Typy převodů

Rotační pohyb se u strojů přenáší pomocí třecích, ozubených, řemenových, řetězových a šnekových převodů. Dvojici provádějící rotační pohyb budeme konvenčně říkat kola. Kolo, ze kterého se přenáší rotace, se obvykle nazývá hnací kolo a kolo přijímající pohyb se nazývá hnané kolo.

Jakýkoli rotační pohyb lze měřit v otáčkách za minutu. Když známe počet otáček hnacího kola za minutu, můžeme určit počet otáček hnaného kola. Rychlost hnaného kola závisí na poměru průměrů spojených kol. Pokud jsou průměry obou kol stejné, budou se kola otáčet stejnou rychlostí. Je-li průměr hnaného kola větší než hnacího, pak se hnané kolo bude otáčet pomaleji a naopak, pokud je jeho průměr menší, udělá více otáček. Počet otáček hnaného kola je tolikrát menší než počet otáček hnacího kola, o kolik je jeho průměr větší než průměr hnacího kola.

Ve strojírenství je při konstrukci automobilů často nutné určit průměry kol a počet jejich otáček. Tyto výpočty lze provést na základě jednoduchých aritmetických poměrů. Pokud například konvenčně označíme průměr hnacího kola jako D1, průměr hnaného kola jako D2, počet otáček hnacího kola jako n1, počet otáček hnaného kola jako n2, pak všechny tyto množství se vyjadřuje jednoduchým poměrem:

Známe-li tři veličiny, pak jejich dosazením do vzorce snadno najdeme čtvrtou, neznámou veličinu.

V technologii musíme často používat výrazy: „převodový poměr“ a „převodový poměr“. Převodový poměr je poměr počtu otáček hnacího kola (hřídele) k počtu otáček hnaného kola a převodový poměr je poměr mezi otáčkami kol bez ohledu na to, které jede. Matematicky je převodový poměr zapsán takto:

n1/n2 = i nebo D2/D1 = i

kde i je převodový poměr. Převodový poměr je abstraktní veličina a nemá žádný rozměr. Převodový poměr může být libovolný – celočíselný i zlomkový.

Přenos třením

U třecího převodu se rotace z jednoho kola na druhé přenáší pomocí třecí síly. Obě kola jsou k sobě přitlačena určitou silou a vlivem tření, které mezi nimi vzniká, se vzájemně otáčejí. Nevýhoda třecího převodu: velká síla tlačí na kola, způsobuje dodatečné tření, a proto vyžaduje další sílu pro otáčení. Navíc, když se kola otáčejí, bez ohledu na to, jak jsou k sobě přitlačena, prokluzují. Proto tam, kde je vyžadován přesný poměr rychlostí kol, není třecí přenos opodstatněný.

• Snadnost výroby valivých prvků;
• Rovnoměrné otáčení a tichý provoz;
• Možnost plynulé regulace rychlosti a zapínání/vypínání za jízdy;
• Díky prokluzovým schopnostem má převodovka bezpečnostní vlastnosti.

• Prokluzování vedoucí k proměnným převodovým poměrům a ztrátě energie;
• Potřeba zajistit tlak.

Použití třecího převodu:
Ve strojírenství se pro plynulou regulaci otáček nejčastěji používají převodovky s plynule měnitelným třením.

a – čelní ozubené kolo, b – úhlové ozubení, c – válcové ozubené kolo

V domácích zařízeních může být přenos třením široce používán. Obzvláště přijatelné jsou válcové a čelní převody. Kola pro ozubená kola mohou být vyrobena ze dřeva. Pro lepší přilnavost by měly být pracovní plochy kol „potaženy“ vrstvou měkké pryže o tloušťce 2-3 mm. Gumu lze buď přibíjet malými hřebíčky, nebo přilepit lepidlem.

Ozubené kolo

U ozubených převodů se otáčení z jednoho kola na druhé přenáší pomocí zubů. Ozubená kola se otáčejí mnohem snadněji než třecí kola. To je vysvětleno skutečností, že zde není třeba vůbec tlačit kolečko na kolečko. Pro správný záběr a snadný chod kol je profil zubu proveden podél určité křivky zvané evolventa.

Průměr startovací kružnice je hlavním konstrukčním průměrem ozubených kol. Vzdálenost vedená podél počáteční kružnice mezi osami sousedních zubů, mezi osami prohlubní nebo od začátku jednoho zubu k začátku dalšího zubu se nazývá rozteč záběru. Kroky zabírajících ozubených kol musí být samozřejmě stejné.

Převodový poměr v převodech lze také vyjádřit počtem zubů:

kde z2 je počet zubů hnaného kola, z1 je počet zubů hnacího kola.

V ozubených kolech je ještě jedna velmi důležitá veličina, která se nazývá modul. Modul je poměr rozteče k hodnotě π (3,14) nebo poměr průměru počáteční kružnice k počtu zubů na kole. Modul, stoupání a další hodnoty ozubených kol se měří v milimetrech. Kola se stejným modulem, s libovolným počtem zubů, zajišťují normální záběr. Ozubené moduly se neberou libovolně. Jejich hodnoty jsou standardizované.

Převodový poměr se obvykle bere v určitých mezích. Kolísá až do 1:10. Když se převodový poměr zvýší, jedno z ozubených kol se velmi zvětší a mechanismus se stane těžkopádným. Někdy je ale nutné získat velmi velký převodový poměr, který je obtížné vytvořit s jedním párem převodů. V tomto případě je nainstalováno několik párů a mezi nimi je rozdělen převodový poměr.

Někdy u ozubených kol musí být malé ozubené kolo zvláště menší, například v hodinkách, v přístrojích. V těchto případech jsou ozubené kolo a hřídel vyrobeny z jednoho kusu. Takové pevné soukolí se obvykle nazývá tribkom (tribok).

Stroje často používají válcová ozubená kola, u kterých zub neprobíhá podél osy otáčení, ale pod určitým úhlem (r). Taková ozubená kola fungují velmi hladce při vysokých rychlostech a jejich zuby vydrží velké zatížení. Kola se šikmými zuby se nazývají spirálová čelní kola. Ještě hladší jízdu s větší pevností zubů zajišťují tzv. chevronová kola (d). Zuby těchto kol jsou zkosené v obou směrech a uspořádány do vzoru rybí kosti.

Ozubený převod se používá nejen u paralelních hřídelí, kdy se používají tzv. čelní ozubená kola, ale i tehdy, když hřídele jdou pod libovolným úhlem. Tento úhlový převod se nazývá kuželové soukolí a ozubená kola se nazývají kuželová kola (g).

Kuželová kola jsou stejně jako válcová kola vybavena spirálovým šikmým zubem (h). Takové převody se obvykle používají v autech (pro hladký chod). V ozubených převodech lze použít ozubená kola a pastorky. Pro periodické otáčení lze použít ozubený pár, ve kterém má hnací ozubené kolo neúplný počet zubů.

Hnací kola mají také jeden zub. Taková ozubená kola byla velmi často používána v počítacích mechanismech. Hnací kolo má jeden zub a hnané kolo má deset, takže na jednu otáčku hnacího kola se hnané kolo otočí pouze o jednu desetinu otáčky. Pro otočení hnaného kola o jednu otáčku musí hnací kolo udělat deset otáček.

a – ozubené kolo s jedním zubem, b – maltézský kříž

• Výrazně menší rozměry než u jiných převodů;
• Vysoká účinnost (ztráty v přesných, dobře mazaných převodech 1-2%);
• Vyšší odolnost a spolehlivost.

• Hluk během provozu;
• Potřeba přesné výroby.

Aplikace ozubeného kola:
Nejběžnější typ mechanické převodovky. Používají se k přenosu výkonu – od zanedbatelných až po desítky tisíc kW.

Takzvané maltézské ozubení neboli maltézský kříž (b) lze také zařadit mezi rozebrané typy ozubených kol. K periodickému otáčení se používá mechanismus maltézského kříže.

Řemeny

Řemenové pohony, stejně jako ozubené převody, jsou velmi běžné. Některou jejich část pokrývá pás natažený přes kladky. Tato část kování (oblouk) se nazývá obvodový úhel. Čím větší je úhel úchopu, tím lepší je úchop, tím lepší a spolehlivější bude rotace kladek. Při malém úhlu obepnutí se může stát, že řemen na malé kladce začne prokluzovat a rotace se bude přenášet špatně nebo vůbec. Úhel opásání závisí na poměru velikostí kladek a jejich vzájemné vzdálenosti. Obrázky (a, b) ukazují, jak se mění obvodové úhly. Když je potřeba zvětšit úhel obvodu, je u převodu umístěna přítlačná kladka-válec (c).

V závislosti na umístění hřídelí a řemenu se řemenové pohony dodávají v různých typech.

Otevřený převod (g). U tohoto převodu se obě řemenice otáčejí stejným směrem.

Křížový převod (d). Tento převod se používá, když je potřeba změnit rotaci hnané řemenice. Kladky se otáčejí směrem k sobě.

Polokřížový převod (e) se používá, když hřídele nejsou rovnoběžné, ale pod úhlem.

Úhlový převod (g) se vytvoří, když hřídele jdou pod úhlem, ale leží, jak to bylo, ve stejné rovině. U tohoto převodu musí být nainstalovány válečky, aby se dosáhlo správného směru pásu.

Dvojitý převod (z). S tímto převodem mohou řemeny přejít z jedné hnací řemenice na několik hnaných řemenic.

Kromě uvedených převodových stupňů existují také stupňové převody. Používá se, když je potřeba změnit otáčky hnaného hřídele. Obě řemenice u této převodovky jsou stupňovité. Přesunutím řemenu do jednoho nebo druhého páru stupňů se změní počet otáček hnaného hřídele. Délka pásu přitom zůstává nezměněna.

Pásy jsou podle profilu ploché, kulaté a lichoběžníkové (k, l, m).

Převodový poměr řemenových pohonů se bere v rozsahu 1:4, 1:5 a pouze ve výjimečných případech – až 1:8.

Při výpočtu řemenového pohonu se bere v úvahu klouzání řemene po řemenicích. Tento skluz je vyjádřen v rozmezí 2–3 %. Pro získání požadovaných otáček je průměr hnané řemenice zmenšen ve stejných mezích.

Kladky mohou být vyrobeny z překližky nebo lehkých kovů.

• Jednoduchost konstrukce;
• Možnost umístění hnací a hnané kladky na velké vzdálenosti (více než 15 metrů);
• Hladký a tichý provoz;
• Ochrana mechanismů před přetížením díky elastickým vlastnostem řemene a jeho schopnosti sklouznout přes kladky;
• Schopnost pracovat s vysokými úhlovými rychlostmi.

• Postupné natahování pásů, jejich křehkost (při vysokých rychlostech funguje od 1000 do 5000 hodin);
• Nestálost převodového poměru (v důsledku nevyhnutelného prokluzu řemenu);
• Relativně velké velikosti.

Použití řemenového pohonu:
Velmi často používané, od spotřební elektroniky až po průmyslové stroje s výkonem do 50 kW.

Šnekový převod

K získání rotace mezi hřídeli protínajícími se ve stejné rovině se používá šnekové kolo. Převodovka se skládá ze šroubu (šneku) a spirálového kola, které jsou v záběru. Jak se šnek otáčí, cívky pohánějí zuby kola a způsobují jeho otáčení. Obvykle se rotace ze šneku přenáší na kolo. Zpátečka se kvůli samobrzdění téměř nikdy neobjeví.

Šnekové soukolí se nejčastěji používá s velkými převodovými poměry v rozmezí od 5 do 300. Vzhledem k velkým převodovým poměrům jsou šnekové převody hojně využívány jako mechanismus snižování otáček – převodovka.

Obvykle je šnek spojen pomocí spojky s elektromotorem a hřídel šnekového kola je spojena se stroji (stroj, naviják, dopravník apod.), kterým přenáší potřebnou rotaci. Konstrukčně je šneková převodovka řešena jako samostatný mechanismus umístěný v uzavřené skříni.

Převodový poměr šnekového kola (i) závisí na počtu průchodů šneku a počtu zubů na kole. Lze jej snadno vypočítat pomocí vzorce:

kde Z je počet zubů šroubového kola a K je počet průchodů šneku. Řešíme příklad: motor točí n1 = 1500 ot/min, na hřídeli šnekového převodu je potřeba dostat n2 = 50 ot/min. Šnek je dvouzávitový, to znamená K = 2. Je nutné určit převodový poměr a počet zubů na spirálovém soukolí. Převodový poměr se určí ze vzorce:

i = n1/n2 = 1500/50 = 30

Počet zubů na ozubeném kole Z = i·K = 30·2 = 60 zubů.

Převodovky lze vyrobit různými způsoby. Pro někoho je červík z obyčejného upevňovacího šroubu, pro jiného je vyroben navinutím drátu nebo úzkého měděného pásku (na okraji) kolem tyče ve formě pružiny. Pro pevnost by měly být závity připájeny k tyči. Šneková soukolí jsou vybírána z nepotřebného hodinového mechanismu. Můžete si je ale vyrobit sami: nařežte je pilníkem z mosazného nebo duralového kotouče.

Při výrobě převodovek je třeba dbát na to, aby šroub a ozubené kolo neměly při otáčení axiální posuv. U vysokorychlostních převodovek by měly být jeho hřídele uloženy na ložiskách.

• Hladký a tichý provoz;
• Velký převodový poměr.

• Zvýšená tvorba tepla;
• Zvýšené opotřebení;
• Sklon k jídlu;
• Relativně nízká účinnost.

Použití šnekového převodu:
Primárně se používá, když je vyžadován velký převodový poměr.

Řetězový převod

Ve srovnání s řemenovým pohonem je řetězový pohon výhodný v tom, že neumožňuje prokluzování a umožňuje udržovat správný převodový poměr. Řetězový převod se provádí pouze s paralelními hřídeli.

a – lamelový válečkový řetěz, b – tichý řetěz

Hlavní veličinou řetězového převodu je stoupání. Rozteč je vzdálenost mezi osami válečků na řetězu nebo vzdálenost mezi zuby řetězového kola.

Kromě válečkových řetězů se ve strojích hojně používají i ozubené, tzv. tiché řetězy. Každý článek je spojen z několika ozubených desek v řadě. Šířka tohoto řetězu je mnohem větší než u válečkového řetězu. Řetězové kolo takové převodovky je podobné ozubenému kolu. Ozubené řetězy mohou pracovat při vysokých rychlostech.

Přípustný převodový poměr řetězových převodů může být až 1:15. Nejmenší počet zubů se používá pro řetězová kola: pro válečkové řetězy – 9 a pro ozubené řetězy – 13-15. Vzdálenost mezi osami řetězových kol se považuje za alespoň jeden a půl násobek průměru velkého řetězového kola.

Řetěz je nasazen na ozubená kola ne těsně, jako řemeny, ale s určitým prověšením. K regulaci napětí se používá napínací válec. Počet otáček hnaného řetězového kola závisí na poměru zubů na obou řetězových kolech.

• Menší citlivost na nepřesnosti v umístění hřídelí;
• Možnost přenosu pohybu jedním řetězem na více řetězových kol;
• Možnost přenosu rotačního pohybu na velké vzdálenosti.

• Zvýšená hlučnost a opotřebení řetězu v důsledku nesprávné volby konstrukce, nedbalé instalace a špatné údržby.

Použití řetězového převodu:
V meziosových vzdálenostech, ve kterých ozubené převody vyžadují mezistupně nebo parazitní ozubená kola, které nejsou způsobeny potřebou získat požadovaný převodový poměr; pokud je nutné pracovat bez uklouznutí (zabránění použití pohonů klínovými řemeny).

Ráčny

Kromě kontinuálního rotačního pohybu se u strojů velmi často používá přerušovaný rotační pohyb. Tento pohyb se provádí pomocí tzv. rohatkového mechanismu. Hlavní části ráčnového mechanismu jsou: ráčna (kotouč se zuby), páka a západka. Zuby ráčny mají speciální tvar. Jedna jejich strana je plochá a druhá je strmá nebo poněkud podříznutá. Ráčna je na hřídeli nasazena nehybně. Páka vedle ráčny se může volně kývat. Na páce je západka, která se jedním koncem opírá o ráčnu. Pomocí ojnice nebo tyče jednoho nebo druhého hnacího mechanismu se páka dostane do kývavého pohybu. Při naklonění páky doleva se západka volně posouvá po mírném sklonu zubů bez otáčení ráčny. Při pohybu doprava se západka opírá o římsu zubu a otáčí ráčnu pod určitým úhlem. Páka se západkou tedy neustálým kýváním v jednom nebo druhém směru způsobuje periodické otáčení rohatky s hřídelí. Aby bylo zajištěno bezpečné uchycení západky k ráčně, je západka vybavena tlačnou pružinou.

Častěji však existuje jiný účel ráčnového mechanismu – chránit hřídel s ráčnou před otáčením. Při zvedání břemene na navijáku tedy ráčna a západka brání otáčení bubnu zpět.

Někdy je potřeba, aby se ráčna otáčela nejen jedním, ale i druhým směrem. V tomto případě jsou zuby ráčny obdélníkové a západka je oboustranná (b). Pohybem západky doprava nebo doleva můžete změnit rotaci ráčny.

Počet zubů na ráčně závisí na požadovaném úhlu natočení. Část kruhu, kterou se rohatka otáčí, je počet zubů, které dělá. Například, pokud na 60 ° – jedna šestina kruhu, pak vezměte 6 zubů; při 30° – jedna dvanáctina – udělat 12 zubů atd. Na ráčně je obvykle nejméně šest zubů.

Ráčna by měla být malá. Velká ráčna bude vyžadovat větší rozpětí páky a delší zdvih kliky pro otočení páky. Výška zubu rohatky by měla být v rozmezí 0,35-0,4 rozteče. Profil zubu je ostrý, plochá strana zubu je rovná, ale může být narýsována i podél rádiusu. Je lepší vzít dvě páky a umístit je na obě strany ráčny. Se dvěma pákami se mezi ně vejde západka a rameno kliky a sníží se zkreslení během provozu. Západku lze stlačit nejen pružinou, ale také gumičkou. Konec psa by měl být dobře zkosený, aby bezpečněji spočíval na zubu.

Při používání obsahu tohoto webu musíte na tento web umístit aktivní odkazy, které budou viditelné pro uživatele a vyhledávací roboty.