Przekładnie do zmiany ruchu obrotowego na liniowy

W przypadku konieczności wprowadzenia w ruch danego obiektu stosuje się różnego typu mechanizmy. Jednym z rozwiązań jest mechanizm zamieniający ruch obrotowy na liniowy. W artykule przedstawiono przekładnie do zmiany ruchu obrotowego na liniowy których zastosowania można znaleźć nie tylko w przemyśle, ale również w życiu codziennym.

Przekładnia zębata listwowa

Konstrukcję takiego mechanizmu czyli przekładni zębatej listwowej prezentuje poniższy rysunek:

Listwy zębate, popularnie zwane zębatkami są częścią mechanizmów służących do przekazywania napędu, poprzez przekształcenie ruchu obrotowego koła zębatego (zwanego zębnikiem) w ruch liniowy i na odwrót. Takie rozwiązanie posiada szereg zalet:
– dużą sztywność,
– możliwość uzyskiwania wysokich prędkości przesuwu przy jednoczesnym zachowaniu precyzji,
– doskonałą wydajność,
– niemal nieograniczone długości prowadzenia liniowego, uzyskiwane poprzez łączenie listew w długie odcinki. Skok takiej przekładni jest definiowany przez długość listwy, co powoduję, że im dłuższy wysuw chcemy mieć, tym większe są gabaryty przekładni.

Obliczenie przełożenia przekładni zębatej listwowej

Kwestia przełożenia w przekładni zębatej listwowej jest bardzo ciekawa. Listwę zębatą uważa się za koło zębate o nieskończenie dużej średnicy. Zakładając, że listwa (1) jest elementem napędzającym koło zębate (2) nasz stosunek, zgodnie z w/w wzorami wyglądałby następująco:

Wzór na przełożenie przekładni listwowej, gdy listwa jest elementem napędzającym

Natomiast przy założeniu, że koło zębate (1) jest elementem napędzającym listwę zębatą (2) zależność ta przedstawia się, jak pokazano poniżej:

Wzór na przełożenie przekładni listwowej, gdy listwa zębata jest elementem napędzanym

Zerowe przełożenie lub nieskończone przełożenie? Jak to możliwe Wszystko to spowodowane jest faktem, że przekształcamy ruch obrotowy na ruch liniowy, dlatego też w przekładniach zębatych listwowych częściej oblicza się prędkość liniową listwy.

Prędkość liniowa listwy zębatej jest to prędkość wysuwania lub wsuwania się listwy, która zależy od koła napędzającego listwę zębatą. Aby ją obliczyć należy porównywać prędkość kątową koła zębatego do prędkości liniowej listwy. Sytuacja ta prezentuje się następująco:

Schemat i zasada działania przekładni zębatej listwowej

Upraszczając przekładnie do modelu toczącego się koła po powierzchni prostokąta można łatwo zauważyć, że w punkcie styku prędkość liniowa pochodzącą od koła będącego w ruchu kątowym i prędkość liniowa listwy zębatej jest praktycznie taka sama (pomijając straty mocy podczas zazębiania się). Wówczas możemy skorzystać z zależności:

v2 – prędkość liniowa listwy zębatej,

ω1 – prędkość kątowa koła zębatego,

r1 – promień koła zębatego.

Dzięki temu znając prędkość kątową i geometrię koła zębatego możemy łatwo przeliczyć prędkość liniową listwy.

Zastosowanie przekładni zębatej listwowej: napęd bram przesuwnych, napęd wiertarki stołowej.

Mechanizm korbowy

Jest to mechanizm jałowy na czworoboku przegubowym. Mechanizm korbowy składa się z dwóch członów: korby i korbowodu oraz z trzech węzłów. Ruch obrotowy korby wywołuje ruch prostoliniowy (postępowo-zwrotny) wodzika, który jest umieszczony w jednym z węzłów i przesuwa się w prowadnicach. Mechanizm korbowy może być symetryczny (gdy oś prowadnicy wodzika przechodzi przez oś obrotu korby) lub niesymetryczny (gdy te osie nie pokrywają się).

Zastosowanie mechanizmu korbowego: nożny napęd maszyny do szycia, układ korbowo-tłokowy silnika spalinowego.

Przekładnia ślimakowa

Jest to jeden z rodzajów przekładni mechanicznej o dwóch, współpracujących ze sobą elementach. Jednym z nich jest ślimak, czyli rotor śrubowy posiadający gwint trapezowy. Drugim modułem jest koło zębate zwane ślimacznicą. Istotnym elementem przekładni ślimakowej jest tarcie, które odpowiada za moc. Istnieją warunki, w których przekładnie ślimakowe są mechanizmem samohamownym. Duży wpływ na to zjawisko ma wysoki współczynnik tarcia lub słabe smarowanie. W tej sytuacji samohamowność pojawia się przypadkowo i nie jest zbyt pożądana. W drugim przypadku mechanizm ślimakowy działa w jednym kierunku zarówno jako przekładnia, jak i hamulec. Stosuje się go wtedy np. w urządzeniach dźwigowych np. podnośnikach, które służą do unoszenia różnych obiektów na niewielką wysokość. Przekładnie ślimakowe są bez wątpienia jednymi z najpopularniejszych i najczęściej stosowanych przekładni. Do najważniejszych czynników należy przede wszystkim ich prosta budowa, a także korzystna cena. Niestety nawet tak popularny element jak przekładnia ślimakowa posiada pewne wady. W porównaniu do innych typów przekładni słabą stroną ślimakowej jest m.in. mniejsza sprawność i wyższe koszty eksploatacyjne. Z tego względu stosuje się inne rodzaje przekładni, które zwiększają funkcjonalność tych elementów.

Zastosowanie przekładni ślimakowej: pompy ślimakowe, podnośniki, napęd półosi samochodu, wciągarki, wózki suwnicowe.

Przekładnia śrubowa

Przekładnia śrubowa składa się ze śruby i nakrętki, między którymi są elementy toczne w celu zmniejszenia tarcia. Przekładnie śrubowe cechują się tym, że mogą przenosić znaczne obciążenia, mają dużą sztywność i dużą dokładność pozycjonowania, szczególnie gdy między śrubą a nakrętką jest wytworzone napięcie wstępne. W przekładni śrubowej zamianie ulega ruch obrotowy jednego z jej elementów na ruch liniowy drugiego. Przekładnia śrubowa ma zwykle niewielką sprawność energetyczną. Gdy kąt wzniosu gwintu śruby γ jest mniejszy od kąta tarcia ς przekładnia śrubowa staje się samohamowna. Jest to zjawisko bardzo pożądane, gdyż przekładnia taka, stosowana np. w mechanicznych podnośnikach samochodowych, nie wymaga już dodatkowych hamulców.

Zastosowanie przekładni śrubowej: podnośnik, imadło, napęd posuwu obrabiarek, odciągi, sprzęgi i mocowania z śrubą rzymską.

Przekładnia śrubowo toczna

Przekładnie śrubowe toczne rozwinęły się z konwencjonalnych przekładni śrubowych przez wprowadzenie między śrubę i nakrętkę elementów tocznych (kulek łożyskowych). W wyniku zastąpienia tarcia ślizgowego tarciem tocznym przekładnie śrubowe toczne wykazują szereg zalet, dzięki którym znalazły szerokie zastosowanie w mechanizmach wymagających:

– wysokiej sprawności,

– bezluzowej pracy,

– wysokiej sztywności osiowej,

– dużej trwałości.

W szczególności przekładnie śrubowe toczne stosowane są jako elementy napędowe i pomiarowe w obrabiarkach sterowanych numerycznie, w przemyśle precyzyjnym jako części zespołów pomiarowych, w przemyśle lotniczym i wielu innych gałęziach przemysłu. Przekładnie śrubowe toczne wytwarzane są z wysokiej jakości materiałów. W wyniku toczenia się kulek w zahartowanych rowkach śruby i nakrętki zużycie przekładni jest bardzo małe, co eliminuje konieczność kompensacji luzu i zapewnia utrzymanie dokładności skoku w całym okresie eksploatacji. Zastosowanie nakrętek z napięciem wstępnym umożliwia uzyskanie pracy bezluzowej oraz znaczne podwyższenie sztywności.

Mechanizmy śrubowo-toczne zapewniają wysoki współczynnik sprawności rzędu do 90 % dzięki stykowi tocznemu między śrubą a nakrętką. W efekcie wymagany moment obrotowy wyniesie w przybliżeniu jedną trzecią momentu mechanizmów tradycyjnych. Specjalna obróbka powierzchni bieżni w mechanizmach śrubowo-tocznych redukuje opór tarcia między kulką a jej bieżnią. Wysokiej jakości powierzchnia oraz ruch toczny powodują redukcję tarcia i w rezultacie znaczny wzrost współczynnika sprawności mechanizmu. Dzięki wysokiemu współczynnikowi sprawności wymagany jest jedynie niski moment napędowy dla ruchu tocznego kulek. Moc napędowa zmniejszona w ten sposób zmniejsza także koszty eksploatacyjne.

Zastosowanie przekładni śrubowo tocznej: napędy obrabiarek CNC, napędy maszyn pomiarowych, maszyny drukarskie, maszyny papiernicze.

W kolejnych artykułach opisujemy:

Przekładnia ślimakowa – rodzaje, dobór, obliczenia

Koła zębate rodzaje, budowa, zastosowanie i zalety

Przekładnie zębate – budowa, rodzaje i zastosowanie

Przekładnia cierna – budowa, rodzaje, zastosowanie

Przekładnia łańcuchowa – obliczenia i zastosowanie

Udostępnij