Taiwanský výrobca baliacich strojov prešiel z remeňového pohonu na systém valčekovej reťaze a ozubeného kolesa na ich novej linke na uzatváranie obalov v roku 2023. Rozhodnutie bolo motivované jedinou požiadavkou: pohon musel udržiavať presné načasovanie pri zmene zaťaženia 4:1 medzi prázdnymi a plnými obalmi. Remeňový pohon, ktorý testovali, vykazoval zmenu rýchlosti 1,5 – 21 TP3T pri zaťažení – čo je prijateľné pre mnohé aplikácie, ale nie pre stanicu na nanášanie lepidla, kde presnosť načasovania priamo ovplyvňuje kvalitu uzatvárania. Reťazový pohon, po správnom dimenzovaní, bežal konštantnou rýchlosťou bez ohľadu na zmenu zaťaženia. To nie je marketingové tvrdenie – je to dôsledok fungovania pohonu s pozitívnym záberom.
Pochopenie toho, čo systém reťaze a ozubeného kolesa V skutočnosti – mechanicky, nielen popisne – robí rozdiel medzi správnym výberom na prvýkrát a strávením troch mesiacov riešením problémov s diskom, ktorý pre danú aplikáciu nikdy nebol vhodný.
Čo vlastne systém reťaze a ozubeného kolesa robí
Vzorec pre prevodový pomer je jednoduchý a stojí za pochopenie práve preto, že riadi každé konštrukčné rozhodnutie v reťazovom pohone:
Ak má hnacie ozubené koleso 19 zubov a hnané ozubené koleso 57 zubov, prevodový pomer je 3:1. Výstupný hriadeľ sa otáča tretinou otáčok vstupného hriadeľa a výstupný krútiaci moment (pred stratami pri prevode) je trojnásobkom vstupného krútiaceho momentu. Tento vzťah platí presne pri všetkých zaťaženiach bez preklzávania – vďaka čomu sú reťaz a ozubené koleso správnou voľbou pre akúkoľvek aplikáciu, kde je potrebný presný pomer otáčok alebo synchronizácia.
| Typ pohonu | Typická účinnosť | Prešmyknutie pod záťažou | Nosnosť nárazov | Flexibilita stredovej vzdialenosti | Mazanie je potrebné |
|---|---|---|---|---|---|
| Pohon valčekovou reťazou | 97–98,5% | Nula (pozitívna angažovanosť) | Vynikajúce | Vysoká – nastaviteľná | Áno – z periodického na nepretržitý |
| Pohon klinovým remeňom | 93–96% | 1–3% pri menovitom zaťažení | Mierny (pás absorbuje časť nárazov) | Mierne – fixné | Nie |
| Synchrónny remeň | 97–98% | Nula (zubový záber) | Slabý (remeň môže preskakovať alebo sa pretrhnúť) | Nízka – fixná | Nie |
| Prevodový pohon | 96–99% | Nula | Dobré | Veľmi nízka – pevná stredová vzdialenosť | Áno – nepretržité |
Ako reťaz zaberá s ozubeným kolesom – detailný popis mechaniky
Proces záberu nie je taký jednoduchý, ako sa zdá. Keď sa reťaz približuje k ozubenému kolesu, každá prichádzajúca kladka sa nekĺže hladko do päty zuba – prichádza pod uhlom a padá do dosadacej krivky s malou nárazovou rýchlosťou. Tento náraz vytvára charakteristický hluk reťazového pohonu a je zodpovedný za časť únavového zaťaženia kladky a zuba ozubeného kolesa.
Tvar zubov podľa ANSI B29.1 je navrhnutý tak, aby minimalizoval tento náraz tým, že umožňuje valčeku dosiahnuť počiatočný kontakt s plochou zuba mierne nad krivkou dosadnutia a potom sa s rastúcim uhlom opásania reťaze odvaliť do koreňa. Táto geometria odvaľovania sa do dosadnutia rozloží záberové zaťaženie na prvých 15 – 20 stupňov otáčania ozubeného kolesa, čím sa znižuje maximálna nárazová sila v porovnaní s reťazou, ktorá jednoducho padá priamo do koreňa.
Polygonálny efekt je najdôležitejšou dynamickou charakteristikou, ktorú si kupujúci a špecialisti neustále mylne vykladajú. Keďže reťaz je vyrobená z pevných článkov s diskrétnou rozstupovou dĺžkou, pevná strana reťaze sa nepohybuje po priamke – pohybuje sa v sérii malých tetív, keď každý článok postupne zaberá s ozubeným kolesom. To vytvára sínusovú zmenu rýchlosti v hnanom hriadeli, aj keď sa hnací hriadeľ otáča dokonale konštantnou rýchlosťou. Amplitúda tejto zmeny rýchlosti závisí od počtu zubov ozubeného kolesa:
| Zuby ozubeného kolesa | Maximálna zmena rýchlosti (%) | Praktický účinok |
|---|---|---|
| 9 zubov | ±6,1% | Počuteľné cvakanie, výrazné vibrácie v poháňanom stroji |
| 11 zubov | ±4,1% | Znateľné vibrácie, skrátená životnosť ložiska na hnanom hriadeli |
| 17 zubov | ±1,7% | Minimálne — minimálne odporúčané ANSI pre bezproblémovú prevádzku |
| 21 zubov | ±1,1% | Účinne hladký povrch pre väčšinu priemyselných aplikácií |
| 25 zubov | ±0,79% | Zanedbateľné – vhodné pre presné indexovacie a meracie pohony |
Možnosti konfigurácie reťazového pohonu: Jednovláknový, viacvláknový a dvojitý rozstup
Keď jednovláknová hnacia reťaz dosiahne hornú hranicu svojho publikovaného menovitého výkonu pre danú rýchlosť, existujú dve možnosti: zvýšiť rozstup reťaze (prechod na najbližšiu väčšiu veľkosť ANSI) alebo pridať druhú vláknovú reťaz (duplexná reťaz). Tieto možnosti nie sú rovnocenné – majú odlišný vplyv na hnací systém.
Zvýšenie rozstupu zvyšuje minimálne medzné zaťaženie a únavovú odolnosť reťaze, ale tiež zvyšuje polygónový efekt pre daný počet zubov a vyžaduje si výmenu ozubených kolies. Prechod z reťaze #60 na #80 na 19-zubovom hnacom ozubenom kolese zvyšuje zmenu rýchlosti z 1,741 TP3T na 1,741 TP3T (nezmenená, pretože to poháňa počet zubov, nie rozstup) – ale reťaz s väčším rozstupom vyžaduje väčšie ozubené kolesá na udržanie rovnakého pomeru rýchlosti, čo zväčšuje vonkajší priemer hnacieho systému a môže spôsobiť problémy s vôľou.
Pridaním druhého vlákna (simplex na duplex) sa zdvojnásobí menovité pracovné zaťaženie bez zmeny rozstupu alebo vonkajšieho priemeru ozubeného kolesa. Ozubené kolesá sa musia vymeniť za duplexné verzie (rovnaká rozstupová kružnica, dvojnásobná šírka zubov), ale stredy hriadeľov zostávajú rovnaké a montážny priestor sa nemení. Pre pohony, kde zväčšenie priemeru ozubeného kolesa nie je možné – obmedzené geometriou rámu alebo ochrannými vôľami – je duplexná verzia zvyčajne lepšou možnosťou.
Dvojitá reťaz je odlišný koncept od duplexnej reťaze a často sa s ňou zamieňa. Dvojrozstupná reťaz má rovnaký priemer valčekov a vnútornú šírku článkov ako jej ekvivalentná reťaz so štandardným rozstupom – zdvojnásobuje sa rozstup článkov. ANSI #2060 (dvojrozstupný ekvivalent #60) má rozstup 38,10 mm namiesto 19,05 mm, ale používa rovnaký valec s priemerom 11,91 mm ako štandardná #60. Dvojrozstupná reťaz sa používa výlučne pre pomalé pohony dopravníkov – váži menej a stojí menej na meter ako štandardná reťaz s rovnakým priemerom valčekov, ale nemožno ju použiť pri rýchlostiach nad približne 100 metrov za minútu bez nadmerného polygónového efektu a hluku. Dvojrozstupná reťaz na vysokorýchlostnom pohone predstavuje problém s údržbou, nie úsporu nákladov.
Kde sú ozubené kolesá a reťaze tou správnou voľbou
Poľnohospodárske stroje. Reťazové pohony dominujú v kombajnoch, mlátičkách na ryžu a sejacích strojoch z niekoľkých dôvodov: tolerujú rázové zaťaženie z nerovnomerného podávania plodiny, udržiavajú presné načasovanie medzi systémami podávania, mlátenia a separácie a spoľahlivo fungujú v prašných, mokrých a abrazívnych podmienkach, ktoré by rýchlo poškodili povrchy pásov. Valčeková reťaz s rozstupmi ANSI a ISO tvorí chrbticu väčšiny pohonných systémov kórejských poľnohospodárskych strojov, od podávacích reťazí #40 až po pohony elevátorov s veľkým rozstupom #100.
Priemyselné dopravníky a manipulácia s materiálom. Pohony reťazí dopravníkov musia udržiavať konštantnú rýchlosť reťaze pri manipulácii s premenlivým zaťažením – čo je požiadavka, aby sa reťaz ovládala lepšie ako remeň vďaka nulovému preklzu. Reťaze inžinierskej triedy v vlečných dopravníkoch, korečkových elevátoroch a škrabákových dopravníkoch nesú zaťaženie, ktoré by prekročilo menovitú medznú pevnosť akejkoľvek štandardnej valčekovej reťaze, pričom sa používajú účelovo navrhnuté priemery valcov a hrúbky dosiek, ktoré poskytujú bezpečnostné faktory 5:1 pri menovitých prevádzkových zaťaženiach.
Jazda na motocykloch a motorových športoch. Ten/Tá/To systém reťazí a ozubených kolies pre motocykle je jednou z najdôležitejších aplikácií reťazového pohonu z hľadiska výkonu a údržby. Reťaz musí prenášať maximálny krútiaci moment motora pri dynamickom zaťažení zrýchľovaním, pričom musí mať čo najmenšiu hmotnosť a odolávať znečisteniu vozovky. Označenia rozstupu 520, 530 a 630 označujú vnútornú šírku – nie rozstup – v nomenklatúre motocyklových reťazí (skutočný rozstup pre všetky tri je 5/8 palca, 15,875 mm). Správna interpretácia týchto čísel zabraňuje nesprávnym objednávkam výmeny.
Automatizácia a baliace linky. Servopohonné reťazové indexovacie systémy vyžadujú ozubené kolesá s minimálnym počtom zubov 21 alebo viac, aby sa znížilo zvlnenie rýchlosti spôsobené polygónovým efektom pod toleranciou spätnej väzby servo regulátora. Ozubené kolesá so štandardným a hotovým otvorom z hliníka alebo uhlíkovej ocele poskytujú kombináciu ľahkej rotačnej zotrvačnosti a rozmerovej presnosti, ktorú systémy servopohonov potrebujú.
Reťazové a ozubené kolesá v poľnohospodárskych aplikáciách – kde sa súčasne vyžaduje pozitívny záber, odolnosť voči nárazom a spoľahlivé načasovanie pri premenlivom zaťažení.
Výber reťazového a ozubeného pohonu: Metóda v štyroch krokoch
Norma ANSI B29.1 poskytuje grafickú tabuľku výkonnosti, ktorá zobrazuje akúkoľvek kombináciu konštrukčného výkonu a otáčok malého ozubeného kolesa na odporúčaný rozstup reťaze. Proces funguje nasledovne:
- Určte konštrukčný výkon. Začnite s výkonom uvedeným na štítku motora a vynásobte ho servisným faktorom pre váš typ zaťaženia: 1,0 pre rovnomerné zaťaženie (kompresory, odstredivé čerpadlá), 1,3 pre mierne rázové zaťaženie (dopravníky s nerovnomerným podávaním, miešačky) a 1,7 pre silné rázové zaťaženie (lisy, korečkové elevátory, drviče hornín). Konštrukčný výkon je vždy vyšší ako výkon uvedený na štítku motora – je to zámerné.
- Vyberte rozstup reťaze z tabuľky menovitých hodnôt. Pomocou konštrukčného výkonu a otáčok malého ozubeného kolesa (otáčky rýchlejšieho hriadeľa) nájdite priesečník na tabuľke výkonových parametrov ANSI. Oblasť, do ktorej tento bod patrí, označuje odporúčaný rozstup reťaze. Ak sa bod nachádza blízko hranice medzi dvoma zónami rozstupu, uprednostnite menší rozstup s viacerými prameňmi pred väčším rozstupom s jedným prameňom.
- Vyberte počet zubov ozubeného kolesa. Malé ozubené koleso by malo mať minimálne 17 zubov. Pomer počtu zubov určuje pomer otáčok. Pre najplynulejší chod použite na jednom ozubenom kolese nepárny počet zubov, aby sa každý zub pri nasledujúcich otáčkach dotýkal iného valčeka, čím sa opotrebenie rovnomernejšie rozloží medzi zuby ozubeného kolesa.
- Nastavte stredovú vzdialenosť a dĺžku reťaze. Odporúčaná stredová vzdialenosť je 30 – 50-násobok rozstupu reťaze pre väčšinu štandardných pohonov, s minimálne 1,5-násobkom priemeru rozstupu veľkého ozubeného kolesa. Dĺžka reťaze v článkoch sa vypočíta zo stredovej vzdialenosti, priemerov rozstupu dvoch ozubených kolies a rozstupu reťaze. Výsledok by sa mal zaokrúhliť na párny počet článkov, aby sa umožnil štandardný spojovací článok – polovičné články (odsadené články) sú slabšie ako plné články a pri aplikáciách s vysokým zaťažením by sa im malo vyhnúť.
Často kladené otázky
Potrebujete komponenty reťaze a ozubeného kolesa pre váš pohonný systém?
Či už navrhujete nový pohon od základu, alebo vymieňate opotrebované komponenty v existujúcom systéme, overenie série reťaze, geometrie zubov ozubeného kolesa a špecifikácie otvoru pred objednaním zabráni poruchám, ktoré vznikajú z rozmerovo blízkych, ale špecifikáciami nesprávnych dielov.
Redaktor: Cxm
