Для чего нужен червячный редуктор: Зачем нужен червячный редуктор? — Волга Ньюс

Содержание

Червячные редукторы: описание, преимущества и недостатки

26/08/2010

Описание конструкции

Редукторы с червячным зацеплением — один из наиболее распространённых типов редукторов.
Червячная передача представляет собой зацепление червяка с червячным колесом. Червяк – это винт с нарезанной на нём резьбой, по профилю близкой к трапецеидальной. Червячное колесо — косозубое зубчатое колесо со специальным профилем зубьев. При вращении червяка витки резьбы перемещаются вдоль его оси и толкают в этом направлении зубья червячного колеса. Ось червяка скрещивается под прямым углом с осью червячного колеса, расстояние между ними — определяющий размер редуктора. В редукторах российского производства этот размер является составной частью обозначения редуктора и определяет его габарит. Например, Ч-80 — червячный одноступенчатый редуктор с межосевым расстоянием 80 мм, а Ч-100 соответственно имеет межосевое расстояние 100 мм.

Преимущества червячных редукторов и построенных на них приводов:

1. Поскольку входной и выходной валы червячного редуктора скрещиваются, привод на его основе обычно лучше компонуется в машине, занимая меньше места по сравнению с цилиндрическим редуктором (речь идет о редукторах с эквивалентными передаточным числом и передаваемой мощностью).

2.Передаточное число червячной пары может достигать 1:110 (в специальных случаях — ещё больше). Таким образом, червячная передача обладает гораздо большим потенциалом снижения частоты вращения и повышения крутящего момента по сравнению с другими видами передач. Достижение передаточных чисел такого порядка с использованием цилиндрических передач возможно только в трёхступенчатом редукторе (или в планетарном). В червячном для этого может быть использована только одна ступень. Это обстоятельство обуславливает относительную простоту и дешевизну червячных редукторов по сравнению с цилиндрическими (опять же речь идёт о сравнимых передаточных числах и передаваемых мощностях). Оборотной стороной этого преимущества, однако, является снижение КПД червячной передачи при увеличении её передаточного числа, об этом подробнее — см. раздел «недостатки».

3. Низкий уровень шума передачи, определяющийся особенностями зацепления, позволяет использовать червячные редукторы в машинах с высокими требованиями к бесшумности привода. Здесь, однако, нельзя забывать о шумах, производимых двигателями и приводимыми в движение механизмами.

4. Плавность хода червячной передачи. Благодаря особенностям работы червячного зацепления червячные редукторы обладают большей плавностью хода по сравнению с цилиндрическими.

5. Уникальное свойство червячной передачи – «самоторможение» (другой термин, обозначающий это явление – «отсутствие обратимости»). Суть его в том, что при отсутствии вращения ведущего вала (червяка) ведомый вал затормаживается, и его невозможно провернуть. Это свойство начинает проявляться при передаточных числах от 35 и выше. Более корректно было бы здесь говорить не о передаточном числе, а об угле подъёма червяка, при уменьшении которого в определённый момент возникает самоторможение. Полное самоторможение достигается в передаче, в которой угол подъёма винтовой линии червяка равен или меньше 3. 5°. Однако производители редукторов далеко не всегда предоставляют информацию об этом параметре в своих каталогах, и разработчикам приходится оперировать именно передаточными числами. Описанное свойство, в зависимости от области применения редуктора, может быть как достоинством, так и недостатком. Например, было бы конструкторской ошибкой применять червячный редуктор в приводе, скажем, закаточного устройства, при заправке которого требуется вручную поворачивать бобину с закатываемым листовым материалом, так как червячный редуктор даже с передаточным отношением меньше 25 довольно тяжело провернуть за ведомый вал. Наоборот, применение червячного редуктора (с большим передаточным числом червячной пары) в приводе подъёмника позволяет во многих случаях отказаться от установки дополнительного тормозного устройства.

6. Существуют исполнения червячных редукторов с полым выходным валом. Эти варианты редукторов (называемые также “насадными”) позволяют устанавливать редукторы непосредственно на валы исполнительных механизмов без применения соединительных муфт или дополнительных механических передач. Такая установка в сочетании с применением так называемых “реактивных штанг” или фланцевых исполнений редуктора упрощает конструкцию и уменьшает габарит привода:

Описанным преимуществом могут обладать не только червячные редукторы, но и другие типы редукторов, за исключением, пожалуй, соосных цилиндрических, где такая установка невозможна из-за их конструктивных особенностей. Здесь следует отметить, что иногда отсутствие предохранительной муфты между выходным валом редуктора и валом приводимого в движение механизма может привести к поломке редуктора из-за приложения нештатной нагрузки к выходному валу, превышающей номинальный выходной момент редуктора. В таких случаях задача конструктора – либо обеспечить отсутствие вероятности приложения таких нагрузок, либо защитить от них привод, например, с помощью муфты.

Сказанное в большей степени относится именно к червячным редукторам из-за их самоторможения.

Недостатки червячных редукторов и построенных на них приводов

1. КПД червячного редуктора ниже, чем КПД цилиндрического. Причём КПД снижается с увеличением передаточного отношения. Это влечёт за собой потери энергии — фактор, который в современном мире ни в коем случае нельзя сбрасывать со счетов. Например, КПД червячного редуктора Ч-80 с передачей 1:80 российского производства составляет 58%. Остальные 42% — потери на необратимое рассеяние энергии. Этот недостаток обусловлен повышенным по сравнению с другими типами передач трением скольжения витков червяка о зубья червячного колеса. В этом смысле червячная передача похожа на передачу «винт-гайка скольжения», тоже не отличающуюся высоким КПД. В период приработки под нагрузкой в течение 200…250 часов КПД может составлять 90% от номинального.

2. Нагрев. Это – следствие предыдущего недостатка. Та кинетическая энергия, которая не была передана червячной передачей, превращается в тепло. Не зря на корпусах именно червячных редукторов выполнены рёбра, делающие их похожими на батареи центрального отопления. Некоторые крупногабаритные червячные редукторы поставляются с вентиляторными крыльчатками на свободном торце быстроходного вала. В других случаях приходится организовывать принудительную циркуляцию масла в корпусе редуктора. Сказанное относится к редукторам с большой передаваемой мощностью (свыше 4…5 кВт). В случаях с меньшей мощностью дополнительные меры по отводу тепла, как правило, не требуются. Однако, нагрев корпуса червячного редуктора при его работе всегда имеет место.

3. Самоторможение (подробнее – см. п. 5 «преимуществ»). Его появление иногда вредно – в тех случаях, когда выходной вал требуется провернуть без включения привода червячного редуктора.

4. Ограничения по передаваемой мощности. Технической литературой не рекомендуется использовать червячную передачу при передаваемой мощности более 60 кВт (источник – Справочник конструктора-машиностроителя В. И. Анурьева, т. 2, стр. 606, издание 2001 г.). Червячные редукторы на более высокую мощность, однако, существуют. Это, в основном, глобоидные червячные редукторы, применяемые в специальных случаях (например, приводы лифтов и подъёмнкиов). И всё же при выборе редуктора на такую мощность рекомендуется преимущество отдать цилиндрическим типам редукторов. Насколько мне известно, ведущие зарубежные производители червячных редукторов в основной своей массе выпускают червячные редукторы на передачу мощности до 15 кВт.

5. Люфт выходного вала. Такой люфт существует в любом из типов редукторов, однако, в червячных редукторах его величина, как правило, больше и увеличивается по мере износа.

6.Ресурс червячных редукторов принято считать ниже, чем цилиндрических. Это очень условное утверждение, но из-за наличия повышенного по сравнению с другими типами редукторов трения скольжения в зацеплении износ действительно имеет место. Российские производители редукторов предоставляют следующие данные по параметрам рабочего ресурса редукторов с разными типами передач:

Червячные — не менее 10 000 часов;

Цилиндрические редукторы — не менее 25 000 часов (данные завода «Редуктор», Санкт-Петербург).

7. Работа червячного редуктора в условиях неравномерных нагрузок на выходном валу, а так же при частых пусках-остановах не рекомендуется.

Применение червячных редукторов

Спектр применения чрезвычайно широк. Транспортеры, конвейеры, подъёмники, насосы, мешалки, приводы ворот, металлообрабатывающие станки, в том числе для выполнения фрезерных работ. Там, где требуется бюджетное решение по понижению частоты вращения привода и увеличению крутящего момента в условиях отсутствия значительных ударных нагрузок и невысокой периодичности включений, там ставьте червячный редуктор. Однако, всё же это слишком категоричное утверждение. Не претендуя на абсолютную непогрешимость против истины, попробую все же сформулировать основные рекомендации по применению червячных редукторов:

1. В случае, если не требуется самоторможения, и передаточное число редуктора должно быть больше 25 – применяйте цилиндро-червячные редукторы. КПД такого редуктора будет выше за счёт снижения передаточного отношения на червячной ступени. Соответственно – появится экономия затрат на электроэнергию и увеличение ресурса работы.

2. Не ставьте червячные редукторы в привода механизмов, находящихся под ударными нагрузками. При долговременной работе с ударами червячный редуктор может перегреваться, и у него резко снизится ресурс. Автор этих строк был свидетелем вскипания масла в редукторе, передающем мощность 4 кВт после нескольких часов его работы в качестве привода барабана шероховального устройства, на который воздействовала периодическая ударная нагрузка от ножа, срезающего шашки протектора изношенных покрышек.

3. Имеет большое значение схема установки редуктора в пространстве. Базовой и наиболее рекомендуемой по условиям смазывания передачи является схема, когда ось червяка – внизу, а ось колеса – вверху:

Возможна другая ориентация в пространстве, при заказе внимательно рассмотрите соответствие обозначения схемы расположения редуктора с действительностью! При наличии несоответствия из редуктора может вытечь масло, червяк может работать «всухую» или, наоборот, быть полностью погруженным в масло. Всё это ведёт к резкому сокращению ресурса. При верхнем расположении червяка техническая литература рекомендует снизить значение номинального крутящего момента на выходе на 20%.

4. Применение реактивной штанги или фланцевого крепления более предпочтительно, чем установка редуктора на лапах. См. п. 6 «Преимуществ».

5. Не рекомендую применять червячные редукторы в системах позиционирования. Имеющийся в передаче люфт может негативно влиять на точность (здесь, конечно, всё зависит от конкретных условий – если выходной вал соединен, например, с ходовым винтом, имеющим небольшой шаг, а требуемая точность позиционирования гайки ±1 мм, червячный редуктор вполне подойдет).

6. При выборе типа редуктора применительно к червячному всегда необходимо осознавать возможность появления самоторможения и всего, что из этого свойства вытекает. Не ставьте червячный редуктор на привод колёсной пары тележки, если её необходимо будет иногда катать вручную. Тяжело будет катать.

7. Перед пуском нового редуктора в работу под нагрузкой рекомендуется его обкатать в холостом режиме (без рабочей нагрузки или с пониженной нагрузкой) в течение 15…20 часов для приработки трущихся поверхностей.

8. Червячному редуктору в общем случае требуется более густая смазка, чем другим видам редукторов.

Червячные редукторы — ЕМ Интех

Для обеспечения стабильной передачи и преобразования крутящего момента от мотора к рабочему механизму используется червячный редуктор, в основе которого используется зубчато-винтовой механизм. Устройство, как правило, преобразует невысокий крутящий момент мотора с высокой скоростью вращения, выдавая на выходе пропорционально сниженную скорость и повышенный момент.
Передаточное число, при котором достигаются оптимальные стабильные показатели эксплуатации составляет не более 40. Данный тип механизма отличается компактными размерами, плавной тихой работой, а также наличием специального механизма, активирующего процесс самоторможения.

Червячный редуктор нашел широкое применение в машиностроении и промышленности. Механизм благодаря надежности и стабильности функционирования позволяет сохранять стабильное изменение угловой скорости и показателя крутящего момента. Агрегат рассчитан на равномерные силовые нагрузки. Постоянная смена запуска на остановку, а также подача неравномерных нагрузок на узлы ускоряют процесс изнашивания поддающихся трению деталей и поломку силового устройства.

Конструктивные особенности червячного редуктора. Устройство и принцип работы.

Конструкционно червячный редуктор представляет собой металлический прочный корпус, внутри которого расположена червячная передача. Данный механизм состоит из так называемого червяка – винта с резьбой, и колеса, оснащенного дугообразными косыми зубьями, которые плотно огибают окружность витков винта. Во время движения винта нарезанные вдоль его оси витки резьбы движутся и приводят в действие червячное колесо. Оси колеса и червяка расположены под углом 90 градусов. Расстояние между этими осями – это показатель, характеризующий габариты агрегата и используется в техническом описании устройства. Межосевое расстояние указывается в мм. Например, NMRV-030, 060, 150.

Корпус червячного редуктора изготавливается из чугуна, что обеспечивает высокую прочность агрегата и износостойкость в процессе эксплуатации. Для удобства обслуживания корпус является составной конструкцией, что позволяет легко выполнить разборку для обслуживания внутренних узлов.

Винт рассчитан на высокие рабочие нагрузки, поэтому материал его изготовления – легированная сталь. Шестерню изготавливают из цветного металлического сплава, который рассчитан на снижение коэффициента трения и исключение перегрева в области сцепления лубьев и винта. Червяк – основное звено всего механизма, а шестерня принимает крутящий момент от зубчатого колеса, осуществляя вращение вала на выходе агрегата. Вал относительно винта расположен под прямым углом.

Чтобы червячный редуктор не перегревался за счет трения движущихся узлов внутри агрегата применяется масляная смазка. Для обеспечения герметичности и стабильной фиксации всех деталей устройства используются уплотнительные элементы, которые также помогают избежать потери масла во время работы агрегата.

Редуктор червячного типа в зависимости от количества резьбовых каналов и возможных ступеней может быть многоступенчатым или одноступенчатым. Одноступенчатые устройства используются чаще всего благодаря простоте устройства, гарантирующей стабильную эксплуатацию при равномерных нагрузках.

Одноступенчатые приводы

Одноступенчатый механизм отличается от других моделей небольшими компактными размерами, а также обеспечивает во время работы передачу максимального усилия. В одноступенчатом агрегате тихоходный вал может располагается справа, слева или с обеих сторон корпуса.

В зависимости от поставленных задач и особенностей монтажа подбирается подходящий тип компоновки аппарата. Червячный редуктор, оснащенный одноступенчатым приводом, отличается плавной работой и функцией самоторможения.

Многоступенчатые приводы червячных редукторов

Когда нужно обеспечить работу с высоким передаточным числом, применяется червячный редуктор, имеющий две и более ступени. Расположение винта в многоступенчатых агрегатах горизонтальное или вертикальное рядом с колесом, под или над ним.

Многоступенчатый механизм подбирается с учетом поставленных задач и особенностей функционирования агрегата. При боковом размещении передачи достигается снижение уровня смазочного материала, который находится в подшипнике вертикального вала.

Области применения червячных редукторов

Будучи компонентом электромеханического или механического двигателя, червячный редуктор сохраняет мощность привода, увеличивает крутящий момент, подающийся на выходной вал. Область применения агрегатов имеет большое распространение в машиностроении и промышленности. Редуктор червячного типа также используется в случаях, когда требуется изменить направление движения вращающихся валов.

Агрегаты эффективно применяются в металлопрокате, железнодорожной отрасли. За счет наличия реверса во время движения, устойчивости к наращиванию скорости и торможению данные агрегаты нашли свое применение в приводах барабанов для тросов лифтов.

За счет простоты работы червячный редуктор незаменим в качестве рабочего узла, используемого в качестве приводного механизма бетономешалок, насосов, транспортеров, подъемных кранов, эскалаторов, растворосмесителей. Данный механизм является ключевым элементом, используемым в станках для обработки металлических либо деревянных материалов. Механизм обеспечивает высокую надежность и устойчивость к стабильным рабочим нагрузкам.

Преимущества редукторов с червячной передачей

Плавность и бесшумность.
Компактные размеры.
Простота установки.
Самоторможение системы.

Плавность и бесшумность. Редуктор с червячной передачей имеет низкий уровень шума во время работы независимо от степени рабочих нагрузок на движущиеся элементы. Бесшумная плавная работа механизма обусловлена особенной конструкцией лубьев и зацепляющих элементов. В промышленных машинах и станках уровень шума, издаваемый агрегатом во время работы, играет ключевую роль для обеспечения оптимальных условий труда человека возле установки. В сравнении с цилиндрическим мотор-редуктором червячный превосходит его по тишине плавности хода движущихся элементов силового устройства. Также при необходимости агрегат самопроизвольно выполняет торможение.

Компактные размеры. Одноступенчатый червячный редуктор отличается компактными размерами. Это позволяет сохранить полезное рабочее пространство при отсутствии потери показателей эффективности. Механизм при небольших габаритах обеспечивает работу с высоким передаточным числом. Уменьшение размеров достигнуто за счет уникальной конструкции силового агрегата. Расположение входного и выходного валов под прямым углом позволяет компактно разместить рабочие компоненты установки внутри корпуса.

Простота установки. Редуктор червячного типа имеет упрощенную конструкцию для быстрой установки. Высокое передаточное число, которое имеет рабочий агрегат в сочетании с простой конструкцией делает механизм очень привлекательным и выгодным в использовании для производителей машиностроительной отрасли.

Самоторможение системы. Благодаря системе самоторможения механизм позволяет снизить затраты на установку дополнительных механизмов, отдельно выполняющих функцию торможения. Самоторможение осуществляется только в случае, когда винтовая линия расположена под углом не более 3,5 градусов. В других случаях самоторможение отсутствует.

Недостатки редукторов червячного типа

Высокий тепловой нагрев.
Невысокий КПД.
Ограничение передаваемой мощности.
Люфт выходного вала.

Высокий тепловой нагрев. При невысоких показателях коэффициента полезного действия в подвижных узлах повышается нагрев движущихся элементов и возникают энергопотери. При работе с небольшими нагрузками на невысокой мощности дополнительного охлаждения системы не требуется. Агрегатам, имеющим мощность более 4 кВт, обязательно требуется отельная установка охлаждающей системы для обеспечения эффективного теплоотвода. Для вывода излишков тепловой энергии применяется вентилятор, который устанавливается с торца агрегата. В мощных аппаратах предусмотрена уникальная система для обеспечения циркуляции масла.

Невысокий КПД. Имея высокое передаточное число, червячный редуктор обладает сравнительно невысоким показателем КПД. Это связано с тем, что при условии повышения передаточного числа, коэффициент полезного действия агрегата пропорционально снижается. Потери КПД связаны с возникновением трения между витками винта и зубьями рабочего колеса. Стоит отметить, что при длительной работе более 200 часов с повышенными нагрузками коэффициент полезного действия снижается от нормативных показателей на 10%.

Ограничение передаваемой мощности. Червячный редуктор обеспечивает стабильную бесперебойную работу при показателях передаваемой мощности, которые не превышают 15 кВт. Несмотря на то, что физические показатели агрегата теоретически рассчитаны на нагрузки до 60 кВт, рекомендованные ограничения, гарантирующие эффективное длительное функционирование, лучше не превышать. Для решения задач, требующих более высоких нагрузок мощности производитель рекомендует использовать цилиндрический тип устройства. Также может применяться особый тип устройства с измененной формой винта, что позволяет повысить передаваемую мощность.

Люфт выходного вала. Конструкционно устройство еще в начале эксплуатации на выходном вале имеет люфт, который в процессе изнашивания агрегата пропорционально увеличивается. Этот недостаток нужно учитывать в момент проведения расчетов для подбора подходящего варианта конструкции, которая обеспечит длительный срок эксплуатации с учетом износа.

Частое обслуживание. Редуктор червячного типа требует постоянного технического обслуживания, которое для обеспечения стабильной работы должно выполняться на регулярной основе. Этот недостаток нужно учитывать перед тем, как выбрать модель устройства для применения его в производстве в качестве силового узла.

Невысокий рабочий ресурс. В сравнении с устройствами другого типа, этот аппарат уступает в два раза. Ускоренный процесс изнашивания деталей обусловлен трением во время эксплуатации. Рабочий ресурс агрегата составляет 10 тысяч часов. Для сравнения этот показатель у цилиндрических механизмов составляет 25 тысяч часов.

Все о червячных передачах — что это такое и как они работают

Червячные передачи — это компоненты силовой передачи, которые в основном используются в качестве передаточных редукторов для изменения направления вращения вала, а также для уменьшения скорости и увеличения крутящего момента между непараллельно вращающимися валами. Они используются на валах с непересекающимися перпендикулярными осями. Поскольку зубья зацепляющихся шестерен скользят мимо друг друга, червячные передачи неэффективны по сравнению с другими зубчатыми передачами, но они могут привести к значительному снижению скорости в очень компактных пространствах и, следовательно, имеют множество промышленных применений. По существу, червячные передачи можно разделить на одно- и двухконтурные, что описывает геометрию зацепления зубьев. Здесь описаны червячные передачи, а также обсуждение их работы и общих применений.

Цилиндрические червячные передачи

Основной формой червяка является эвольвентная рейка, с помощью которой образуются цилиндрические зубчатые колеса. Зубья рейки имеют прямые стенки, но когда они используются для создания зубьев на заготовках шестерен, они создают знакомую изогнутую форму зуба эвольвентного прямозубого колеса. Эта зубчатая рейка по существу наматывается вокруг тела червяка. Сопряженное червячное колесо состоит из косозубых зубьев шестерни, нарезанных под углом, соответствующим углу зуба червяка. Истинная форма шпоры возникает только в центральной части колеса, поскольку зубья изгибаются, охватывая червяк. Зацепление аналогично действию зубчатой рейки, за исключением того, что поступательное движение рейки заменено вращательным движением червяка. Кривизна зубьев колеса иногда описывается как «горбовидная».

Черви будут иметь от одного до четырех (или более) потоков или запусков. Каждая резьба входит в зацепление с зубом на червячном колесе, которое имеет гораздо больше зубьев и гораздо больший диаметр, чем червяк. Черви могут поворачиваться в любом направлении. Червячные колеса обычно имеют не менее 24 зубьев, а сумма витков червяка и зубьев колеса обычно должна быть больше 40. Червяки могут быть изготовлены непосредственно на валу или отдельно и надеты на вал позже.

Многие червячные редукторы теоретически являются самотормозящимися, то есть не могут иметь обратный привод от червячного колеса, что является преимуществом во многих случаях, например, при подъеме грузов. Если желательной характеристикой является обратный ход, геометрия червяка и колеса может быть адаптирована для его обеспечения (часто требуется несколько пусков).

Отношение скоростей червяка и колеса определяется отношением числа зубьев колеса к виткам червяка (а не их диаметрам).

Поскольку червяк изнашивается сравнительно больше, чем колесо, часто для каждого из них используются разные материалы, например червяк из закаленной стали, приводящий в движение бронзовое колесо. Также доступны пластиковые червячные колеса.

Червячные передачи с одинарной и двойной оболочкой

Обволакивание относится к способу, при котором зубья червячного колеса частично наматываются на червяк или зубья червяка частично наматываются на колесо. Это обеспечивает большую площадь контакта. В червячной передаче с одним огибающим цилиндрический червяк входит в зацепление с зубьями колеса с желобками.

Чтобы обеспечить еще большую контактную поверхность зуба, иногда сам червяк имеет форму песочных часов, чтобы соответствовать кривизне червячного колеса. Эта установка требует тщательного осевого позиционирования червяка. Червячные передачи с двойной оболочкой сложны в обработке и имеют меньше применений, чем червячные передачи с одной оболочкой. Достижения в области механической обработки сделали конструкции с двойной оболочкой более практичными, чем в прошлом.

Косозубые шестерни с перекрестными осями иногда называют червячными передачами без огибающей. Самолетный хомут, скорее всего, не имеет огибающей конструкции.

Приложения

Редукторы с червячной передачей обычно применяются в приводах ленточных конвейеров, поскольку лента движется сравнительно медленно по отношению к двигателю, что обуславливает необходимость редуктора с высоким передаточным числом. Сопротивление обратному движению через червячное колесо можно использовать для предотвращения реверсирования ленты при остановке конвейера. Другими распространенными областями применения являются приводы клапанов, домкраты и циркулярные пилы. Иногда они используются для индексации или в качестве точных приводов для телескопов и других инструментов.

Нагрев является проблемой червячных передач, так как движение, по сути, скользит, как гайка на винте. Для привода клапана рабочий цикл, вероятно, будет прерывистым, и тепло, вероятно, легко рассеивается между нечастыми операциями. Для привода конвейера с возможной непрерывной работой тепло играет большую роль в проектных расчетах. Кроме того, для червячных передач рекомендуются специальные смазки из-за высокого давления между зубьями, а также из-за возможности истирания червяка и колеса из разных материалов. Корпуса червячных передач часто снабжены охлаждающими ребрами для отвода тепла от масла. Можно добиться практически любой степени охлаждения, поэтому тепловые факторы для червячных передач следует учитывать, но не ограничивать. Обычно рекомендуется, чтобы температура масла не превышала 200 ° F, чтобы обеспечить эффективную работу любого червячного привода.

Обратное движение может иметь место, а может и не возникать, поскольку оно зависит не только от углов наклона спирали, но и от других менее поддающихся количественной оценке факторов, таких как трение и вибрация. Чтобы гарантировать, что это произойдет всегда или никогда не произойдет, разработчик червячного привода должен выбрать углы спирали, которые либо достаточно крутые, либо достаточно пологие, чтобы переопределить эти другие переменные. Продуманный дизайн часто предполагает включение резервного торможения с самоблокирующимся приводом, когда на карту поставлена безопасность.

Червячные передачи доступны как в корпусе, так и в виде зубчатых передач. Некоторые агрегаты могут поставляться со встроенными серводвигателями или в многоскоростном исполнении.

Специальные прецизионные червяки и версии с нулевым люфтом доступны для применений, связанных с высокоточными редукторами. Высокоскоростные версии доступны у некоторых производителей.

Резюме

В этой статье представлено краткое обсуждение червячных передач и принципов их работы. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах. Дополнительную информацию о зубчатых колесах можно найти на веб-странице Американской ассоциации производителей зубчатых колес.

Прочие шестерни Артикул

Типы звездочек — руководство по покупке Томаса
Все о прямозубых зубчатых колесах — что это такое и как они работают
О сцеплениях — краткое руководство
Понимание передач
Все о конических зубчатых колесах — что это такое и как они работают
Все о косозубых передачах — что это такое и как они работают
Все о реечных передачах — что это такое и как они работают
Материалы для зубчатых передач, классификация и применение
Определения терминологии передач
Top Gears Производители и поставщики

Другие товары от Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Описание червячных передач

Что такое червячная передача?

Червячная передача представляет собой зубчатое колесо, состоящее из вала со спиральной резьбой, который входит в зацепление с зубчатым колесом и приводит его в движение. Червячные передачи — это шестерни старого типа и версия одной из шести простых машин. По сути, червячная передача представляет собой винт, упирающийся в то, что выглядит как стандартная прямозубая шестерня со слегка наклоненными и изогнутыми зубьями.

Он изменяет вращательное движение на 90 градусов, а также изменяется плоскость движения за счет положения червяка на червячном колесе (или просто «колесе»). Обычно они состоят из стального червяка и латунного колеса.

Рисунок 1. Червячная передача. Большинство червей (но не все) находятся внизу.

Как работают червячные передачи

Электродвигатель или двигатель передает мощность вращения через червяк. Червяк вращается против колеса, а поверхность винта давит на зубья колеса. Колесо прижимается к грузу.

Использование червячной передачи

Есть несколько причин, по которым можно выбрать червячную передачу вместо стандартной.

Во-первых, это высокий коэффициент редукции. Червячная передача может иметь огромное передаточное отношение без особых усилий — все, что нужно сделать, это добавить окружность колеса. Таким образом, вы можете использовать его либо для значительного увеличения крутящего момента, либо для значительного снижения скорости. Обычно для достижения того же уровня редукции, что и для одинарной червячной передачи, требуется несколько передаточных чисел обычной передачи, а это означает, что пользователи червячных передач имеют меньше движущихся частей и меньше мест для отказа.

Второй причиной использования червячной передачи является невозможность изменить направление мощности. Из-за трения между червяком и колесом колесо с приложенной к нему силой практически не может привести червяк в движение.

На стандартной передаче вход и выход можно поворачивать независимо, если приложено достаточное усилие. Это требует добавления обратного упора к стандартной коробке передач, что еще больше усложняет набор шестерен.

Почему бы не использовать червячные передачи

Есть одна особенно очевидная причина, по которой червячную передачу не следует выбирать стандартной: смазка. Движение между червяком и зубчатым колесом полностью скользящее. В контакте или взаимодействии зуба нет компонента качения. Это делает их относительно трудно смазываемыми.

Требуемые смазочные материалы обычно имеют очень высокую вязкость (ISO 320 и выше), и поэтому их трудно фильтровать, а требуемые смазочные материалы, как правило, специализируются на том, что они делают, и требуется, чтобы продукт был на месте специально для этого типа оборудования.

Смазка червячной передачи

Основная проблема с червячной передачей заключается в том, как она передает мощность. Это благо и проклятие одновременно. Спиралевидное движение позволяет добиться значительного уменьшения на сравнительно небольшом пространстве для того, что требуется, если бы использовалась стандартная косозубая передача.

Это спиральное движение также приводит к тому, что основным способом передачи энергии является невероятно проблематичное состояние. Это широко известно как трение скольжения или износ скольжения.

В типичном наборе зубчатых колес мощность передается в точке пиковой нагрузки на зуб (известной как вершина или делительная линия), по крайней мере, в условиях износа при качении. Скольжение происходит по обе стороны от вершины, но скорость относительно низкая.

В червячной передаче скользящее движение является единственной передачей мощности. При скольжении червяка по зубу колеса он медленно стирает смазочную пленку, пока смазочной пленки не остается, и в результате червяк трется о металл колеса в режиме граничной смазки. Когда поверхность червяка отрывается от поверхности колеса, она захватывает больше смазки и начинает процесс заново при следующем обороте.

Трение качения на типичном зубчатом колесе требует небольшого количества смазочной пленки для заполнения пространств и разделения двух компонентов. Поскольку скольжение происходит по обе стороны вершины зуба шестерни, для преодоления этой нагрузки требуется немного более высокая вязкость смазки, чем строго необходимая для износа качения. Скольжение происходит с относительно небольшой скоростью.

Червяк на червячной передаче крутится, и при вращении давит от нагрузки, воздействующей на колесо. Единственный способ предотвратить соприкосновение червяка с колесом — это иметь достаточно большую толщину пленки, чтобы не стереть всю поверхность зуба до того, как эта часть червяка выйдет из зоны нагрузки.

Для этого сценария требуется специальный вид смазки. Мало того, что это должна быть смазка с относительно высокой вязкостью (и чем выше нагрузка или температура, тем выше должна быть вязкость), она должна иметь какой-то способ помочь преодолеть существующие условия скольжения.

Прочтите Правильный способ смазывания червячных передач, чтобы узнать больше по этой теме.

Вязкость

Вязкость является основным фактором, препятствующим соприкосновению червяка с колесом в червячной передаче. В то время как нагрузка и размер зубчатой передачи определяют требуемую смазку, ISO 460 или ISO 680 довольно распространены, а ISO 1000 не является чем-то необычным. Если вы когда-либо пытались фильтровать этот диапазон вязкости, вы знаете, что это проблематично, потому что, вероятно, ни один из фильтров или насосов, которые у вас есть на месте, не будет подходящего размера или номинала для правильной работы.

Поэтому вам, вероятно, потребуется специальный насос и фильтр для этого типа устройства. Вязкая смазка требует медленной работы насоса, чтобы смазка не активировала байпас фильтра. Также потребуется фильтр с большой площадью поверхности, чтобы смазка могла проходить через него.

Типы смазочных материалов для поиска

Одним из типов смазочных материалов, обычно используемых с червячными передачами, являются редукторные масла на минеральной основе. Нет никаких присадок, которые можно было бы добавить в смазку, чтобы она могла преодолевать износ скольжения на неопределенный срок, но комбинация натуральных или синтетических жирных добавок в компаундированных трансмиссионных маслах обеспечивает хорошую смазывающую способность, обеспечивая дополнительную меру защиты от контакта металла с металлом. .

Другим типом смазочного материала, обычно используемым с червячными передачами, являются промышленные редукторные масла на минеральной основе с противозадирными свойствами. Есть некоторые проблемы с этим типом смазки, если вы используете червячную передачу с компонентом из желтого металла (латуни). Однако, если у вас относительно низкие рабочие температуры или на поверхности зубьев шестерни нет желтого металла, эта смазка работает хорошо.

Редукторные смазки на основе полиальфаолефинов (ПАО) хорошо работают в червячных передачах, поскольку они естественным образом обладают хорошими смазывающими свойствами. С трансмиссионным маслом PAO необходимо следить за пакетом присадок, потому что они могут иметь противозадирные присадки. Обогащенное трансмиссионное масло для стандартных условий эксплуатации с противоизносными свойствами (AW), как правило, приемлемо, но убедитесь, что его свойства совместимы с большинством металлов.

Автор рекомендует внимательно следить за металлами износа при анализе масла, чтобы убедиться, что пакет AW не настолько реактивен, чтобы вызвать значительное выщелачивание из латуни. Эффект должен быть намного меньше, чем тот, который можно было бы увидеть с EP, даже при наихудшем сценарии реактивности AW, но он может проявиться при испытаниях металлов. Если вам нужна смазка, способная выдерживать более высокие или более низкие температуры, чем обычно, возможно, имеется подходящий продукт на основе полиальфаолефинов.

Полиалкиленгликоли (ПАГ), четвертый тип смазочных материалов, становятся все более распространенными. Эти смазочные материалы обладают превосходными смазывающими свойствами и не содержат восков, которые вызывают проблемы при низких температурах со многими минеральными смазочными материалами, что делает их отличным выбором для работы при низких температурах. Следует соблюдать осторожность при использовании масел PAG, поскольку они несовместимы с минеральными маслами, некоторыми уплотнениями и красками.

Металлургия червячных передач

Наиболее распространенные червячные передачи состоят из латунного колеса и стального червяка. Это связано с тем, что латунное колесо обычно легче заменить, чем сам червяк. Колесо сделано из латуни, потому что оно предназначено для жертвоприношения.

В случае соприкосновения двух поверхностей червяк практически не изнашивается, потому что колесо более мягкое, и, следовательно, большая часть износа приходится на колесо. Отчеты об анализе масла для этого типа агрегата почти всегда показывают некоторый уровень меди и низкий уровень железа — в результате жертвенного колеса.

Это латунное колесо создает еще одну проблему в уравнении смазки червячных передач. Если в маслосборник червячной передачи с латунным колесом залить сернисто-фосфорное трансмиссионное масло EP, и температура будет достаточно высокой, присадка EP активируется. В обычных стальных шестернях эта активация создает тонкий слой окисления на поверхности, который помогает защитить зубья шестерни от ударных нагрузок и других экстремальных механических условий.

Однако на поверхности латуни активация противозадирной присадки приводит к значительной коррозии из-за серы. За короткое время можно потерять значительную часть нагрузочной поверхности колеса и нанести серьезный ущерб.

Другие материалы
Некоторые из менее распространенных материалов, используемых в червячных передачах, включают:

Стальной червяк и стальное червячное колесо — В этом приложении нет усложнений EP латунной передачи, но в таком редукторе нет места для ошибок. Ремонт червячных передач с использованием такой комбинации металлов обычно более дорогостоящий и требует больше времени, чем ремонт червячных передач из латуни и стали. Это связано с тем, что перенос материала, связанный с отказом, делает червяк и колесо непригодными для восстановления.

Латунный червяк и латунное червячное колесо . Это применение, скорее всего, встречается в ситуациях с умеренными и легкими нагрузками, поскольку латунь может выдерживать только меньшую нагрузку. Выбор смазки для этой комбинации металлов является гибким из-за более легкой нагрузки, но все же необходимо учитывать ограничения по добавкам в отношении противозадирных свойств из-за желтого металла.