Самоторможение червячного редуктора передаточное число

Самоторможение червячного редуктора. Определение понятия.

Самоторможение в той или иной степени характерно для всех червячных редукторов. Что включает данное понятие? Даём краткое и доступное определение – самоторможением червячного редуктора называется невозможность передать вращение от выходного вала к входному, то есть заставить работать редуктор наоборот. Стоит отметить, что вся дальнейшая информация относится к червячным одноступенчатым передачам, являющихся базовым элементом при проектировании и производстве червячных редукторов любой степени сложности.

Самоторможение зависит как от объективных, так и от субъективных характеристик передачи. К объективным характеристикам относится угол подъёма витка червяка, а к субъективным – материал червяка и червячного колеса, применяемая смазка и класс точности обработки трущихся поверхностей, наличие посторонней вибрации.

Типы самоторможения.

Самоторможение, возникающее в редукторе, бывает двух типов – статическое и динамическое.

Статическое самоторможение характерно для тех случаев, когда угол подъёма витка червяка меньше угла трения сопряжённых поверхностей в состоянии покоя. Подобные червяки присущи передаточным отношениям со статическим КПД менее 50%.

Динамическое самоторможение отличается от статического тем, что зависит от динамического КПД, который должен быть ниже 50%, а угол подъёма витка меньше динамического угла трения.

Ниже в каталоге приведены формулы для точного определения коэффициента полезного действия червячного редуктора.

h= tg& / tg(&+ß)

h = tg& / tg(&+ arctg (µz))

  • h – коэффициент полезного действия червячной передачи, КПД;
  • & – угол подъёма витка червяка, градус;
  • ß — угол трения (j=arctg (mz));
  • µz – коэффициент трения в червячной передаче/

Общепринятыми материалами для изготовления червячных редукторов являются сталь для червяка и бронза для венца червячного колеса. Статический коэффициент трения µz в этом случае находится в диапазоне от 0,09 до 0,14, задаваемом состоянием и температурой масла и степенью износа поверхностей. Данное определение действительно для угла трения от 5 до 8 градусов.

При наличии внешних вибраций или неравномерной работе редуктора, с какими-либо рывками, статическое самоторможение становится менее значимым и необходимо брать в расчёт динамические показатели, основным из которых является динамический коэффициент трения. Его значение зависит от типа смазки, степени нагруженности механизма, качества обработки трущихся поверхностей и угловой скорости червяка и колеса (скорости скольжения). Для червячных редукторов, работающих в стандартных условиях и оборотами входного вала, не превышающими 900…1400 об/мин, динамический коэффициент трения µz находится в диапазоне от 0,02 до 0,05, чему соответствует динамический угол трения от 1 до 3 градусов.

Самоторможение червячных мотор-редукторов

Червячные мотор-редукторы нашли широкое применение в промышленности так как способны эффективно обеспечить значительное снижение частоты вращения и увеличение крутящего момента. Самоторможение свойственное червячной паре применяемой в этих редукторах также бывает полезно во многих технологических процессах.

Что такое самоторможение

В узле червячной передачи червяк, как правило, является задающим движение элементом. Самоторможение означает, что зубчатое колесо соединённое с выходным валом не может приводить в движение червячный винт. Другими словами, обратное вращение невозможно.

Самоторможение возникает, когда мотор-редуктор находится в статическом, либо в динамическом состоянии, хотя чаще это происходит, когда червячная передача неподвижна, то есть редуктор находится в состоянии покоя. Теоретически, пока коэффициент трения между зубчатым колесом и червяком больше тангенса угла опережения червяка, зубчатое колесо считается заторможенным и не сможет вращать червяк. Статический коэффициент трения обычно зависит от материалов двух компонентов и от наличия смазки между ними. Но как показала практика на коэффициент самоторможения влияет и другие факторы, такие как: состояние поверхностей элементов редуктора находящихся в движении (гладкие поверхности создают меньшее трение, чем шероховатые поверхности).

Коэффициент динамического трения ниже статического и соответственно динамическое самоторможение встречается реже, чем статическое для червячной передачи с таким же углом поворота и условиями эксплуатации. В дополнение к соображениям, упомянутым выше для статического коэффициента трения, коэффициент динамического трения также зависит от скорости вращения червячной передачи и состояния смазки в динамических условиях.

Другой способ указать условие самоблокировки состоит в том, что угол трения между червяком и зубчатым колесом должен быть больше угла опережения червяка. Угол статического трения — это угол, под которым относительное движение между двумя компонентами (такими как блок и клин) только начинает происходить в статических условиях. Угол динамического трения — это угол, при котором движение между двумя объектами прекращается.

Статический коэффициент трения между стальным червяком и бронзовым зубчатым колесом составляет примерно 0,15, что дает угол трения примерно от 8 до 9 градусов: арктангенс(0,15) = 8,5 градусов.

Динамический коэффициент трения зависит от скорости вращения червячной пары. Он может варьироваться от 0,08 на малых скоростях — давая угол трения 4,6 градуса — до менее 0,02 на высоких скоростях — давая угол трения примерно 1 градус.

Самоторможение подтвердило свою эффективность, например, в грузоподъемном оборудовании, где в случае отключения электропитания необходимо удержание груза. Однако производители червячных редукторов рекомендуют все таки использовать электромеханический тормоз на случай возможного обратного вращения, а не полагаться на теоретическую способность червячного механизма к самоторможению.

Червячные мотор-редукторы обладающие самоторможением

Среди российской приводной техники можно выделить следующие червячные мотор-редукторы

Наиболее популярными импортными мотор-редукторами червячного типа являются следующие модели

Более подробную техническую информацию габаритные размеры можно найти тут

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, а Ч-100 соответственно имеет межосевое расстояние 100 мм.

Читайте также: Червячный редуктор привода скоростемера вл80

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 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.

Читайте также: Масло для редуктора мотоблока чемпион

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.

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 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.

ТипПередаточное числоЧастота вращения выходного вала об/минНоминальный крутящий момент на выходном валу Нм
редуктормотор-редуктор
Ч-20МЧ-205 — 5028 — 3004
Ч-25МЧ-256
Ч-31,5МЧ-31,58
2Ч-40МЧ-405 — 809,37 — 30028 — 37
Ч-50МЧ-5050 — 70
1Ч-63, 2Ч-63МЧ-635 — 807,5 — 30095 — 135
1Ч-80, 2Ч-80, Ч-80МЧ-80150 — 280
Ч-100МЧ-100315 — 570
Ч-125МЧ-125615 — 1000
Ч-160МЧ-1601100 — 1900
Ч-200МЧ-2001600 — 3100
Ч-250МЧ-2502700 — 5700
Ч-320МЧ-3204400 — 10000
Ч-400МЧ-4006500 — 19000
Ч-500МЧ-5008200 — 33000
РЧН-180МРЧН-18012,5 — 5020 — 901300 — 1800
РЧП-300МРЧП-30016, 25, 5020 — 404200


Технарь знаток