Co znamená převodový poměr a jak jej určit?

Převodový poměr je poměr úhlových rychlostí nebo točivých momentů hřídelí (v závislosti na konstrukci mechanismu).
Ozubená kola se používají k přenosu točivého momentu z elektromotoru na pohon. Proč je to nutné? Faktem je, že samotný motor obvykle nemůže přenést požadovaný točivý moment, navíc se rychlost otáčení hřídele elektromotoru ukazuje jako příliš vysoká, takže se musí snížit. Proto jsou navrženy redukční převody a převodovky. Tímto způsobem je možné najednou měnit jak rychlost otáčení hřídele, tak točivý moment.

Převody točivého momentu

Mechanismus přenosu točivého momentu – převodovka – má vstupní a výstupní hřídel.
Existují dva způsoby přenosu točivého momentu: tuhý (moment je přenášen tuhými články, např. ozubenými koly) a třecí (moment je přenášen třecími silami působícími na povrchy hřídele, např. řemenový převod). Je také možné tyto způsoby přenosu kombinovat.
Charakteristika převodovky
Redukční převodovka je mechanismus skládající se z jednotlivých článků pro přenos síly prostřednictvím otáčení ozubených kol. Tento typ převodu se používá v mechanických převodovkách k převodu pohybu.
Převodovky se velmi často používají ve strojírenství. Jsou voleny z důvodu velkého množství výhod: vysoká účinnost, dlouhá životnost mechanismu, malé rozměry, konstantní převodový poměr, jednoduchá a spolehlivá konstrukce.
Tyto převodovky mají i nevýhody. Patří mezi ně hluk při vysokých rychlostech a velké velikosti převodovek, pokud jsou převodové poměry velké. Výhody jejich použití jsou však mnohem větší než nevýhody, což určuje konečnou poptávku.

Vícestupňové převodovky

Jak víte, moderní elektromotory produkují frekvenci hnacího hřídele přibližně jeden a půl tisíce (1500) otáček za minutu. A koncoví spotřebitelé v řetězci přenosu obvykle vyžadují mnohem nižší frekvenci. Pro lepší pochopení stojí za to podívat se na konkrétní příklad. Vezměme si řekněme dopravní pás. Pohybuje se pomalu. Jak spolehlivě přeneseme točivý moment z elektromotoru do finálního zařízení?
Zde přicházejí na pomoc vícestupňové převodovky. Přítomnost několika stupňů umožňuje vytvořit kompaktní zařízení, které výrazně snižuje rychlost hřídele.

Jak správně vypočítat převodový poměr

Převodový poměr vícestupňové převodovky se vypočítá jako součin převodových poměrů každého stupně. Příklad. Převodovka má čtyři páry převodů, převodové poměry každého z nich jsou také rovny 4. Celkový převodový poměr pak bude roven 4x4x4x4 = 256.
Obecně platí, že celkový převodový poměr převodovky je roven poměru rychlosti otáčení vstupního (hnacího) hřídele a rychlosti otáčení hnaného (výstupního) hřídele. Z toho vyplývá, že pokud se výstupní hřídel otáčí pomaleji než vstupní hřídel, pak bude převodový poměr větší než jedna. Takové převody se nazývají řazení dolů. Pokud jsou otáčky výstupního hřídele vyšší než otáčky vstupního hřídele, bude převodový poměr menší než jedna. V tomto případě se mluví o overdrive nebo multiplikátoru.
Při přenosu pohybu se točivý moment vždy odpovídajícím způsobem mění: pokud rychlostní stupeň podřazuje, pak se točivý moment zvýší, pokud se řadí nahoru, pak se sníží. Převodový poměr tedy může být reprezentován jako poměr výstupního momentu ke vstupnímu momentu do převodovky.

Výpočet bez odporu

Každá převodovka se skládá z párů ozubených kol. Pro výpočet převodového poměru každého páru je třeba vydělit počet zubů hnacího kola počtem zubů hnaného kola.

Důležité! V tomto případě se musíte podívat, zda se změní směr otáčení ozubeného kola. Pokud se změní, pak se převodový poměr bere se znaménkem mínus, pokud se nezmění, je to bráno jako plus. Směr otáčení se nemění, pokud má kolo zuby uvnitř kola.

Pokud je v převodovce zapojen tzv. parazit, pak se na výpočtu převodového poměru nepodílí, neboť jeho úkolem je pouze měnit směr pohybu.
Při výpočtu převodových poměrů můžete také použít vnější průměr ozubeného kola. Někdy se to hodí, pokud je obtížné spočítat počet zubů. Důležité: převod je tuhý, nedochází k prokluzu jako u řemenového pohonu, takže převodový poměr lze vždy vypočítat s naprostou přesností.
Pokud je v převodovce použita šneková převodovka, pak je její převodový poměr definován jako poměr počtu zubů hnacího kola k počtu rozběhů (otoček) šneku. Šnek má nejčastěji jeden chod, takže je jasné: převodový poměr šnekového páru je obrovský a točivý moment se může zvýšit desítkykrát.

Účinnost převodovky

1. Velká a neomezená síla.
2. Malá hmotnost a rozměry.
3. Vysoká účinnost (přibližně 0,95-0,99).
4. Spolehlivé, ale vyžadují velkou přesnost výroby.

Účinnost je definována jako poměr skutečně přijaté energie k energii spotřebované. Čím vyšší je účinnost mechanismu, tím více energie se přemění na užitečné účely, čím menší ztráty, tím účinnější je mechanismus.
Vědci po celém světě neustále bojují za snížení neproduktivních ztrát. Pro zajištění dobrého chodu stroje s vysokou účinností lze při velkých změnách okolní teploty používat oleje s různými vlastnostmi. Při experimentování s různými druhy olejů spolu s přípustnou nosností ozubených kol nebyl na pracovních plochách zubů zjištěn vznik destrukčního procesu, což zajišťuje vynikající technický a ekonomický výkon stroje.

Důležité! Účinnost ozubených kol do značné míry závisí na přesnosti výroby ozubených kol. V případě hrubého porušení geometrie v převodovce bude vysoká spotřeba energie, bude se zahřívat a její účinnost výrazně klesne. Převodovky by proto měly být nakupovány pouze od důvěryhodných výrobců.

Konstantní a variabilní převodový poměr

Převodový poměr může být konstantní nebo proměnný. Ve variabilním případě se může měnit plynule nebo stupňovitě. Oba tyto systémy našly uplatnění v průmyslu. Pokud se převodový poměr plynule mění, pak se takové zařízení nazývá variátor. Tato zařízení jsou drahá a vyžadují přesnou montáž a odbornou údržbu. Ale to vše je odůvodněno konečným výsledkem – jejich užitečnost již byla prověřena časem.