Колесо червячное: достоинства и недостатки

Система червячной передачи состоит из двух компонентов - колеса и самого червяка. Она необходима для того, чтобы получить вращение и передать его между перекрещивающимися валами (от одного ко второму), снижая при этом скорость и количество оборотов. Колесо работает в сцепке с червяком, который может иметь левую или правую резьбу, а также одно- или многозаходную.

Основные данные

Червяк представляет собой винт с резьбой, который передает свое вращение винтовому колесу с зубцами дугообразной формы, заставляя его вращаться.

Зубцы и витки винта находятся в сцепке. Оси валов червячного колеса перекрещиваются под прямым углом, винты пересекаются в одной плоскости и взаимно перпендикулярны.

Возможность самоторможения допускает движение только от червяка к колесу, в противном случае может начаться торможение и произойдет стопор.

Винт с режущими зубьями является червячной фрезой, которая используется в червячном колесе. Такие фрезы имеют различные классификации (по обработке, количеству заходов и т.д.).

Разновидности

Классификация червячных передач подразделяется на два вида: глобоидные зубчатые червячные колеса и цилиндрические. Глобоидный вариант требует сосредоточенного точного изготовления и повышенного внимания к охлаждению, а при изнашивании он очень тонко реагирует на смещение винта по оси. Цилиндрический вид имеет круговые цилиндры на поверхностях колеса и червяка (начальной и делительной).

Резьба червяков может иметь трапецеидеальную резьбу в осевом сечении (самый популярный тип - архимедов), такой же профиль, но в нормальном сечении (конволютные), эвольвентные (с аналогичной названию резьбой в осевом сечении) или с вогнутым профилем для максимального контакта с колесом.

Достоинства и преимущества

К преимуществам можно отнести:

• тихий и плавный ход за счет специальной сцепки;
• надежную работу;
• небольшие размеры и компактность конструкции;
• возможность редуцирования (получения больших передаточных чисел) с применением одной ступени;
• самоторможение или стопор, отсутствие возможного обратного хода;
• простота использования и изготовления червячных колес;
• невысокая стоимость относительно других редукторов (цилиндрических).

Что касается цилиндрических редукторов, с которыми часто сравнивают червячные конструкции, к их достоинствам относят высокий коэффициент полезного действия, слабоощутимый нагрев и незначительный люфт выходного вала. Они такие же надежные и имеют высокую работоспособность, самостоятельный стопор отсутствует.

Недостатки

К главным недостаткам червячного колеса относят пониженную мощность и ограничения по ее передаче, уменьшение коэффициента полезного действия, вследствие чего невозможна передача весомых нагрузок. Также для изготовления некоторых деталей необходимо строгое соблюдение точности, использование дорогих и редких материалов, специальных смазывающих средств, а при быстром изнашивании или застревании важны качественные регулировки. К минусам могут относить и повышение температуры корпуса и нагрев в месте сцепления, увеличение люфта выходного вала при изнашивании редуктора.

Периодически возникает необходимость обратить выходной вал, не прибегая к запуску редуктора. В этой ситуации стопорение, которое считается достоинством данного типа, становится его недостатком.
Несмотря на все имеющиеся изъяны в виде повышенного выделения тепла и недостатка передачи мощности, этот вариант передачи используют в тех случаях, когда нет весомых нагрузок ударного типа. Это бюджетный и сравнительно дешевый вариант, который применяют в машиностроении, мешалках, транспортерах и на конвейерах.

Червячные передачи сравнивают с цилиндрическими, у которых также есть ряд недостатков. Они имеют низкое передаточное число с применением одной ступени.

Сфера применения

Применяются червячные передачи в качестве редуктора, с целью уменьшения количества оборотов. Такой элемент используется для автомобилей и прочего транспорта, в различных станках и кранах, машинах, при подъеме грузов.

Актуально применение колес червячной передачи в тех случаях, когда при небольших затратах требуется уменьшить вращение и ускорить крутящий момент. Червяк в каждом из этих вариантов задает движение, колесо реагирует.

Конструкция изделия

Как известно, червячное колесо - это передача, состоящая из двух звеньев: ведомого и ведущего, которые работают в сцепке. Главным является червяк в виде винта, задающий движение второму элементу - косозубому колесу. Именно по его зубьям скользят витки, располагающиеся на винте.
Все вместе это является зубчато-винтовой системой. Чаще всего червячные колеса - составные, это влияет на стоимость, понижая ее.

Червяк является ведущим, и чаще всего обратная передача нереализуема, поскольку

это может вызвать торможение редуктора. Зубья червяка представляют собой продольно-круговые витки.

Архимедовы винты - самый распространенный вид червяков в машиностроении. Этот вариант востребован и прост в изготовлении.

К стандартным вариантам червячных колес в машиностроении относят биметаллическую, бандажированную и болтовую конструкции. Первая часто встречается в серийном производстве.

Используемые материалы

Для изготовления червячного колеса используют специализированные антифрикционные материалы, которые препятствуют заеданию и застреванию, способствуют долгосрочной работе и стойкости к изнашиванию, влияют на коэффициент трения, снижая и уменьшая его.

В том случае, если все материалы подобраны грамотно, коэффициент полезного действия увеличивается, а трение не вызывает дополнительных затрат.

Для звеньев используют различные материалы и сплавы: для винта - сталь, особое внимание уделяя марке материала и его закалке. Чаще всего винт является цельным, совместным с валом. Периодически встречаются насадные варианты.

При изготовлении колеса применяют бронзу, а также сплавы из олова и никеля, алюминия и железа. Возможно применение чугуна, латуни для зубчатого венца. Часто колесо имеет стальную или чугунную ступицу. Отливают колеса с помощью центробежного метода.

Формы и виды

Винты подразделяются на левые и правые, в зависимости от расположения и направления витков. В первом случае винт выкручивается, выполняя движение по часовой стрелке. Во втором случае, двигаясь в том же направлении, винт вкручивается. Эти изменения можно заметить при отслеживании движения с торца винта.

Винт может иметь один или много витков (гребней), которые, в зависимости от количества, размещены на винтовой линии, располагающейся на делительном цилиндре. Это характеризует число заходов винта.

Червяк может находиться сверху, внизу или сбоку от колеса, изменяя таким образом форму передачи.

Вал червячного колеса может иметь горизонтальное или вертикальное расположение.

Также может различаться поверхность и профиль резьбы винта, при этом возможно несколько вариантов передачи, в каждом из которых свой способ нарезания (с конволютным, эвольвентным, архимедовым винтом).

Кроме того, в червячных колесах возможны различия, в зависимости от формы поверхности винта, на которой образуется его резьба (цилиндрический или глобоидный винт). Во втором случае передача обладает более высоким коэффициентом полезного действия, но является непростой при создании и выпуске, отличительная черта образования - дуга окружности. В первом варианте отличительной чертой является прямая линия, которая образует делительную поверхность.

Червячное колесо - это основная часть червячной передачи, в которую входят колесо и винт. Эти два звена являются червячной парой, которая взаимодействует друг с другом по принципу винтовой. На ее основе изготавливаются редукторы. Изделие имеет низкий коэффициент полезного действия, но является простым в изготовлении и применении.

Мы рассмотрели, что представляет собой червячное колесо, выделили основные преимущества и недостатки, указали материалы производства и сферу применения.