Krumplinė pavara - tai mechanizmas, kurio pagrindą sudaro du ar daugiau krumpliaračių, perduodantys sukamąjį judesį ir sukimo momentą iš vieno veleno kitam. Šis mechanizmas gali būti naudojamas tiek sukimosi greičiui mažinti, tiek didinti, priklausomai nuo krumpliaračių dydžio ir konfigūracijos. Istoriškai krumplinių pavarų ištakos siekia senovės laikus, o jų raida glaudžiai susijusi su technikos pažanga.
Viena iš krumplinių pavarų rūšių yra sliekinė pavara. Tai sraigtinis mechanizmas, kurio mažesnysis krumpliaratis (sliekas) sukimo momentą perduoda krumpliaračiui su įstrižais krumpliais (sliekračiui). Sliekinė pavara dažniausiai taikoma sukimo momento didinimui ir tuo pačiu sukimosi greičio mažinimui. Pavaros sliekas yra varančioji grandis, o sliekratis - varomoji. Sliekinės pavaros pasižymi tuo, kad jų sliekas ir sliekračio velenų ašys prasilenkia, dažniausiai 90° kampu. Pagal slieko išorinio paviršiaus formą sliekinės pavaros skirstomos į cilindrines ir globoidines. Nors jos yra savistabdės, didėjant apkrovai trinties jėgos proporcingai padidėja, garantuodamos savistabdą, tačiau pagrindiniai trūkumai yra mažas naudingo veikimo koeficientas (0,6-0,9) ir tai, kad dėl trinties tarp slieko ir sliekračio pavara kaista, todėl greičiau dyla, gali strigti.
Krumplinių pavarų istorija ir raida
Krumplinių pavarų prototipu galima laikyti jau 3 a. pr. Kr. atrastus mechanizmus. Žinoma tik tiek, kad 300 m. prieš Kristų prie vandens ratų Egipte jau sukosi krumpliarčiai, horizontalų judėjimą versdami vertikaliu. Teigiama, kad garsus senovės graikų mokslininkas Archimedas 230 m. prieš Kristų sugebėjo pergabenti net didelius krovinius pasinaudodamas būtent krumpliaračiu. Kinijoje rastos bronzinės krumpliaračių liejimo formos, naudotos 206 m. prieš Kristų-220 m. po Kristaus. 1902 m. narai, tyrinėdami nuskendusių laivų liekanas prie Graikijai priklausančios Antikyros salos, aptiko sudėtingą mechanizmą, sudarytą iš daugybės detalių, tarp jų - ir vienas su kitu sukibusių bronzinių krumpliaračių. Šis vadinamasis Antikyros mechanizmas buvo naudojamas Saulės ir Mėnulio užtemimams nuspėti. Manoma, kad šis mechanizmas išliko, nes nuskendo ir todėl vėliau nebuvo išlydytas.
Tobulėjant technikai krumpliaračio svarba vis didėjo. Viduramžiais krumplinė pavara su mediniais krumpliais suko girnas, buvo naudojama vėjo malūnuose ir kasyklose. Tokiu principu, kokiu krumpliaračiai dirbo tada, iki šiol veikia daugelis automobilių pavarų dėžių. XVIII-XIX a. krumpliaratis kartais būdavo piešiamas vokiečių giminės, dažniausiai pavarde Müller (lietuviškai - „malūnininkas“), herbuose. XIX a. viduryje pradėjo skintis kelią į heraldiką - imtas vaizduoti pramonę plėtojančių miestų herbuose.
Krumplinių pavarų tipai ir klasifikacija
Krumplinė pavara gali būti vienpakopė (turi arba varantįjį ir varomąjį krumpliaračius, arba krumpliaratį ir krumpliastiebį, arba slieką ir sliekratį - sliekinė krumplinė pavara) ar daugiapakopė (turi dvi ar daugiau nuosekliai sujungtas vienpakopes krumplines pavaras). Daugiagrandžiai krumpliniai mechanizmai, skirti sūkių dažniui mažinti, vadinami reduktoriais, o sūkių dažniui didinti - multiplikatoriais.
Vienpakopė krumplinė pavara būna:
- Cilindrinė (ašys lygiagrečios). Tai paprasčiausia ir plačiausiai naudojama krumplinių pavarų rūšis dėl santykinai paprastos konstrukcijos. Cilindrinės krumplinės pavaros privalumas - gana paprasta konstrukcija, nes joje nenaudojama daug judamų detalių. Be to, krumpliaračių su išoriniais krumpliais gamyba paprastesnė nei, pavyzdžiui, krumpliaračių su vidiniais krumpliais, sliekračių ar kūginių krumpliaračių. Cilindrinės krumplinės pavaros trūkumas - nedidelis perdavimo santykis, galimas vienoje pakopoje. Įprasta, kad vienoje pakopoje galima pasiekti daugiausia 6:1 perdavimo santykį. Be to, cilindrinė krumplinė pavara yra didesnė ir sunkesnė nei tos pačios perdavimo galios planetinis mechanizmas.
- Kūginė (ašys susikerta).
- Sraigtinė (ašys prasilenkia). Sraigtinės krumplinės perdavos sudarytos iš dviejų evolventinių cilindrinių įstrižakrumplių krumpliaračių.
- Sliekinė (ašys prasilenkia).
- Hiperboloidinė (ašys prasilenkia).
- Hipoidinė (ašys prasilenkia). Hipoidinę krumplinę perdavą sudaro du kūginiai kreivakrumpliai krumpliarčiai.
Skiriama išorinio (abu krumpliaračiai su išoriniais krumpliais) ir vidinio (vieno krumpliaračio krumpliai išoriniai, kito - vidiniai) kabinimosi; tiesiakrumplė, įstrižakrumplė, egliška ir kreivakrumplė; uždaroji (krumpliaračiai dirba uždarame korpuse ir yra nuolat tepami) ir atviroji (krumpliaračiai dirba netepami arba tepami periodiškai); lėtaveikė (greitis v<3 m/s), normalioji (v = 3-15 m/s) ir greitaveikė (v>15 m/s).
Cilindrinės krumplinės pavaros būna išorinio ir vidinio sukibimo. Pagal krumplio linijos kryptį jų krumpliaračiai būna: tiesiakrumpliai, įstrižakrumpliai ir ševroniniai. Krumplinės pavaros su prasilenkiančiomis krumpliaračių sukimosi ašimis yra trijų rūšių: sraigtinė krumplinė pavara su dviem cilindriniais įstrižakrumpliais krumpliaraciais; hipoidinė pavara su dviem kūginiais įstrižakrumpliais krumpliaraciais; sliekinė pavara su sraigtu, vadinamu slieku, ir įstrižakrumpliu cilindriniu krumpliaraciu, vadinamu sliekračiu.
Krumpliaratis ir dabar pamatysime Kinijos, Italijos, Vietnamo valstybių herbuose, pusę krumpliaračio - Angolos herbe ir vėliavoje. Net trys nedideli krumpliaračiai pavaizduoti ant skydo, kurį pagarbiai laiko du zebrai Botsvanos herbe. Šis mechanizmas sudaro tarptautinio „Rotary“ labdaros klubo emblemą, vaizduojamas kai kurių miestų, pavyzdžiui, Rusijos Volgogrado ir Izobilno (Stavropolio kraštas), herbuose.
Cilindrinės ir įstrižakrumplės pavaros
Cilindrinėse krumplinėse pavarose dažnai naudojami krumpliaračiai su įstrižais krumpliais, perdavos ašies atžvilgiu pasuktais kampu. Sukabinti šio tipo krumpliaračiai iš pradžių sukimba ne visu profiliu, skirtingai nei krumpliaračiai su tiesiais krumpliais. Šiuo atveju, sukantis krumpliaračiams, jų sukibimo paviršius vis didėja, kol pasiekia visą plotį, ir ima mažėti krumpliams atsikabinant. Sukabinant krumpliaračius su įstrižais krumpliais įvyksta švelnesnis susidūrimas, dėl to jie mažiau vibruoja ir tyliau sukasi; be to, įstrižakrumplės perdavos gali atlaikyti didesnes apkrovas. Garsumo skirtumą galima pajausti senesniuose automobiliuose: tiesiakrumplė perdava, naudojama atbulinėje pavaroje, skleidžia daugiau triukšmo nei įstrižakrumplė perdava, naudojama priekinės eigos pavarose. Įstrižakrumplių perdavų trūkumas - didesnė trintis, dėl kurios prarandama daugiau energijos. Be to, atsiranda ašinės jėgos, stumiančios krumpliaračius šonais vienas į kitą. Be tiesiakrumplių ir įstrižakrumplių dar naudojamos ir ševroninės perdavos, kurias sudaro du vienas prie kito pritvirtinti krumpliaračiai su įstrižais krumpliais.
Privalumai ir trūkumai
Palyginti su kitomis mechaninėmis pavaromis, krumplinė pavara užima mažiau vietos, jų didelis greičio, galios ir perdavimo santykio reguliavimo diapazonas, turi didesnį naudingumo koeficientą. Tačiau dėl gamybos paklaidų krumpliaračiai dažniausiai kelia virpesius ir triukšmą, be to, neapsaugo mašinos nuo perkrovos ir menkai slopina dinamines apkrovas.
Mašinose ir prietaisuose daugiausia naudojama cilindrinė krumplinė pavara (ją paprasčiau pagaminti), rečiau kūginė, sliekinė ir sraigtinė.
Krumplinių pavarų tikslumas ir standartizacija
Krumplinės pavaros yra standartizuotos, ir būna 12 tikslumo laipsnių, kurie priklauso nuo paskirties ir gamybos tikslumo.