Задать вопрос

или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 792-57-57

* - обязательные поля

Приводная техника и средства автоматизации
+7 (495) 644-43-32

Червячная передача: что такое и как работает

В данной статье мы подробно рассмотрим, что такое червячная передача: как работает, где используется, а также классификацию червяных передач.

04.11.2024

В большинстве случаев параметры механической энергии от приводного двигателя не совпадают с требуемыми характеристиками оборудования. Для согласования работы силового агрегата и машины применяют механические передачи. Рассмотрим конструкцию, принцип работы, виды, достоинства и недостатки одного из самых распространенных механизмов для преобразования скорости, момента и направления движения – червячной передачи.

Червячная передача редуктора

Конструкция и принцип действия

Червячная передача состоит пары: вал с винтовой резьбой (червяк) – зубчатое колесо. Элементы сопряжены под углом посредством зацепления зубьев шестеренке с резьбой червяка. Величина угла обычно составляет 900. Последний служит ведущим элементом, насаженное на выходной вал зубчатое колесо – ведомым.

Передача работает следующим образом. При передаче вращения валу с резьбой, ее витки начинают перемещаться вдоль поверхности. Движение передается находящемуся в зацеплении с червяком зубчатом колесу, которое начинает вращаться. При этом момент и угловая частота на ведущем и ведомом валу будут различаться.

Разницу определяет передаточное число червячной пары. Параметр равен отношению I=n1/n2 , где I – передаточные отношения, n1 – количество зубьев шестеренки, n2 – количество заходов витка резьбы червяка.

Валы с резьбой производят из среднеуглеродистой или легированной стали. Для увеличения твердости до 45 HRC и выше червяк подвергают закалке. Зубчатые колеса обычно изготавливают из 2 разных сплавов, центральную часть – из серого чугуна, зубчатый венец – из бронз или латуней различных марок.

Выбор материалов обусловлен распределением нагрузок при работе червячной передачи. Вал с резьбой подвергается значительным воздействиям изгиба, кручения, растяжения и сжатия, для их производства применяют твердые стали с термообработкой.

где применяется червячная передача

Венцы шестеренок могут повреждаться от трения при передаче вращения, особенно на средних или высоких скоростях. Чем больше скорость скольжения, тем выше должны быть антифрикционные свойства.

Зубчатые колеса для передач с небольшими скоростями скольжения меньше 2-3 м/с производят целиком из серого чугуна. Венцы шестеренок для устройств, рассчитанных на скорость 5-25 м/с изготавливают из оловянных бронз и латуней, венцы зубчатых колес на окружную скорость 3-5 м/с – из безоловяных сплавов на основе меди.

Таким образом, ведущий элемент передаточной пары производят из твердых материалов, ведомый – из антифрикционных сплавов.

Классификация червячных передач

Червячные передачи различают по положению зубчатого колеса относительно винта, количеству заходов резьбы, конфигурации червяка, форме профиля резьбы, ее направлению, типу зубчатого колеса и другим параметрам.

В промышленных приводах применяют передачи с верхним, нижним или боковым положением винтового вала относительно зубчатого колеса. Механизмы с верхним положением червяка обычно рассчитаны на высокую скорость вращения, передачи с нижним положением – на низкую угловую частоту. Скорость не всегда определяет положение ведущего элемента относительно зубчатого колеса, в ряде случаев оно определяются компоновкой механизма.

классификация червячных передач

По положению вала, на котором размещено зубчатое колесо различают:

  • Передачи с вертикальным ведомым валом.
  • Механизмы с горизонтальным ведомым валом.

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 цилиндрическим червяком.


По конфигурации червячного звена выделяют:

  • Передачи с трапециевидной резьбой. Профиль винта – трапеция.
  • Механизмы с архимедовыми винтами. Поперечное сечение червяка представляет собой архимедову спираль.
  • Передачи с конволютными червяками. Профиль витков такого вала – конволютная винтовая поверхность.
  • Механизмы с эвольвентным винтами. Зубья червячного звена выполнены с очень большим углом наклона к образующей цилиндрического сечения.
Также выпускают механизмы с вогнутым профилем резьбы червячного звена.

В зависимости от направления резьбы бывают передачи с правым и левым винтом. В первых при вращении вала по часовой стрелке резьба визуально «отдаляется», во вторых – «приближается» к наблюдателю.

Передачи также различают по профилю зубьев шестеренки и ее типу. По второму признаку предусмотрена следующая классификация:

  • Передачи с полным колесом. В таких механизмах вращение передается непрерывно. Применяется в транспорте, приводе промышленного оборудования.
  • Механизмы с зубчатым сектором. Передача осуществляет поворот на определенный угол. Используется в исполнительных механизмах, органах регулирования.
  • Передачи с вырожденным сектором. В механизмах рабочая длина сектора меньше аналогичного параметра червяка. Используются в приводах, где необходимо передать высокий момент.

По профилю зубьев шестеренчатого звена различают колеса:

  • C прямым зубом. Контакт с винтовым валом осуществляется по точке. Такие передачи применяют в малонагруженных приводах и оборудовании.
  • С вогнутым зубом. Венец шестерни охватывает червяк, контакт осуществляется по линии. Такая конструкция позволяет передавать большую мощность.
  • С роликом. Зубья заменены роликом. Механизмы такого типа применяют в высоконагруженном оборудовании.

Количество заходов резьбы характеризует число винтовых линий вала с резьбой, по этому параметру различают одно-, двух-, трех-, четырехзаходные червяки. Первые имеют 1 гребень по линии винта, остальные по 2, 3 или 4 гребня соответственно.

По назначению различают:

  • Силовые передачи. Положение вала и шестеренки в таких устройствах фиксированное, регулировка невозможна. Механизмы применяют в промышленном и грузоподъемном оборудовании.
  • Кинематические червячные механизмы. Положения винта и зубчатого колеса от относительно друг друга может регулироваться. Кинематические передачи используют в транспортных средствах, спецтехнике, приводе станков.

ГОСТ 9774-81, ГОСТ 3675-81 устанавливают классификацию червячных передач по степени точности. По этому признаку различают передачи 12 степеней точности. В приводе промышленных механизмов наиболее часто встречаются механизмы с 5 по 9 степень включительно. Для каждой установлены нормы окружной скорости, плавности, площади контакта витка резьбы и зуба, бокового зазора и других параметров. Требования возрастают в порядке убывания обозначающей цифры. Таким образом, самые высокие нормы установлены для механизмов 1 степени точности, самые низкие – для 12.

Преимущества

Червячные передачи широко применяют в транспорте и приводах различного оборудования. Устройства такого типа отличают следующие достоинства:

  • Изменение направления движения. Оси вращения ведомого и ведущего валов расположены под углом 900. Это позволяет изменять направление передачи механической энергии, что часто требуется для оптимальной компоновки привода и оборудования.
  • Большое передаточное число. Для одной червячной ступени передаточное число составляет до 6-80, для передаточных механизмов небольшой мощности до 120 и больше.
  • 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, что обусловлено особенностями зацепления.
  • 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.
  • Небольшие размеры и масса. Червячные механизмы компактнее, чем передачи других типов аналогичной мощности.


Механизмы также имеют демпфирующие свойства. При передаче движения червячной передачей – уровень вибраций минимальный.

Недостатки

Недостатки червячных передач также обусловлены особенностями конструкции. При скольжении зубьев по витку возникает сильное трение в зацеплении, что:

  • Уменьшает КПД до 0,92-0,7. Коэффициент полезного действия червячных передач с самоторможением еще ниже, он составляет 0,5.
  • Значительный нагрев при работе. Вследствие этого возникает необходимость отвода тепла. Это достигается помещением механизма в ребристый корпус или обдувом воздухом.
  • Применение в производстве дорогих материалов. Для снижения трения венцы шестеренчатого звена изготавливают из антифрикционных сплавов на основе меди, что существенно увеличивает стоимость устройств.
  • Значительный износ и склонность к заеданию. Червячные механизмы изнашиваются быстрее, чем передачи других типов. Это часто приводит к заеданию и остановке вращения.
  • Необходимость периодической регулировки. Для сохранения нормальных параметров зацепления положение винта и колеса относительно друг друга необходимо регулярно подстраивать.

Кроме того, невозможность передачи вращения в обратную сторону, делает невозможным применения червячных пар в реверсивных механизмах.

Недостатки механизмов можно несколько смягчить, уменьшив силу трения. Для этого уменьшают шероховатость поверхности зубьев и винта, применяют антифрикционные материалы и смазки.

кпд червячной передачи

Основные параметры

Параметры червячных механизмов разделяют на 2 группы: геометрические и механические. К первым относятся делительный диаметр, осевой модуль, диаметр впадин и вершин, длину нарезанной части виннового вала. Алогичные характеристики существуют для зубчатого колеса, за исключением нарезанной части.

К механическим параметрам относятся:

  • Номинальный момент на входном и выходном валу. Червячные механизмы, применяемые в промышленном оборудовании, обычно увеличивают момент. Параметр характеризует подводимый и выходной рабочий момент.
  • Скорость вращения ведущего и ведомого звена. Частота вращения входного вала должна отвечать характеристикам силового агрегата, выходного – требуемой угловой скорости 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.
  • Радиальная и осевая нагрузка – параметры характеризуют величину допустимых нагрузок, которые возникают в процессе эксплуатации.
  • КПД червячной передачи. Характеристика определяется отношением подведенной механической мощности к выходной. Выражается в % или отвлеченной величине.

К основным характеристикам червячной передачи также относятся особенности конструкции: пространственное расположение валов, направление вращения каждого из них и другие параметры.

Цилиндро-червячные мотор-редукторы VGM-SM-G

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.

Область применения

Механизмы червячного типа чувствительны к ударным нагрузкам. Передачи применяют в оборудовании и приводах, работающих без частых включений, отключений, ударов и резкого изменения нагрузки.

Область применения устройств:

  • Ленточные транспортеры и конвейеры.
  • Станки для металлообработки.
  • Грузоподъемные и тяговые лебедки.
  • Подъемные краны.
  • Лифты.
  • Исполнительные механизмы.
  • Манипуляторы.

Благодаря высокой кинематической точности червячные передачи также используются в точных приборах и оборудовании. Устройства также широко применяют в спецтехнике, автомобильном, водном транспорте.