Червяк механизм: Червячная передача: описание, виды, преимущества и недостатки

Червячная передача: описание, виды, преимущества и недостатки

Статьи

24.10.201129.08.2017

Червячная или, как ее также называют, зубчато-винтовая передача представляет собой механическую конструкцию, состоящую из зубчатого колеса и специального винта с резьбой – червяка. Червячное колесо – это представитель класса колес косозубого типа. Механическая передача осуществляется за счет зацепления конусовидного червяка об зубчатое колесо. Материал верхнего слоя колеса должен обладать пониженными показателями трения, к внутренней части не предъявляется особенных требований и она может быть исполнена из любого прочного металла.

Основным рабочим органом механизма является червяк (винт с резьбой). Первичный контакт шестеренки начинается по линии, а не в конкретной точке, что является ярким преимуществом данной системы перед аналогичными.

Червяк может иметь один или несколько заходов (как правило, от одного до четырех), направление движения может быть разным: правым или левым. Доминантной частью механизма в большинстве случаев выступает червяк, в качестве субдоминанта – червячное колесо. Основным параметром в механизме является делительный осевой шаг червяка.

Условно можно разделить червячные трансмиссии на две большие подгруппы:

• Цилиндрические червячные передачи;
• Глобоидные червячные передачи.

Отдельно можно разделить цилиндрические червяки на различные подвиды, в зависимости от формы профиля резьбы:

• Архимодов червяк – трапецевидный профиль с архимедовой спиралью в торце;
• Конволютный – трапепидальный профиль;
• Эвольвентный – эвольвентный профиль;
• С вогнутым профилем витков.

У глобоидных конструкций используется всего два типа формы профилей: трапицеидальный и с вогнутым профилем. Рабочие количество витков в глобоидной передаче выше, чем в цилиндрической, это обуславливает ее мощностные характеристики. Вместе с этим возникает и потребность в дополнительной системе охлаждения, а также точности при исполнении и монтаже.

Преимущества червячных передач

Тихие и плавные в работе данные передачи – это идеальное решение для управления низкомоментными силовыми установками. Компактные размеры позволяют уместить механизм даже в самые ограниченные пространства: это может быть как рулевая часть транспортных средств, так и, например, музыкальные инструменты с толковыми механизмами. Отдельно стоит обратить внимание на свойство самоторможения: оно обеспечивает функцию самоторможения без участия дополнительных устройств управления.

Недостатки червячных передач

Основным недостатком червячной трансмиссии является невысокий КПД, связанный с потерями мощности, присущими любой винтовой паре. Использование данной конструкции подразумевает обязательное применение антифрикционных материалов, исключение которых обычно быстро приводит к заеданию зубцов. Передаваемые мощности не превышают 200 кВт, что в значительной степени ограничивает области применения данных устройств.

Данные механизмы склонны к быстрому износу, как следствие — ремонт и повышенные требования к регулярному техническому обслуживанию, что невыгодно для некоторых решений с экономической точки зрения.

23. Червячная передача: червяк, основные характеристики.

Червячная передача
(рис.а) состоит из червяка 1, представляющего
собой винт с трапецеидальным или близким
к нему профилем витка, и червячного
колеса 2. Передача вращения осуществляется
между вилами, оси которых перекрещиваются.
Во многих механизмах приборов такое
расположение валов (рис.б) оказывается
наиболее оптимальным. Посредством
червячной передачи можно осуществить
большие передаточные отношения – до
300 и более; однако наиболее часто i=7..100.
Передачи характеризуются плавностью
и бесшумностью работы. Обычно червячные
передачи используют в качестве редукторов,
т.е. когда движение передается от червяка
к колесу.

Наряду с этим в
приборостроении применяют червячные
передачи в качестве мультипликаторов,
когда движение передается от червячного
колеса к червяку (регуляторы скорости
и др.). Существенным преимуществом
червячных передач является возможность
исключения обратной передачи, т. е. от
колеса к червяку. К недостаткам относятся
низкий к.п.д. из-за больших потерь на
трение в зацеплении витков червяка с
зубьями червячного колеса и необходимость
по этой же причине выполнять червячные
колеса или их зубчатые венцы из дорогих
антифрикционных материалов.

Для червячной
передачи длительный осевой шаг червяка
равен делительному окружному шагу
червячного колеса (рис.а).

Передача
предназначена для существенного
увеличения крутящего
момента и,
соответственно, уменьшения угловой
скорости.
Ведущим звеном является червяк. Червячная
передача без смазки и вибрации обладает
эффектом самоторможения и
является необратимой: если приложить
момент к ведомому звену (червячному
колесу), из-за сил
трения передача
работать не будет.

На
практике применяются
однозаходные, двухзаходные и четырёхзаходные
червяки.

Кроме того, помимо
достоинств и недостатков, червячные
передачи имеют важное свойство:
движение
передаётся только от червяка к колесу,
а не наоборот. Никакой вращающий момент,
приложенный к колесу, не заставит
вращаться червяк.

25. Планетарный механизм: Схема 2,функционирование, основные характеристики, определение передаточного отношения.

Планетарными
называются передачи, в которых
«колеса–сателлиты» 2 обкатываются по
центральному колесу 1 и опорному колесу
Оимеют подвижные оси, закрепленные на
водиле Н. Планетарные передачи являются
редукторами и предназначены для
преобразования угловой скорости при
изменении моментов сил.

Ведущее –
центральное колесо 1 (солнечное).
Параметры
и Мкр передаются посредством сателлитов
2, обкатывающихся по неподвижному
опорному зубчатому колесу 0 с внутренними
зубьями. Выходным является вал водила
Н, к которому через соединительную муфту
присоединяется вал нагрузки. В конструкции
может быть 2, 3, 4 сателлита. В передаче
вращающих моментов одновременно
участвует несколько участков зубчатого
венца колеса 1. Таким образом, каждый
сателлит передает уменьшенный вращающий
момент. Это позволяет применять зубчатые
колеса с меньшими модулями и значительно
сократить габариты передачи.

. Определение
передаточного
отношения по плану скоростей.

В соответствие с
обозначениями на рисунке:

Скорость точки
контакта сателлита и опорного неподвижного
колеса равна

Окружная скорость центра колеса 2 равна
скорости водила.

следовательно

рассматривается
как передаточное отношение от солнечного
колеса к

вращающемуся
опорному колесу через паразитное колесо
2 при условно

неподвижном водиле.
Знак (-) учитывает, что опорное и центральное
колеса

вращаются в
противоположных направлениях.

— неподвижное
опорное колесо;

— неподвижное водило.
Определение
передаточного отношения методом
обращенного движения Теорема
Смирнова-Виллиса.
Рассмотрим
планетарную передачу как обычную рядную.
Для этого
мысленно остановим водило
и дадим возможность вращаться опорному
колесу.

По данным таблицы
записываем передаточное отношение и
приходим к полученной ранее формуле

Для правильной
работы планетарной передачи требуется
выполнение условия соосности, которое
используется как уравнение связи чисел
зубьев колес в передаче. Классический
случай:

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.

Прочие 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 подобном 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, используется 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.

Пластмасса на металле, на пластмассе и другие подобные комбинации — обычно используется в приложениях с относительно легкими нагрузками, таких как робототехника и автомобильные компоненты. Выбор смазки зависит от используемого пластика, поскольку многие разновидности пластика реагируют на углеводороды в обычной смазке, и поэтому потребуются смазочные материалы на основе кремния или другие нереакционноспособные смазки.

Хотя червячная передача всегда будет иметь несколько сложностей по сравнению со стандартным комплектом шестерен, она может быть эффективным и надежным элементом оборудования. При небольшом внимании к настройке и выбору смазки червячные передачи могут обеспечить надежную работу, а также любой другой тип зубчатых передач.

Похожие материалы
Рэй Тибо. «Смазка червячных передач». Журнал для смазки машин . Май-июнь 2001 г.

Об авторе

Что это такое и где они используются?

Вы здесь: Домашняя страница / Часто задаваемые вопросы + основы / Червячные передачи: что это такое и где они используются?

26 октября 2017 г. By Danielle Collins Оставить комментарий

Червячные передачи используются в промышленности, тяжелом оборудовании и даже в потребительских целях. Хотя их эффективность относительно низка, они могут обеспечивать очень высокие передаточные числа и во многих случаях являются самотормозящимися.

Изображение предоставлено: Nord Drivesystems

Червячные передачи состоят из червяка и шестерни (иногда называемой червячным колесом), с непараллельными, непересекающимися валами, ориентированными под углом 90 градусов друг к другу. Червяк аналогичен винту с V-образной резьбой, а шестерня аналогична цилиндрической шестерне. Червяк обычно является ведущим компонентом, а червячная резьба продвигает зубья шестерни.

Как и шариковый винт, червяк в червячной передаче может иметь один или несколько заходов, что означает, что на червяке имеется несколько витков или спиралей. Для однозаходного червяка каждый полный оборот (360 градусов) червяка продвигает шестерню на один зуб. Таким образом, шестерня с 24 зубьями обеспечивает передаточное число 24:1. Для многозаходного червяка передаточное число равно числу зубьев шестерни, деленному на число заходов червяка. (Это отличается от большинства других типов зубчатых колес, где передаточное отношение зависит от диаметров двух компонентов.)

Червяк в червячном редукторе может иметь один заход (резьбу) или несколько заходов.
Изображение предоставлено: Kohara Gear Industry Company, Ltd.

Зацепление червяка и шестерни представляет собой смесь скольжения и качения, но скользящий контакт преобладает при высоких передаточных числах. Это скользящее действие вызывает трение и нагрев, что ограничивает эффективность червячных передач от 30 до 50 процентов. Чтобы свести к минимуму трение (и, следовательно, нагрев), червяк и шестерню изготавливают из разнородных металлов — например, червяк может быть изготовлен из закаленной стали, а шестерня — из бронзы или алюминия.

Хотя скользящий контакт снижает эффективность, он обеспечивает очень тихую работу. (Использование разнородных металлов для червяка и шестерни также способствует бесшумной работе.) Это делает червячную передачу пригодной для использования там, где шум должен быть сведен к минимуму, например, в лифтах. Кроме того, использование более мягкого материала для зубчатого колеса означает, что оно может поглощать ударные нагрузки, например, от тяжелого оборудования или дробильных машин.

Основным преимуществом червячных передач является их способность обеспечивать высокие передаточные числа и, соответственно, увеличение крутящего момента. Их также можно использовать в качестве редукторов скорости на низких и средних скоростях.