Червячный редуктор принцип работы

Червячный редуктор: описание.виды.принцип работы,ремонт,фото,видео.

Червячный редуктор нередко считается важною деталью не только в сфере производства автомобилей. Червячная передача считается важной деталью везде, где требуется увеличить крутящий момент и уменьшить количество вращений привода. Такой механизм используется для привода ворот, подъемников, станков для обработки металлов, дерева и других подобных устройств. Практически каждый человек видел червячный редуктор, иногда даже не подозревая об этом.

Дело в том, что нередко такой механизм привода прячут в корпус, чтобы механизм не забивался пылью и прочим мусором, и это существенно продлевает срок службы механизма. Червячный редуктор так часто используется по причине того, что коэффициент полезного действия этого механизм очень высок. Такой механизм может иметь как маленькие размеры, так и большие.

Из-за своих небольших размеров чаще всего червяная передача применяется в производстве автомобилей. Каждый преобразователь имеет свое передаточное число. Такое число зачастую указывается на упаковке прибора, либо на самом корпусе.

Достоинства и недостатки

Червячная передача в силу своих конструктивных особенностей имеет как достоинства, так и недостатки.

Из достоинств стоит отметить плавность хода, эффект самоторможения, низкий уровень шума, большое передаточное отношение с использованием всего двух деталей.

Из недостатков следует обратить внимание на сравнительно низкий КПД, повышенный износ, заедание, большое тепловыделение вследствие сил трения. Низкий КПД обуславливает применение подобных механизмов при передаче относительно небольших мощностей до 100 кВт. Для предотвращения скорого износа и заедания необходимо соблюдать требования к точности сборки и регулировать механизмы. Высокое тепловыделение требует специальных установок для отвода лишнего тепла.

Различие редукторов в основном сводится к различиям червяков и зубчатых колес, из которых собран данный червячный редуктор.

Червяки разделяются на типы по следующим признакам:

по количеству заходов резьбы: однозаходные, многозаходные
по направлению нарезки резьбы: правые, левые
по форме винта, на котором нарезана резьба: цилиндрические, глобоидные
по форме профиля резьбы: с конволютным профилем, с архимедовым профилем, с эвольвентным профилем
Зубчатые колёса разделяются на типы по следующим признакам:
по типу колеса: собственно колесо, зубчатый сектор, вырожденный сектор
по профилю зубьев: прямой, вогнутый, роликовый (вместо зубьев используется вращающийся ролик)

Червячные редукторы со встроенным двигателем называются червячными мотор-редукторами. В редукторах чаще всего двигательный вал располагается под прямым углом к движимому. Компоновка червячного редуктора выбирается исходя из конкретных требований к устройствам. Двигатель может располагаться как сверху приводимого в движение колеса, так и снизу и сбоку. При боковом расположении двигатель устанавливается вертикально. Вследствие вертикального расположения усложняется процесс смазки подшипников вала, а также чистки внешних элементов.

Для увеличения передаточного числа используются разные технологии, но наиболее эффективной является применение большего числа ступеней.

Для смягчения сил трения и повышения сопротивления заеданию применяются специальные вязкие смазочные составы или масла. При низких скоростях вращения смазка осуществляется при помощи специальных ванночек с маслом либо использованием специальных устройств, разбрызгивающих смазку в места повышенного трения. Для червячных редукторов, скорость вращения которых высока применение ванночек нецелесообразно, и применяется принудительная смазка охлаждёнными смазочными материалами.

Основные преимущества редуктора червячного перед зубчатыми передачами заключаются в том, что начальный контакт звеньев происходит не в точке, а по линии. Также входной и выходной валы могут скрещиваться под разными углами, но чаще всего этот угол составляет 90 градусов. Также червячная передача занимает гораздо меньше места, чем зубчатая при одинаковом большом передаточном отношении.

Помимо червячного редуктора червячная передача также применяется в системах регулирования и управления различными устройствами. Благодаря самоторможению обеспечивается точная фиксация положения, а большое передаточное отношение (до 1000) позволяет наиболее точно отрегулировать положение, либо использовать маломощные двигатели. Также червячные передачи и червячные редукторы отлично подходят для установки в качестве механизма передачи в подъёмные и лебёдочные механизмы благодаря своим конструктивным особенностям.

Некоторые технические характеристики промышленно производимых и широко распространённых червячных редукторов.

Самыми распространёнными являются одноступенчатые мотор-редукторы.

Принцип работы червячного редуктора.

Червячный редуктор относится к категории механических редукторов. Такое название данный класс редукторов получил благодаря типу механической передачи, называемой червячной. Она находится внутри редуктора и отвечает за передачу и преобразование крутящего момента. Основу червячной передачи составляет винт, который по своей форме напоминает червяка.

В червячном редукторе энергия низкого крутящего момента на входном валу и высокой угловой скорости преобразуется, за счёт чего увеличивается крутящий момент и уменьшается угловая скорость выходного вала. Двигатель, который имеет встроенный червячный редуктор, так и называется червячный мотор-редуктор.

Чаще всего можно увидеть одноступенчатые червячные редукторы. Если требуются большие передаточные числа, то применяются двухступенчатые и комбинированные редукторы (с цилиндрической ступенью). Комбинированные могут быть червячно-зубчатыми или зубчато-червячными. «Червяк» в одноступенчатом червячном редукторе может располагаться над колесом, под колесом, горизонтально или вертикально сбоку колеса. Схема червячного редуктора тесно связана с компоновкой, которую требует заказчик. Если скорость меньше 5 м/с, то «червяк» располагается снизу, при скорости больше 5 м/с – сверху. Если червяк находится по бокам, то смазка подшипников в вертикальных валах осуществляется несколько затруднительно.

Чтобы повысить сопротивление заеданию в червячном редукторе используются вязкие масла. По своей консистенции они более насыщенные по сравнению с маслами для зубчатых редукторов. Если скорость скольжение 10 м/с и ниже, то червяк или колёса достаточно окунуть в масляную ванну, так осуществляется смазка червячных передач. Если червяк расположен снизу, то масло должно находиться на уровне центра ролика подшипника качения или нижнего шарика. При этом червяк погружается в масло по высоте витка. В случае, когда уровень масла установлен по подшипникам и не доходит до червяка, то на вал могут быть установлены специальные кольца или крыльчатки, осуществляющие разбрызгивание и подачу масла на колесо и червяк. При скорости червячных редукторов больше 10 м/с грамотно использовать циркулярно-принудительную смазку. В этом случае масло с насоса через холодильник и фильтр попадает в зону зацепления.

Обязательным элементом червячного редуктора является червячная передача. Её конструкция представлена винтом, который и называется червяком, червячным колесом – разновидностью косозубого колеса. Червячная передача относится к классу зубчато-винтовых, так как если углы наклона зубьев в зубчато-винтовой передаче позволят охватить шестерню вокруг, то зубья становятся витками резьбы, а шестерня – червяком. Значит, и передача является червячной.

Ведущим звеном в червячной передаче, как правило, является червяк. Ведомым звеном – червячное колесо. Обратная передача в таком редукторе чаще всего невозможна, так как совокупность КПД червячного редуктора и передаточное отношение приводят к самостопорению устройства.

В сравнении с винтовой зубчатой передачей червячная имеет ощутимое преимущество: звенья начинают контактировать не в точке, а по линии. Чаще всего угол между червячным колесом и валами составляет 90°, однако может быть и другое значение. Вогнутая форма червячного колеса способствует лучшему облеганию винта, а значит, увеличивается площадь контактных поверхностей. Угол подъёма и направление зубьев колеса соответствуют параметрам витков резьбы винта. Резьба по своему типу может быть левой или правой, много- или однозаходной. Чаще можно увидеть использование правой резьбы, где число заходов 1-4.

Червячные передачи могут быть двух видов – цилиндрические или глобоидные. Передаточное число у червячного редуктора может быть больше чем у обыкновенной зубчатой передачи. Если же червячный редуктор, купить который Вы решили именно на основании этого показателя, имеет с зубчатой передачей одно и то же передаточное число, то в любом случае устройство первого типа будет существенно компактнее. К другим достоинствам данного редуктора относятся бесшумность во время работы, плавность, возможность осуществлять большое передаточное число на 1 ступени передачи. Именно поэтому применение этих устройств так популярно на машинах, станках, подъёмно-транспортных системах. В среднем показатель передаточного числа может достигать 8…90. Однако сегодня передаточное число может доходить и до 1000 на специальных установках, которые также носят название червячный редуктор. Купить их можно у производителей и поставщиков, работающие с узкоспециальной техникой.

Однако червячные передачи имеют и некоторые недостатки. Один из них – это низкий КПД редуктора. Это связано с тем, что червячная передача теряет большое количество мощности. Кроме того, витки резьбы в винте и зубья колеса могут заедать, поэтому для венцов применяются дорогие антифрикционные материалы. Именно по этим причинам червячный редуктор всё-таки проигрывает по популярности зубчатому. С его помощью можно передавать небольшие и средние мощности – до 50 кВт или до 200 кВт.

В то же время, мотор-редукторы, имеющие червячную передачу, плавно и бесшумно работают. Они в любомм случае будут более компактными, и это не зависит от других показателей, например, передаточного числа. Одна из важных особенностей червячного мотор-редуктора – это возможность самоторможение.

Выходной вал в червячном мотор-редукторе располагается под углом в 900. Это также очень удобно, так как порой бывает сложно разместить мотор-редуктор полностью, если вал располагается соосно.

Червячный редуктор – это сложный механизм, однако порой он просто незаменим на промышленных объектах. Поэтому важно тщательно подбирать модель, характеристики, в этом случае оборудование будет работать долго и безотказно. .

Червячный редуктор

Передача вращения и усилия зачастую проводится при помощи специальных механизмов, которые стали называть редуктором. Подобное изделие представлено сочетанием нескольких элементов, которые при взаимодействии проводят повышение или понижение передаточного числа, изменение скорости вращения и перенаправления усилия. Довольно большое распространение получил червячный редуктор. Он характеризуется определенными характеристиками, которые должны учитываться. Рассмотрим особенности подобного механизма подробнее.

Устройство и принцип работы

Классический редуктор представлен сочетанием различных элементов, которые при взаимодействии обеспечивают передачу усилия. Принцип работы червячного редуктора связан с особенностями основного элемента, в качестве которого выступает червеобразный ведущий винт. Именно он определяет название устройства. Кроме этого, классический вариант исполнения представлен сочетанием следующих элементов:

Шестерня имеет цилиндрическую форму, на поверхности которой есть зубья. Она получила весьма широкое распространение, находится в непосредственном соединении с червяком.
Для крепления шестерни применяется вал. Он расположен под прямым углом относительно червяка.
Все элементы расположены в корпусе, который часто изготавливается из чугуна. Для того чтобы можно было провести обслуживание корпус делается составным, нижняя часть выступает в качестве фиксирующего элемента.
Соединение двух элементов корпуса и фиксация других деталей проводится при применении различных уплотнительных элементов. Их применение можно связать с тем, что в корпусе находится масло, которое разбрасывается на момент работы для обеспечения требуемого охлаждения и снижения степени износа.
Вращение вала обеспечивается за счет установки подшипников самых различных типов. Этой детали уделяется довольно много внимания, так как на момент службы устройства именно они часто выходят из строя.

Кинематическая схема определяет возможность передач низкого крутящего момента с высокой скоростью вращения входного вала.

Читать еще: Флюс скф как пользоваться

При этом на выходе происходит понижение количества оборотов и повышение усилия. Кроме этого, редуктора червячные технические характеристики могут иметь следующие:

Выделяют тихоходные и быстроходные варианты исполнения. При этом в случае небольшой скорости вращения червяк устанавливается снизу, при большой – сверху. Тихоходный вал должен смазываться соответствующим образом, так как в противном случае он не прослужит долго.
Если вращение основных деталей происходит при большой скорости, то масло должно подаваться под большим давлением. Низководная червячная пара может смазываться без давления при естественной циркуляции масла.

Скачать ГОСТ 27701-88

Сегодня корпус редуктора в большинстве случаев изготавливается при применении чугуна, так как этот материал выдерживает существенное воздействие окружающей среды. Передаточное число червячного редуктора зависит от размеров механизма. Чертеж устройства можно встретить в интернете, кроме этого его созданием занимается инженер с соответствующей подготовкой.

При выборе рассматриваемого механизма учитываются самые различные параметры, но передаточное отношение червячного редуктора можно считать наиболее важным параметром.

Классификация червячных редукторов

Могут устанавливаться самые различные типы червячных редукторов, все зависит от области применения механизма. Основная классификация выглядит следующим образом:

Материал деталей может быть самым различным, в большинстве случаев внутренние детали изготавливаются из углеродистой стали. Корпус часто представлен чугунной емкостью со специальными выемками для фиксации подшипников, вала и других элементов.
Разное число заходов также можно назвать основным критерием классификации.
Направление резьбы червячного вала также является одним из признаков, по которым проводят классификацию.
Профиль резьбы.
Тип применяемого винта.

Редуктор червячный одноступенчатый получил весьма широкое распространение на сегодняшний день. Это связано с тем, что он маленький и может применяться для передачи большого усилия. При необходимости можно установить редуктор червячный двухступенчатый, который может не только изменять параметры передаваемого усилия, но и регулировать их в небольшом диапазоне.

Достоинства и недостатки

У рассматриваемого механизма есть довольно большое количество преимуществ и недостатков, которые должны учитываться. Проводимые тесты позволяют определить мощность. К плюсам отнесем следующее:

Высокое передаточное число. Сегодня червячный редуктор может передавать крутящий момент в соотношении до 1000/1. Другие технические решения не позволяют реализовать подобные эксплуатационные характеристики. Не многие устройства могут передавать вращение с подобным передаточным числом.
Компактность. Как ранее было отмечено, одноступенчатый вариант исполнения имеет небольшие размеры. Именно поэтому механизм соединяется с другими в одну конструкцию. В большинстве случаев проводится установка червячной конструкции в случае, когда в приоритете именно компактность.
Бесшумность. При работе редукторов есть вероятность возникновения сильного шума, который создает трудности. Рассматриваемый вариант исполнения лишен подобного недостатка.
Плавность хода. В некоторых случаях при передаче вращения нужно обеспечить высокую плавность хода. При этом некоторые конструкции могут проводить самоторможение при необходимости.
Отсутствие обратного хода можно назвать еще одним важным преимуществом конструкции. При передаточном показателе 35/1 отсутствует эффект обратного хода, так как ведомое колесо нельзя провернуть.
Ремонтопригодность. Сегодня можно найти специальный комплект для восстановления редуктора. Ремонтопригодность позволяет на месте провести требуемую работу.

Однако, есть и несколько существенных недостатков, которые должны учитываться. Примером назовем следующее:

Низкий КПД. КПД червячного редуктора намного меньше в сравнении с другими конструкциями. Именно поэтому в случае, когда не нужно обеспечивать плавность хода и бесшумность червячный редуктор не устанавливается по причине экономических соображений. Снижение показателя КПД прежде всего можно связать с тем, что червяк перенаправляет усилие. Потери могут составлять около 30% и более процентов.
Нагрев также можно назвать существенным недостатком. Устройство должно находится постоянно в смазанном состоянии, так как происходит существенный нагрев при трении подвижных элементов. Слишком высокая температура становится причиной, по которой металл теряет свои основные характеристики Примером можно назвать твердость и износостойкость поверхности.
Нет возможности применять для передачи большого усилия. Как показывает практика, червячный редуктор устанавливается только в случае необходимости передачи крутящего момента на более 15 кВт.
Между валами наблюдается люфт. Даже вначале эксплуатации есть небольшой люфт, который со временем существенно увеличивается. Именно поэтому устройство не может прослужить в течение длительного периода.
Наблюдается сильный износ зубьев. При этом восстановить детали не получается, проводится их полная замена, за счет чего повышаются расходы.

Выбор наиболее подходящего редуктора проводится с учетом достоинств и недостатков рассматриваемого механизма.

Профессионалы не рекомендуют проводить установку червячного редуктора в случае, когда нужно передавать усилие более 200 кВт.

При показателе от 60 до 200 кВт конструкция должна обеспечивать принудительную подачу масла, которое требуется для охлаждения и смазывания.

Применение устройства

Червячный редуктор малогабаритный встречается в самых различных сферах. Примером можно назвать подъемники, конвейеры, насосы, мешалки, приводы ворот и многое другое. Кроме этого, установка механизма проводится в том случае, когда требуется механизм с невысокой стоимостью. Среди особенностей выбора отметим следующее:

Если передаточное число должно быть больше 25, а также не требуется свойство самоторможения, то рекомендуется отдавать предпочтение цилиндро-червяные механизмы. Это связано с более высоким показателем КПД в сравнении с другим вариантами исполнения, за счет чего увеличивается ресурс работы и снижаются затраты на электроэнергию.
Запрещается проводить установку устройства в случае возникновения на момент эксплуатации ударной нагрузки. Это связано с тем, что длительная эксплуатация при ударных нагрузках может привести к сильному нагреву устройства и это существенно снизит рабочий ресурс. Известны случаи, когда при передаче усилия 4 кВт масло в корпусе практически закипало.
Устройство должно устанавливаться исключительно в горизонтальном положении. В противном случае есть вероятность того, что на момент эксплуатации масло будет вытекать через отверстия. Есть варианты исполнения, которые предназначены для вертикальной установки, все зависит от определенных условий эксплуатации.
Запрещается применять устройство при создании системы позиционирования. Как ранее было отмечено, устройство имеет люфт, который негативно отражается на точности.
При установке механизма уделяется внимание тому, что оно обладает свойством самоторможения. Именно поэтому редуктор не устанавливается в случае, если приходится управлять устройство вручную при определенных условиях эксплуатации.

Специалисты рекомендуют перед тем как запустить новое устройство провести его обкатку в холодном режиме. При этом нужно добавить должное количество масла, после чего устройство работает в течение 15-20 часов.

Изготовить рассматриваемое изделие своим руками практически невозможно.

Это можно связать со следующими моментами:

Расчет должен проводить исключительно профессиональный инженер, обладающий соответствующим опытом.
После создания проекта, что предусматривает выполнение определенных расчетов и отображение чертежа, проводится непосредственное производство основных элементов. Все применяемые материалы должны быть надлежащего качества, так как в противном случае конструкция не сможет прослужить в течение длительного периода.
Получив все необходимое проводится непосредственная сборка. Подобная работа также должна выполняться специалистом, так как все элементы должны идеально подходить друг к другу.

В целом, можно сказать, что сегодня устанавливаются исключительно покупные варианты исполнения, так как самодельные не могут прослужить в течение длительного периода и не обладают требуемыми эксплуатационными свойствами.

В заключение отметим, что червячный редуктор может быть отремонтирован своими руками, для работы не нужно обладать особыми навыками. Часть общего картера, в котором находятся основные элементы, зачастую можно снять. Перед непосредственным ремонтом проводится выливание масла в специальную емкость, после чего оно заменяется. Рабочая пара всегда подвергается полной замене, так как износ одного становится причиной повышенного износа другого. При незначительном зазоре проводится использование специальных вкладышей, за счет которых проводится смещение цилиндрического колеса и червяка.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Изучение конструкции червячных редукторов

Цель работы: изучить назначение и конструкцию червячных редукторов, определить геометрические, кинематические и энергетические параметры зацепления и редуктора, ознакомиться с конструкцией, особенностями регулировки зацепления, подшипников и их смазкой.

1. Общие сведения о конструкциях червячных редукторов

1.1. Характеристика червячных редукторов

Червячные редукторы предназначены для передачи вращения между перекрещивающимися валами с уменьшением угловых скоростей и увеличением вращающих моментов, когда ведущим является червяк. Реже вращающим может быть колесо, тогда угловая скорость увеличивается, а вращающий момент уменьшается. Червячная передача состоит из червяка и червячного колеса. Червяк является винтом, червячное колесо представляет собой разновидность косозубого колеса. Червячные передачи относят к категории зубчато-винтовых.

Рис. 1. Червячная передача.

Основными характеристиками редуктора являются передаточное число и вращающий момент на тихоходном валу.

Редукторы червячные одноступенчатые универсальные обдуваемые типа Ч обеспечивают передачу вращающих моментов =85…2000Н∙м в диапазоне передаточных чисел =8…80.

Промышленностью серийно выпускаются редукторы Ч-63, Ч-80, Ч-100, Ч-125, Ч-160. Буква Ч обозначает – редуктор червячный одноступенчатый, число – межосевое расстояние в мм.

Серийно выпускаются также и червячные универсальные двухступенчатые редукторы типа Ч2: Ч2-125; Ч2-160; числа – межосевые расстояния тихоходной ступени, которые обеспечивают передачу вращающих моментов на тихоходном валу =1300…2800Н∙м в диапазоне передаточных чисел =100…6300.

Достоинства червячных передач:

1) большие передаточные числа в одной ступени =8…80 в силовых передачах, до 1000 в приборах;

2) плавность и бесшумность работы;

3) высокая кинематическая точность в сравнении с зубчатыми передачами;

4) возможность передачи вращения между скрещивающимися валами;

5) возможность самоторможения.

Недостатки червячных передач:

1) низкий коэффициент полезного действия ( =0,4…0,9 для одноступенчатого редуктора) из-за значительного скольжения между поверхностями витков червяка и зубьев колеса;

2) сравнительно большие габариты передач, особенно при больших вращающих моментах вследствие значительно меньших величин допускаемых контактных напряжений;

3) необходимость применения дефицитных дорогостоящих сплавов цветных металлов для изготовления червячных колес.

1.2. Основные кинематические схемы червячных редукторов

1.2.1. Кинематический расчет

Передаточное отношение червячной передачи

Иными словами, передаточное отношение в червячной передаче, как и в зубчатой, численно равно передаточному числу . Так как число заходов червяка (число зубьев) , чего не может быть в зубчатой передаче, где =17, то в одной червячной паре можно получить передаточное число, значительно большее, чем в зубчатой, что является основным достоинством червячной передачи. При 2 минимальное число зубьев колеса по условию неподрезания = 2. В силовых передачах =8…80.

1.3. Конструкция одноступенчатого червячного редуктора

Рис. 2. Редуктор червячный одноступенчатый с вентилятором.

На рисунке 2 представлена конструкция одноступенчатого червячного редуктора с нижним расположением червяка с горизонтальной плоскостью разъема.

Оребренный корпус редуктора 1 болтами соединяется с крышкой 2, также имеющей ребра.

Вращающий момент от вала червяка 9 передается червячному колесу 12, а затем через шпоночное соединение тихоходному валу 13. Червячное колесо фиксируется от осевого перемещения по валу справа упорным буртиком вала, а слева – мазеудерживающим кольцом-втулкой 11.

Вал червяка фиксируется от осевого перемещения правой опорой с двумя радиально-упорными шарикоподшипниками, размещенными в стакане 5 – фиксирующая опора.

Левая опора вала-червяка с одним радиальным шарикоподшипником – плавающая.

Для смазывания червячного зацепления и одновременной защиты подшипников вала-червяка от попадания в них продуктов разрушения установлены брызговики-крыльчатки 8. На крышке редуктора для его транспортировки имеются проушины.

Читать еще: Как подключить вай фай камеру к ноутбуку

Лючок для заливки масла и осмотра зацепления закрыт крышкой-отдушиной 4.

Масло при его замене выливают через отверстие, закрытое пробкой 10 с резьбой с прокладкой из резиностойкой резины. Уровень масла замеряют маслоуказателем 14. Корпус обдувается вентилятором 6, закрытым кожухом 7.

1.4. Конструкции червяков и червячных колес

Червяки обычно выполняют заодно целое с валом, но при большой разнице в диаметрах валов и червяков последние выполняют насадными.

По форме внешней поверхности червяки бывают цилиндрическими (рис. 3а), которые чаще используются, и глобоидными (рис. 3б).

Рис. 3. Типы червячных передач:

а – передача с цилиндрическим червяком;

б – передача с глобоидным червяком

Глобоидная передача имеет более высокий КПД, более надежна и долговечна, но из-за сложности изготовления имеет пока ограниченное применение.

Примером ее применения может служить рулевая колонка в автомобиле.

По числу заходов червяки бывают однозаходными и многозаходными ( — число заходов).

По направлению линии витка – с правым и левым направлением линии витка.

По форме винтовой поверхности резьбы цилиндрического червяка различают – архимедовы, конволютные и эвольвентные червяки.

Архимедов червяк в осевом сечении имеет прямолинейный профиль равнобедренной трапеции (рис. 4, а), аналогичный профилю инструментальной рейки. Угол между боковыми сторонами профиля витка у стандартных червяков . В торцовом сечении витки очерчены архимедовой спиралью.

Конволютные червяки имеют прямолинейный профиль в нормальном к витку сечении (рис. 4, б).

Эвольвентные червяки имеют эвольвентный профиль в торцовом сечении и, следовательно, подобны косозубым эвольвентным колесам, у которых число зубьев равно числу зубьев (заходов) червяка.

Наиболее распространены архимедовы червяки.

Рис. 4. Типы червяков: а — архимедов червяк;

б — конволютный червяк; в — эвольвентный червяк

1.4.2. Червячные колеса

Червячные колеса от цилиндрических косозубых зубчатых колес отличаются вогнутым профилем зубьев в осевом сечении. С целью экономии дорогостоящих сплавов цветных металлов колеса выполняют составными: центр из серого чугуна, иногда из стали, а зубчатый венец из бронзы или латуни. Для тихоходных малонагруженных передач при скорости скольжения используют относительно мягкие серые чугуны.

Зубчатые венцы с центрами соединяют посадкой с натягом и винтом (рис. 5, а); большие колеса (диаметр более 400 мм) без натяга только винтовым креплением. В крупносерийном и массовом производстве часто применяют заливку бронзового венца на чугунный или стальной центр (рис. 5, б), что позволяет снизить расход бронзы и латуни.

Рис. 5. Конструкции червячных колес.

1.4.3. Материалы червяков и червячных колес

В связи с большими скоростями скольжения и неблагоприятными условиями смазывания червячным передачам свойственно механическое изнашивание, заедание и задиры, поэтому материалы червяка и колеса должны составлять износостойкую антифрикционную пару с пониженной склонностью к заеданию и задирам.

Червяки изготавливают из углеродистых и легированных сталей. Архимедовы и конволютные червяки, шлифование витков которых вызывает затруднение, изготавливают из нормализованных или улучшенных сталей 40, 45Х, 40ХН и других с твердостью .

Нелинейчатые и эвольвентные червяки изготавливают из цементуемых сталей 20Х, 18ХГТ с твердостью , либо из среднеуглеродистых сталей 45, 40ХН, с поверхностной закалкой до твердости .

Материалы, применяемые для изготовления зубчатых венцов червячных колес, в зависимости от антифрикционных свойств в паре со стальным червяком условно делят на три группы.

I группа – оловянные бронзы типа Бр010Ф1, Бр010Н1Ф1 и другие используют при больших скоростях скольжения ( ). Они дороги и дефицитны.

II группа – безоловянные бронзы, например, алюминиево-железистые типа БрА9Ж4, БрА9Ж3Л, а также латуни, например, ЛЦ23А6Ж3Мц2 и другие обладают повышенными механическими характеристиками, но имеют пониженные противозадирные свойства. Их применяют в паре с твердыми (Н>45HRС_э) шлифованными и полированными червяками для передач, у которых .

III группа – чугун серый (СЧ15, СЧ20) применяют при и в ручных приводах.

1.5. Основные геометрические параметры червяка, колеса и червячной передачи

Основным параметром передачи является осевой модуль червяка, который для колеса является торцовым:

где р – шаг резьбы (зацепления).

Делительный диаметр червяка – диаметр цилиндра, на котором толщина витка и ширина впадины равны по величине,

где — коэффициент диаметра червяка, величина стандартная (ГОСТ 2144-76). Чем меньше модуль , тем больший коэффициент диаметра червяка следует назначать, чтобы обеспечить жесткость червяка (табл. 2).

Для червячных цилиндрических передач ГОСТом 2144-76 регламентированы:

– длина нарезанной части червяка, ;

– делительные углы подъема винтовой линии червяка и наклона зубьев колеса (табл. 3);

– межосевые расстояния,

Стандартные ряды межосевых расстояний , мм

Червячный редуктор, изучение конструкции

Продолжительность работы — 4 часа

Цель работы:Ознакомиться с конструкцией червячных редукторов, червячных колес и червяков.

Принадлежности:

1 Модель червячного редуктора

2 Линейка измерительная

3 Рулетка измерительная

4 Ключи гаечные

Правила техники безопасности:

1 Нельзя работать неисправным ключом или ключом несоответствующего размера

2 Снятые детали редуктора надо класть на стол так, чтобы они не могли упасть от случайного толчка

3 Нельзя подкладывать пальцы под вал колеса и крышку редуктора при их установке

Общие положения:

Червячный редуктор — это механизм, служащий для понижения угловой скорости и увеличения вращающего момента и состоящий из одной или нескольких червячных передач, смонтированных в закрытом корпусе.

Рисунок 1 – Одноступенчатый червячный редуктор

Червячная передача состоит из червяка (1)(рис.1), короткого винта с трапецеидальной или близкой к ней резьбой и червячного колеса (2) с косыми зубьями дугообразной формы. Она применяется для передачи вращательного движения между валами с перекрещивающимися осями.

Корпус редуктора с целью облегчения сборки изготовлен в виде разъемной коробки. Он состоит из нижней части (3), называемой собственно корпусом (основанием) и верхней (4) крышки. Разъем выполнен горизонтальным. Корпус и крышка соединяются болтами (5). В верхней части корпуса имеется окно (люк) (6), через которое заливается масло и производится наблюдение за состоянием колеса и червяка. Оно закрывается крышкой (7), имеющей отдушину (8), предназначенную для исключения избыточного давления внутри корпуса по отношению к корпусному, возможного вследствие нагрева редуктора. При отсутствии отдушины, нагретый воздух при эксплуатации редуктора выдавливался бы вместе с маслом через уплотнения, и на корпусе образовались бы масляные подтеки.

Опорами валов (9) и (10) редуктора являются подшипники качения (11). Назначения опор — удерживать вращающиеся детали в нужном для правильной работы взаимном положении.

В зависимости от того, как расположен червяк по отношению к колесу различают редукторы:

– с нижним — при окружной скорости червяка V₁ до 4..5м/с (рис .2а);

– с верхним — при V₁ = 5м/с (рис.2б);

– с боковым расположением червяка (рис.2в, г).

Рисунок 2 – Схемы одноступенчатых червячных редукторов

Одноступенчатые редукторы находят применение в диапазоне передаточных чисел ί =8…6З.

В зависимости от формы внешней поверхности червяка передачи бывают с цилиндрическими (рис. З а, 6, в) глобоидными (рис. З г) типами червяков.

а — архимедов; б — конволютный; в — эвольвентный;

Рисунок 3 – Основные типы червяков

Червяки в большинстве случаев выполняют как одно целое с валом из сталей: среднеуглеродистой марок 40, 46, 50, легированных 40Х, 40ХН с поверхностной или объемной закалкой до твердости 45…50НРСа. Наилучшую стойкость передачи обеспечивают червяки из цементированных сталей (20х, 18ХГТ), имеющих твердость после закалки 58. 53НРСа. Зубчатые колеса изготавливают как цельные (из чугуна) так и составные (центр стальной или чугунный, венец — бронзовый).

Выбор марки материала венца зависит ох скорости скольжения витков червяка по зубьям колеса и длительности работы. При V = 6. 25м/с и длительной работе рекомендуются оловянные бронзы БрОДОЫ. При V =З. 6м/с – алюминиево-железистые бронзы БрА10)К4Н411. При V = 2м/с червячные колеса можно изготавливать из серых чугунов марок С4 15, СЧ 18-36. 5.

Последовательность выполнения работы:

1) Ознакомиться с техникой безопасности и теоретическими сведениями, изложенными в методических указаниях.

2) Сделать эскиз предложенного редуктора, проставить обозначения: расстояние от основания редуктора до верхней точки вала колеса (В) и червяка (Б), диаметр вала колеса d_в2 и червяка d_в1

3) Разобрать редуктор:

а) отвернуть винт, снять крышку

б) вынуть червячное колесо с валом и подшипниками

в) вынуть червяк с подшипниками

4) Ознакомиться с конструкцией червяка и червячного колеса

5) Сделать их эскизы и снять следующие параметры:

–число заходов червяка Z₁

–число зубьев колеса Z₂

–шаг червячного зацепления Рх(Рt), мм; (рис.3)

–диаметр вершины червяка d_a₁ ; (рис.З)

– диаметр вершины колеса в среднем сечения d_a₂

–длина нарезной части червяка в₁ (рис.З)

–наибольший диаметр колеса d_am₂ (рис.1)

6) Подсчитать межосевое расстояние по формуле:

(1)

Полученное значение сравнить с табличным (табл.1).

7) Определить осевой модуль m_x и коэффициент диаметра червяка q, и округлить до ближайших стандартных значений:

(2)

(3)

d₁–делительный диаметр червяка

h_a– коэффициент высоты головки (h_a=1, реже 0,8)

Таблица 1 – Стандартные значения m_x , q, d_w

Червячные редукторы: описание, преимущества и недостатки

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.

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».

Читать еще: Где взять 12 вольт в домашних условиях

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:

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.

Червяки разделяются на типы по следующим признакам:

по количеству заходов резьбы: однозаходные, многозаходные
по направлению нарезки резьбы: правые, левые
по форме винта, на котором нарезана резьба: цилиндрические, глобоидные
по форме профиля резьбы: с конволютным профилем, с архимедовым профилем, с эвольвентным профилем
Зубчатые колёса разделяются на типы по следующим признакам:
по типу колеса: собственно колесо, зубчатый сектор, вырожденный сектор
по профилю зубьев: прямой, вогнутый, роликовый (вместо зубьев используется вращающийся ролик)

Самыми распространёнными являются одноступенчатые мотор-редукторы.