Motoreduktor walcowy, płaski, kątowy czy ślimakowy? Porównanie typów
Motoreduktory dzielą się na dwie rodziny. W jednej wał wyjściowy biegnie równolegle do wału silnika (walcowe współosiowe i płaskie), w drugiej jest do niego prostopadły (stożkowe, walcowo-stożkowe i ślimakowe). Wybór typu przesądza o sposobie montażu, cenie i rachunku za prąd. Poniżej porównujemy je na danych producentów.
Skąd się biorą różnice w sprawności
W przekładniach walcowych i stożkowych zęby toczą się po sobie, a straty są niewielkie. SEW-Eurodrive podaje dla swoich przekładni walcowych, płaskich i walcowo-stożkowych sprawność zazębienia do 98% przy jednym stopniu, do 97% przy dwóch i do 96% przy trzech. Każdy kolejny stopień kosztuje więc około punktu procentowego, a artykuł Siemensa w Power Transmission Engineering szacuje tę stratę na około 2% na stopień, licząc razem z łożyskami i olejem.
W przekładni ślimakowej ślimak ślizga się po zębach ślimacznicy. Tarcie ślizgowe zamienia w ciepło znacznie więcej mocy, a straty rosną wraz z przełożeniem. W katalogu Bonfiglioli przekładnia ślimakowa wielkości 63 ma przy przełożeniu 1:10 sprawność 86%, przy 1:30 już 74%, a przy 1:100 tylko 51%. SEW zaznacza, że przy bardzo dużych przełożeniach sprawność stopnia ślimakowego może spaść poniżej 50%. Ta jedna różnica tłumaczy większość tego, co dalej.
Motoreduktor walcowy (współosiowy)
W motoreduktorze walcowym wał wyjściowy leży w jednej osi z wałem silnika, a przełożenie realizują dwa lub trzy stopnie kół walcowych. To najbardziej uniwersalna konstrukcja, z najwyższą sprawnością w całej grupie. Artykuł w Machine Design podaje dla współosiowych przekładni walcowych 95–98%, niezależnie od przełożenia. Napęd tego typu montuje się zwykle na łapach albo na kołnierzu, a z maszyną łączy przez sprzęgło lub koło łańcuchowe.
Ograniczeniem jest długość. Silnik i przekładnia tworzą jedną linię, więc napęd wystaje daleko poza maszynę. Dlatego motoreduktory walcowe stosuje się w pompach, mieszadłach, przenośnikach z napędem bocznym i wszędzie tam, gdzie z boku jest miejsce. Dostępne egzemplarze są w kategorii motoreduktory walcowe.
Motoreduktor płaski (wały równoległe)
Motoreduktor płaski też ma tylko koła walcowe, ale wał wyjściowy jest przesunięty względem wału silnika i biegnie obok niego. Napęd robi się przez to krótki i niski. SEW opisuje swoją serię płaską jako konstrukcję smukłą, przeznaczoną do przenośników i maszyn procesowych z ograniczonym miejscem, oferowaną w wersji na łapach, z kołnierzem albo nasadzanej na wał.
Ta ostatnia wersja jest w motoreduktorach płaskich bardzo częsta. Przekładnia ma wtedy wał drążony i nasuwa się ją bezpośrednio na wał maszyny, na przykład bęben przenośnika, a przed obracaniem się korpusu chroni ją ramię reakcyjne. Odpada sprzęgło i podstawa pod silnik. Instrukcja NORD przypomina przy tym dwie zasady: ramienia reakcyjnego nie wolno montować z naprężeniem, a jego śruby trzeba zabezpieczyć przed odkręceniem, bo luźne ramię pozwala przekładni uderzać o wał. Napędy tego typu znajdą Państwo w kategorii motoreduktory płaskie.
Motoreduktor kątowy walcowo-stożkowy i stożkowy
Gdy napęd musi wyjść pod kątem prostym, stosuje się przekładnię z kołami stożkowymi. W motoreduktorze walcowo-stożkowym pierwszy stopień jest walcowy, a stopień stożkowy obraca kierunek o 90°. Silnik leży wtedy wzdłuż maszyny, a nie wystaje z niej w poprzek. Zazębienia nadal się toczą, więc sprawność pozostaje wysoka: SEW podaje te same 96–98% co dla przekładni walcowych, a Siemens dla dwustopniowych przekładni walcowo-stożkowych do 96% i dla trzystopniowych do 94%.
Przekładnie walcowo-stożkowe są zwykle droższe od ślimakowych, zwłaszcza przy małych przełożeniach, na co zwraca uwagę Machine Design. Przy dużych przełożeniach i pracy ciągłej różnicę w cenie odrabiają mniejszym silnikiem i niższym zużyciem energii. Stosuje się je w przenośnikach pracujących przez całą zmianę, w mieszalnikach i w maszynach pakujących. U nas są w kategoriach motoreduktory kątowe i motoreduktory stożkowe.
Motoreduktor ślimakowy
Przekładnia ślimakowa też daje kąt prosty, ale w zupełnie inny sposób. Jeden stopień zapewnia przełożenie nawet 1:100, obudowa jest zwarta, a cena niska. Tak zbudowane napędy pracują w bramach, podajnikach, mieszadłach i małych przenośnikach, czyli tam, gdzie moc jest mała, a praca przerywana. Machine Design ocenia, że przekładnie ślimakowe dają najlepszy stosunek ceny do możliwości przy przełożeniach do około 1:30 i w małych wielkościach.
Ceną jest sprawność i zużycie. Wieniec ślimacznicy z brązu jest bardziej miękki od stalowego ślimaka i z czasem się wyciera, co podkreśla autor z Siemensa. Nowa przekładnia wymaga też docierania, które według SEW trwa zwykle 48 godzin i do tego czasu sprawność jest niższa. Spotyka się też wersję walcowo-ślimakową, w której przed ślimakiem pracuje stopień walcowy. SEW podkreśla, że jej sprawność jest wyraźnie lepsza niż czysto ślimakowej przy tym samym przełożeniu całkowitym.
Dużą zaletą ślimaka bywa samohamowność, ale dotyczy ona tylko dużych przełożeń. SEW uznaje przekładnię za samohamowną statycznie, gdy jej sprawność nie przekracza 50%, a Bonfiglioli przypisuje właściwości blokujące zasadniczo przełożeniom od 1:64. Samohamowność nie zastępuje hamulca w urządzeniach dźwigowych. Szczegóły doboru, z tabelami sprawności i kołnierzy, opisaliśmy w artykule Przekładnia ślimakowa: jak dobrać wielkość, przełożenie i kołnierz. Gotowe napędy i same przekładnie są w kategorii motoreduktory i przekładnie ślimakowe.
Porównanie w tabeli
| Walcowy współosiowy | Płaski | Kątowy walcowo-stożkowy | Ślimakowy | |
|---|---|---|---|---|
| Położenie wałów | w jednej osi | równoległe, przesunięte | pod kątem 90° | pod kątem 90° |
| Sprawność przekładni | 95–98% | do 96–98% | do 94–98% | ok. 50–90%, malejąca z przełożeniem |
| Przełożenie w jednym stopniu | małe, potrzeba 2–3 stopni | małe, potrzeba 2–3 stopni | małe, potrzeba 2–3 stopni | do ok. 1:100 |
| Samohamowność | nie | nie | nie | tylko przy dużych przełożeniach |
| Typowy montaż | łapy, kołnierz | nasadzany na wał, łapy, kołnierz | nasadzany na wał, łapy, kołnierz | kołnierz, łapy, nasadzany na wał |
| Gdzie się sprawdza | pompy, mieszadła, napędy z miejscem z boku | przenośniki, ciasne zabudowy | przenośniki w pracy ciągłej, mieszalniki | bramy, podajniki, praca przerywana, małe moce |
Wartości sprawności pochodzą z dokumentacji SEW-Eurodrive, katalogu Bonfiglioli i artykułów w Machine Design i Power Transmission Engineering (wykaz źródeł na końcu). Dokładną wartość dla konkretnego modelu podaje zawsze jego producent.
Ile kosztuje niższa sprawność
Siemens w Power Transmission Engineering zestawił dwa napędy przenośnika o tej samej mocy na wyjściu (1,4 KM, czyli około 1 kW). Przekładnia walcowo-ślimakowa o sprawności 80% wymagała silnika 2 KM, a walcowo-stożkowa o sprawności 96% silnika 1,5 KM. Ceny zakupu były niemal równe (890 i 930 dolarów), a roczny koszt energii wyniósł odpowiednio 366 i 305 dolarów.
Ten sam rachunek łatwo zrobić na własnych liczbach. Załóżmy maszynę, która potrzebuje 1 kW na wale wyjściowym i pracuje 4000 godzin w roku (dwie zmiany).
- Przekładnia ślimakowa o sprawności 70% pobiera z silnika 1 / 0,70 ≈ 1,43 kW.
- Przekładnia walcowo-stożkowa o sprawności 95% pobiera 1 / 0,95 ≈ 1,05 kW.
- Różnica wynosi około 0,38 kW, co daje rocznie około 1500 kWh.
Przy cenie 1 zł za kWh to około 1500 zł rocznie na jednym napędzie, bez uwzględnienia sprawności samego silnika. Przy bramie otwieranej kilka razy dziennie ta sama różnica sprowadza się do pojedynczych złotych, i właśnie dlatego ślimak wciąż wygrywa tam, gdzie napęd pracuje krótko.
Jak wybrać w praktyce
- Ustal układ wałów. Jeśli napęd może stać w osi maszyny i jest miejsce z boku, wystarczy motoreduktor walcowy. Jeśli ma być krótki i nasadzony na wał, wybierz płaski. Jeśli wał wyjściowy musi być prostopadły, zostaje kątowy albo ślimakowy.
- Oszacuj czas pracy. Przy kilku godzinach dziennie i więcej oraz przy mocach od około 1 kW rachunek za energię zwykle przemawia za przekładnią walcowo-stożkową. Przy pracy krótkiej i przerywanej ślimak jest tańszy w zakupie i wystarczający.
- Sprawdź obroty i moment. Obroty na wyjściu to obroty silnika podzielone przez przełożenie, a moment trzeba liczyć ze sprawnością przekładni, co przy ślimaku robi dużą różnicę.
- Nie licz na samohamowność jako zabezpieczenie. Przy podnoszeniu i na pochyłościach potrzebny jest silnik z hamulcem, niezależnie od typu przekładni. Gotowe napędy są w kategorii motoreduktory z hamulcem.
W naszym magazynie są motoreduktory wszystkich opisanych typów, nowe i używane po przeglądzie, w tym napędy SEW-Eurodrive i NORD. Pełną ofertę znajdą Państwo w kategorii motoreduktory, a same przekładnie ślimakowe 30–150, które składamy z silnikiem na zamówienie, w kategorii reduktory. Napędy o bardzo niskich obrotach wyjściowych zebraliśmy w kategorii motoreduktory wolnoobrotowe.
Źródła
- SEW-Eurodrive, Efficiency of gear units (sprawność przekładni R, F, K, S, W, samohamowność, docieranie), wyd. 11/2025.
- SEW-Eurodrive, Parallel-shaft helical gearmotors, dokumentacja DRN.. gearmotors (IE3), wyd. 02/2026.
- Bonfiglioli, VF-W series wormgears IE2-IE3, katalog, rev. 11: nieodwracalność s. 38–39, tabela W 63 s. 86.
- R. Summervill (Siemens Industry), Two-stage helical bevel gearing offers alternative to three-stage helical bevel gearboxes and worm gearing, Power Transmission Engineering, luty 2016, s. 24–27.
- B. Stoeber, J. Schumacher, Gear efficiency: key to lower drive cost, Machine Design, 2000.
- NORD Drivesystems, B 1000 pl. Reduktor – podręcznik użytkownika z instrukcją montażu, montaż reduktorów nasadzanych i ramienia reakcyjnego s. 25–26.