Témata
Reklama

Globoidní převodovky

O přenosu krouticího momentu z jedné hřídele na druhou můžeme číst v mnoha odborných publikacích či učebních textech pro technické vysoké školy. Vidíme v nich, jak jsou jednotlivé elementy převodovek konstruovány a jaké prvky jsou použity pro jejich celkovou stavbu i přenos otáčivého pohybu mezi rovnoběžnými, různoběžnými či mimoběžnými osami otáčení jednotlivých hřídelí.

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.

Reklama
Reklama

Rodinná tradice

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.

Firma disponuje zařízením na výrobu šneků s většímy moduly
S výrobou ozubených kol má Antonín Pártl dlouholeté zkušenosti, od roku 1992 pak ve své soukromé firmě na Českokrumlovsku v obci Brloh nacházející se pod nejvyšší horou Blanského lesa – Kletí. Především vyrábějí zakázkovým způsobem, většinou až na vyjímky se jedná o kusovou produkci.

Globoidní šnek

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.

Konvexní globoidní šneky


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

Test převodovky na FS ČVUT v Praze

Poznatky z dalšího studia a měření

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.

Sestava konstrukce převodovky a její rozložený stav

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-

Reklama
Vydání #7,8
Kód článku: 140743
Datum: 25. 06. 2014
Rubrika: Trendy / Pohony
Autor:
Firmy
Související články
Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 5.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

Alternativní pohon v robotice

Na podzim roku 2012 vzešla na půdě Ústavu výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT v Praze myšlenka využít k pohonu podvozku v oblasti mobilní robotiky síly podtlaku. Snažení výzkumné skupiny pod vedením doc. Ing. Vladimíra Andrlíka, CSc., vyvrcholilo na jaře následujícího roku zápisem průmyslového užitného vzoru CZ 25115 U1.

Výzkum převodových mechanismů s ozubenými koly, brzd a spojek

Výzkum převodových mechanismů, brzd a spojek je pro Ústav konstruování a částí strojů Fakulty strojní ČVUT v Praze tradiční disciplínou. Ústav disponuje výpočtářskou a experimentální kapacitou v tomto oboru. V aplikační sféře se ústav zaměřuje na transportní, zemědělskou a stavební techniku a stroje a zařízení pro těžbu a zpracování nerostných surovin.

Související články
Elektrické pohony pro výrobce nápojů

Nový koncept elektrických pohonů VLT FlexConcept od firmy Danfoss nabízí dodavatelům i provozovatelům technologií výroby nápojů flexibilitu ve výběru komponent pohonů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Inovace mechanické pohonové techniky

V tomto článku je představeno několik novinek v sortimentu firmy TAT - pohonová technika a jejích zahraničních obchodních partnerů v oblasti pohonové techniky.

Hydrostatické pohony

Společnost Hydro-Gear je světovým lídrem v oblasti designu a výroby hydrostatických pohonů. Ve spolupráci s výrobci zařízení po celém světě vyrábí rozsáhlou řadu vysoce výkonných a účinných hydrostatických převodovek a náprav, redukčních převodovek, variabilních pístových čerpadel, hydromotorů kol a elektrických pohonů. Portfolio této společnosti zahrnuje výrobky od spotřebních po komerční aplikace.

Příčiny vzniku a omezení ložiskových proudů motoru

Asynchronní motory jsou díky svým vlastnostem nejrozšířenějším druhem motorů v celém spektru aplikací, ať již v průmyslu, vodárenství nebo zařízení budov a mnoha dalších. Historie vývoje asynchronních motorů je naplněna touhou po zvyšování efektivnosti přenosu energie, účinnosti samotného stroje a zejména také o úsporách v konstrukčním provedení a v samotné výrobě.

Elektrické pohony

Evropská divize Elektromechaniky společnosti Parker Hannifin uvádí na trh novou řadu elektrických pohonů Motornet DC.

Ozubené řemeny v pohonech ekologických taxi člunů

Britská firma vyvinula hybridní pohon pro 550 vodních taxíků pro Benátky. Kombinace dieselového motoru a elektromotoru zde snižuje hluk, emise i náklady, přičemž vysoce výkonný řemen Synchrochain Carbon umožňuje použití kompaktního motoru s nízkou hmotností.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 4.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 3.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí.

Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 2.

V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových šroubů. Ve druhém pokračovaní se budeme zabývat konstrukcí vlastního kuličkového šroubu a matice a představíme jediného českého výrobce kuličkových šroubů a matic.

Správně kalkulované pohony strojů bez bolesti zubů

V minulém čísle zmiňoval ve svém rozhovoru k 10. výročí založení firmy majitel TAT - pohonová technika Ing. Matthias Mayer silné komodity, které firma obzvláště v oblasti převodovek - hlavně těch přesných - zákazníkovi nabízí. Partnery jsou zde již posledně zmiňované německé firmy Atlanta Antriebssysteme, Neugart a francouzská firma Redex. Vedle přesných převodovek zajímá zákazníky i velmi široká paleta ozubených tyčí - jak kvalitou, přesností nebo rozměry.

Kvalitní řetězy a korečkové elevátory

Dopravníkové řetězy pewag jsou vyrobeny ze speciálních jemnozrnných nestárnoucích ušlechtilých ocelí CrNi, CrNiMo a MnCr. Optimální tepelné zpracování zajišťuje vysoký standard kvality řetězů a komponent.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit