Kompletní průvodce řetězovými převody a typy řetězů: Základní znalosti pro inženýry

Řetězové převody se vyznačují jako klíčové řešení mechanického přenosu výkonu a jsou široce využívány k přenosu výkonu mezi komponenty - ať už na dlouhé vzdálenosti (například v pět podlaží vysokých lodních motorech) nebo krátké (například u jízdních kol). Patří mezi pět nejčastějších způsobů mechanického přenosu výkonu spolu s spojkami, ozubenými převody, řemenovými převody a pohybovými šrouby. Každá metoda má své specifické výhody a nevýhody, proto inženýři musí pečlivě zvážit tyto faktory, aby učinili optimální výběr pro konkrétní aplikace. Tento článek se zabývá základy řetězových převodů, jejich klasifikací, běžnými typy řetězů, kritérii pro výběr a hlavními výhodami a nevýhodami.

Co jsou řetězové převody?

Řetězový převod je mechanický systém přenosu výkonu, který využívá řetěz k přenosu výkonu z jednoho místa na druhé. Typický řetězový převod se skládá ze dvou nebo více ozubených kol (ozubených disků) a samotného řetězu - přičemž otvory v článcích řetězu zapadají do zubů ozubených kol.
Když hnací člen (např. elektromotor nebo spalovací motor) rotuje, otáčí ozubeným kolem připevněným ke svému hřídeli. Tato rotace pohání řetěz obepnutý kolem ozubeného kola, který následně přenáší mechanickou sílu na hnaný hřídel, čímž efektivně přenáší výkon.

Klíčová srovnání s jinými převodovými systémy

Oproti řemenovému převodu: Na rozdíl od řemenového převodu řetězový převod zajišťuje nulové prokluzování, čímž je dosaženo konstantního převodového poměru. To eliminuje zpoždění přenosu výkonu, a proto jsou ideální pro aplikace jako jsou ozubené řetězy ve vnitřním spalovacím motoru. Jediné ztráty výkonu u řetězového převodu pocházejí z tření mezi články řetězu a ozubenými koly, což vede k vyšší mechanické účinnosti.
Oproti ozubenému převodu: Řetězové převody jsou flexibilnější z hlediska vzdálenosti os. Vynikají tehdy, jsou-li hřídele vzdáleny dále od sebe, než jak je možné u ozubených kol, přičemž zároveň zůstává kompaktní uspořádání. Navíc jediný řetěz může současně pohánět více hřídelů – vlastnost, kterou ozubená kola jen zřídka dosahují.

Typy řetězových pohonů (podle funkce)

Řetězové pohony jsou rozděleny do tří hlavních typů podle jejich primární funkce, přičemž každý typ je přizpůsoben konkrétním potřebám aplikace:

1. Řetězové pohony pro přenos výkonu

 Tyto řetězové pohony jsou navrženy výhradně k přenosu výkonu mezi dvěma hřídeli a řeší běžnou výzvu: většina zařízení vyrábějících výkon (např. motory v čerpadlech) nemůže využít vyráběný výkon na místě.
Běžné aplikace: Kola, zemědělské stroje, kompresory a vačková hřídel motoru – všechny tyto zařízení spoléhají na řetězy pro přenos výkonu zdroje na místo využití.

2. Řetězové pohony pro dopravu materiálu

Řetězové pohony pro dopravu materiálu jsou specializované pro manipulaci s materiálem. Nabízejí stovky konstrukcí s přizpůsobenými vlastnostmi, jako například nízké tření, odolnost vysoké teplotě, odolnost vůči chemikáliím, antistatické vlastnosti nebo magnetické vlastnosti. K řetězu lze také přidat příslušenství, aby vyhovoval různorodým potřebám.
Průmyslové využití: Široce používáno v oblasti obalového průmyslu, výroby automobilů, výroby potravin a nápojů, farmaceutickém průmyslu a textilním průmyslu pro efektivní dopravu materiálu.

3. Řetězové převody pro zvedání a tažení

Tyto řetězové převody se používají v zařízeních pro zvedání a spouštění těžkých břemen, často pracují ve spojení s kladkami, které snižují náročnost. Příklady zahrnují řetězové kladkostroje (manuální, elektrické nebo pneumatické), které jsou běžné v dílnách, servisech, stavebních pracích, lodních strojovnách a továrnách – schopné zvedat/spouštět břemena až do 20 tun.
Zdvihací řetězy jsou dále rozděleny do dvou poddruhů:

Elipsové řetězy (vinuté řetězy): Používají se pro střední až nízké zatížení a nízkou rychlost zvedání. Jejich články jsou elipsové a propojené pomocí svařování. Čtvercové články se občas používají jako alternativa, ale zpravidla se jim vyhýbá kvůli špatnému rozložení napětí a problémům s uvazováním.
Spojovací řetězy: Upřednostňované pro použití při vysokém zatížení. Každé články má ve své vnitřní šířce vložený čep, který zabraňuje zamotání a zvyšuje pevnost a odolnost. Běžně se používají u lodních kotvík a jiného těžního zařízení.

Běžné typy řetězů v řetězových převodech

Pět typů řetězů dominuje průmyslovému a komerčnímu použití, každý s odlišnou strukturou a výhodami:

1. Válečkové řetězy (Bushed Roller Řetězy)

Nejznámější typ řetězu, válečkové řetězy (nebo bushed roller řetězy) se široce používají pro přenos výkonu na kolech, motocyklech a dopravních zařízeních. Jsou obvykle vyrobeny z uhlíkové oceli nebo slitin oceli.
Konstrukce: Složená z vnitřních desek (válečkových desek), vnějších desek (kolíkových desek), bushingů, kolíků a válečků. Válečky jsou rovnoměrně rozložené mezi články, zapadají do zubů řetězového kola a přenášejí výkon.
Klíčové výhody: Valivé články se při kontaktu s boky ozubených kol otáčejí, čímž minimalizují ztráty výkonu. U převodových řetězů je výška válečkových plechů (na obou stranách válečků) větší než průměr válečků – zabrání se dotyku bočních plechů s ozubenými koly a zároveň slouží jako vodítka, která zabraňují prokluzu řetězu. U dopravních válečkových řetězů je průměr válečků větší než výška bočních tyčí, čímž se odstraní kontakt mezi bočními tyčemi a kolejnicemi dopravníku a snižuje se tření. Pro vysoké výkony jsou dostupné víceřadé válečkové řetězy, které umožňují nižší otáčky a menší rozteče pro stejné požadavky na zatížení.

2. Tiché řetězy (obrácené zubové řetězy)

Tradiční řetězové převody jsou často hlučné, a proto nejsou vhodné pro prostředí citlivá na hluk, jako jsou uzavřené prostory, dolany nebo obytné zóny. Tiché řetězy (nebo obrácené zubové řetězy) tento problém řeší tím, že pracují tiše a zároveň přenášejí vysoký výkon při vysokých otáčkách.
Konstrukce: Je tvořena rovinnými deskami, které jsou řazeny do řad a spojeny jedním nebo více čepy. Spodní část každého článku má profil odpovídající tvaru zubů řetězového kola pro hladké zabírání.
Výkon: Nosná kapacita, pevnost v tahu a šířka řetězu roste s počtem rovinných desek v článku.

3. Listové řetězy

Nejjednodušší typ řetězu, listové řetězy se skládají pouze z čepů a desek – desky střídavě fungují jako články s čepy a kloubové články. Nezabírají s řetězovými koly; místo toho běží po kladkách, které je vedou.
Použití: Ideální pro zvedání a vyvažování, například výtahy, vysokozdvižné vozíky, jeřáby s příčným nosníkem a stožáry výtahů. Tyto nízkorychlostní stroje způsobují, že na řetězy působí vysoké statické zatížení a minimální provozní zatížení, přičemž listové řetězy excelují v odolávání nárazům a setrvačnosti.
Kritický požadavek: Musí odolávat vysokému tahovému napětí bez prodloužení nebo přetržení a mít dostatečnou houževnatost, aby odolávaly únavě. Při návrhu je třeba zohlednit mazání a provozní podmínky.

4. Ploché řetězy

Výhradně používány pro dopravu, řetězy s plochým horním povrchem nahrazují dopravní pásy a řemeny – materiály mohou být přímo přepravovány po jejich článcích.
Konstrukce: Jednotlivé články jsou obvykle vyrobeny z ocelových plechů s dutými výčnělky válcového tvaru na spodní straně. Piny procházejí těmito výčnělky a spojují sousední články, čímž umožňují pohyb pouze v jednom směru. Specializované řetězy s plochým povrchem mohou být v bočním směru ohebné (díky modifikované konstrukci pinů), což umožňuje dopravníku překonávat zatáčky.
Použití: Používají se v dopravnících pro nízkorychlostní přepravu materiálu v montážních linkách.

5. Strojní ocelové řetězy

Vyvinuté v 80. letech 19. století jsou strojní ocelové řetězy navrženy pro náročné provozní podmínky a využití. Jsou vyrobeny z horkovalcované oceli (někdy kalené za účelem zvýšení pevnosti) a mají větší mezery mezi jednotlivými komponenty, aby odolávaly prachu, nečistotám a abrazivním látkám během provozu.
Moderní použití: Nejčastěji se používají jako dopravní řetězy pro manipulaci s materiálem, ale některé slouží i jako pohony. Používají se v dopravnících, výkonnech, korečkových dopravnících a vrtacích soupravách – s vylepšenou pevností, odolností proti opotřebení, nosnou kapacitou a roztečí, aby odpovídaly moderním průmyslovým požadavkům.

Jak vybrat správný řetězový pohon

Výběr správného řetězového pohonu vyžaduje posouzení potřeb aplikace, aby byly vyloučeny nevhodné varianty. Klíčové faktory, které je třeba zvážit, jsou:

1. Zatížení

Určete přenášený výkon – řetěz musí vydržet výkon generovaný poháněcím zařízením. Přesné výpočty jsou zásadní pro bezpečnost a doporučuje se dostatečná bezpečnostní rezerva.

2. Rychlost řetězu

Ne všechny řetězové pohony pracují při vysokých rychlostech; některé jsou navrženy pro nízké rychlosti. Vypočítejte požadovanou rychlost a ujistěte se, že spadá do doporučeného rozsahu řetězu, čímž omezíte výběr možností.

3. Uspořádání hřídelí

Většina řetězových pohonů funguje pouze s paralelními hřídeli. Pokud jsou hřídele nesouosé, může být lepší alternativou ozubené převody.

4. Vzdálenost os mezi hřídelech

Doporučuje se, aby vzdálenost os mezi hřídelemi činila 30–50násobek rozteče řetězu. Dále zajistěte minimální obvodový úhel opásání 120° na menším ozubeném kole; pokud má kolo málo zubů, musí být v každém okamžiku ve záběru alespoň pět zubů.

5. Provozní prostředí

Prostředí určuje, jakou odolnost řetězu vůči vlhkosti, nečistotám, abrazivním látkám, korozi a vysokým teplotám je třeba. Také ovlivňuje vibrace, hladinu hluku a únavovou pevnost. Například u obrácených zubů řetězů (tiché řetězy) se preferuje v oblastech citlivých na hluk.

6. Mazání

Většina řetězových převodů vyžaduje mazání, aby se prodloužila trvanlivost. Typ řetězu, jeho rozměr, zatížení a rychlost určují způsob mazání (manuální, kapkové, mazání v lázni nebo nucené mazání). Existují i samočinně mazané řetězy – ty používají pouzdra z plastického nebo kovového prášku impregnovaného olejem, která zajistí trvalé mazání bez nutnosti vnější údržby.

Výhody řetězových převodů

Může přenášet točivý moment na dlouhé vzdálenosti.
Bez prokluzování (na rozdíl od řemenového převodu), což zajišťuje stále stejný výkon.
Kompaktnější než řemenový převod, což umožňuje instalaci i v relativně malých prostorech.
Jeden řetězový převod může pohánět více hřídelí.
Univerzální použití, funkce v extrémních teplotách a v různorodém prostředí (suché, mokré, abrazivní, korozivní atd.).
Nízkotřídní systém, který zaručuje vysokou mechanickou účinnost.

Nevýhody řetězového převodu

Nelze použít s neparalelními hřídeli.
Náchylný k hluku a vibracím během provozu.
Nesouosost může způsobit prokluz řetězu.
Některé konstrukce vyžadují trvalé mazání.
Obvykle je třeba kryt pro ochranu.
Pravidelné napínání (např. pomocí napínacích kol) je nezbytné pro udržení výkonu.