Současný stav techniky použité pro přenos krouticího momentu i jeho změnu nám nabízí obrovskou řadu konstrukčních řešení s různými stavebními prvky. My se budeme zajímat v tomto článku přenosem krouticího momentu pomocí ozubených kol, kterými dokážeme poměrně snadno měnit jak smysl otáčení, tak i převodový poměr ve značném rozsahu.

Firma Antonín Pártl – ozubená kola, sídlící na Českokrumlovsku, se od založení v roce 1992 zabývá výrobou ozubených kol, ozubených hřebenů a obráběním součástí na klasických i NC strojích. Dále provádí i opravy převodovek a různých mechanismů, přičemž velice často zhotovuje i atypické díly, které původní výrobce již svým zákazníkům nedodává. Tak se prodlužuje provozuschopnost užívané techniky. Zakladatel firmy již předal zodpovědnost za organizaci výroby a její řízení svému synovi, který úspěšně navázal na více než dvacetiletou tradici a pokračuje v původní činnosti firmy.

Po zkušenostech získaných při výrobě a opravách převodovek různých druhů a provedení dospěl zakladatel firmy Antonín Pártl k úvahám, jak nahradit klasický šnek, který byl často opravovaným elementem, šnekem globoidním. Ten vykazuje daleko lepší užitné vlastnosti. Z nastudované literatury (např. Výroba ozubených kol, MM Průmyslové spektrum č. 5/2013 a dalších pramenů) vyplynulo, že pro výrobu těchto šneků se používá otočná hlava s noži, které ve vazbě s otáčejícím se obrobkem vytvoří globoidní šroubovici. Nevýhodou tohoto výrobního postupu však je, že pro každou variantu šneku (různé moduly, počet chodů, orientace šroubovice) je nutná konkrétní hlava a není možné provádět korekce stoupání šroubovice či broušení profilu zubu šneku. Ve firmě bylo vyvinuto zařízení, na kterém lze vyrábět globoidní šneky s moduly v rozsahu 0,5 až 3 s různým počtem chodů, stoupáním a orientací šroubovice. Pro větší moduly by bylo potřeba zařízení úměrně zvětšit a eventuálně upravit pro následné broušení profilu. Názorné ukázky vyrobených šneků jsou na obr. 1. Vyvinuté zařízení je v současné době chráněno jako užitný vzor č. 24 505 z roku 2012. Zařízení umožňuje výrobu konkávních globoidních šneků (obr. 2), a pokud se uprostřed tohoto šneku vytvoří ještě ozubení šnekového kola se shodnou osou otáčení, vznikne nový konstrukční prvek, který lze využít v převodovce s vysokým převodovým poměrem. Toto konstrukční řešení nového prvku, stejně jako celé převodovky, bylo přihlášeno jako řešení nové a byl mu udělen užitný vzor číslo 24 329 v roce 2012. Byly vyrobeny dva prototypy převodovek – první s celkovým převodovým poměrem i = 5 805 s poháněcím elektromotorem o výkonu 70 W (obr. 3), druhá s převodovým poměrem i = 3 075 s poháněcím elektromotorem o výkonu 1 100 W (obr. 4), která byla testována v Ústavu konstruování a částí strojů FS ČVUT Praha u prof. Ing. Vojtěcha Dynybyla, Ph.D. Test prováděl Ing. Pavel Mossóczy a nezávisle byla testována také na ZF JČU České Budějovice, kde za spolupráce s doc. Ing. Petrem Adámkem, Ph.D., a Ing. Josefem Frolíkem, CSc., bylo vyvinuto i potřebné zkušební zařízení, které využilo jiné zkušební metody. Odborným konzultantem, poradcem a aktivním účastníkem obou měření byl Ing. Václav Skala, Ph.D.

Hlavním výstupem obou měření bylo ověřit chování převodovky při zatížení a zjištění její mechanické účinnosti. Při měření na ČVUT byla převodovka zatížena krouticím momentem Mk = 900 Nm, při měření na ZF JČU pak Mk = 1 600 Nm. Při hodnocení obou zkoušek bylo možné konstatovat, že převodovka plnila navrhované parametry a nedošlo k problematickým situacím. Oba provedené testy vykazovaly mechanickou účinnost mezi 10–11 %, chod převodovky byl klidný. Teplota oleje při dlouhodobém provozu pod zátěží cca 650 Nm nepřekročila 50 °C. Převodovka byla po provedení zkoušek rozebrána, její díly proměřeny a prohlédnuty, nebylo zjištěno žádné nadměrné opotřebení, olej vypuštěný z převodovky po zkouškách neobsahoval nečistoty či kovové příměsi.

Prototypy vyrobených převodovek s převodovým poměrem 3 075 a 5 805 a pohled dovnitř druhé z nich. (prosím bez pozadí)

Navržená převodovka představuje kompaktní a jednoduchou konstrukci s poměrně malými rozměry kol a s dosažením vysokého převodového poměru mezi vstupní a výstupní hřídelí. Dosažitelný převodový poměr může mít hodnotu až 10 000, teoreticky i vyšší.

Během průběhu zkoušek bylo zjištěno, že při vyšším zatížení převodovky nebyl zaznamenán nadměrný hluk. Účinnost byla naměřena 10–11%, což se může zdát jako malá, ale při použití dvou šnekových soukolí je tato hodnota obvyklá. Celková hmotnost převodovky, vzhledem k přenášenému momentu, je poměrně malá, podíl hmotnosti a dosaženého Mk je příznivý.

Potenciál v získání lepších výsledků je v odstranění letmého uložení vstupní i výstupní hřídele, využitím valivého uložení u všech konstrukčních uzlů převodovky, zlepšením drsnosti povrchu ozubení broušením profilu zubů (u prototypů bylo použito ozubení bez tepelného zpracování a broušení), optimalizováním druhů použitých materiálů šnekových kol a šneků atd.

Převodovky s globoidním šnekem lze využít ve spojení s jinými zařízeními pro mikroposuvy, pomalý otáčivý pohyb s velkým krouticím momentem, regulační zařízení či zdvihání břemen apod.

Dr. Václav Skala

dr.ing.skala@seznam.cz

Antonín Pártl

tonpar@seznam.cz

Globoidní šneky a kola se šikmým ozubením

Výrobce šnekových převodovek by mohla zajímat konstrukce, kde se využije kolo se šikmými zuby a globoidní šnek. Tato varianta se v dnešní době nepoužívá, zřejmě z důvodu obtížné výroby globoidního šneku a následného broušení jeho šroubovice. Při využití globoidního šneku je v záběru více zubů, a tím je vlastně možné přenášet vyšší krouticí momenty při nezměněných mechanických vlastnostech materiálu soukolí.

Podle názoru Antonína Partla je velkou výhodou tohoto soukolí, že výroba kola se šikmými zuby je jednodušší, nechá se využít běžného výrobního zařízení – odvalovací frézky a běžných nástrojů. Speciální nářadí pro šneková kola není nutné používat.

U tohoto konstrukčního řešení je odlišný způsob montáže soukolí. Nejprve se zamontuje do skříně globoidní šnek, který musí mít správnou axiální polohu vůči kolu, poté se vloží kolo z boku a nasadí se víko skříně i s ložiskem. Výhodou je, že není nutné přesně vymezovat polohu šířky ozubení kola vůči šneku, vůle mezi délkou náboje kola a vnitřním prostorem převodovky nesmí být nadměrná. Další výhodou je, že se snáze vymezí vůle v ozubení posunutím profilu ozubeného kola. Časová náročnost na výrobu globoidního šneku a jeho případným broušením je srovnatelná s válcovým šnekem stejné velikosti.

Antonín Pártl se svým týmem by touto konstrukcí rád oslovil strojírenskou firmu, která šnekové převodovky vyrábí a měla by o využití tohoto uspořádání zájem. Rádi by spolupracovali na vývoji těchto převodových skříní i na vývoji technologie pro výrobu soukolí a jejich montáž. Pokud by prototypy potvrdily výhodnost tohoto uspořádání, muselo by dojít k vývoji technologického zařízení, které musí umožnit:
• výrobu globoidního šneku různých modulů, počtu chodů a smyslu šroubovice i korekci jejího stoupání;
• broušení povrchu ozubení šneku;
• změny průběhu stoupání šroubovice šneku.

Základní koncepce tohoto technologického zařízení je hotova a autoři jsou připraveni jednat s případnými zájemci.

-ap-