Komplexný sprievodca reťazovými prenosmi a typmi reťazov: Základná znalosť pre inžinierov

​

Reťazové prenosy sa vyznačujú ako kľúčové mechanické riešenie prenosu výkonu, ktoré sa široko používa na prenos výkonu medzi komponentmi – či už na dlhé vzdialenosti (napríklad v piatiposchodových námorných motoroch) alebo krátke (ako napríklad na bicykloch). Patria medzi piatich najčastejších spôsobov mechanického prenosu výkonu spolu s spojkami, prevodovkami, remeňovými prenosmi a pohonnými skrutkami. Každá metóda má svoje jedinečné výhody a nevýhody, preto musia inžinieri starostlivo zvážiť tieto faktory, aby urobili optimálnu voľbu pre konkrétne aplikácie. Tento článok sa ponoruje do základov reťazových prenosov, ich klasifikácií, bežných typov reťazov, kritérií výberu a kľúčových výhod a nevýhod.

Čo sú reťazové prenosy?

Reťazový pohon je mechanický systém prenosu výkonu, ktorý využíva reťaz na prenos výkonu z jedného miesta na druhé. Typický reťazový pohon pozostáva z dvoch alebo viacerých ozubených kolies (kolies s ozubením) a samotného reťaze – pričom otvory v článkoch reťaze zapadajú do zubov ozubeného kolesa.
Keď sa primárny pohonný mechanizmus (napr. elektromotor alebo spaľovací motor) otáča, otáča aj kolieskom pripevneným na jeho hriadeli. Tento pohyb privádza do pohybu reťaz obopínajúci koliesko, ktorý následne pôsobí mechanickou silou na hnané hriadelo a efektívne prenáša výkon.

Kľúčové porovnanie s inými spôsobmi prenosu výkonu

Oproti remeňovému prenosu: Na rozdiel od remeňového prenosu reťazový prenos nevykazuje žiadne prešmykovanie, čo zabezpečuje konštantný prevodový pomer. Tým sa eliminuje oneskorenie pri prenose výkonu, čo ich činí ideálnymi pre aplikácie ako sú ozubené reťaze spaľovacích motorov. Jediné straty výkonu pri reťazovom prenose vznikajú trením medzi článkami reťaze a kolieskami, čo znamená vyššiu mechanickú účinnosť.
Oproti ozubenému prenosu: Reťazový prenos je flexibilnejší z hľadiska vzdialenosti medzi hriadelami. Vyniká, keď sú hriadla vzdialené viac, než je možné pri ozubenom prenose, a zároveň udržiava kompaktnú konštrukciu. Navyše, jediný reťaz môže súčasne poháňať viacero hriadel – čo je vlastnosť, ktorú ozubené kolesá len zriedka dosahujú.

Typy reťazových prevodov (Podľa funkcie)

Reťazové prevody sa delia na tri hlavné typy podľa ich primárnej funkcie, pričom každý typ je prispôsobený konkrétnym potrebám použitia:

1. Reťazové prevody na prenos výkonu

 Tieto reťazové prevody sú navrhnuté výhradne na prenos výkonu medzi dvoma hriadeľmi a riešia bežnú výzvu: väčšina strojov vyrábajúcich výkon (napr. motory v čerpadlách) nemôže použiť vyrábaný výkon na mieste.
Bežné aplikácie: Kolesá, poľnohospodárskych stroje, kompresory a rozvodové hriadele motorov – všetky využívajú reťaze na prenos výkonu zdroja na miesto využitia.

2. Reťazové prevody pre dopravné systémy

Reťazové prevody pre dopravné systémy sú špecializované na manipuláciu s materiálom. Tieto reťaze majú stovky rôznych návrhov s prispôsobenými vlastnosťami, ako napríklad nízke trenie, odolnosť voči vysokým teplotám, chemikáliám, antistatické vlastnosti alebo magnetické vlastnosti. Reťaze môžu byť tiež vybavené príslušenstvom, aby vyhovovali rôznym potrebám.
Použitie v priemysle: Široko využívané v obale, výrobe automobilov, výrobe potravín a nápojov, farmaceutickom priemysle a textilnom priemysle na efektívny prepravu materiálov.

3. Reťazové prevody na zdvíhanie a ťahanie

Tieto reťazové prevody sa používajú v strojoch na zdvíhanie a spúšťanie ťažkých bremien, často pracujú s kladkami na zníženie námahy. Príklady zahŕňajú reťazové kladky (ručné, elektrické alebo pneumatické), ktoré sú bežné v dielňach, servisoch, na stavbiskách, v strojovniach lodí a v továrňach – schopné zdvihnúť/spustiť bremeno až do 20 ton.
Zdvíhacie reťaze sú ďalej rozdelené na dva poddruhy:

Elipsové reťaze (Cievkové reťaze): Používajú sa na stredné až nízke zaťaženie a zdvíhanie pri nízkej rýchlosti. Ich články sú elipsové a prepletené prostredníctvom zvárania. Štvorcové články sú niekedy alternatívou, ale zvyčajne sa vyhýbajú kvôli nevhodnému rozloženiu napätia a problémom s uzavretím.
Študové reťaze: Uprednostňované pre vysoké zaťaženie. Každý článok má štud zabudovaný v svojej vnútornej šírke, čo zabraňuje tvorbe uzlov a zvyšuje pevnosť a trvanlivosť. Najčastejšie sa používajú pre kotvy lodí a iné zdvihacie zariadenia.

Bežné typy reťazov v reťazových prevodoch

Päť typov reťazov dominuje v priemyselných a komerčných aplikáciách, každý s odlišnou štruktúrou a výhodami:

1. Valčekové reťaze (Bushing valčekové reťaze)

Najznámelejší typ reťaze, valčekové reťaze (alebo bushing valčekové reťaze) sa bežne používajú v prenosu výkonu na bicykloch, motocykloch a dopravných zariadeniach. Zvyčajne sú vyrobené z uhlíkovej ocele alebo zliatin ocele.
Štruktúra: Skladá sa z vnútorných dosiek (valčekových dosiek), vonkajších dosiek (pínových dosiek), bushingov, pínov a valčekov. Valčeky sú rovnomerne rozmiestnené medzi článkami, ktoré zaberajú do zubov pozbky a prenášajú výkon.
Kľúčové výhody: Valčeky sa otáčajú podľa potreby počas kontaktu s hrbolčekmi ozubeného kolesa, čím sa minimalizuje strata výkonu. U prenosových reťazov je výška valcovej dosky (na oboch stranách valčekov) väčšia ako priemer valčekov – čo zabraňuje kontaktu bočných plechov s ozubenými kolesami a zároveň pôsobí ako vodidlo, aby sa zabránilo prešmyku reťaze. U dopravných valčekových reťazov je priemer valčekov väčší ako výška bočných tyčí, čo odstraňuje kontakt medzi bočnými tyčami a dráhami dopravníka, čím sa znižuje trenie. Pre viacradné valčekové reťaze sú k dispozícii pre vysoké výkony, čo umožňuje nižšie rýchlosti a menšie rozstupy pre rovnaké požiadavky na zaťaženie.

2. Tiché reťaze (obrátené zubové reťaze)

Tradičné reťazové prevody sú často hlučné, čo ich činí nevhodnými pre prostredia citlivé na hluk, ako sú uzavreté priestory, bane alebo obytné oblasti. Tiché reťaze (alebo obrátené zubové reťaze) tento problém riešia tým, že pracujú ticho a zároveň prenášajú vysoký výkon pri vysokých rýchlostiach.
Konštrukcia: Vyhotovená z plochých platní, ktoré sú uložené v radoch a spojené jedným alebo viacerými čapmi. Spodná časť každého článku má profil prispôsobený zubom ozubeného kolesa pre hladké zapadanie.
Výkon: Nosnosť, pevnosť v ťahu a šírka reťaze stúpa s počtom plochých platní v článku.

3. Listové reťaze

Najjednoduchší typ reťaze, listové reťaze pozostávajú iba z čapov a platní – pričom platne striedavo tvoria články s čapmi a články s kĺbom. Nezapadajú do ozubených kolies; namiesto toho sa pohybujú po kladkách, ktoré ich viesia.
Použitie: Ideálne na zdvíhanie a vyvážanie, napríklad v elevátoroch, prepravníkoch, vysokozdvižných vozíkoch a stožiaroch. Tieto pomalobežné stroje pôsobia na reťaze vysoké statické zaťaženie a minimálne prevádzkové zaťaženie, pričom listové reťaze excelujú pri odolávaní nárazom a zotrvačnosti.
Kľúčový požiadavok: Musia odolávať vysokému ťažnému napätiu bez predĺženia alebo prerušenia a mať dostatočnú húževnatosť na odolávanie únave. Počas návrhu je potrebné zohľadniť mazanie a prevádzkové podmienky.

4. Ploché reťaze

Používa sa výhradne na prepravu, reťaze s plochým vrchným nahrádzajú prepravné pásy a remeňové pohony - materiály je možné prepravovať priamo na ich článkoch.
Štruktúra: Jednotlivé články sú zvyčajne vyrobené z oceľových plechov s valcovitými dutými výčnelkami na spodnej strane. Piny prechádzajú týmito výčnelkami, aby spájali susedné články, čím umožňujú pohyb iba v jednom smere. Špeciálne reťaze s plochým vrchným môžu bočne ohybať (prostredníctvom modifikovanej štruktúry kolíkov), čo umožňuje prepravnej trati prejsť zatáčky.
Použitie: Používajú sa v pomalopriechodných prepravných systémoch na prepravu materiálu v montážnych linkách.

5. Inžinierske oceľové reťaze

Vyvinuté v 80. rokoch 19. storočia sú inžinierske oceľové reťaze navrhnuté pre náročné prostredia a výkonovo náročné aplikácie. Vyrobené z horúcovalcovaného ocele (niekedy tepelne spracovanej na zvýšenie pevnosti) a majú väčšie medzery medzi komponentmi, aby vydržali prach, špin a abrazívy počas prevádzky.
Moderné použitie: Najčastejšie sa používajú ako dopravné reťaze na manipuláciu s materiálom, ale niektoré slúžia aj ako pohony. Používajú sa v dopravníkoch, prepravníkoch, kovových výťahoch a vrtacích súpravách – s vylepšenou pevnosťou, odolnosťou proti opotrebeniu, nosnosťou a rozstupom na vyspelé priemyselné požiadavky.

Ako vybrať správny reťazový pohonný mechanizmus

Výber správneho reťazového pohonu vyžaduje posúdenie potrieb aplikácie, aby boli vylúčené nevhodné možnosti. Hlavné faktory, ktoré je potrebné zvážiť, sú:

1. Zaťaženie

Určite výkon, ktorý má byť prenesený – reťaz musí vydržať výkon generovaný pohonným zariadením. Presné výpočty sú kritické pre bezpečnosť a odporúča sa dostatočný bezpečnostný faktor.

2. Rýchlosť reťaze

Nie všetky reťazové pohony pracujú pri vysokých rýchlostiach; niektoré sú navrhnuté pre nízke rýchlosti. Vypočítajte požadovanú rýchlosť a uistite sa, že spadá do odporúčaného rozsahu rýchlostí reťaze, aby ste zužili výber možností.

3. Usporiadanie hriadeľov

Väčšina reťazových pohonov funguje iba s paralelnými hriadeľmi. Ak sú hriadele nesúosové, môže byť lepšou alternatívou ozubené kolesá.

4. Vzdialenosť osí hriadeľov

Odporúča sa, aby vzdialenosť osí hriadeľov predstavovala 30–50-násobok rozvodu reťaze. Okrem toho sa musí zabezpečiť minimálny dotykový oblúk 120° na menšom ozubenom kolese. Ak má ozubené koleso malý počet zubov, musia byť v každom okamihu s reťazou v kontakte aspoň päť zubov.

5. Prevádzkové prostredie

Prostredie určuje, akú odolnosť proti vlhkosti, nečistotám, abrazívnym látkam, korózii a vysokým teplotám musia reťaze vykazovať. Rovnako ovplyvňuje mieru vibrácií, hladiny hluku a únavovú pevnosť. Napríklad v oblastiach citlivých na hluk sú uprednostňované ozubené reťaze (tiché reťaze).

6. Mazanie

Na predĺženie životnosti väčšiny reťazových prevodov je potrebné mazanie. Typ reťaze, jej veľkosť, zaťaženie a rýchlosť určujú spôsob mazania (ručné, kvapkavé, mazanie ponorením alebo nútené mazanie). Existujú aj samomazné reťaze – využívajú pouzdrá vyrobené z plastu alebo kovu impregnovaného olejom, ktoré zabezpečujú neustále mazanie bez nutnosti vonkajšej údržby.

Výhody reťazových prevodov

Môže prenášať krútiaci moment na dlhé vzdialenosti.
Žiadne prešmykovanie (na rozdiel od remeňových prevodov), čo zabezpečuje stály výkon.
Kompaktnejší ako remeňové prevody, čo umožňuje inštaláciu do relatívne malých priestorov.
Jedna reťazová prevodovka môže poháňať viacero hriadeľov.
Univerzálna prevodovka, ktorá funguje vysokých teplotách a v rôznych prostrediach (suchých, mokrých, abrazívnych, korozívnych, atď.).
Nízkoodporový systém, ktorý zaručuje vysokú mechanickú účinnosť.

Nevýhody reťazových prevodov

Nie je možné použiť s nekolineárnymi hriadeľmi.
Počas prevádzky náchylná na hluk a vibrácie.
Nesprávne vyváženie môže spôsobiť prešmykovanie reťaze.
Niektoré konštrukcie vyžadujú neustále mazanie.
Zvyčajne je potrebné pouzdro na ochranu.
Pravidelné napínanie (napr. prostredníctvom vodiacich kolies) je potrebné na udržiavanie výkonu.

​