21 stycznia 2018

Smarowanie i chłodzenie przekładni obiegowych
Cechą szczególną przekładni obiegowych jest większa gęstość mocy w porównaniu z przekładniami zwykłymi. W wyniku mniejszych wymiarów przekładni planetarnych, w porównaniu z przekładniami o osiach stałych, przenoszącymi taką samą moc, przekładnie te wymagają mniejszych ilości oleju. Różnice te wynoszą od 50 do 70%. Mniejsza ilość oleju może spowodować jego szybsze zużycie, co konstruktor powinien wziąć pod uwagę określając okresowe wymiany oleju. Zmniejszenie wymiarów przekładni zmniejsza powierzchnię wypromieniowania ciepła i może spowodować konieczność wprowadzenia chłodzenia sztucznego.

5
Rys. 5


W przekładniach planetarnych z chłodzeniem sztucznym pojawia się czasem problem z umiejscowieniem układu chłodzenia.
Najłatwiej go rozwiązać w przekładniach stożkowo-planetarnych, gdzie stopień wejściowy jest stożkowy. W pobliżu stożkowego zębnika najczęściej można wygospodarować miejsce na wężownicę z rurek miedzianych. Szkic koncepcji takiego rozwiązania pokazano na rysunku 6.

6
Rys. 6

Symetryczność korpusu umożliwia zamocowanie układu chłodzenie alternatywnie po obu stronach zębnika. Takie rozwiązanie zapewnia montaż przekładni jako prawej lub lewej. Ta cecha jest istotna w stosowaniu przekładni do napędu przenośników.
W przekładniach obiegowych bez stopnia stożkowego stosuje się układy chłodzenia wymuszonego w postaci płaszcza wodnego, okalającego okrągły korpus przekładni. Szkic rozwiązanie z zewnętrznym chłodzeniem wymuszonym pokazano na rysunku 7.

7
Rys. 7

Oprócz oleju chłodzony jest korpus na całym obwodzie. Jest to rozwiązanie skuteczne, choć obarczone pewnymi wadami natury technologicznej. Wynikają one z tego, że materiał koła pierścieniowego tj. stal stopowa do ulepszania cieplnego, nie jest materiałem dobrze spawalnym. Istnieje również obawa odpuszczenia uzębienia w kole pierścieniowym i zagrożenie deformacji całego koła pod wpływem naprężeń spawalniczych. Przed wszystkimi tymi zagrożeniami można się zabezpieczyć, lecz podnosi to koszty wytworzenia przekładni.
Przedstawione rozwiązanie sprawdza się w przekładniach organów urabiających kombajnów chodnikowych w górnictwie węgla kamiennego. Przekładnia organu urabiającego często zmienia zwoje położenie, pochylając się w dół i w górę. Dzięki płaszczowi wodnemu w każdym z tych położeń, olej jest dobrze chłodzony. Nie dotyczy to jednak przekładni stożkowej (nie przedstawionej na rysunku 7), stanowiącej najczęściej pierwszy stopień tego typu przekładni. Przy pochyleniu przekładni ku dołowi stopień ten jest najczęściej źle smarowany i chłodzony, ponieważ olej odpływa ku przodowi przekładni.
Ostatecznym rozwiązaniem tego problemu jest smarowanie wymuszone.

Odpowietrzanie przekładni zębatych
Warunki pracy przekładni (w aspekcie zapylenia) i cykle pracy mają istotny wpływ na wybór sposobu odpowietrzania przekładni.
Praca ciągła nie wymaga stosowania specjalnych rozwiązań, ze względu na stałą temperaturę przekładni. Praca przerywana wymaga uwzględnienia zjawiska stygnięcia przekładni i zasysania powietrza z otoczenia. Jeśli powietrze jest czyste (np. w przekładniach kolei linowej w górach) również w tym wypadku wystarczą rozwiązania typowe tj. handlowy korek wlewowy z filtrem powietrza.
W przekładniach górniczych i innych pracujących w warunkach dużego zapylenia otoczenia i pracy nieciągłej stosuje się rozwiązania specjalne. Prekursorem takich rozwiązań w polskim górnictwie był w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku Instytut Techniki Górniczej KOMAG z Gliwic. Zainspirowany tymi rozwiązaniami zastosowałem podobne, w przekładni stożkowo-planetarnej powstałej w 1992 r. Jest ono przedstawione na rysunku 8. Przekładnia ta jest hermetyczna. Wzrost ciśnienia, spowodowany wzrostem temperatury, kompensują mieszki gumowe, połączone z otoczeniem, zmniejszając swoją objętość. Po ostygnięciu przekładni mieszki kompensacyjne wracają do pierwotnej postaci. Mieszki są oczywiście wykonane z gumy olejoodpornej.
Na rysunku 8 widoczna jest też troska konstruktora o zwiększenie powierzchni wypromieniowania ciepła poprzez użebrowanie wszystkich elementów korpusu przekładni.
Dokumentacja przekładni została wykonana na kalce, tuszem, na desce kreślarskiej, zaś wszystkie obliczenia przeprowadzono za pomocą kalkulatora programowalnego. Przekładnia ta, z pewnymi modyfikacjami, jest do dziś (2017) produkowana seryjnie.
Widoczny w lewej dolnej części rysunku mieszek kompensacyjny zapewnia hermetyczność przekładni. Drugi, bliźniaczy mieszek jest niewidoczny w tym przekroju.
Warto zwrócić uwagę na podatne zamocowanie kół, pierścieniowego i centralnego. Koło pierścieniowe nie jest elementem korpusu, jest ono zamocowane do przegrody przekładni za pomocą samonastawnego sprzęgła Oldhama. Koło centralne jest elementem długiego wałka zakończonego sprzęgłem zębatym. Oba te pływające elementy zapewniły, potwierdzone na stanowisku badawczym, równomierne obciążenie satelitów, pomimo niskiej klasy dokładności wykonania jarzma, a w szczególności błędów rozstawu osi satelitów, spowodowanych dostępnym w owym czasie parkiem maszynowym.
Świętej pamięci prof. dr inż. Ludwik Müller, wybitny polski uczony, autorytet w obszarze przekładni zębatych i mój nauczyciel akademicki, konsultował ten projekt i nie wierzył w jego powodzenie. Choć zdarzało się to bardzo rzadko, tym razem się mylił.

Wymiana oleju
Pierwszą i wszystkie kolejne wymiany oleju powinien określić konstruktor w odniesieniu do godzin pracy przekładni. W szczególności pierwsza wymiana ma duże znaczenie. Jest to wynikiem dużego zużycia ściernego wszystkich elementów w tzw. procesie docierania. Przykładowo, w czołgu PT-91, po wprowadzeniu do układu smarowania przekładni filtra odśrodkowego okazało się, że po 100 km jazdy, na powierzchni wirującego bębna filtra zebrała się warstwa (o grubości 5 mm) różnych metalicznych produktów ścierania. Bez filtra odśrodkowego zanieczyszczenia te mogły krążyć wraz olejem lub stopniowo odkładać się w różnych miejscach układu przenoszenia mocy. Filtr odśrodkowy będzie przedstawiony w jednej z następnych części niniejszego opracowania.

8
Rys. 8


Jeśli brak jest doświadczeń dla danego typu warunków pracy przekładni, można wstępnie przyjąć pierwszą wymianę po 300 godzinach pracy, a następne co 2500 godzin [3]. Z powodów ekonomicznych ta druga wartość powinna zostać zweryfikowana drogą analizy stopnia zużycia oleju. Jeśli po 2500 godzin pracy olej będzie nadal miał dobre właściwości smarne i właściwą lepkość, jego okres pracy można wydłużyć. Wzrost jakości wszystkich środków smarnych spowodował fakt, że w wielu samochodach współczesnych nie przewiduje się w ogóle wymiany oleju w tradycyjnej skrzynce biegów, a jedynie okresową kontrolę jego poziomu.
Każda wymiana oleju powinna być połączona z wymianą lub oczyszczeniem filtra.

Jerzy Mydlarz

Literatura:
[1] B. Siwek, W. Majewski (opr.): Sposoby smarowania przekładni zębatych; smary przekładniowe. Ćwiczenie laboratoryjne z eksploatacji, Politechnika Gdańska
[2] Z. Lawrowski: Technika smarowania, PWN 1987
[3] K. Ochęduszko: Koła zębate, t.1, WNT 1985

artykuł pochodzi z wydania 10 (121) październik 2017

Czytaj także:

Analiza numeryczna błędu przełożenia przekładni zębatych Analiza numeryczna błędu przełożenia przekładni zębatych
Proces projektowania przekładni zębatych wymaga znajomości różnych zagadnień inżynierii mechanicznej, przy czym najważniejsze z nich...
Nowa generacja pionowych centrów obróbkowych ecoMill V Nowa generacja pionowych centrów obróbkowych ecoMill V
(artykuł sponsorowany)Nowa generacja pionowych centrów obróbkowych ecoMill V została zaprezentowana po raz pierwszy na targach EMO w ...