Rodzaje przekładni: zębata, ślimakowa, pasowa, łańcuchowa

W garażu stoi stara tokarka, którą odkupiłem ze zlikwidowanej szkolnej pracowni. Kiedy przychodzą do mnie uczniowie z koła rozbieraczy, zaczynam od niej, bo w jednej maszynie są trzy rodzaje przekładni naraz. Silnik kręci pasem koło na wrzecienniku. W skrzynce posuwów siedzą koła zębate. Pokrętło suportu obraca śrubę, a to też jest przekładnia. Czwartą uczniowie przywożą sami, bo przyjeżdżają rowerami.

Po co to wszystko? Silnik elektryczny najlepiej pracuje na wysokich obrotach, rzędu kilkuset albo kilku tysięcy na minutę. Wrzeciono, ślimak w podajniku czy bęben przenośnika potrzebują obrotów wolnych i dużej siły. Przekładnia zmniejsza prędkość i w zamian zwiększa moment, czyli siłę skręcającą. Za darmo nic nie ma, bo część energii idzie w ciepło.

Z czego się składa

1. Wał wejściowy - przyjmuje szybkie obroty od silnika.
2. Elementy przenoszące - koła zębate, ślimak z kołem, pas na kołach pasowych albo łańcuch na zębatkach.
3. Wał wyjściowy - oddaje wolniejsze obroty do maszyny.
4. Łożyska - trzymają wały w osi i przenoszą siły z zazębienia.
5. Obudowa z olejem - w przekładniach zamkniętych, trzyma łożyska i smaruje zęby.
6. Uszczelnienia - pierścienie na wałach, żeby olej został w środku, a brud na zewnątrz.

Zębata, czyli dwa koła w oleju

Najprostszy układ to dwa koła zębate walcowe: małe na wale silnika kręci duże. Jeśli duże ma cztery razy więcej zębów, obraca się cztery razy wolniej. Koła z zębami prostymi łatwo wykonać, ale są głośne. Zęby skośne wchodzą w zazębienie stopniowo, więc pracują ciszej i przenoszą więcej, za to pchają wał wzdłuż osi i łożyska muszą tę siłę przyjąć.

Według podręczników konstrukcji maszyn dobra przekładnia zębata walcowa ma sprawność rzędu 96-99% na jeden stopień. Traci więc tylko kilka procent mocy i dlatego jest tak popularna: w motoreduktorach przenośników, w mieszadłach, w skrzyni biegów samochodu, w wiertarce stołowej. Gdy potrzeba skręcić napęd o 90 stopni, używa się kół stożkowych, na przykład w tylnym moście samochodu.

Uczniowie najbardziej lubią jeszcze inną odmianę, bo wygląda jak mały układ słoneczny. W przekładni planetarnej środkowe koło, nazywane słonecznym, otacza kilka kół satelitów, a wszystko siedzi w kole z zębami od środka. Daje duże przełożenie w małej, okrągłej obudowie, dlatego siedzi we wkrętarce akumulatorowej, w automatycznej skrzyni biegów i w napędach koparek. Na kole rozkręcaliśmy zepsutą wkrętarkę i dopiero po wyjęciu satelitów uczniowie zrozumieli, skąd w takim maleństwie tyle siły.

Ślimakowa, wolna i samohamowna

Ślimak wygląda jak gruba śruba. Zazębia się z kołem, które ma zęby wygięte pod jego kształt. Jeden obrót ślimaka z jednym zwojem przesuwa koło o jeden ząb. Przy kole z czterdziestoma zębami daje to przełożenie 40 do 1 w jednej małej skrzynce.

Płaci się za to tarciem, bo zwój ślimaka ślizga się po zębie koła. Sprawność jest wyraźnie niższa niż w zębatej walcowej i spada tym bardziej, im większe przełożenie. Można ją za to zbudować tak, żeby była samohamowna, czyli żeby koło nie mogło obrócić ślimaka z powrotem. Brama przesuwna nie cofnie się pod wiatrem, mały podnośnik nie opuści ładunku po wyłączeniu silnika. Samohamowność idzie jednak w parze z niską sprawnością. Przy ładunkach podnoszonych nad ludźmi i tak stosuje się osobny hamulec, bo samohamowność potrafi zniknąć przy drganiach i zużyciu.

Ślimakowa grzeje się bardziej niż inne i olej ma w niej ciężkie życie. W zakładzie mieliśmy taką przekładnię na przenośniku, od której w ciepłe lato czuć było gorący olej z kilku metrów. Pomogła zmiana oleju na właściwy dla przekładni ślimakowych i odsłonięcie obudowy, którą ktoś obstawił kartonami.

Pasowa i łańcuchowa, gdy wały są daleko

Pas i łańcuch przenoszą napęd między wałami, które są daleko od siebie. Pasowa jest cicha, tłumi szarpnięcia i działa jak bezpiecznik: kiedy maszyna się zablokuje, pas się ślizga i wał zostaje cały. Dobre przekładnie pasowe mają sprawność podobną do zębatych. Wadą jest poślizg, więc gdy dwie osie muszą się kręcić dokładnie w takt, stosuje się pas zębaty, ten sam, który w wielu silnikach napędza wałek rozrządu.

Łańcuchowa nie ślizga się wcale i przenosi duże siły przy niskich obrotach, dlatego pracuje w rowerze, motocyklu, przenośniku i maszynach rolniczych. Za to łańcuch się wyciąga: sworznie i tulejki zużywają się, podziałka rośnie i łańcuch zaczyna wchodzić na zęby coraz wyżej. Zużyty łańcuch niszczy zębatki, więc wymienia się je razem.

Wydłużenie łańcucha łatwo zmierzyć: przymiarem na określonej liczbie ogniw albo prostym sprawdzianem, który wchodzi między rolki tylko wtedy, gdy łańcuch jest już za długi. W zakładzie mieliśmy takie sprawdziany przy każdym przenośniku łańcuchowym i zapis w zeszycie, kiedy ostatnio mierzono. Łańcuch rzadko zrywa się nagle. Zwykle długo się wyciąga i można to wyłapać.

W utrzymaniu ruchu mówiło się: pas piszczy, łańcuch stuka, zębatka wyje, a ślimak się grzeje. Każda daje znać na długo przed awarią, trzeba tylko słuchać.