Что такое червячный мотор-редуктор: конструкция, принцип работы, где используется

Получить консультацию

Мотор-редукторы широко применяют в приводе различной техники, оборудования и промышленных машин. Функция устройств - увеличение крутящего момента за счет снижения скорости вращения вала.

В данной статье мы подробно рассмотрим, что такое мотор редуктор червячного типа, его конструкцию и принцип действия.

13.11.2024

Оборудование состоит из 2 элементов: электрического двигателя и редуктора, смонтированных одним блоком. Угловая частота на выходном валу устройства - меньше чем скорость вала двигателя, соответственно момент - больше.

Червячные мотор-редукторы - одни из самых распространенных устройств для привода промышленного оборудования. Рассмотрим состав, принцип действия, достоинства и недостатки механизмов.

Конструкция и принцип действия червячного мотор-редуктора

Оборудование состоит следующих узлов: корпуса, электродвигателя, червяка на быстроходном валу, зубчатого колеса на тихоходном валу, подшипников, регулировочных винтов.

В промышленные мотор-редукторы чаще всего устанавливают асинхронные двигатели переменного тока. В оборудование для микропривода - электродвигатели постоянного тока.

Главная особенность мотор-редукторов такого типа - червячный механизм. Передача состоит из 2 элементов - винта (червяка) и зубчатого колеса с косыми зубьями. Зубья зацеплены с резьбой червяка, угол скрещивания осей звеньев составляет 90⁰.

Механизм работает следующим образом. При подаче напряжения на двигатель вращение передается на входной вал с червяком. Зубья венца перемещаются по резьбе и обеспечивают круговое движение колеса с насаженным на него валом.

Червяк производят совместно с входным валом редуктора. Элемент выполнен из стали углеродистых или легированных марок. Твердость винтов должна составлять более 45 HRC по шкале Роквелла, для ее повышения червяк подвергают закалке.

Конструкция зубчатого колеса обычно составная. Центр отливают из серого чугуна, зубчатый венец - из антифрикционного сплава (оловянистые, алюминиево-железистые бронзы, латуни). Для тихоходных редукторов червячные колеса выполняют цельнолитыми из серого чугуна.

Выбор материалов звеньев обусловлен преобладанием неблагоприятной зоны для гидродинамической смазки и деформацией винта в процессе работы, ухудшающей контакт между звеньями. Для улучшения несущей способности передачи червяк выполняется из твердого материала, зубчатое колесо - из относительного мягкого металла с антифрикционными свойствами.

Кроме элементов передаточного звена в состав редукторов входит корпус и система охлаждения. Для упрощения сборки передачи "винт - червячное колесо" и посадку вала на подшипники корпус червячных редукторов имеет разъем вдоль оси зубчатого элемента. Такую конструкцию имеет большинство оборудования.

Корпусы червячных редукторы небольших габаритов производят без разъема. Для монтажа и демонтажа звеньев предусматривают съемные крышки по бокам.

Основные параметры мотор-редукторов

Мощность электродвигателя - механическая мощность, передаваемая на входной вал. За счет потерь на передачу ее величина всегда меньше мощности на выходе редуктора.

Номинальный момент - крутящий момент на выходном валу. По его величине рассчитывают приведенный момент, необходимый для выбора приводного механизма.

Сервис фактор - отношение максимального длительного момента на валу к номинальному моменту нагрузки. Ряд производителей указывает характеристику с учетом температуры эксплуатации оборудования. Величина сервис фактора требуется для выбора оборудования.

Передаточное число - отношение числа зубьев колеса к количеству витков на червячном винте. Величина показывает, насколько механизм изменяет момент или угловую скорость.

Передаточное отношение - отношение частот вращения входного и выходного вала, либо крутящих моментов валов мотор-редукторов.

Радиальная и осевая нагрузка - параметры характеризуют величину допустимых нагрузок, которые возникают в процессе эксплуатации.

К основным характеристикам также относят скорость вращения вала электродвигателя и выходного вала мотор-редуктора.

Классификация червячных мотор-редукторов

Червячные мотор-редукторы различают по числу ступеней, положению зубчатого колеса относительно винта, количеству заходов резьбы, конфигурации червяка, форме профиля резьбы, ее направлению, типу зубчатого колеса и другим параметрам.

Ступень редуктора - сопряженная кинематическая пара, в данном случае это "червяк-зубчатое колесо". Оборудование с одной парой звеньев называют одноступенчатым. Механизмы чаще всего имеют 1 или 2 червячные ступени. Вторая ступень позволяет увеличить передаточное число до 1200 и больше и соответственно повысить момент на выходном валу. Выпускают также комбинированные редукторы, в которых червячная передача служит первой или второй ступенью, например цилиндро-червячные мотор-редукторы.

Цилиндро-червячные мотор-редукторы VGM-S

Разработаны на основе обратной связи от партнеров и конечных клиентов и произведены на полностью автоматизированных заводах, отличаются низкой ценой при высоком качестве и надежности.

В промышленных приводах применяют редукторы с нижним (а), боковым (б) или верхним (в) положением червяка относительно зубчатого колеса. Механизмы с верхним положением рассчитаны на высокую скорость вращения винта, передачи с нижним положением - на низкие. Угловая частота не всегда зависит от положения червяка относительно зубчатого колеса, в ряде случаев оно определяются компоновкой механизма.

Количество заходов резьбы характеризует число винтовых линий червяка. По этому параметру различают однозаходные, двухзаходные, четырехзаходные винты.

По положению червяка различают редукторы с вертикальными и горизонтальными винтами.

Также выпускают механизмы с вогнутым профилем резьбы червячного звена. В зависимости от направления резьбы бывают передачи с правым и левым винтом.

По форме внешней поверхности червячного звена различают оборудование с цилиндрическими и глобоидными передачами. Сечение первых имеет форму рейки с прямо- или криволинейными сторонами. Осевое сечение вторых - радиусная рейка с прямыми боковыми сторонами. Глобоидные передачи дороже, сложнее в производстве, больше подвержены нагреву, однако за счет большей контактной длины и лучшей конфигурации контактных линий обладают более высоким КПД и способны выдержать нагрузку в 2-3 раза больше, чем механизмы с цилиндрической передачей.

По способу охлаждения различают механизмы с принудительным и естественным отводом тепла. Для снижения избыточной температуры механизма в первом случае используют обдув потоком воздуха или систему циркуляции с искусственным охлаждением смазочной жидкости. Во втором случае для отвода тепла помещают редукторы в ребристые корпуса. Отдача тепла осуществляется естественным образом.

Преимущества и недостатки червячных мотор-редукторов

Особенности червячных мотор-редукторов обусловлены параметрами механической части оборудования. Устройства такого типа отличают следующие достоинства:

Большое передаточное число при небольших размерах и массе. Для одной червячной ступени передаточное число составляет до 65, для передаточных механизмов небольшой мощности до 200 и больше. При добавлении второй ступни возможно увеличение передаточного числа до 1000 и выше.
Плавный ход. Особенности зацепления звеньев обеспечивают равномерное вращение выходного вала без рывков и ударов.
Низкий уровень шума. Червячные редукторы работают намного тише цилиндрических и конических механизмов.
Кинематическая точность. Зубчатое колесо точно повторяет поворот червяка при отсутствии дефектов и износа резьбы.
Самоторможение. При прекращении вращения входного вала винт останавливается, при этом обратная передача движения от ведомого звена блокируется благодаря особенностям конструкции. Это позволяет не применять в приводе дополнительные тормозные устройства.

Ограничивает применение червячных мотор-редукторов относительно высокие потери мощности и значительный нагрев при больших передаточных числах. КПД оборудования составляет 0,65 - 0,9. Это обусловлено высокой скоростью скольжения при контакте зубьев и витков резьбы. К недостаткам механизмов также относят относительно высокий износ, склонность к заеданию. Средний ресурс червячной передачи составляет 10-15 тыс часов. Кроме того, механизм нуждается в регулярной регулировке. Периодически требуется подгонять контакт звеньев из-за износа. Червячные редукторы чувствительны к выдерживанию размеров и качеству сборки. Для производства механизмов требуется высокоточное оборудование и персонал высокой квалификации.

Применение антифрикционных материалов для изготовления венцов зубчатых колес, оптимизация профиля резьбы и зубьев позволяет частично компенсировать недостатки.

Заключение

Червячные мотор-редукторы обеспечивают большие передаточные числа при малых габаритах. Основная область применения механизмов - оборудование и промышленные машины, работающие при низкой и средней нагрузке. Устройства используют в приводах медицинской техники, насосов, вентиляторов, смесителей, дозаторов, автоматизированных станков и другого оборудования.