Как устроены червячные редукторы?

В этой статье даются ответы, в частности, на следующие вопросы:

Как устроены червячные редукторы?

Какие типы червяков и червячных передач существуют?

Как определяется передаточное число червячных редукторов?

Что такое статическая и динамическое самоторможение и где оно используется?

Какая связь между самоторможением и эффективностью?

В чем преимущества использования многоступенчатых редукторов?

Почему самоблокирующиеся червячные приводы не должны останавливаться сразу после выключения электропитания, если вместе с ними вращаются большие нагрузки?

Принцип работы червячного редуктора

Особой конструкцией зубчатого колеса является червяк. В этом случае зубы зубчатого колеса заходят на вал червяка, как резьба винта. Сопрягающая передача с червяком - это червячная передача. Такой редуктор, состоящий из червяка и червячного колеса, имеет название червячный редуктор.

Червячный привод

Червяк можно рассматривать как частный случай косозубой передачи. Представьте, что на косозубой передаче был только один зуб. Теперь увеличьте угол наклона спирали (угол подъема) настолько, чтобы зуб намотался на шестерню несколько раз. В результате получился бы однозубый червяк.

Анимация: от зубчатой передачи до однозарядного червяка

Теперь можно было представить, что вместо одного зуба на цилиндрическую шестерню одновременно будут наматываться два или более зуба. Тогда это будет соответствовать двухзубому червяку (двухзаходному червяку) или многозубому червю (многопоточному червяку).

Анимация: от двухзубчатой передачи до двухстороннего червяка

Количество зубцов червя называется количеством запусков. Соответственно, говорят о черве с однократным запуском, червя с двойным запуском или многозаходном червя. Обычно производятся в основном одноразовые червяки, но в особых случаях количество запусков также может достигать четырех.

Червяки - это в основном спирально намотанные зубы , которые ввинчиваются в червячную шестерню и приводят ее в движение!

Передаточное отношение

Поскольку количество запусков червяка в конечном итоге эквивалентно количеству зубьев зубчатого колеса, количество зубьев, которое будет использоваться для определения передаточного числа i, соответствует количеству запусков червяка:

То, что количество запусков червяка соответствует количеству зубьев зубчатого колеса, также хорошо видно из приведенной ниже анимации однократного запуска червячного привода. За один оборот червяка червячная нить продвигается прямо на одно положение. Таким образом, червячная передача приводится в движение на один зуб. По сравнению с зубчатым колесом, в этом случае червяк фактически ведет себя так, как если бы у него был только один зуб по окружности.

Анимация: создание сетки с одним запуском червяка

С другой стороны, за один оборот двухзаходного червяка две червячные нити сдвинутся на один зуб дальше. Всего двинулись бы два зуба червячного колеса. Тогда двухзарядный червяк будет вести себя как двухзубая шестерня.

На анимации ниже показано сравнение червяка с двойным запуском и червя с одним запуском. Обратите внимание, что червячная передача, приводимая в движение червяком с двойным пуском, вращается в два раза быстрее, чем червячная передача червяка с одинарным пуском (меньшее передаточное число).

Анимация: Создание сетки двойного старта червяка

Из-за, как правило, очень небольшого числа пусков червяка (обычно один!) И сравнительно большого количества зубцов червячной передачи, передаточное отношение червячных передач, соответственно, очень высокое. С помощью червячных передач можно достичь очень высоких передаточных чисел, превышающих 100, с экономией места!

Поскольку несколько секций червячной резьбы обычно входят в зацепление при зацеплении с червячной передачей, грузоподъемность таких червячных передач очень высока, то есть может передаваться очень большая мощность. Кроме того, червячные передачи работают очень тихо из-за непрерывного скольжения боковых поверхностей между червячными передачами и необходимой смазки или охлаждения (подробнее об этом в следующем разделе).

Червячные передачи очень компактны и подходят для передачи большой мощности при высоких передаточных числах!

Передача энергии

В червячных передачах мощность передается почти исключительно за счет скольжения между боковыми сторонами червяка и червячной передачи, то есть боковые стороны скользят друг по другу как винт. В конечном итоге червяки представляют собой особый случай винтовых передач. В отличие от винтовых передач, которые создают точечный боковой контакт, червяки имеют линейный боковой контакт. Это приводит к преимуществу передачи более высокой мощности при более высоких коэффициентах передачи.

Из-за процессов скольжения и связанного с этим трения на боковых поверхностях эффективность червячных передач обычно ниже, чем у прямозубых цилиндрических зубчатых передач или конических зубчатых передач. Из-за тепла, выделяемого трением, червячные передачи необходимо охлаждать при передаче большой мощности в дополнение к смазке.

Типы червячных передач

В зависимости от формы червяка червячные передачи можно классифицировать по-разному.

Цилиндрические червячные винты

Если внешняя форма червяка имеет цилиндрическую конструкцию, червяк называют цилиндрическим червяком. Если червячная передача отображает этот цилиндрический профиль в поперечном сечении окружности, зубчатое колесо называется глобоидной червячной передачей. Из-за относительно простого изготовления цилиндрического червяка, предпочтительно использовать этот вариант (цилиндрический червячный привод).

Цилиндрические червяки относительно просты в производстве и предпочтительны по экономическим причинам!

Анимация: Цилиндрическая червячная передача и глобоидная червячная передача (цилиндрическая червячная передача)

Глобоидные червяки (обволакивающие)

В модифицированном варианте внешняя форма червяка описывает дугу, которая частично охватывает глобоидную червячную передачу. Затем говорят о глобоидном червяке или обволакивающем (глобоидный червяк).

По сравнению с цилиндрическим червяком, с глобоидным это достигается за счет наматывания червячного колеса, что большее количество участков нити червяка участвует в зацеплении. Таким образом, глобоидные червяки могут передавать более высокую мощность, чем цилиндрические.

Анимация: Глобоидный червячный привод

Производство глобоидного червяка относительно сложно по сравнению с цилиндрическим и, следовательно дороже, поэтому они используются реже других передач.

С глобоидными червяками могут передаваться более высокие крутящие моменты; однако они относительно дороги из-за сложного производства!

В особых случаях глобоидный червяк может работать даже в паре с простой косозубой шестерней. Однако это требует специальной адаптации червяка к косозубой передаче, что соответственно удорожает производство. Однако преимуществом является меньшее усилие при проектировании, поскольку радиальное позиционирование червяка при сопряжении с простой косозубой шестерней обеспечивает больший допуск, чем в случае глобоидной червячной передачи.

Самоблокировка

Коробки передач называются самоблокирующимися, если передача крутящего момента может происходить только в одном направлении. Редуктор может приводиться в движение только входным валом. Однако редуктор не может быть приведен в движение выходным валом. Таким образом, ввод и вывод фиксированы.

Червячные передачи часто бывают самоблокирующимися из-за их особого принципа действия. Эта самоблокировка происходит из-за винтового движения червячной резьбы при малых углах подъема. Таким образом, червяк может приводить в движение червячное колесо своим винтообразным боковым движением, но, наоборот, движение обычно невозможно. Сила контакта боковых поверхностей червячной передачи с боковыми поверхностями резьбы червяка настолько велика, а угол упора очень мал, что возникающая в результате сила трения препятствует вращательному движению. По этой причине червячные приводы с автоматической блокировкой всегда приводятся в действие червяком.

Самоблокирующиеся червячные передачи приводятся в движение только червяком!

Обратите внимание, что резьба однозаходного червяка обычно имеет меньший угол в плане, чем многозаходный червяк. Однозаходные червяки больше скручиваются и поэтому чаще самоблокируются, чем многозаходные резьбовые червяки. И наоборот, это означает, что самоблокировку можно предотвратить (при желании) с помощью многопоточных червяков.

Виды самоблокировки

Самоблокирующиеся червячные приводы используются, например, в подъемных платформах. Механизм самоблокировки предотвращает самоблокировку платформы снова при выключенном двигателе (статическая самоблокировка). От дополнительного стояночного тормоза можно отказаться, если самоблокирующийся механизм достаточно велик и не может быть отпущен никакими вибрациями. Если такой выпуск имеет место, то часто следует отметить дребезжание червячного привода.

В зависимости от области применения также необходимо обеспечить автоматическую остановку редуктора, если двигатель отключается при опускании подъемной платформы (динамически самоблокирующийся или самоторможение).

Как показывает этот пример, следует различать два типа самоблокировки:

самоблокировка (статическая самоблокировка)

самоблокировка из состояния покоя (статическое трение не преодолевается)

самоторможение (динамическое самоблокирование)

самоторможение из рабочего состояния (трение скольжения действует как тормоз)

Коробка передач считается статически самоблокирующейся, если она остановилась и не может быть приведена в движение червячным колесом в безвибрационном состоянии!

Однако вибрация или удары могут устранить этот статический самоблокирующийся механизм и привести к запуску редуктора под нагрузкой на выходной стороне.

Коробка передач считается самоторможением (динамически самоблокирующейся), если отключенная передача останавливается через короткое время при наличии нагрузки на выходе (например, при опускании подъемной платформы).

Найти полезную информацию и заказать червячный редуктор можно на сайте mehprivod.ru