Jak dobrać reduktor / przekładnię ślimakową do silnika elektrycznego? (praktyczny poradnik)

Jak dobrać reduktor ślimakowy do silnika elektrycznego, żeby od razu pasował mechanicznie, dawał właściwą prędkość i nie grzał się po godzinie pracy? Ten poradnik nie powtarza samych wzorów. Pokazuje dobór przekładni ślimakowej do silnika na dwóch kompletnych przykładach: przenośniku taśmowym i stole obrotowym owijarki. Każdy krok ma przy tym dane wejściowe i wynik.

Zasada jest prosta: najpierw liczby z maszyny, potem silnik, na końcu przekładnia. Odwrócenie tej kolejności jest najczęstszym powodem zwrotów i przeróbek. Ktoś kupuje reduktor „pod posiadany silnik”, a potem okazuje się, że ani prędkość, ani moment nie pasują do napędzanego urządzenia.

Wartości sprawności i współczynników podane niżej są typowe dla przekładni ogólnego przeznaczenia. Ostateczną weryfikację rób zawsze na podstawie karty katalogowej konkretnej wielkości i tabliczki znamionowej silnika.

Dobór przekładni ślimakowej do silnika zaczyna się od karty danych

Dobór idzie szybko, jeśli wszystkie dane są zebrane na jednej kartce. Poniższa tabela pomaga w tym, a ostatnia kolumna pokazuje dane z pierwszego przykładu, czyli przenośnika taśmowego w małej sortowni.

Najtrudniej ustalić siłę oporu. Gdy brakuje danych, pomiar siłomierzem lub kluczem dynamometrycznym na wale istniejącej maszyny daje lepszy wynik niż zgadywanie. Jeśli maszyna jest nowa, oszacuj opór z masy, współczynnika tarcia i nachylenia. Do wyniku dodaj zapas na rozruch.

Krok 1. Prędkość: od metrów na sekundę do przełożenia

Najpierw zamieniamy prędkość liniową na obroty bębna. Obwód bębna Ø 160 mm wynosi π × 0,16 = 0,503 m. Przy taśmie 0,4 m/s bęben musi obracać się z prędkością 0,4 / 0,503 = 0,795 obr./s, czyli około 47,7 obr./min.

Silnik czterobiegunowy według tabliczki ma 1390 obr./min przy obciążeniu znamionowym. Przełożenie teoretyczne wynosi 1390 / 47,7 = 29,1. Najbliższa wartość z szeregu katalogowego to 1:30. Bęben będzie się obracał z prędkością 1390 / 30 = 46,3 obr./min, a taśma pojedzie z prędkością 0,388 m/s. Różnica 3% w tej maszynie nie ma znaczenia.

Gdy różnica przekracza tolerancję procesu, są trzy wyjścia: inne przełożenie, silnik o innej liczbie biegunów albo falownik do korekty prędkości. Jeśli wahasz się między silnikiem 1400 a 2800 obr./min, pamiętaj, że przy szybszym silniku potrzebne jest dwa razy większe przełożenie. Przy przekładni ślimakowej oznacza to też niższą sprawność.

Krok 2. Moment i moc: czy silnik da radę

Moment na bębnie to siła razy promień: 900 N × 0,08 m = 72 Nm. Moc potrzebna na wale wyjściowym wynosi P₂ = M₂ × n₂ / 9550 = 72 × 46,3 / 9550 ≈ 0,35 kW.

Przekładnia ślimakowa 1:30 ma sprawność rzędu 0,7. Silnik musi więc oddać około 0,35 / 0,7 = 0,50 kW. Najbliższa moc znormalizowana to 0,55 kW. Taki silnik czterobiegunowy ma zwykle wielkość mechaniczną 80.

Sprawdzenie w drugą stronę: moment silnika to 9550 × 0,55 / 1390 ≈ 3,78 Nm. Na wyjściu daje to 3,78 × 30 × 0,7 ≈ 79 Nm, czyli 10% powyżej zapotrzebowania. Silnik asynchroniczny ma przy rozruchu moment wyraźnie wyższy od znamionowego, więc z ruszeniem obciążonej taśmy poradzi sobie. Jeśli maszyna ma cięższy start, a dobór silnika budzi wątpliwości, pomoże artykuł jak dobrać silnik elektryczny do maszyny.

Krok 3. Wielkość przekładni i współczynnik pracy

Przełożenie 1:30 występuje w wielu wielkościach. Wybór wielkości zależy od tego, jak przekładnia będzie pracować. Producenci podają moment znamionowy dla spokojnej pracy kilka godzin dziennie. Cięższe warunki uwzględnia się współczynnikiem pracy fs. Odczytuje się go z tabeli w katalogu na podstawie liczby godzin na dobę, liczby załączeń i rodzaju obciążenia.

Dla przenośnika z ładunkiem przy rozruchu, ośmiu godzinach pracy i kilkunastu startach na godzinę typowe tabele dają fs w okolicy 1,25. Wymagany moment katalogowy wynosi więc 79 × 1,25 ≈ 100 Nm. Do obliczeń bierzemy moment, który silnik jest w stanie dostarczyć, a nie tylko zapotrzebowanie maszyny. Przy zablokowaniu taśmy przekładnia dostanie właśnie tyle.

W kartach przekładni tej rodziny wielkość 050 przy przełożeniu 1:30 jest zwykle blisko tej granicy, a wielkość 063 ma wyraźny zapas. Wybieramy 063 z przyłączem pod silnik 80 B14, czyli reduktor PM 063 1/30 80 B14. Większa obudowa łatwiej oddaje też ciepło, co w zapylonej hali ma znaczenie. Pojęcie pracy ciągłej i przerywanej omawia artykuł klasy pracy S1–S9 w praktyce.

Krok 4. Przyłącze silnika: kołnierz, wielkość, średnica wałka

Teraz łączymy wybraną przekładnię z wybranym silnikiem. Muszą się zgadzać trzy rzeczy:

• rodzaj kołnierza: B14 (mały kołnierz z otworami gwintowanymi) albo B5 (duży kołnierz z otworami przelotowymi). Kołnierz silnika i wejście przekładni muszą być tego samego typu i tej samej wielkości;
• średnica czopa silnika: w silnikach według IEC typowo 9 mm dla wielkości 56, 11 mm dla 63, 14 mm dla 71, 19 mm dla 80 i 24 mm dla 90;
• długość czopa i wpust: wałek musi wejść w ślimak na pełną długość wpustu, bez wystawania i bez dobijania młotkiem.

Gdy masz już silnik o mniejszym czopie niż otwór w przekładni, stosuje się tuleje redukcyjne. Działa to jednak tylko wtedy, gdy zgadza się także kołnierz. Zasady i ograniczenia opisuje artykuł tuleja redukcyjna – jak dopasować średnicę wału silnika. Przed montażem nasmaruj wałek pastą zapobiegającą korozji ciernej. Ułatwi to późniejszy demontaż.

Krok 5. Strona wyjściowa i pozycja montażu

W naszym przenośniku przekładnia jest nasadzona wałem drążonym na czop bębna. Nie ma więc łap, a moment reakcyjny trzeba przenieść na ramę. Służy do tego ramię reakcyjne z elastyczną tuleją, mocowane tak, by przekładnia mogła się lekko wahać. Sztywne przykręcenie obudowy w dwóch miejscach naraz przeciąża łożyska. Wskazówki montażowe znajdziesz w tekście ramię reakcyjne reduktora – jak je prawidłowo zamontować.

Jeśli wał maszyny nie może wejść w przekładnię, bo napęd idzie łańcuchem albo sprzęgłem, zamawia się wał zdawczy. Trzeba wtedy sprawdzić siłę promieniową. Koło łańcuchowe o małej średnicy daje dużą siłę na wale i bywa ograniczeniem częściej niż sam moment. Pozycję pracy przekładni podaj przy zamówieniu, bo od niej zależą ilość oleju i miejsce odpowietrzenia.

Drugi przykład: stół obrotowy i przełożenie ponad 1:100

Owijarka palet potrzebuje stołu obracającego się z prędkością około 10 obr./min. Mamy silnik 0,37 kW wielkości 71 B14, który według tabliczki obraca się z prędkością 1380 obr./min. Potrzebne przełożenie to 1380 / 10 = 138. Jednostopniowa przekładnia ślimakowa zwykle kończy się na 1:100, a to dałoby 13,8 obr./min, czyli za szybko.

Rozwiązaniem jest stopień wstępny. Przed przekładnią ślimakową montuje się reduktor walcowy o małym przełożeniu, np. reduktor wstępny PC 063 i=3 dla silników 63 B5 i 71 B14. W połączeniu z przekładnią 1:50 daje to przełożenie 3 × 50 = 150 i prędkość stołu 1380 / 150 = 9,2 obr./min.

Policzmy moment: 9550 × 0,37 / 1380 ≈ 2,56 Nm na wale silnika. Sprawność stopnia walcowego to około 0,95, a ślimakowego 1:50 około 0,6. Łącznie daje to około 0,57. Na wyjściu: 2,56 × 150 × 0,57 ≈ 219 Nm. To dużo jak na mały silnik. Właśnie w takich zestawach łatwo przeciążyć wielkość przekładni ślimakowej. Wielkość dobierasz więc do momentu, który silnik może wytworzyć, a nie do momentu potrzebnego do obrotu stołu.

Dostępne zestawy znajdziesz w kategorii reduktory wstępne do przekładni ślimakowych. Zawsze sprawdź w dokumentacji, z którymi wielkościami przekładni dany reduktor wstępny współpracuje.

Najczęstsze pytania

Mam silnik 1,1 kW i przekładnię z demontażu. Czy wystarczy, że kołnierze pasują?

Nie. Kołnierz mówi tylko o połączeniu mechanicznym. Trzeba jeszcze sprawdzić, czy moment silnika pomnożony przez przełożenie i sprawność nie przekracza momentu dopuszczalnego dla tej wielkości przekładni. Do tego dochodzi stan łożysk i uszczelniaczy używanej przekładni.

Czy lepiej wybrać większe przełożenie i szybszy silnik, czy mniejsze i wolniejszy?

W przekładni ślimakowej mniejsze przełożenie oznacza wyższą sprawność i mniej ciepła. Silnik 1400 obr./min z przekładnią 1:20 zwykle pracuje chłodniej niż silnik 2800 obr./min z przekładnią 1:40 przy tej samej prędkości wyjściowej.

Czy falownik zwalnia mnie z dokładnego doboru przełożenia?

Częściowo. Falownik pozwala skorygować prędkość o kilkanaście, kilkadziesiąt procent. Przy niskich częstotliwościach spada jednak chłodzenie silnika z własnym przewietrznikiem. Przełożenie warto dobrać tak, aby silnik pracował w okolicach 50 Hz.

Skąd wziąć współczynnik pracy, jeśli katalog go nie podaje?

Przyjmuje się wartości orientacyjne: około 1,0 dla spokojnej pracy kilka godzin dziennie, 1,25–1,5 dla częstych startów lub pracy całodziennej i powyżej 1,5 dla udarów. Jeśli tylko jest to możliwe, użyj tabeli producenta wybranej serii.

Czy przekładnię można zamontować do silnika łapowego B3?

Bezpośrednio nie. Wejście przekładni wymaga silnika z kołnierzem. Silnik łapowy łączy się z przekładnią przez sprzęgło albo napęd pasowy, a przekładnia ma wtedy wał wejściowy z czopem, co jest osobnym wykonaniem.

Gdy masz już przełożenie, wielkość i przyłącze, wybierz wariant w kategorii przekładnie ślimakowe, gdzie modele pogrupowano według wielkości, kołnierza i wielkości silnika. Tuleje, ramiona reakcyjne i wały zdawcze znajdziesz w częściach do reduktorów, a reduktory wstępne w osobnej podkategorii.