Coraz bardziej wydajne, energooszczędne, jak najmniej awaryjne i wreszcie kompaktowe. To tylko kilka z najczęściej wymienianych właściwości, jakimi powinny charakteryzować się współczesne układy napędowe do zastosowań przemysłowych. Stąd też powinny być one i są stale udoskonalane, a niekiedy klasyczne układy są wypierane przez inne rozwiązania, np. motoreduktory.

Czym są motoreduktory?

Motoreduktor to bezobsługowa maszyna napędowa ogólnego przeznaczenia, w której na stałe zintegrowane zostały ze sobą napęd (najczęściej silnik elektryczny) z przekładnią mechaniczną (albo kilkoma przekładniami), a także często z dodatkowymi urządzeniami, jak np. hamulec czy sprzęgło jednokierunkowe.

Głównym celem wykorzystania motoreduktorów w aplikacjach przemysłowych jest zredukowanie obrotów maszyny napędzającej – przy jednoczesnym zwiększeniu wartości momentu obrotowego na wale wyjściowym – a także przeniesienie napędu. Przy zastosowaniu wielostopniowej przekładni możliwe jest uzyskanie przełożenia, które sięga nawet kilkudziesięciu tysięcy.

Nie tylko kompaktowa budowa – zalety stosowania motoreduktora

Mówiąc o korzyściach z użycia motoreduktorów, na pierwszym miejscu prawie zawsze wymienia się zwartą, kompaktową budowę tego mechanizmu. W klasycznych rozwiązaniach napędowych mamy osobno pracujące: silnik, sprzęgła, przekładnie i inne elementy. Natomiast w motoreduktorze wszystkie te komponenty zgromadzone są z reguły w jednej obudowie bądź (przy bardziej rozbudowanych modelach) w kilku połączonych ze sobą na stałe segmentach. W efekcie motoreduktor zajmuje kilka, a nawet kilkanaście razy mniejszą powierzchnię niż tzw. rozproszone układy napędowe. Znacząco ułatwia to zabudowę, a w niektórych przypadkach przy ograniczonej przestrzeni może mieć wręcz niebagatelne znaczenie dla danej instalacji.

Kolejną zaletą motoreduktorów jest możliwość uzyskania bardzo wysokiego wypadkowego przełożenia, które w skrajnych przypadkach sięga nawet kilkudziesięciu tysięcy. Typowe motoreduktory z reguły pozwalają zredukować prędkość obrotową kilkaset razy, a jednocześnie w takim samym stopniu zwiększyć moment obrotowy na wale wyjściowym.

Wspomniane zgromadzenie wszystkich podzespołów układu napędowego w jednej obudowie sprawia, że dla odbiorcy motoreduktor jest pojedynczym urządzeniem. Dzięki temu, dobierając odpowiedni model do konkretnego zastosowania, należy tylko dopasować parametry jednego urządzenia. W przypadku układu rozproszonego, gdy każdy z elementów należy dopasować oddzielnie, znacznie wydłuża to cały proces zakupu i instalacji napędu. Zwiększa też ryzyko złego dopasowania któregoś z elementów układu.

Do zalet współcześnie oferowanych motoreduktorów można zaliczyć również ich precyzyjną oraz cichą pracę, dzięki czemu zakres ich potencjalnego zastosowania jest szeroki.

Największą wadą motoreduktorów jest duży rozmiar urządzenia w przypadku przenoszenia dużych mocy i przy dużych przełożeniach. W takich konstrukcjach bardziej opłacalne może się okazać postawienie na tradycyjny układ napędowy, w którym wszystkie jego podzespoły są osobnymi elementami umieszczonymi w różnych miejscach instalacji przemysłowej.

Zasada działania i rodzaje motoreduktorów

Motoreduktor tak naprawdę pełni funkcję przetwornika momentu i prędkości obrotowej. Mechanizm przekładni wraz z parami kół zębatych przenoszą siłę silnika ze strony napędowej na stronę wyjściową. W tradycyjnych urządzeniach mamy do czynienia ze zmniejszaniem prędkości obrotowej silnika (stąd mowa o przełożeniu redukującym) i zwiększaniem momentu obrotowego. Są jednak także przypadki, w których przekładnia przetwarza prędkość obrotową na wyższą i wówczas mówimy o przełożeniu podwyższającym.

Dokładna konstrukcja motoreduktora i zasada jego działania zależą od użytej przekładni zębatej na ostatnim stopniu przełożenia. Na rynku dostępne są różne typy motoreduktorów, a do najpopularniejszych obecnie należy pięć podstawowych rodzajów:

Motoreduktory walcowe
W tym typie motoreduktora zastosowano przekładnię walcową o równoległych osiach w jednej płaszczyźnie. Zapewnia wysoką sprawność (powyżej 90%), jest uniwersalny, ale jednocześnie nie powinien być stosowany w tych aplikacjach, w których konieczne jest uzyskanie dużej redukcji obrotów.

Motoreduktory płaskie
Również motoreduktory płaskie wykorzystują przekładnię walcową, jednak dzięki innej konstrukcji wewnętrznej możliwe jest zastosowanie w obudowie motoreduktora kilku dodatkowych stopni przełożenia.

Motoreduktory stożkowe
W tym rodzaju motoreduktora wałki położone są prostopadle względem siebie, dlatego stosowany jest on do tych aplikacji, w których wymagane jest nierównoległe przeniesienie mocy.

Motoreduktory ślimakowe
Wykorzystana w tym typie motoreduktora przekładnia ślimakowa (zębata) ma osie ułożone prostopadle względem siebie w różnych płaszczyznach. Te motoreduktory stosuje się w rozwiązaniach, w których wymagana jest stosunkowo duża redukcja prędkości przy niewielkiej mocy. Ich zaletą jest prosta konstrukcja, która przekłada się na łatwy montaż i bezobsługową pracę.

Motoreduktory planetarne
Konstrukcja przekładni składa się z koła głównego i kilku kół obiegowych, a jej cechą charakterystyczną jest przemieszczająca się oś obrotu dla przynajmniej jednego koła zębatego. Ten typ motoreduktora wykorzystywany jest do dużej redukcji obrotów przy dużej mocy układu napędowego. Może być też stosowany w trudnych warunkach pracy, stąd też konieczność dużej odporności na wysokie i nierównomierne obciążenia oraz częste rozruchy silnika.

Obecnie najczęściej spotykany jest motoreduktor ślimakowy, który poza prostą konstrukcją i możliwością dużej redukcji, wyróżnia się także mechanizmem samohamowności. W pewnych okolicznościach przekładnia działa tylko w jednym kierunku, zaś w przeciwnym zachowuje się jak hamulec. Właściwość tę wykorzystuje się w niektórych urządzeniach. Nie zawsze jednak jest to pożądana cecha. W niektórych przypadkach (np. przy niedostatecznym smarowaniu i wynikającym z tego dużym współczynniku tarcia) przekładnia zaczyna samoczynnie wchodzić w fazę hamowania.

Typowe zastosowania motoreduktorów

Motoreduktory są urządzeniami, których popularność cały czas rośnie. Dziś możemy je spotkać w bardzo różnorodnych zastosowaniach praktycznie we wszystkich gałęziach przemysłu.

Typowymi aplikacjami, w których występuje ten rodzaj napędu, są wszelkiego rodzaju przenośniki, w tym linie transportowe, produkcyjne oraz urządzenia podnoszące i opuszczające różne komponenty. Znajdziemy je również np. w robotach, manipulatorach oraz wszelkich urządzeniach transportowych i systemach magazynowych. Motoreduktory swtanowią także element układu napędowego w wirnikach czy mieszadłach.

Bardzo duża różnorodność oferowanych motoreduktorów sprawia, że można je dostosować do praktycznie każdej aplikacji, w której mamy do czynienia z ruchem jakiegoś elementu. Nie ma także problemu, jeśli chodzi o wielkość tych urządzeń – dostępne są zarówno motoreduktory o kompaktowych rozmiarach, jak i potężne, stosowane w maszynach, które wykorzystywane są w przemyśle ciężkim bądź wydobywczym.

Istotne parametry przy wyborze motoreduktora

Wspomniana duża dostępność różnych modeli motoreduktorów wynika z możliwości bardzo wielu kombinacji silnika i przekładni. W ten sposób nabywca może otrzymać urządzenie o bardzo szerokim zakresie prędkości obrotowej i momentu obrotowego. W praktyce bardzo często motoreduktory dopasowywane są pod konkretne potrzeby końcowego użytkownika.

Podczas doboru optymalnego motoreduktora należy uwzględnić kilka podstawowych parametrów, tj.: obroty wału wyjściowego, wyjściowy moment obrotowy, moc i sprawność urządzenia, współczynnik przeciążenia oraz pozycję pracy. Tylko ich odpowiednie dopasowanie zapewni wydajną eksploatację motoreduktora, a tym samym całej aplikacji, która wykorzystuje to rozwiązanie.