MECHANICKÉ PŘEVODOVKY S KONSTANTNÍM PŘEVODOVÝM POMĚREM Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07/2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
PŘEVODOVKA Převodovka je strojní zařízení umožňující převod mezi hnacím a hnaným strojem, tj. technické zařízení, které mění rotační pohyb na rotační pohyb s obecně (ne nutně) jinou úhlovou rychlostí a točivým momentem. Obvyklé typy převodovek umožňují nastavit jeden z několika různých takových převodových stupňů. Převodovka je součástí mnoha strojů – nejčastěji se s ní setkáme v motorových vozidlech. Ozubené kolo je základem konstrukce převodovky.
KONSTRUKCE PŘEVODOVKY Požadovanou funkcí převodovky (s kinetikou pohybu rotační - rotační) je změna otáček a momentu mezi vstupní a výstupní hřídelí. Jednostupňová převodovka se skládá z hnací a hnané části (hnací a hnané hřídele), ozubeného převodu a skříně. Skříň se skládá většinou z víka a vany. Převodovka může být řešena jako odlitek nebo svařenec, popřípadě jejich kombinace. Mazání se provádí olejem. Může být tlakové (např. pomocí zubového čerpadla) a nebo rozstřikem. Jako jednostupňovou převodovku je možno chápat i převodovku, která má více soukolí (vnitřních převodů), což je dáno potřebnou konstrukcí převodů mezi vstupní a výstupní hřídelí, převodový poměr je však konstantní. Vícestupňová převodovka umožňuje změnu převodového poměru mezi vstupní a výstupní hřídelí. Převodovka se stupňovitým převodem umožňuje změnu převodového poměru pouze ve stupních, neboli skokově. Výhodou je možnost přenosu větších výkonů.
PRINCIP VÍCESTUPŇOVÉ PŘEVODOVKY
FUNKCE VÍCESTUPŇOVÉ PŘEVODOVKY Převodovka má možnost řazení tří rychlostních stupňů v jednom směru a možnost zařazení jednoho zpětného chodu. Převody pro řazení tří rychlostních stupňů jsou označeny zeleně, modře a fialově. Zpětný chod (reverzace) je značen červeně. Vstupní hřídel je značena žlutě, výstupní hřídel mění barvu podle zařazeného převodu. V obrázku jsou doplněny stavy převodu; rychlosti V1, V2, V3; zpětný chod R; neutrál N
ČLENĚNÍ PŘEVODOVEK Podle kinetiky • rotační - rotační vstupní energie do převodovky je přenášena rotačním pohybem hřídele, výstupní energie je přenášena rotačním pohybem hřídele ale s jinou charakteristikou, (jiné otáčky / jiný kroutící moment / jiný směr otáčení) • rotační - lineární vstupní energie do převodovky je přenášena rotačním pohybem hřídele, výstupní energie je přenášena lineárním pohybem (posuvem) • lineární - lineární vstupní energie do převodovky je přenášena lineárním pohybem (posuvem), výstupní energie je přenášena lineárním pohybem (posuvem) • rotační - periodický vstup do převodovky vykonává rotační pohyb výstup převodovky vykonává periodický rotační (kývavý) pohyb nebo periodický posuvný pohyb (tam-zpět)
ČLENĚNÍ PŘEVODOVEK Podle funkce • lineární – výstup převodovky je vždy lineárně úměrný poloze vstupu, např. úhlu natočení hřídele • nelineární – výstup převodovky vykonává pohyb, který není přímo úměrný vstupu převodovky (spojitý, nelineární) případně může být výstup z převodovky přerušovaný (nespojitý, nelineární).
PODLE PŘENOSU ENERGIE • obousměrné – vstup a výstup převodovky je možno zaměnit (zpravidla u jednoduchého soukolí). • jednosměrné převodovka má určenou vstupní a výstupní stranu pro přenos energie (zpravidla vícestupňové převodovky). • samosvorné – konstrukce převodovky principiálně neumožňuje obousměrný přenos výkonu (např. šroubové a šnekové převodovky).
PODLE PROVEDENÍ Převodovky dle provedení jsou • s přímými, šikmými nebo šípovými zuby – rovnoběžné vstupní a výstupní hřídele • s kuželovým soukolím – různoběžné vstupní a výstupní hřídele • se šnekovým převodem – kolmé vstupní a výstupní hřídele
DRUHY PŘEVODOVEK Čelní převodovka Převodovky jsou strojní zařízení, která přenášejí kroutící moment a současně zvyšují či snižují otáčky výstupního hřídele. U jednostupňové převodovky se doporučuje převodový poměr i =<8. Převodovka se skládá ze soukolí, které jsou uloženy v utěsněné skříni. Skříně jsou převážně odlitky z litiny nebo z hliníkových slitin. V případě malého počtu vyráběných kusů je možno použít skříně svařované. Hřídele jsou uloženy většinou ve valivých ložiscích, při velkých a rázových zatíženích se používají ložiska kluzná. Skříň převodovky bývá obvykle dělená ve výši osy hřídelů a skládá se ze spodní části a víka. Spodní část slouží jako olejová vana (je obvykle vybavena olejoznakem) a je většinou uzpůsobena pro přichycení převodovky k základu.
SCHÉMA ČELNÍ PŘEVODOVKY
DETAIL PŘEVODU
KUŽELOČELNÍ PŘEVODOVKA Je to zařízení, která přenášejí kroutící moment a současně zvyšují či snižují počet otáček mezi vstupem a výstupem. U třístupňových převodovek se dosahuje převodového poměru až 200. Převodovka se skládá z jednotlivých soukolí, která jsou uložena ve skříni. Tato bývá utěsněna. Skříně bývají obvykle odlitky z litin, v poslední době se začínají používat také hliníkové slitiny. V případě malého počtu vyráběných kusů, se používají i svařované skříně. Hřídele jsou obvykle uloženy ve valivých ložiscích. V případě převodovek pro těžké provozy se používají kluzná ložiska. Skříně bývají obvykle dělené ve výšce os. Dělí se na spodní a horní skříň. Spodní skříň je většinou uzpůsobena na uchycení k ložisku či jiné vhodné frémě (fréma1) a současně slouží jako olejová vana (opatřena olejoznakem). Horní část skříně (víko) bývá vybavena plnícím otvorem pro olej, odvětráním a ve většině případů také závěsnými oky, která slouží při transportu převodovky či jiné manipulaci.
ZÁKLADNÍ SCHÉMA KUŽELOČELNÍCH PŘEVODOVEK
ŠNEKOVÁ PŘEVODOVKA Popis a princip Šneková soukolí jsou zvláštním případem pravoúhlých šroubových soukolí, kde počet zubů pastorku z1 = 1 až 9. Roztečný průměr pastorku se tím změní tak, že zuby vytvoří souvislý závit. Šneková soukolí se používají pro převod kroutícího momentu mezi mimoběžnými hřídeli pro malé výkony v rozsahu od 0,03 do 150 kW. Jsou výhodná tam, kde se požaduje tichý chod a utlumení chvění při záběru kol. Často se tento převod používá u dělících soukolí u odvalovacích frézek. Další výhodou tohoto typu převodovky je samosvornost, takže se často využívají jako pohon různých zdvihadel, neboť nevyžadují blokovací zařízení.
SOUKOLÍ ŠNEKOVÉ PŘEVODOVKY
VÝHODY A NEVÝHODY ŠNEKOVÉ PŘEVODOVKY Výhody • velký převodový poměr (až i=100) • možnost dosažení samosvornosti • tichý chod Nevýhody • malá účinnost • velké tření – nutno chladit olejem • relativně malá životnost
PLANETOVÁ PŘEVODOVKA Popis a princip Planetová převodovka je tvořena planetovým převodem nebo jejich sestavou v případě vícestupňové planetové převodovky. Samotný planetový převod je pak tvořen centrálním kolem, satelity, unašečem satelitů a korunovým kolem. Centrální kolo, korunové kolo a unašeč satelitů mají společnou osu. Satelity jsou uloženy na unašeči a jsou v záběru v centrálním i korunovém kole. Jedna ze tří rotačních částí – centrální kolo, korunové kolo a unašeč satelitů – je zastavena a zbylé dvě slouží jako vstup a výstup (nebo naopak). Při činnosti se vždy satelity otáčejí okolo své osy a tím přenášejí rotaci (kroutící moment a rychlost otáčení) ze vstupu na výstup. Rychlostní stupně se řadí zabrzděním nebo odbrzděním některé části převodovky. K brzdění jednotlivých částí se používají především lamelové spojky.
PLANETOVÁ PŘEVODOVKA
VÝHODY A NEVÝHODY PLANETOVÉ PŘEVODOVKY Výhody: •oproti klasickým převodovkám má menší rozměry • jednodušší řazení díky kolům ve stálém záběru • větší životnost než kola v klasické převodovce • snadné dosažení velkého převodového poměru vzhledem k rozměrům • pouze momentové reakce, symetrická distribuce zátěže • více převodových kombinací • vstup i výstup je na stejné ose – někdy výhodné Nevýhody : • větší zatížení ložisek • složitější než klasická převodovka • dražší výroba oproti klasickým převodovkám (komplikovanější montáž a přístupnost) • u vícestupňové převodovky mají nezabírající volně se protáčející stupně určité tření.
