Luz w przekładni ślimakowej - norma konstrukcyjna czy objaw zużycia?

Luz w przekładni ślimakowej często budzi niepokój na pierwszym przeglądzie. Mechanik łapie wał wyjściowy, czuje, że ten „chodzi” kilka milimetrów, i uznaje przekładnię za zużytą. Zwykle za wcześnie. Pewien luz obwodowy jest w tej konstrukcji zamierzony. Dużą część „luzu przekładni” daje się też znaleźć poza nią: na wpuście, w tulei albo w ramieniu reakcyjnym.

Ten artykuł pokazuje, jak przeliczyć luz z minut kątowych na milimetry, gdzie w napędzie go szukać i jak zmierzyć go powtarzalnie. Omawia też, kiedy luz rzeczywiście przeszkadza i jak z serii pomiarów odczytać moment, w którym normalny stan przechodzi w zużycie. Zamiast pojedynczej liczby proponujemy trend, bo to on odpowiada na pytanie z tytułu.

Wartości luzu podane dalej są typowe dla przekładni ogólnego przeznaczenia. Dopuszczalny luz konkretnej wielkości podaje producent w dokumentacji.

Luz w przekładni ślimakowej – skąd się bierze i ile go jest w nowej przekładni

Między zwojem ślimaka a zębem ślimacznicy musi zostać szczelina. Mieści się w niej film olejowy, a przy nagrzewaniu stalowy ślimak i brązowa ślimacznica rozszerzają się w różnym stopniu. Przekładnia złożona „na zero” po rozgrzaniu zaczęłaby się zakleszczać, a brąz zużywałby się bardzo szybko.

W przekładniach ogólnego przeznaczenia luz obwodowy na wale wyjściowym wynosi typowo od kilkunastu do kilkudziesięciu minut kątowych. Jedna minuta to 1/60 stopnia. Po docieraniu luz lekko rośnie, bo wygładzają się wierzchołki chropowatości brązu. Potem przez długi czas pozostaje stabilny. Przekładnie precyzyjne z obniżonym luzem istnieją, ale to osobna klasa wykonania z inną ceną.

Wniosek praktyczny jest taki: nowa przekładnia ślimakowa ma odczuwalny luz i jest to stan prawidłowy. Pytanie nie brzmi więc „czy jest luz”, tylko „czy jest go więcej niż na początku i czy rośnie”.

Przelicz minuty kątowe na milimetry, zanim ocenisz luz ręką

Ręka na końcu długiego ramienia wyolbrzymia luz. Przemieszczenie na obwodzie liczymy ze wzoru s = r × θ, gdzie θ podaje się w radianach. Minuty kątowe zamienia się na radiany mnożąc przez π / 10 800.

• Luz 20′ to 0,00582 rad. Na promieniu 100 mm, czyli na obwodzie koła łańcuchowego Ø 200 mm, daje to ruch około 0,58 mm.
• Ten sam luz na końcu łopaty mieszadła o promieniu 500 mm daje 2,9 mm, co ręka odbiera jako wyraźne „latanie”.
• Patrząc od strony silnika, luz mnoży się przez przełożenie. 20′ na wyjściu przy przełożeniu 1:30 to 600′, czyli 10° obrotu wirnika. Przy przełożeniu 1:80 to już ponad 26°.

Ostatni punkt wyjaśnia częsty fałszywy alarm. Ktoś obraca wentylator silnika i czuje kilkanaście stopni martwego ruchu, choć przekładnia jest w normie. Luz zawsze oceniamy na wale wyjściowym i przeliczamy na kąt.

Pięć miejsc, w których naprawdę siedzi luz

Zanim obwinisz zazębienie, przejdź cały łańcuch od silnika do maszyny. Dobrze pokazuje to prosty rachunek. Wpust z luzem tylko 0,05 mm w wale Ø 25 mm (promień 12,5 mm) daje 0,05 / 12,5 = 0,004 rad, czyli prawie 14 minut kątowych. To tyle, ile całe zazębienie nowej przekładni.

Luz osiowy ślimaka zwykle umyka uwadze. W przekładni wielkości 063 promień podziałowy ślimacznicy wynosi mniej więcej 50 mm. Przesunięcie ślimaka o 0,1 mm obraca więc ślimacznicę o 0,1 / 50 = 0,002 rad, czyli około 7′. Wymiana dwóch łożysk przywraca wtedy przekładnię do stanu zbliżonego do nowej.

Zasady montażu połączeń po stronie wyjściowej opisują artykuły ramię reakcyjne reduktora i wał zdawczy w przekładni ślimakowej. Objawy zużycia samych łożysk tocznych są podobne jak w silnikach. Pomocny będzie tekst łożyska – typy, objawy zużycia i wymiana.

Pomiar luzu krok po kroku – tak, żeby wyniki dało się porównać

Pomiar ma sens tylko wtedy, gdy za pół roku da się go powtórzyć tak samo. Potrzebny jest czujnik zegarowy na statywie magnetycznym i dźwignia przykręcona do wału wyjściowego. Wystarczy płaskownik z otworem na wpust.

1. Odłącz zasilanie i zabezpiecz napęd przed załączeniem. Prace przy rozłączaniu zasilania wykonuje osoba z uprawnieniami SEP.
2. Zablokuj wał wejściowy, np. klinując wentylator silnika albo hamując silnik z hamulcem.
3. Ustaw czujnik prostopadle do dźwigni w znanej odległości od osi, np. 200 mm.
4. Obciąż dźwignię małą, stałą siłą w jednym kierunku, np. ciężarkiem lub wagą sprężynową. Wyzeruj czujnik, a potem obciąż w przeciwnym kierunku tą samą siłą i odczytaj wynik. Siła ma tylko skasować luz, a nie odkształcać zęby.
5. Przelicz wynik na kąt: θ [′] = s / r × 10 800 / π. Przykład: 0,40 mm na ramieniu 200 mm daje 0,002 rad, czyli około 6,9′.
6. Powtórz pomiar w trzech położeniach wału wyjściowego co 120°. Zużycie ślimacznicy bywa nierównomierne, zwłaszcza gdy maszyna pracuje zawsze w tym samym wycinku obrotu.
7. Zapisz wynik razem z temperaturą obudowy i datą. Na ciepłej przekładni luz bywa inny niż na zimnej.

Przed pomiarem samej przekładni odłącz ją od maszyny albo przynajmniej zaznacz kreskami połączenie wał–tuleja. Inaczej zmierzysz sumę wszystkich luzów w napędzie.

Kiedy luz przeszkadza, a kiedy można go zignorować

Ten sam luz w jednej maszynie jest bez znaczenia, a w innej powoduje szybkie zużycie. Decyduje kierunek obciążenia i jego zmienność.

W napędach z obciążeniem pulsującym i rewersyjnym luz i zużycie wzmacniają się nawzajem. Większy luz daje silniejsze uderzenie, uderzenie przyspiesza zużycie, a zużycie zwiększa luz. Tu warto mierzyć częściej i reagować wcześniej. W pozycjonowaniu standardowa przekładnia ślimakowa ma swoje granice. Lepiej mierzyć położenie na wale wyjściowym albo wybrać przekładnię o obniżonym luzie, niż walczyć z luzem w przekładni ogólnego przeznaczenia.

Trend zamiast jednej liczby – jak odróżnić normę od zużycia

Pojedynczy pomiar nie odpowiada na pytanie z tytułu. Seria pomiarów robi to wyraźnie. Przykładowy zapis dla przekładni mieszadła rewersyjnego:

• 0 h (nowa, po docieraniu): 18′,
• 4000 h: 21′,
• 8000 h: 24′,
• 10 000 h: 33′,
• 11 000 h: 45′.

Przez pierwsze 8000 godzin luz rośnie o około 1′ na tysiąc godzin. To spokojne, normalne zużycie. Między 8000 a 11 000 godzin przyrost wynosi już 7′ na tysiąc godzin, a w ostatnim okresie aż 12′. Takie przyspieszenie oznacza, że w zazębieniu zaczęło się zużycie postępujące. Jeśli jednocześnie w oleju pojawia się złocisty osad brązu, rośnie temperatura i słychać stuki przy nawrotach, przekładnię warto wymienić w najbliższym planowanym postoju, a nie czekać na awarię.

Normę od zużycia odróżnia więc nie wartość bezwzględna, tylko zmiana tempa przyrostu w połączeniu z innymi objawami.

Co można zrobić z nadmiernym luzem

• Usuń luzy połączeń. Nowy wpust dopasowany do rowka, naprawa wybitego rowka i właściwa tuleja często dają największą poprawę za najmniejsze pieniądze. Przy zmianie średnicy wału pomoże artykuł o tulejach redukcyjnych.
• Odnów zamocowanie obudowy. Zużytą tuleję elastyczną albo całe ramię wymień na nowe w odpowiedniej wielkości. W kategorii ramiona reakcyjne znajdziesz np. ramię CMI63. Przed zamówieniem sprawdź zgodność z wielkością swojej przekładni.
• Wymień łożyska, jeśli to one dają luz osiowy ślimaka lub chybotanie wału wyjściowego.
• Wymień wał zdawczy, jeśli jego czop lub rowek wpustowy są wyrobione. Wały znajdziesz w kategorii wały zdawcze.
• Wymień przekładnię, jeśli zużyte jest zazębienie. W małych wielkościach wymiana samej ślimacznicy rzadko jest opłacalna. Jeśli zużycie przyszło szybko, rozważ wielkość większą.

Najczęstsze pytania

Ile luzu może mieć nowa przekładnia ślimakowa?

W przekładniach ogólnego przeznaczenia typowo od kilkunastu do kilkudziesięciu minut kątowych na wale wyjściowym. Dokładną wartość dla danej wielkości podaje producent.

Dlaczego wał silnika obraca się o kilka stopni, zanim ruszy wał wyjściowy?

Bo luz wyjściowy mnoży się przez przełożenie. Przy przełożeniu 1:40 luz 15′ na wyjściu to 10° na wale silnika. To normalne.

Czy luz można wyregulować?

W typowych przekładniach katalogowych nie ma regulacji zazębienia. Regulować i naprawiać można natomiast połączenia, mocowanie i łożyska, a to one często odpowiadają za większość odczuwalnego luzu.

Czy luz zmienia się z temperaturą?

Tak. Stal i brąz rozszerzają się w różnym stopniu, a lepkość oleju spada. Dlatego pomiary porównuje się w podobnej temperaturze obudowy.

Czy duży luz może uszkodzić silnik?

Bezpośrednio rzadko. Udary przy nawrotach obciążają jednak łożyska i wpust silnika. W napędach z częstą zmianą kierunku luz warto trzymać w ryzach także ze względu na silnik.

Jeśli pomiary wskazują na zużycie zazębienia, nową przekładnię w tej samej wielkości i z tym samym przyłączem silnika dobierzesz w kategorii przekładnie ślimakowe. Gdy luz siedzi w połączeniach, zacznij od tańszych elementów: wałów zdawczych, ramion reakcyjnych i tulei z działu części do reduktorów.