Червячный редуктор принцип работы

Червячный редуктор

Этот тип редукторов получил свое название по типу зубчатой передачи, используемой для снижения высокой скорости вращения входного вала и повышения крутящего момента на выходном (тихоходном) валу. В механизмах с червячной передачей входной и выходной валы расположены под прямым углом друг к другу, в отличие от цилиндрических и планетарных редукторов, у которых они параллельны или лежат на одной оси.

Работа червячного редуктора

Рабочая часть входного вала (червяк) напоминает винт, профиль резьбы которого имеет трапецеидальную форму. Витки резьбы винта находятся в зацеплении с косозубым зубчатым колесом, имеющим специальный профиль. Соединение «червяк – зубчатое колесо» получило название червячная пара. Вращение вала приводного двигателя передается входному валу редуктора, в результате чего витки резьбы рабочей части начинают перемещаться вдоль оси винта. Благодаря такому поступательному движению зубчатое колесо начинает крутиться в том же направлении. В зависимости от профиля винта и зубьев на венце колеса червячная пара может быть цилиндрической и глобоидной:

Расстояние между осями вращения колеса и тихоходного вала является одной из главных характеристик редуктора, определяющей его габарит. В зависимости от количества червячных пар, объединенных в одном корпусе, выпускаются модели в одноступенчатом и двухступенчатом исполнении.

Двухступенчатый червячный редуктор может быть собран из двух моделей одноступенчатого исполнения, соединенных специальной переходной муфтой.

Передаточные числа

Чтобы правильно подобрать нужный типоразмер червячного редуктора под необходимые условия эксплуатации, помимо межосевого расстояния червячной пары, необходимо учитывать кратность снижения частоты оборотов выходного вала к скорости вращения вала приводного двигателя. Этот параметр называется передаточное число червячного редуктора и зависит от соотношения числа зубьев на рабочем колесе к количеству витков резьбы на червяке. В зависимости от конструкции редуктора и количества ступеней коэффициент редукции колеблется от 5 у одноступенчатых моделей до 4000 в двухступенчатых механизмах.

Преимущества и недостатки червячных редукторов

Благодаря перекрестному расположению валов механизмы этой группы более компактны по сравнению с цилиндрическими моделями, которые имеют сравнимые передаточные числа и номинальные крутящие моменты. Это позволяет более рационально компоновать их с приводимым механизмом, особенно в условиях недостатка свободного пространства. Червячные редукторы в процессе работы издают гораздо меньше шума, чем модели с цилиндрической, планетарной и конической передачей, а также имеют более плавный ход.

Но главным отличием от всех других видов редукторов является отсутствие обратимости вращения валов, называемое еще «самоторможением». Оно выражается в том, что в механизмах с передаточным отношением более 35 отсутствует возможность провернуть выходной вал вручную. 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. Таким образом, нет необходимости устанавливать на них дополнительный электромагнитный тормоз.

К сожалению, КПД червячного редуктора ниже, чем у цилиндрической передачи. Особенно это проявляется в редукторах с большими передаточными числами. Снижение полезной работы происходит в результате более высокой силы трения скольжения витков червяка об зубья рабочего колеса. Помимо падения КПД потеря энергии приводит к повышению температуры. Чтобы избежать перегрева, на корпусе редуктора предусмотрены ребра охлаждения. В крупногабаритных типоразмерах дополнительно применяется принудительная циркуляция масла в поддоне либо внешний обдув от вентиляторной крыльчатки, устанавливаемой на втором конце входного вала. Кроме этого, редукторы этого типа имеют повышенный люфт выходного вала по сравнению с моделями с цилиндрической и планетарной передачей.

Применение червячных редукторов

Червячные редукторы востребованы во всех отраслях тяжелой и легкой промышленности. Они используются для комплектации приводов ворот, конвейерных лент, лифтов и других подъемных механизмов, различных насосов и размешивающих устройств. Некоторые модели устанавливаются на деревообрабатывающих и металлообрабатывающих станках.

При выборе нужной модели для комплектации механизма следует учитывать его компоновку. Базовым исполнением является червячный редуктор с нижним расположением червяка. Такое положение входного вала характерно для окружной скорости червяка, которая не превышает 5 м/с.

В том случае, когда условия эксплуатации требуют более высоких скоростей вращения входного вала, требуется червячный редуктор с верхним расположением червяка.

Кроме того, нужно помнить, что редукторы этой группы нельзя использовать, если эксплуатация подразумевает ударные нагрузки, неравномерность вращающего момента на тихоходном валу, а также частые запуски и остановы приводимого механизма.

Червячный редуктор

Червячный редуктор — механическое устройство, предназначенное для снижения скорости вращения валаприводного двигателя и повышения крутящего момента на выходном валу. От других модификаций механическим редукторов отличается перпендикулярным расположением червяного вала и рабочего колеса.

Принцип действия и конструктивные особенности

Основной конструктивный элемент редуктора — червячный вал, непосредственно на который передается усилие от приводного двигателя. Червячный вал представляет собой ось с нарезанной резьбой крупного шага. Чаще всего форма зуба резьбы близка к трапецеидальному, но существуют модификации с архимедовым, конволютным или эвольвентным профилем. Вал входит в зацепление с червячным колесом, на котором нарезаны косые зубья. При вращении червяка происходит смещение витков резьбы, которое и вызывает вращение рабочей шестерни.

Отличительная особенность такого редуктора — перпендикулярное расположение осей червячного вала и шестерни. Благодаря этому существенно уменьшены габариты механизма и появилась возможность увеличить передаточное число при заданных габаритах конструкции.

За счет увеличения площади соприкосновения основных рабочих элементов реализована возможность передачи высокого крутящего момента. При этом повышение сил трения обеспечивает эффект самоторможения механизма после остановки приводного двигателя. То есть, появилась возможность точно зафиксировать выходной вал в требуемом положении. Кроме того, провернуть вал вручную при остановленном двигателе невозможно. Эта особенность позволяет обеспечить безопасность эксплуатации лифтов, подъемных устройств, а также повысить точность работы автоматизированных приводов различного назначения.

Существующие типы типов редукторов

В зависимости от назначения и конструктивного исполнения червячные редукторы могут отличаться параметрами основных рабочих элементов:

• Червячный вал имеет одно-, двух- или четырехзаходную резьбу с различным шагом.
• Червячное колесо может располагаться над, под или сбоку от основного вала.

Именно от этих конструктивных особенностей и зависит передаточное число и габариты механизма.

Одноступенчатый червячный редуктор

Этот вид оборудования получил наибольшее распространение. Визуально одноступенчатый червячный редуктор можно определить по перпендикулярному расположению входного и выходного вала.

Отличается более простой конструкцией, обеспечивающей повышенную надежность механизма. Может работать в системах электропривода с постоянной или изменяющейся нагрузкой. Допускается реверсирование направления вращения рабочего вала. Могут иметь исполнение с валами на входе и выходе или с фланцами для подключения электродвигателя и обслуживаемого оборудования. КПД одноступенчатого червячного редуктора может достигать 70–80%.

Двухступенчатый червячный редуктор

Используется при необходимости существенного увеличения крутящего момента и снижения скорости вращения вала. Отличается повышенным передаточным числом. Оси входного и выходного валов этого механизма расположены параллельно.

По сути, представляют собой два одноступенчатых редуктора, размещенных в общем корпусе. Комбинация различных ступеней делает возможность повышения передаточного числа механизма до нескольких тысяч единиц. Чаще всего такие механизмы используются в установках, для которых важна высокая кинетическая точность работы.

Увеличение числа червячных пар приводит к уменьшению КПД механизма, который обычно не превышает 40–50%. Кроме того, установки этого класса подвержены перегреву при эксплуатации в режимах с повышенными нагрузками. Отметим и более сложное техническое обслуживание редуктора по сравнению с одноступенчатыми модификациями.

Область применения

Учитывая особенности конструкции, червячные редукторы получили наибольшее применение в следующих промышленных механизмах:

• Конвейерное оборудование различного типа.
• Подъемники и лифтовое хозяйство.
• Электроприводы раздвижных и распашных ворот.
• Механизмы систем автоматического управления технологическими процессами.
• Насосы и компрессорные установки.

В большинстве случаев червячные редукторы используются в условиях ограниченного рабочего пространства при необходимости обеспечить значительное повышение крутящего момента и снижение скорости вращения вала. Чаще всего это характерно для компактных тихоходных механизмов.

Преимущества и недостатки

Среди основных преимуществ червячного редуктора выделяют следующие эксплуатационные характеристики:

Увеличенное передаточное число механизма, которое может достигать 1 к 110 и даже более для спецмодификаций.

Высокая плавность хода, отсутствие рывков при запуске электропривода.

Отметим, что при соизмеримом передаточном числе и передаваемой мощности червячные редукторы имеют более компактные габариты. Благодаря этому могут использоваться в приводах установок, к которым предъявляются жесткие требования по размерам.

Но следует отметить и негативные моменты, обусловленные конструкцией червячного редуктора:

• Повышенное трение между рабочими элементами редуктора приводит к снижению КПД механизма.
• По этой же причине существенно увеличен и нагрев редукторов червячного типа.
• Увеличенный люфт выходного вала, который растет на протяжении всего периода эксплуатации. Это обусловило меньший рабочий ресурс механизма.
• Червячные редукторы целесообразно использовать только при передаваемой мощности не более 60 кВт. При этом большинство импортных модификаций имеют еще более жесткие ограничения в пределах 15 кВт.
• Не рекомендуется применять оборудование этого типа в механизмах, работающих в режиме с частыми пусками.

Обращаем внимание — из-за высоких значений сил трения механизм чувствителен к качеству и соблюдения периодичности смазки, качеству используемых смазочных материалов. Нарушение регламента техобслуживания приводит к повышению рабочей температуры механизма, снижению его надежности и сокращению общего рабочего ресурса.

На что обращать внимание при выборе червячного редуктора

При выборе червячного редуктора обязательно обращайте внимание на следующие конструкционные особенности и технические характеристики:

• Необходимое взаимное расположение входного и выходного валов.
• Допустимые габаритные размеры с учетом особенностей оборудования, к которому предполагается подключение.
• Требуемое передаточное число и величину мощности с которой придется работать.
• Создаваемый при работе уровень шума.

Обращаем внимание на тот факт, что в промышленных установках различного назначения большее применение получили именно отечественный редукторы червячного типа, так как они обладают большим запасом прочности и рабочим ресурсом. А вот в системах автоматизации с редукторами небольших габаритных размеров лучше себя зарекомендовали импортные механизмы.

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.