie przekładni stożkowej do kątowego podłączenia silnika), choć generalnie niweluje to decydującą zaletę zerowego luzu. Wyjątkiem jest połączona przekładnia falowa i przekładnia cykloidalna. Konstrukcja ta ma praktycznie zerowy luz i umożliwia wysokie przełożenia redukcyjne z maksymalną precyzją. Aby jednak zapewnić zerowy luz, zawsze zalecamy możliwie najsztywniejsze połączenie między wałem silnika a wejściem przekładni lub jednoczęściowe rozwiązanie dla wału silnika i przekładni.

Stopnie przełożenia przekładni precyzyjnych Nabtesco w skrócie

Przekładnie cykloidalne:

2-stopniowe i do 320
3-stopniowe i do 500
4-stopniowe i do 7000 i więcej jest możliwe

Przekładnie falowe:

1-stopniowe i = 30-160

Ogólnie możliwe są wyższe przełożenia redukcyjne, jednak należy to rozważyć w ścisłej koordynacji z wymaganiami jakościowymi certyfikatu IATF firmy Nabtesco.

Chcesz dowiedzieć się więcej o stopniach przełożenia naszych precyzyjnych przekładni lub masz pytania dotyczące konkretnego projektu? Nie wahaj się skontaktować z naszymi ekspertami.