Angrenajul melcat transmite mișcarea între doi arbori încrucișați la 90° și dă un raport de transmisie mare într-o singură treaptă. Este inima reductoarelor melcate din transportoare, porți, mixere și mecanisme de ridicare. Mai jos găsești cum funcționează roata melcată cu șurubul melc, cum se calculează raportul, de ce unele angrenaje melcate sunt autoblocante și din ce materiale se fac.
Ce este un angrenaj melcat
Angrenajul melcat are două piese: melcul (șurubul melc), un arbore cu filet trapezoidal, și roata melcată, o roată dințată cu dinții curbați după forma melcului. Melcul este, de regulă, elementul conducător. La fiecare tură, filetul lui împinge dinții roții, iar roata se rotește lent, pe un arbore perpendicular.
Pentru că dinții roții îmbrățișează melcul, contactul se face pe o linie, nu într-un punct. Asta permite sarcini mari și un mers liniștit, fără șocuri.
Raportul de transmisie al angrenajului melcat
Raportul se calculează simplu: i = z2 / z1, unde z2 este numărul de dinți ai roții melcate, iar z1 numărul de începuturi ale melcului (de câte filete paralele are). Un melc cu un început și o roată cu 40 de dinți dau un raport de 40:1, adică roata face o tură la 40 de ture ale melcului.
Raporturile uzuale pentru o singură treaptă sunt între 5:1 și 100:1. Pentru rapoarte mici se folosesc melci cu 2, 3 sau 4 începuturi.
| Mărime | Formula |
|---|---|
| Raportul de transmisie | i = z2 / z1 |
| Diametrul de divizare al roții melcate | d2 = m · z2 |
| Diametrul de divizare al melcului | d1 = q · m (q este coeficientul diametral, ales din tabele) |
| Unghiul de pantă al melcului | tan γ = z1 / q |
| Distanța dintre axe | a = (d1 + d2) / 2 |
De ce unele angrenaje melcate sunt autoblocante
Când unghiul de pantă al melcului este mic, frecarea dintre filet și dinți împiedică roata să rotească melcul înapoi. Angrenajul se numește atunci autoblocant: sarcina rămâne pe loc fără frână. Efectul apare de regulă la melcii cu un început și rapoarte mari.
Autoblocarea depinde de frecare, deci de ungere, de vibrații și de uzură. La mecanismele de ridicare, unde o scăpare a sarcinii e periculoasă, reductorul melcat se combină întotdeauna cu o frână dedicată.
Randamentul reductorului melcat
Contactul cu alunecare face ca angrenajul melcat să piardă mai multă energie decât unul cu roți cilindrice. Randamentul crește cu unghiul de pantă: la melcii cu un început și rapoarte mari poate coborî sub 50%, iar la melcii cu mai multe începuturi trece de 80–90%. Pierderile se transformă în căldură, de aceea carcasele reductoarelor melcate au nervuri de răcire și uleiul se alege atent.
Materiale pentru melc și roata melcată
- Melcul se face din oțel călit și rectificat, de regulă oțel de cementare (16MnCr5) sau de îmbunătățire (42CrMo4) cu flancurile călite. Suprafața netedă a filetului reduce frecarea.
- Roata melcată se face din bronz cu staniu, de exemplu CuSn12, turnat centrifugal pe un butuc din oțel sau fontă. Bronzul, mai moale decât melcul, se rodează pe el și suportă alunecarea fără gripare.
- La sarcini mici și viteze reduse se folosesc și roți din fontă sau din plastice tehnice.
Ungerea contează mult: pentru angrenajele melcate se recomandă uleiuri sintetice (polialfaolefine sau poliglicoli), compatibile cu bronzul, care reduc frecarea și temperatura.
Cum se fabrică roata melcată
Roata melcată se danturează cu o freză melc care are exact profilul melcului pereche, pe o mașină de danturat. Freza pătrunde radial sau tangențial în semifabricat, iar dinții ies curbați după forma melcului. Melcul se strunjește sau se frezează, apoi se călește și se rectifică.
Pe o mașină de danturat CNC, roata melcată se face pe aceeași mașină ca roțile cilindrice: se schimbă freza și programul. Un exemplu de atelier care lucrează pe o astfel de mașină este Miatec din Pechea, Galați; vezi studiul de caz al mașinii de danturat.
Unde se folosesc reductoarele melcate
- transportoare cu bandă și cu melc, elevatoare, mixere;
- porți automate, bariere, mecanisme de deschidere;
- mecanisme de ridicare și poziționare, cu frână;
- utilaje agricole: semănători, distribuitoare, malaxoare de furaje;
- mese rotative și capete divizoare, unde contează jocul mic.
Defecte frecvente
Cele mai des întâlnite sunt uzura roții din bronz, gripajul la ungere insuficientă, pittingul pe flancuri și supraîncălzirea. Cauza comună este uleiul nepotrivit sau degradat. O roată melcată uzată se înlocuiește împreună cu melcul, ca perechea să se rodeze din nou corect.
Întrebări frecvente
Cum se calculează raportul unui angrenaj melcat?
Împarți numărul de dinți ai roții melcate la numărul de începuturi ale melcului. O roată cu 30 de dinți și un melc cu un început dau 30:1; același melc cu două începuturi dă 15:1.
Ce este un melc cu mai multe începuturi?
Un melc cu mai multe filete paralele, ca un șurub cu mai multe începuturi. La fiecare tură, roata avansează cu atâția dinți câte începuturi are melcul. Raportul scade, iar randamentul crește.
De ce se face roata melcată din bronz?
Contactul dintre melc și roată are multă alunecare. Bronzul, mai moale decât melcul călit, se rodează pe acesta, ține ulei pe suprafață și rezistă la gripare.
Este orice reductor melcat autoblocant?
Autoblocarea apare doar la unghiuri de pantă mici, de regulă la melcii cu un început, și depinde de frecare. Pentru siguranța sarcinilor ridicate se folosește o frână separată.
Cum se face o roată melcată de schimb?
Pe o mașină de danturat, cu o freză melc care are profilul melcului pereche. Pentru o piesă după mostră, contează modulul, numărul de dinți, numărul de începuturi și sensul filetului melcului.
