Червячный редуктор принцип работы

Принцип работы червячного редуктора

Принцип работы червячного редуктора заключается в характерном сцеплении зубьев вала и колеса. Червяком называют винт с нарезанной резьбой, профиль которой близок к трапецеидальной. А червячное колесо имеет косые зубья со специальным профилем. Во время вращения червяка происходит перемещение витков его резьбы вдоль оси, в результате чего зубья червячного колеса продвигаются в этом же направлении.

Ось червячного колеса и ось червяка скрещены под углом 90˚, а расстояние между ними определяет размер редуктора. Маркировка означает одноступенчатый тип редуктора с расстоянием между осями 80 мм.

Преимущества

• Основное преимущество этого вида конструкции — компактность и, соответственно, экономия места в машине в сравнении с другими видами (например, с цилиндрическим);
• Передаточное число может достигать 1: 110. Такой показатель в других типах может быть достигнут только с использованием как минимум трех ступеней;
• Особенности зацепления позволяют работать с минимальным уровнем шума, что обусловливает применение редуктора в машинах, где необходима бесшумность;
• В сравнении с другими конструкциями червячное устройство работает наиболее плавно;
• Устройство редуктора обеспечивает ему ценное свойство — «самоторможение» (отсутствие обратимости). Когда отсутствует движение ведущего вала, происходит притормаживание ведомого, причем провернуть его невозможно. Действие этого фактора начинается, когда передаточное число достигает 35 и превышает его.

Недостатки

• Принцип работы червячного редуктора не позволяет получить высокий КПД. Потери энергии трения скольжения, возникающего при сцеплении зубьев, достигают 40% и выше;
• Следствием предыдущего недостатка является нагрев конструкции. Поэтому для охлаждения используются различные приемы: вентиляторные крыльчатки, принудительная циркуляция масла и др. ;
• Рекомендуется не применять конструкции данного типа при высоких мощностях (больше 60 кВт);
• Люфт выходного вала. Работа червячного редуктора, как и в других конструкциях, сопровождается образованием зазоров. Однако именно здесь они быстро увеличиваются с износом;
• Ресурс выработки конструкции по расчетам составляет 10000 ч., тогда как при цилиндрическом типе этот показатель больше в 2,5 раза.

Применение червячного редуктора

Принцип работы червячного редуктора делает его востребованным при необходимости одновременного соблюдения нескольких показателей:

• Увеличение крутящегося момента;
• Понижение частоты вращения;
• Малая периодичность включения.

Если взять во внимание, как работает червячный редуктор, то становится понятным применение его в конвейерах и подъемниках, транспортерах и насосах, электроприводах ворот и бетономешалках, системах вентиляции и климатотехники, .
В зависимости от назначения выделяют три типа конструкции: одноступенчатые, двухступенчатые и комбинированные (). Все три типа требуют в эксплуатации усиленной смазки вязкими составами. Это условие является главным для бесперебойной работы и повышения КПД.

Купить червячный редуктор — значит обеспечить бесшумное и плавное функционирование в соответствии с назначением системы.

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:

1. Шестерня имеет цилиндрическую форму, на поверхности которой есть зубья. Она получила весьма широкое распространение, находится в непосредственном соединении с червяком.
2. Для крепления шестерни применяется вал. Он расположен под прямым углом относительно червяка.
3. 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.
4. 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.
5. 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.

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

1. 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.
2. 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.

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:

1. 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.
2. Разное число заходов также можно назвать основным критерием классификации.
3. Направление резьбы червячного вала также является одним из признаков, по которым проводят классификацию.
4. Профиль резьбы.
5. 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:

1. 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.
2. 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.
3. Бесшумность. При работе редукторов есть вероятность возникновения сильного шума, который создает трудности. Рассматриваемый вариант исполнения лишен подобного недостатка.
4. Плавность хода. В некоторых случаях при передаче вращения нужно обеспечить высокую плавность хода. При этом некоторые конструкции могут проводить самоторможение при необходимости.
5. 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.
6. 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:

1. 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.
2. 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.
3. Нет возможности применять для передачи большого усилия. Как показывает практика, червячный редуктор устанавливается только в случае необходимости передачи крутящего момента на более 15 кВт.
4. 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.
5. 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:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Запрещается применять устройство при создании системы позиционирования. Как ранее было отмечено, устройство имеет люфт, который негативно отражается на точности.
5. 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:

1. Расчет должен проводить исключительно профессиональный инженер, обладающий соответствующим опытом.
2. 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.
3. 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.

Червячный редуктор, что это такое?

Среди большого количества модификаций, червячный редуктор выделяется особым способом преобразования высокой скорости вращения в более низкую и пропорциональным увеличением крутящего момента на выходе.
Малые габариты, удобная компоновка, оригинальное свойство самоторможения и отличные эксплуатационные характеристики способствуют его широкому применению.

Особенности червячной передачи

Основной принцип передачи усилия в механизме является сцепление элементов: червеобразного винта (червяка) и зубчатого колеса.

• Червяк – это винт с нарезанной на нём трапецеидальной резьбой.
• Колесо – косозубое, на венце которого расположены зубья специального профиля: прямые, вогнутые, роликовые.

Взаимодействие происходит таким образом: червяк (ведущий элемент) получает от мотора определенную скорость. Сцепляясь с зубьями колеса (ведомый элемент), автоматически преобразует энергию вращения в крутящуюся энергию колеса, и далее от выходного вала к исполнительному органу.
Причем каждый оборот червячного винта поворачивает колесо на число зубьев, равное количеству его витков – этот параметр называется передаточным числом и обозначается латинской буквой – i.

Особенности червячной передачи:

• скрещивающиеся перпендикулярно валы вращения;
• самотормозящая система – вращение обратно от колеса к червяку невозможно из-за трения;
• положение прочно фиксируется;
• начало контакта элементов происходит не в одной точке, а по всей линии.

В результате повышается надежность механизма, уменьшаются размеры всей системы, снижается расход энергии.

Как устроен червячный редуктор

Пара «червячный винт и колесо», расположенная в герметичном чугунном или алюминиевом корпусе, заполненном специальным, обязательно вязким, маслом (иногда встраивается система охлаждения), называется червячным редуктором. Принцип работы механизма заключается в передаче высокой скорости входного вала червяка от двигателя на более крупное по диаметру колесо увеличенного крутящего момента. При этом снижается скорость вращения выходного вала.

Справка. Конструкция, в которой входной вал непосредственно соединен с источником энергии, называется мотор – редуктором.

Основные различия моделей редукторов зависят от:

• количества заходов червяка – однозаходные, многозаходные;
• направления резьбы – правые, левые;
• профиля резьбы – цилиндрические, глобоидные;
• материалов корпуса и деталей.

Для хорошей смазки рекомендуется устанавливать редуктор с нижним расположением червяка. При заказе нужно учитывать монтажное положение, так как от этого зависит расположение сапуна и количество заливаемого масла. Также нужно учитывать, что при работе редуктора, механические элементы нагреваются, а это увеличивает гидродинамическое сопротивление из-за чего излишки масла может выдавить через сальники. Поэтому нужно обязательно соблюдать уровень масла, и не заливать больше чем требуется.

Конструкционные схемы червячных редукторов

Технические характеристики в силу своей конструкции отличаются от цилиндрических, конических и планетарных редукторов.

Особенности червячных редукторов:

Эффект самоторможения – движение стопорится за счет действия сил трения, колесо не способно прокручивать червяк. Это свойство особенно полезно для механизмов, используемых для поднятия и перемещения грузов. При отключении питания приводного двигателя не будет происходить обратное вращение барабана лебедки или опускание ковшей элеватора.

Большие передаточные числа — от 8 до 100. Для особых конкретных целей конструируются механизмы с числом до 1000.
Увеличивают передаточное число индивидуальные каналы резьбы на червяке – одно-, двух- или четырехзаходные.
Увеличение передаточного числа достигается применением нескольких ступеней. В зависимости от количества червячных пар, объединенных в одном корпусе, выпускаются модели в одноступенчатом и двухступенчатом исполнении.

Нагрузка на зубчатое колесо привела к необходимости изготавливать его из сплава бронзы или композитным. Например, сердечник может быть изготовлен из твердой стали или чугуна, венец с зубьями — из антифрикционного материала с пониженным коэффициентом трения, например бронзы.
Перекрестное расположение входного и выходного валов (в основном – 90 градусов). За счет чего конструкция компактна и имеет сравнительно небольшую массу.
Разнообразные компоновочные схемы: червячный вал может располагаться над колесом, под колесом, горизонтально или вертикально сбоку.
Детали механизма более требовательны к смазке, чем другие системы зубчатых передач. Соответственно, отличается плавностью хода и бесшумностью при работе.
В зависимости от профиля винта и зубьев на венце колеса червячная пара может быть цилиндрической или глобоидной.
Расстояние между осями вращения колеса и тихоходного вала является одной из главных характеристик редуктора, определяющей его габарит.

Основные недостатки:

• низкий показатель КПД;
• небольшой рабочий ресурс;
• повышенный нагрев из трения, требуется принудительный обдув;
• червячные редукторы нельзя применять на высокооборотных электродвигателях, большинство моделей имеют ограничение до 1500 об/мин.

В червячных редукторах зубчатая пара работает по принципу трение скольжения, поэтому передаточное отношение зависит от диаметра зубчатого колеса и количества зубьев на нем. Зубчатая передача червячного редуктора имеет низкий показатель КПД, поэтому подвержена нагреву при оборотах электродвигателя выше 1500 об/мин. В наших каталогах имеются таблицы с техническими характеристиками, где мы рекомендуем устанавливать четырех полюсные электродвигатели на 1400 об/мин.

Климатическое исполнение

КИ — важная характеристика, определяющая условия эксплуатации редукторов. Для разного климата требуется определенный тип смазки.

Варианты исполнения

Российский ГОСТ 15150-69 устанавливает следующие обозначения:

• У — использование в умеренном климате;
• Х — для работ на холоде;
• Т — для применения в тропиках;
• В — универсальные, возможно использование в любых широтах.

После буквенного обозначения идет цифровое, указывающее место размещения – КР. Всего имеется пять вариантов:

• на открытых территориях;
• на крытых площадях;
• в закрытых помещениях с естественной циркуляцией воздуха (самый популярный);
• в цехах с определенной температурой и влажностью воздуха (пищевая и фармацевтическая сфера);
• эксплуатации при отсутствии вентиляции (в шахтах).

Информация находится в паспорте редуктора и в табличке на корпусе.

Какие редукторы наиболее востребованы в России

В нашей стране популярны отечественные червячные редукторы серии Ч и 2Ч. Они надежны, неприхотливы в работе, приспособлены к российским климатическим условиям. Стоимость значительно ниже импортных аналогов.

Исполнение в чугуном корпусе

Исполнение в алюминиевом корпусе

Области применения

Червячный редуктор встречается практически в составе любого технически сложного агрегата:

• в транспортерах – лифты, элеваторы, конвейеры, эскалаторы, электроприводы ворот;
• в строительстве: мешалки, подъемники, ручные лебедки, насосы;
• в техническом производстве: металлорежущие станки и многое другое;
• рулевое управление автомобиля смонтировано на червячной передаче глобоидного типа (червяк специфической вогнутой формы с радиусом изгиба, совпадающим с радиусом изгиба колеса).

Пример условного обозначение редуктора Ч -160 при заказе: Ч-160-31.5-53-У3-В, где:

• Ч — червячный одноступенчатый редуктор;
• 160 — межосевое расстояние, мм;
• 31,5 — передаточное отношение;
• 53 — вариант сборки (расположение выходного вала);
• У3 — климатическое исполнение и категория размещения;
• В — встроенный вентилятор охлаждения.

Внимание! Новый редуктор до запуска в работу под нагрузкой, необходимо предварительно покатать на холостом ходу или с низкой нагрузкой 15-20 часов. Трущиеся поверхности должны приработаться.

Червячные редукторы получили огромную популярность в России и других странах. Они отличаются простотой эксплуатации и механическими преимуществами перед другими приводами. Хотя эффективность червячных редукторов относительно низкая, они могут обеспечивать очень высокие передаточные числа и во многих случаях являются самотормозящими. Небольшие типоразмеры редукторов изготовлены из алюминия и имеют компактные размеры и небольшой вес. Для удобства монтажа имеются модификации с выходным фланцем и цилиндрическим валом.

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.

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, аЧ-100соответственно 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».

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 зацеплениячервячные 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-80с 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 выполненияфрезерных 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 сформулироватьосновные 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.

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

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 преимуществаредуктора червячногоперед 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.

Тип		Передаточное число	Частота вращения выходного вала об/мин	Номинальный крутящий момент на выходном валу Нм
редуктор	мотор-редуктор
Ч-20	МЧ-20	5 — 50	28 — 300	4
Ч-25	МЧ-25			6
Ч-31,5	МЧ-31,5			8
2Ч-40	МЧ-40	5 — 80	9,37 — 300	28 — 37
Ч-50	МЧ-50			50 — 70
1Ч-63, 2Ч-63	МЧ-63	5 — 80	7,5 — 300	95 — 135
1Ч-80, 2Ч-80, Ч-80	МЧ-80			150 — 280
Ч-100	МЧ-100			315 — 570
Ч-125	МЧ-125			615 — 1000
Ч-160	МЧ-160			1100 — 1900
Ч-200	МЧ-200			1600 — 3100
Ч-250	МЧ-250			2700 — 5700
Ч-320	МЧ-320			4400 — 10000
Ч-400	МЧ-400			6500 — 19000
Ч-500	МЧ-500			8200 — 33000
РЧН-180	МРЧН-180	12,5 — 50	20 — 90	1300 — 1800
РЧП-300	МРЧП-300	16, 25, 50	20 — 40	4200

Виды червячных редукторов

Червячные редукторы могут существенно отличаться в зависимости от области применения механизма.

Основные отличия, которые могут использоваться в конструкции:

• Разное число заходов;
• Материал детали;
• Направление резьбы;
• Профиль резьбы;
• Типами применяемого винта.

Данные отличия могут присутствовать в различных сочетаниях. Какие виды червячных редукторов использовать решает инженер на стадии проектирования и разработки устройств и механизмов, использующих такие типы передачи крутящего момента.

Проектирование червячного редуктора

Смастерить червячный редуктор своими руками практически невозможно. Расчёт червячного механизма должен осуществляться квалифицированным специалистом. Когда чертёж будет сделан, все детали по нему изготавливаются только из материалов надлежащего качества, иначе зубчатый механизм может выйти из строя после непродолжительной работы. Сборка червячного редуктора, также должна осуществляться опытным мастером. Несоблюдение этого правила может значительно снизить эксплуатационный ресурс детали, ведь кроме правильной установки валов, понадобится тщательная регулировка червячного механизма.

Если необходимо применение червячного редуктора для того чтобы установить самодельный механизм по передаче крутящего момента, то в это случае лучше использовать уже готовые б/у изделия от техники, в которой используется подобный вид передачи крутящего момента. В том случае, когда осуществляется самостоятельная разработка новых устройств, которые будут запатентованы, проектирование червячного редуктора следует заказать в конструкторском бюро, занимающемся подобными разработками.

Принцип работы

Основой всего передаточного механизма является червеобразный ведущий винт, в «честь» которого данные типы редукторов и получили своё название. Червячный винт взаимодействует с шестерней, осевой вал которой расположен под прямым углом. В результате такой сцепки происходит трансформация высокой скорости вращения входного вала с низким крутящим моментом, на вращение выходного вала с небольшой частотой, но значительно большим усилием. Компоновка червячного редуктора может быть различной. Если вал червячного редуктора вращается со скоростью ниже 5 м/с, то червяк располагается снизу, если скорость выше — то устанавливается редуктор с верхним червяком.

Большинство механизмов этого типа используются с одной передаточной ступенью, но иногда для регулирования соотношения может применяться двухступенчатый червячный редуктор.

Если скорость вращения вала более 10 м/с подшипники и гипоидные передачи должны смазываться под давлением. Если мотор тихоходный, то достаточно естественной циркуляции масла при вращении передачи.

Масло для червячных редукторов должно быть высокой вязкости, иначе процесс износа наиболее нагруженных частей редуктора значительно ускорится.

Рулевое управление

Он используется в автомобиле не только в мостах, но и в рулевой системе. На самом деле жидкостный рулевой редуктор – это старейшая система, которая прошла множество изменений, но технический принцип ее остался общим.

Рулевой редуктор в автомобиле служит для того, чтобы было легче крутить руль даже на автомобиле без усилителя руля.

Рулевой редуктор имеет ряд преимуществ, главным из которых является большое отношение передачи энергии. Можно сказать, что к достоинствам относится низкий шум работы редуктора и плавность хода. Рулевой редуктор также обладает и недостатками, главным из которых является быстрый износ цепного механизма и обильное выделение тепла. Приводом для рулевого преобразователя энергии служит рулевое колесо.

Система смазки редуктора

Каждый такой агрегат автомобиля имеет систему смазки. Масло под давлением подает на подшипники и цепной механизм. Помимо своей прямой обязанности система смазки охлаждает и выносит лишние элементы износа из корпуса редуктора, которые смогут привести в негодность цепные шестеренки. Эти элементы выходят из системы с маслом и задерживаются фильтром.

Чтобы масло не смогло вытекать из корпуса редуктора, требуются специальные сальники. Специальные сальники в автомобиле есть не только в этой системе. Эти сальники есть везде, где требуется герметичность. Для того, чтобы сальники создавали герметичность, сальники нужно правильно установить. Замена сальников является такой же сложной процедурой, как и ремонт редуктора. Первой причиной того, что требуется заменить сальники, является след масла на корпусе.

Ремонт редуктора

Несложный ремонт червячного редуктора можно осуществить собственными силами. Если мотор и привод объединены в одном корпусе, то следует аккуратно разобрать механизм.

Часть общего картера, в которой находится привод, также подлежит разбору. Если конструкция червячного привода изготовлена под высокоскоростной мотор, то, прежде чем приступать к разбору редуктора, необходимо слить трансмиссионное масло из корпуса.

В редукторе этого типа применяются высококачественные подшипники, поэтому наиболее часто необходимость ремонте возникает если шестерня и червяк изношены свыше предельных значений. Рабочая пара всегда подлежит одновременной замене на полный ремкомплект, который прежде чем поступить в торговую сеть, должен быть правильно подобран и испытан на специальном стенде.

Если износ червячной пары незначительный, то зазор можно ликвидировать, используя специальные шайбы-прокладки на ведомом валу.

Конструкция червячного редуктора также позволяет осуществить регулировку зацепления шестерни с червяком без разбора корпуса. Для этой цели используется болт, который встроен в корпус. Если имеется чертёж устройства, то можно без труда определить, где шестерня регулируется. Если чертёж отсутствует, то косвенным признаком регулировочного болта, будет наличие на нём контргайки, которая используется для фиксации отрегулированного зазора между червяком и зубчатым колесом. Крайне редко подшипники редуктора требуют замены. Обычно привод оснащается качественными шарикоподшипниками, которые не требуют замены или ремонта в течение всего эксплуатационного срока детали. Подшипники могут быть испорчены только в том случае, когда привод долгое время использовался без смазки или с применением некачественных смазочных материалов.