Reduktor wstępny do przekładni ślimakowej – jak uzyskać bardzo duże przełożenia

Reduktor wstępny to niewielka przekładnia montowana między silnikiem a przekładnią ślimakową, która dodatkowo obniża prędkość na wejściu ślimaka. Dzięki niemu napęd, który z samą przekładnią ślimakową kończy się na przełożeniu 1/100, może osiągnąć przełożenie 1/300 i prędkość wyjściową rzędu kilku obrotów na minutę. To rozwiązanie dla mieszadeł wolnoobrotowych, obrotnic, napędów dozujących, wolnych przenośników czy urządzeń do suszenia i wędzenia, w których wał ma obracać się bardzo powoli.

Bardzo niską prędkość wyjściową można uzyskać na kilka sposobów, a reduktor wstępny jest tylko jednym z nich. Ma przy tym swoje ograniczenia: przy dużym przełożeniu rośnie moment na wyjściu, a dopuszczalny moment przekładni ślimakowej się nie zmienia. Dlatego razem z doborem przełożenia trzeba policzyć obciążenie i często zmniejszyć moc silnika.

W tym poradniku wyjaśniamy, jak działa reduktor wstępny do przekładni ślimakowej, jak czytać jego oznaczenie, jak policzyć przełożenie całkowite i moment, kiedy lepiej wybrać inne rozwiązanie oraz na co uważać przy montażu. Wartości liczbowe są orientacyjne – wiążące są dane z tabliczek znamionowych i dokumentacji producenta.

Po co stosuje się reduktor wstępny

Jednostopniowa przekładnia ślimakowa ma ograniczony zakres przełożeń. W typowych seriach, takich jak PM, kończy się on na wartości 1/100, co przy silniku 1400 obr/min daje na wyjściu ok. 14 obr/min. Jeśli maszyna potrzebuje 5 lub 8 obr/min, sama przekładnia ślimakowa nie wystarczy.

Drugim powodem jest sprawność. W przekładni ślimakowej sprawność spada wraz ze wzrostem przełożenia, bo przy dużym przełożeniu ślimak ma mały kąt wzniosu linii zwoju i większą część mocy tracona jest na tarcie. Dobrze tłumaczy to artykuł sprawność przekładni ślimakowej – od czego zależy. Rozłożenie redukcji na dwa stopnie pozwala uzyskać duże przełożenie całkowite bez sięgania po skrajne przełożenia w samym stopniu ślimakowym.

Trzeci powód to wykorzystanie tego samego reduktora ślimakowego. Gdy przekładnia już pracuje w maszynie, a trzeba obniżyć prędkość, dołożenie modułu wstępnego bywa prostsze niż przebudowa całego napędu.

Budowa reduktora wstępnego PC i jak czytać jego oznaczenie

Reduktory wstępne serii PC to z reguły jednostopniowe przekładnie zębate walcowe o stałym przełożeniu. Moduł ma z jednej strony kołnierz i gniazdo na czop silnika, a z drugiej czop wyjściowy z wpustem i kołnierz, które pasują do wejścia przekładni ślimakowej w miejscu, gdzie normalnie montuje się silnik. Silnik nie jest więc przykręcany bezpośrednio do przekładni ślimakowej, lecz do reduktora wstępnego, który staje się „łącznikiem” między nimi.

Oznaczenie zawiera wielkość modułu, przełożenie oraz dwa rodzaje przyłączy kołnierzowych. Jedno z nich odpowiada silnikowi, drugie – wejściu przekładni ślimakowej. Przed zamówieniem sprawdź na rysunku wymiarowym, która strona odpowiada któremu przyłączu i z jaką wielkością przekładni PM moduł współpracuje. Niezgodność kołnierza lub średnicy czopa wychodzi zwykle dopiero przy montażu, a wtedy jedynym rozwiązaniem jest wymiana elementu.

Reduktor wstępny – jak policzyć przełożenie całkowite i prędkość

Przełożenie całkowite napędu to iloczyn przełożeń poszczególnych stopni: i całkowite = i reduktora wstępnego × i przekładni ślimakowej. Prędkość wyjściową liczy się, dzieląc prędkość silnika przez przełożenie całkowite. Poniższa tabela pokazuje wartości orientacyjne dla reduktora wstępnego i=3 połączonego z przekładnią ślimakową o różnych przełożeniach.

Jak widać, połączenie reduktora wstępnego z silnikiem wolnoobrotowym 900 obr/min pozwala zejść do około 3 obr/min bez stosowania elektroniki. Do obliczeń przyjmij prędkość znamionową z tabliczki silnika, a nie wartość zaokrągloną. Ogólne zasady liczenia przełożenia i momentu w przekładni ślimakowej opisujemy w poradniku jak obliczyć przełożenie i moment obrotowy przekładni ślimakowej.

Moment na wyjściu – najważniejsze ograniczenie

Każde zwiększenie przełożenia zwiększa moment na wale wyjściowym. Moment orientacyjny liczy się ze wzoru: M2 [Nm] ≈ 9550 × P [kW] / n2 [obr/min] × ηc, gdzie ηc to sprawność całkowita, czyli iloczyn sprawności reduktora wstępnego i przekładni ślimakowej. Stopień walcowy ma sprawność wysoką, ale stopień ślimakowy przy dużym przełożeniu może mieć sprawność rzędu 0,5–0,6 (dokładne dane podaje producent).

Przykład: silnik 0,25 kW, 1400 obr/min, reduktor wstępny i=3 i przekładnia ślimakowa 1/60. Prędkość wyjściowa wynosi ok. 7,8 obr/min. Przy sprawności całkowitej przyjętej jako 0,55 moment na wyjściu wynosi ok. 9550 × 0,25 / 7,8 × 0,55 ≈ 169 Nm. Ta wartość, pomnożona przez współczynnik pracy, musi być niższa od momentu dopuszczalnego przekładni ślimakowej dla tego przełożenia. Gdyby w tym samym układzie zastosować silnik 0,75 kW, moment teoretyczny wzrósłby do ponad 500 Nm, co dla mniejszych wielkości przekładni jest wartością niedopuszczalną.

Z tego wynika praktyczna zasada: przy reduktorze wstępnym dobiera się moc silnika do momentu, który przekładnia ślimakowa może przenieść, a nie odwrotnie. Często oznacza to silnik wyraźnie słabszy niż ten, który pracowałby z samą przekładnią ślimakową. Zbyt mocny silnik w razie zablokowania maszyny przekaże na ślimacznicę moment, który może ją uszkodzić. Warto też pamiętać, że samohamowność statyczna przekładni ślimakowej przy dużych przełożeniach nie zastępuje hamulca – drgania mogą ją znieść.

Alternatywy dla reduktora wstępnego

Zanim zdecydujesz się na moduł wstępny, rozważ inne sposoby uzyskania niskiej prędkości. Każdy ma inne zalety i ograniczenia.

• Silnik wolnoobrotowy 900 obr/min. Zmniejsza prędkość o mniej więcej jedną trzecią bez dodatkowych elementów mechanicznych. Często wystarcza, jeśli brakuje niewiele do wymaganej prędkości.
• Falownik. Pozwala obniżyć prędkość płynnie, ale przy niskiej częstotliwości przewietrznik silnika chłodzi słabiej, co może wymagać obcego chłodzenia. Moment silnika przy niskich obrotach również bywa ograniczony.
• Wariator z przekładnią ślimakową. Daje płynną regulację pokrętłem w określonym zakresie; szczegóły opisujemy w poradniku wariator mechaniczny – regulacja prędkości bez falownika.
• Przekładnia walcowa. Jeśli niska prędkość nie jest skrajnie niska, a liczy się sprawność, sprawdź zakresy przełożeń opisane w artykule o przekładniach walcowych ERC01–ERC04.
• Dwie przekładnie ślimakowe połączone szeregowo. Pozwalają uzyskać przełożenia rzędu tysięcy, ale kosztem bardzo niskiej sprawności całkowitej. To rozwiązanie dla specjalnych zastosowań.

Montaż reduktora wstępnego – lista kontrolna

1. Sprawdź zgodność przyłączy: kołnierz i czop silnika z wejściem modułu, wyjście modułu z wejściem przekładni ślimakowej.
2. Oczyść czopy i otwory, posmaruj je pastą montażową, upewnij się, że wpusty są na swoich miejscach i mają właściwą wysokość.
3. Zamontuj reduktor wstępny do przekładni ślimakowej, dokręcając śruby na krzyż, a następnie zamontuj silnik do reduktora wstępnego.
4. Sprawdź, czy moduł wstępny jest fabrycznie napełniony olejem i jaką ilość oleju przewiduje producent dla danej pozycji montażowej. Zasady doboru i wymiany oleju omawiamy w poradniku o smarowaniu i eksploatacji przekładni ślimakowej.
5. Uwzględnij, że zespół z reduktorem wstępnym jest dłuższy i cięższy – silnik bardziej obciąża kołnierz przekładni. Przy długich zespołach i drganiach rozważ dodatkowe podparcie silnika.
6. Jeśli przekładnia ślimakowa jest nasadzana na wał maszyny, zamocuj ją przez ramię reakcyjne reduktora – przy dużym momencie wyjściowym ma to szczególne znaczenie.
7. Pierwsze godziny pracy prowadź przy obniżonym obciążeniu i obserwuj temperaturę obu przekładni.

Ogólny tok łączenia silnika z przekładnią opisujemy krok po kroku w artykule montaż silnika do reduktora ślimakowego. Podłączenie silnika do zasilania i ustawienie zabezpieczeń wykonuje osoba z uprawnieniami elektrycznymi (SEP).

Najczęstsze pytania

Czy reduktor wstępny pasuje do każdej przekładni ślimakowej?

Nie. Moduł musi pasować do kołnierza wejściowego konkretnej wielkości przekładni, a silnik – do kołnierza modułu. Zgodność sprawdza się na rysunkach wymiarowych obu elementów.

Jakie przełożenie ma reduktor wstępny PC?

Moduły PC w ofercie mają przełożenie i=3, czyli trzykrotnie zwiększają przełożenie przekładni ślimakowej, z którą współpracują.

Czy mogę zostawić ten sam silnik po dodaniu reduktora wstępnego?

Tylko jeśli moment wyjściowy po zwiększeniu przełożenia nie przekroczy wartości dopuszczalnej dla przekładni ślimakowej. Często trzeba zastosować silnik o mniejszej mocy.

Czy reduktor wstępny zwiększa hałas napędu?

Stopień zębaty pracuje na wysokiej prędkości silnika, więc może być nieco słyszalny. Prawidłowo zmontowany i nasmarowany moduł nie powinien jednak wyraźnie zmieniać poziomu hałasu napędu.

Czy lepiej zastosować reduktor wstępny czy falownik?

Reduktor wstępny daje stałą, bardzo niską prędkość i wysoki moment bez elektroniki. Falownik pozwala zmieniać prędkość, ale przy niskich obrotach może wymagać obcego chłodzenia silnika.

Reduktory wstępne i przekładnie ślimakowe w ofercie

Moduły PC 063, PC 071, PC 080 i PC 090 znajdziesz w kategorii reduktory wstępne do przekładni ślimakowych, np. reduktor wstępny PC 090 i=3 90B5/100B14. Przekładnie, z którymi mogą współpracować, wybierzesz w kategoriach poszczególnych wielkości, np. przekładnie ślimakowe PM 090. Przed zamówieniem porównaj zgodność kołnierzy i moment dopuszczalny z dokumentacją producenta.