Przekładnia ślimakowa (reduktor ślimakowy) – budowa, działanie, zastosowania i dobór

Przekładnia ślimakowa, czyli reduktor ślimakowy, zamienia szybki obrót silnika na powolny ruch o dużej sile. Robi to w jednym stopniu i zmienia przy tym kierunek osi o 90°. Dlatego spotyka się ją w taśmociągach, podajnikach ślimakowych, mieszalnikach pasz, napędach bram i automatach pakujących. Ślimak i ślimacznica pracują jednak inaczej niż para kół walcowych. Kto rozumie tę różnicę, łatwiej dobierze przekładnię, ustawi jej pracę i wcześniej zauważy kłopot.

Ten tekst prowadzi od wnętrza obudowy do decyzji zakupowej. Opisujemy, z czego składa się reduktor ślimakowy i skąd bierze się jego przełożenie. Wyjaśniamy, dlaczego część mocy zamienia się w ciepło, jak odczytać oznaczenie typu „PM 063 1/40 71 B14” i do jakich maszyn ta konstrukcja pasuje, a do jakich nie.

Wartości liczbowe w artykule są typowe dla przekładni ogólnego przeznaczenia. Przy konkretnym zakupie zawsze sprawdzaj kartę katalogową producenta danej wielkości.

Przekładnia ślimakowa w pigułce: liczba zwojów, liczba zębów, kąt 90°

Każda przekładnia ślimakowa ma dwa główne elementy. Ślimak to stalowy wałek z naciętym zwojem, podobnym do gwintu trapezowego. Ślimacznica to koło z zębami wyprofilowanymi tak, by obejmowały ślimak. Osie obu elementów krzyżują się pod kątem prostym i nie przecinają się. Dzięki temu silnik może stać wzdłuż maszyny, a wał wyjściowy wychodzi w poprzek niej.

Przełożenie wynika z prostego stosunku: liczby zębów ślimacznicy (z₂) do liczby zwojów ślimaka (z₁), czyli i = z₂ / z₁. Dwa przykłady:

• ślimacznica z 40 zębami i ślimak jednozwojny dają i = 40, czyli przełożenie 1:40;
• ta sama ślimacznica ze ślimakiem czterozwojnym daje i = 10, czyli 1:10.

Jeden pełny obrót ślimaka jednozwojnego przesuwa ślimacznicę o jeden ząb. W przekładni walcowej podobną redukcję osiąga się dopiero w dwóch albo trzech stopniach. Stąd zwartość reduktora ślimakowego. Przy przełożeniu 1:80 cała redukcja mieści się w jednej obudowie wielkości dużej pięści.

Liczba w nazwie wielkości (030, 040, 050, 063, 075, 090, 110, 130, 150) zwykle oznacza odległość osi ślimaka od osi ślimacznicy w milimetrach. Większa odległość osi oznacza większą ślimacznicę, większe łożyska, grubszy wał wyjściowy i wyższy dopuszczalny moment.

Budowa reduktora ślimakowego – co jest w środku obudowy

Ślimak i jego wał wejściowy

Ślimak wykonuje się ze stali do nawęglania, a powierzchnie zwojów są hartowane i szlifowane. Wał ślimaka jest drążony i ma rowek wpustowy. Wsuwa się w niego czop silnika. Średnica otworu i kształt kołnierza decydują o tym, z jakim silnikiem przekładnia się połączy. Wał podpierają dwa łożyska toczne, które przejmują także dużą siłę osiową powstającą w zazębieniu.

Ślimacznica z brązowym wieńcem

Ślimacznica ma zwykle budowę dwuczęściową: piastę z żeliwa lub stali i nałożony na nią wieniec z brązu. Brąz z twardą stalą tworzy parę ślizgową, która dobrze znosi tarcie i szybko się dociera. Jest przy tym bardziej miękki niż ślimak. Zużycie skupia się więc na kole, a ślimak zachowuje kształt.

Obudowa, łożyska i uszczelniacze

Mniejsze wielkości mają zazwyczaj obudowę z odlewu aluminiowego z żebrami. Większe, od mniej więcej 110 mm odległości osi, mają częściej obudowę żeliwną. Obudowa niesie łożyska, utrzymuje olej i oddaje ciepło. Na wyjściach wałów siedzą pierścienie uszczelniające. Od ich stanu zależy, czy olej zostanie w środku.

Strona wyjściowa: wał drążony, wał zdawczy, kołnierze

Standardowo ślimacznica ma otwór z rowkiem wpustowym, czyli wał drążony. Wsuwa się w niego wał maszyny. Gdy potrzebny jest pełny czop, wkłada się wał zdawczy jedno- lub dwustronny. Do obudowy można przykręcić kołnierz boczny albo ramię reakcyjne. Ta modułowość to jedna z praktycznych zalet tej rodziny przekładni. Jedną wielkość da się zamontować na kilka sposobów bez przeróbek.

Jak działa przekładnia ślimakowa: poślizg, ciepło i samohamowność

W kołach walcowych zęby przetaczają się po sobie. W przekładni ślimakowej zwój ślimaka przesuwa się po zębie ślimacznicy. Ten poślizg ma trzy konsekwencje, o których warto pamiętać przy każdej decyzji.

1. Straty mocy zamieniają się w ciepło. Sprawność pary ślimakowej jest niższa niż pary walcowej. Spada wraz ze wzrostem przełożenia, bo przy jednozwojnym ślimaku kąt wzniosu linii zwoju jest mały i tarcie ma większy udział. Przekładnia 1:7,5 może przenosić około 85–90% mocy, a przekładnia 1:100 około połowy. Reszta podgrzewa olej i obudowę.
2. Docieranie jest naturalnym etapem. Przez pierwsze kilkadziesiąt godzin pracy powierzchnie brązu wygładzają się. Sprawność rośnie, a temperatura spada. Pełne obciążenie od pierwszej minuty skraca ten proces kosztem trwałości.
3. Kierunek przenoszenia mocy nie jest obojętny. Przy małym kącie wzniosu tarcie bywa tak duże, że obciążenie od strony wyjścia nie obróci ślimaka. To zjawisko nazywamy samohamownością.

Samohamowność wymaga ostrożności. W spoczynku przekładnia o dużym przełożeniu zwykle utrzymuje obciążenie. W ruchu, przy drganiach albo po rozgrzaniu oleju, ładunek może jednak powoli zjechać. Dlatego w podnośnikach, windach towarowych i bramach z ciężkim skrzydłem nie traktuje się przekładni jako hamulca. Stosuje się silnik z hamulcem elektromagnetycznym albo osobny układ zabezpieczający.

Jak czytać oznaczenie reduktora ślimakowego na przykładzie PM

Nazwy w katalogach wyglądają na skomplikowane, ale mają stały układ. Weźmy pozycję reduktor PM 063 1/40 do silnika 71 B14 i rozłóżmy ją na części.

Z oznaczenia wynika ważna rzecz: wielkość przekładni i wielkość silnika to dwa osobne parametry. Do PM 063 pasuje kilka wielkości silnika (63, 71, 80, 90), a silnik 71 pasuje do kilku wielkości przekładni. Moment decyduje o wielkości przekładni, a silnik decyduje o przyłączu. Pełną listę wariantów jednej wielkości znajdziesz w kategorii przekładnie ślimakowe PM 063. Zasady skręcania obu zespołów opisuje poradnik montaż silnika do reduktora ślimakowego krok po kroku.

Zastosowania przekładni ślimakowej – gdzie pasuje, a gdzie nie

Reduktor ślimakowy dobrze sprawdza się w napędach, w których liczą się trzy rzeczy: mała prędkość, ograniczone miejsce i niewielka liczba części. Tam, gdzie liczy się każdy procent sprawności albo praca trwa bez przerwy przy dużej mocy, lepsza bywa inna konstrukcja. Poniżej zestawienie typowych maszyn:

W ostatnim wierszu warto rozważyć przekładnie walcowe. Różnice między seriami opisuje artykuł o przekładniach walcowych ERC01–ERC04 i doborze ich rozmiaru. Gdy potrzebne jest przełożenie większe niż jednostopniowa para ślimakowa, przed przekładnią montuje się stopień walcowy. Szczegóły zawiera tekst reduktor wstępny – jak uzyskać bardzo duże przełożenia.

Zalety i ograniczenia reduktora ślimakowego

Bilans warto zrobić uczciwie, bo te same cechy bywają zaletą w jednej maszynie i wadą w drugiej.

• Plusy: duża redukcja w jednym stopniu, kąt prosty między wałami, cicha i płynna praca bez pulsacji, niewiele części, możliwość montażu nasadzanego na wał maszyny, opór przy napędzaniu od strony wyjścia przy dużych przełożeniach.
• Minusy: niższa sprawność przy dużych przełożeniach, więcej ciepła do odprowadzenia, wrażliwość na jakość oleju i przegrzanie, luz obwodowy większy niż w precyzyjnych przekładniach walcowych, ograniczona moc cieplna przy pracy ciągłej.

Praktyczny wniosek: przy mocach do kilku kilowatów i pracy kilka godzin dziennie przekładnia ślimakowa wypada zwykle korzystnie pod względem kosztu, gabarytu i prostoty. Przy dużej mocy i pracy całodobowej warto porównać koszt energii traconej na tarcie z różnicą w cenie zakupu.

Dobór przekładni ślimakowej w pięciu decyzjach

Szczegółowy dobór z obliczeniami to osobny temat. Pięć decyzji poniżej porządkuje jednak kolejność myślenia i chroni przed typowym błędem: kupowaniem przekładni tylko według przełożenia.

1. Prędkość robocza. Podziel obroty silnika przez obroty potrzebne na wale maszyny i wybierz najbliższe przełożenie z szeregu katalogowego. Przykład: silnik 1400 obr./min, potrzebne 18 obr./min, wynik 77,8, czyli w praktyce 1:80, co daje około 17,5 obr./min.
2. Moment na wyjściu. Policz moment silnika (9550 × P / n), pomnóż przez przełożenie i sprawność. Dla silnika 0,55 kW przy 1400 obr./min i przełożenia 1:80 przy sprawności około 0,5 wychodzi 3,75 × 80 × 0,5 ≈ 150 Nm.
3. Wielkość przekładni. Porównaj ten wynik z momentem dopuszczalnym w karcie katalogowej. Uwzględnij przy tym współczynnik pracy, który zależy od liczby godzin, liczby załączeń i charakteru obciążenia.
4. Przyłącze silnika. Wielkość mechaniczna silnika (np. 71) i rodzaj kołnierza (B5 lub B14) muszą zgadzać się z wejściem przekładni.
5. Strona wyjściowa i pozycja montażu. Zdecyduj, czy wał maszyny wchodzi w wał drążony, czy potrzebny jest wał zdawczy, kołnierz boczny albo ramię reakcyjne. Ustal też pozycję pracy, bo od niej zależy smarowanie.

Jeśli nie chcesz sam łączyć silnika i przekładni, rozważ gotowe motoreduktory ślimakowe pogrupowane według obrotów wyjściowych. Kiedy zespół fabryczny jest wygodniejszy, a kiedy lepiej kupić części osobno, wyjaśnia artykuł motoreduktor ślimakowy – gotowy zespół czy silnik i reduktor osobno.

Najczęstsze pytania

Czy przekładnia ślimakowa może pracować jako multiplikator, czyli przyspieszać obroty?

Przy małych przełożeniach, mniej więcej do 1:15, napęd od strony ślimacznicy jest zwykle możliwy, ale sprawność w tym kierunku jest wyraźnie niższa. Przy dużych przełożeniach przekładnia blokuje się albo pracuje bardzo ciężko. Do podwyższania obrotów używa się przekładni walcowych lub pasowych.

Dlaczego nowa przekładnia grzeje się bardziej niż po kilku tygodniach pracy?

To efekt docierania. Powierzchnie brązowej ślimacznicy wygładzają się podczas pierwszych godzin pracy. Tarcie maleje, sprawność rośnie i temperatura obudowy spada. Dlatego zaleca się, aby na początku przekładnia pracowała pod umiarkowanym obciążeniem.

Czy obroty wyjściowe zawsze wynoszą dokładnie 1400 podzielone przez przełożenie?

Nie. Silnik asynchroniczny pod obciążeniem ma poślizg i kręci się z prędkością z tabliczki znamionowej, np. 1380 lub 1410 obr./min. Dla przełożenia 1:30 różnica wynosi około 1 obr./min. W przenośniku nie ma to zwykle znaczenia, ale w linii zsynchronizowanej trzeba to uwzględnić.

Czy przekładnię ślimakową można zamontować pionowo?

Tak, większość wielkości dopuszcza kilka pozycji pracy. Od pozycji zależą jednak ilość oleju i położenie korka odpowietrzającego. Pozycję ustal przed zamówieniem i porównaj ją z dokumentacją producenta.

Jak sprawdzić, która wielkość przekładni pasuje do mojego silnika?

Odczytaj wielkość mechaniczną (56, 63, 71, 80…) i rodzaj kołnierza z tabliczki znamionowej lub karty silnika. Następnie wybierz wariant przekładni opisany tą samą wielkością i tym samym kołnierzem. Wielkość samej przekładni dobierasz osobno, według momentu.

Pełny wybór wielkości od PM 030 do PM 150 w wykonaniach B5 i B14 znajdziesz w kategorii przekładnie ślimakowe – reduktory do silników. Jeśli dobór zaczynasz od strony maszyny, a nie posiadanego silnika, przejrzyj także motoreduktory pogrupowane według obrotów wyjściowych. Oszczędzisz sobie wtedy liczenia przełożenia.