Ступица в червячном редукторе (5 видео)

Зубчатые зацепления могут иметь оси валов в разных плоскостях Ведущая деталь – червяк, не имеет зубьев. Вместо них нарезается резьба с модулем, аналогичным шестерни. Червяк передает вращение на колесо червячное посредством давления поверхности резьбовой нити на эвольвенту зуба при скольжении плоскостей относительно друг друга. У червячного узла маленький КПД и невозможна понижающая передача. Большое сопротивление не позволяет колесу сдвинуть червяк. Это используется в подъемных механизмах и устройствах с точностью перемещения.

Содержание

Конструкция
Материал для венца
Расчет диаметра
Ширина зубчатого венца
Расчет передаточного числа червячной передачи
Расчет передаточного отношения
Классификация
Достоинства и недостатки
Применение механизма
Нарезание червячных колес
Нарезка зубьев на венце
Ремонтная нарезка
Червячные редукторы
Конструктивные особенности червячного редуктора. Устройство и принцип работы.
Одноступенчатые приводы
Многоступенчатые приводы червячных редукторов
Области применения червячных редукторов
Преимущества редукторов с червячной передачей
Недостатки редукторов червячного типа
Рекомендации по использованию червячных редукторов
🎬 Видео

Видео:Восстановление червячного редуктора.Скачать

Конструкция

Червячная передача получила свое название по ведущей детали, передающей крутящий момент. Ведомая деталь имеет зуб с косой нарезкой. По ободу радиальное занижение поверхности. Это увеличивает линию контакта нити резьбы и зуба.

Оси вращение деталей располагаются под углом. Обычно это 90°, но может быть 45°. Применяется такое расположение деталей в сильно нагруженных тихоходных передачах, со скоростью движения точки на наружной поверхности менее 5 м/сек.

При взаимодействии передачи поверхность резьбы не толкает зубья в направлении вращения, а скользит по эвольвенте, как бы отодвигая ее. В результате возникает сильное трение и нагрев деталей в месте контакта.

Червячная пара должна хорошо смазываться, охлаждаться и обладать антифрикционными свойствами. Материал червяка изменять нельзя, он нарезается из хромистой стали и проходит закалку, шлифовку поверхности резьбы или шугаровку – обработку пластиной с малой глубиной реза. Инструмент скорее продавливает поверхность резьбы, чем режет ее. Создается на верхнем слое наклеп, упрочняющий рабочую поверхность, делающий ее гладкой.

Материал для венца

Венец зубчатого колеса выполняется из относительно мягкого материала с высоким сопротивлением стиранию. В основном применяются оловянные бронзы и латунь. Для низкоскоростных передач с ручным управлением можно делать венец из серого чугуна. В зависимости от скорости вращения зубчатый венец изготавливается из материала:

5 – 25 м/сек – оловянистые бронзы ОФ10-1, ОНФ;
≤ 5 м/сек – Бр.АЖ9-4, алюминиево-железистая бронза;
≤ 2 м/сек – венец может быть из чугуна.

Бронза стоит значительно дороже стали и мягче. Полностью из нее делаются детали, размеры которых в пределах 160 мм. Большие детали вытачиваются из стали и бронзовый на них только венец. Он нагорячо сажается на вал и закрепляется штифтами по линии соединения, чтобы венец не прокручивался. После остывания производится чистовая обработка колеса и нарезается зуб.

Расчет диаметра

Диаметр колеса рассчитывается по средней линии зуба – ширины зуба и впадины равны. Наружный, используемый для изготовления и расчетов радиус, определяется теоретически. После завершения обработки, он находится за пределами фактического обода колеса.

Скольжение происходит по линии делительного диаметра – середина зуба по высоте. Он рассчитывается по формуле:

где d₂ — делительный диаметр шестерни; m – модуль; z₂ – количество зубьев колеса.

Наружный радиус зуба имеет один центр с осью червяка.

Ширина зубчатого венца

Ширину венца червячного колеса определяют по числу витков винта по формуле:

где b₂ – ширина венца; 0,315 и 0,355 – расчетный коэффициент; Z₁ – количество заходов винтовой резьбы; a – межцентровое расстояние; a_w – расстояние с учетом смещения червяка относительно зубчатого колеса.

Расстояние смещения определяет размер зазора между рабочими элементами деталей.

Видео:Принцип работы червячного редуктора.Скачать

Расчет передаточного числа червячной передачи

Ведущая деталь, передающая вращение – червяк, не имеет зубьев. На нем нарезается резьба с числом заходов: 1, 2, 4. Червяки с 3 витками ГОСТом не предусмотрены. Их можно рассматривать и рассчитывать только теоретически. При расчете передаточного числа вместо количества зубьев шестерни берется число заходов резьбы.

Рассчитать передаточное число червячной передачи, формула аналогична другим зубчатым зацеплениям:

где U – передаточное число; Z₁ – число заходов на червяке; Z₂ – количество зубьев на колесе.

Обратная передача крутящего момента от колеса на червячный вал невозможна. Из-за сильного трения зубьев и низкого КПД передачи колесо не может быть ведущим. Это позволяет не делать тормоза в подъемных механизмах. Достаточно регулировать вращение червячного вала.

Расчет передаточного отношения

Величина передаточного отношения червячной передачи рассчитывается по отношению скорости скольжения червяка и вала.

Где V₁ – скорость скольжения червяка; V₂ – скорость скольжения червячного колеса. Аналогично w₁ и w₂ угловые скорости; d_δ1, d_δ2 – диаметры.

Произведя подстановку формул значений скоростей скольжения, и математические сокращения получает формулу передаточного отношения червячной передачи:

Где i – передаточное отношение. В червячном зацеплении оно равно передаточному числу.

Характеристики червячных передач нормируются по ГОСТ 2144-76. Для червяка с 1 и 2 заходами передаточное число может иметь значение 8-80. Для 4-заходных червяков разбег значений меньше, в пределах 30-80.

Видео:Червячные редукторы. Применения червячных редукторов и как правильно их подобратьСкачать

Классификация

По направлению витка передачи в большинстве своем бывают правыми. Иногда встречается левое направление нити.

Червячные зацепления классифицируются по форме наружной поверхности червяка:

Вогнутая поверхность ведущей детали увеличивает количество зубьев, находящихся одновременно в зацеплении. В результате возрастает КПД и мощность передачи. Недостаток глобоидных червяков в сложности изготовления. Витки должны быть одинаковой высоты при вогнутой наружной поверхности.

По форме нити резьбы различают червяки:

Архимедов червяк отличается прямой в сечении эвольвентой. У конволютного конфигурация выпуклая, близкая к форме обычной шестерни. Нелинейные профили имеют выпуклую и вогнутую поверхность.

Читайте также: Триммер бензиновый как снять редуктор

Зубчатое колесо имеет зуб наклонный обратной конфигурации, по форме совпадающий с впадиной между нитями.

Расположение червяка относительно колеса может быть:

Верхнее оптимально подходит для скоростных передач. Боковое наиболее компактное. При картерном способе смазки – масло находится в поддоне и нижняя деталь, вращаясь, смазывает остальные, удобнее нижнее расположение червяка.

Червячные колеса относятся к косозубым. Оси деталей располагаются обычно под углом 90°. В сильно нагруженных механизмах угол может быть 45°.

Зубчатые колеса по профилю зуба делят:

с непрерывным вращением – полные;
зубчатый сектор.

Сектор может быть разной величины, от половины круга, до рабочей длины короче червяка.

Видео:Meyertec RV - обзор аксессуаров червячного редуктораСкачать

Достоинства и недостатки

Особенностью червячной передачи является наличие тормозящего момента и большой интервал передаточных чисел и крутящего момента. К положительным характеристикам относятся:

передаточное число в пределах 8–100;
работает тихо;
начало вращения и остановка происходят плавно;
высокая точность перемещений;
возможность смещения на малую величину;
компактность узла;
самотормозящая передача.

Передача движения в паре червяк и червячное колесо возможна только в одном направлении. При попытке ведомой детали провернуться, возникает тормозящий момент. Это используют в приводе поворота и подъемных механизмах.

Основной недостаток в потерях мощности, связанных с большим трением. Это приводит к быстрому износу деталей, особенно колеса. К недостаткам относятся:

низкий КПД;
трение;
сильный нагрев;
изготовление венца из дорогих материалов;
частое заедание;
быстрое изнашивание;
постоянная регулировка зацепления подтягиванием червяка;
сложное изготовление.

Червячное зацепление требует высокой точности изготовления винтового зацепления и чистоты обработки. Передача не переносит попадание в рабочую зону пыли и другого мусора. Требует интенсивной смазки и охлаждения.

Видео:Червячный редуктор на ТВ-16Скачать

Применение механизма

Червячный механизм способен при малых габаритах заменить многоступенчатый редуктор. Его передаточное число определяется значением 100, в отдельных узлах может быть значительно больше.

Применение червячной передачи целесообразно в механизмах, требующих высокой точности при небольшой скорости:

червячные редуктора;
в подъемниках;
лифтах;
лебедках;
рулевых механизмах;
точная доводка положения инструмента в станках;
корректировка в ЧПУ;
приборах.

В основном используется самоторможение и точность перемещения.

Видео:ЧЕРВЯЧНАЯ ПЕРЕДАЧА ➤ Классификация ➤ Достоинства и недостаткиСкачать

Нарезание червячных колес

При проектировании создается модель червячного колеса. По ней легко определится со способом нарезки:

Торцевой требует инструмента, в точности повторяющего червяк. Дает хорошую точность и чистоту обработки. Фрезу выставлять сложно, необходимо, чтобы в конце обработки она имела положение относительно колеса, в точности соответствующее червяку.

Нарезка зубьев на венце

По наружному диаметру червячное колесо имеет полукруглое углубление. Это позволяет лучше прилегать деталям по эвольвенте и смещать ось, увеличивая площадь контакта. Центр радиуса углубления должен совпадать с осью червяка.

Фрезы для нарезания червячного колеса должны быть с таким же наружным диаметром, как червяк. Внешне она повторяет форму ведущей детали, только вместо непрерывной линии резьбы ряды резцов. Режущая пластина по форме точно повторяет нитку резьбы, но шире нее на размер зазора. В результате конфигурация ответной детали – червячного колеса, точно повторяет формы резьбы, впадины совпадают с выступами нитей.

Фреза выставляется в плоскости оси червяка, касаясь его поверхности. Зубчатый венец вращается вокруг вертикальной оправки или собственного вала, обеспечивая тангенциальную подачу наружной поверхности относительно оси режущего инструмента. Нарезка червячных колес происходит при синхронном движении инструмента и детали, вращающихся вокруг своих осей. Отношение скорости вращения определяется передаточным числом. С каждым оборотом венец придвигается ближе к вращающейся фрезе.

Подача режущего инструмента возможна снизу и сверху. Но в большинстве случаев используют радиальную нарезку, как наиболее удобную и точную.

Ремонтная нарезка

Иногда надо сделать одну деталь, чтобы заменить ее в редукторе. В мастерской не всегда имеется полный набор фрез со всеми нормализованными диаметрами.

Если червячное колесо нарезать фрезой большим диаметром, чем радиус червяка, то прилегание будет хуже, пятно контакта меньше. Линия скольжения сместится к вершине зуба. При нарезке меньшим диаметром с таким же модулем, нагрузка будет на вершину нити резьбы. Погрешность можно компенсировать смещением инструмента и регулировкой расстояния между осями. Но трение и износ все равно будут больше, КПД упадет.

Нарезать червячное колесо фрезой с диаметром больше червяка можно для беззазорного сцепления. В этом случае используется специальная фреза с разными углами профиля для правой и левой стороны. Ось фрезы выворачивается в сторону увеличения наклона зуба. Обычные зубофрезерные станки надо переделывать для обработки беззазорного сцепления.

Из-за отсутствия зазора между рабочими элементами, поверхность быстро стирается и приходится постоянно производить регулировку. Беззазорные сцепления применяются при высокой точности и большой нагрузке с малой активностью пары, например, в прокатных станах для регулировки прижима валков – толщины прокатываемого металла.

Для изготовления одного или нескольких колес с нестандартными размерами может применяться оправка с одним резцом по форме впадины между зубьями. Инструмент вращается постоянно. Колесо вращается синхронно с инструментом. После каждого оборота реза проворачивается на размер модуля зуба и за полный оборот, подвигается к оправке с резцом на глубину реза.

Читайте также: Люфт редуктора заднего моста мерседес 124

Недостаток способа изготовления венца в длительности процесса. Один резец обрабатывает деталь в несколько раз дольше, чем фреза. Учитывая стирание резца, надо делать черновую и чистовую обработку.

Червячное колесо отличается от других своим внешним видом и способом обработки. Оно делается точно под определенный червяк.

Видео:СБОРКА и РАЗБОРКА ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРАСкачать

Червячные редукторы

Для обеспечения стабильной передачи и преобразования крутящего момента от мотора к рабочему механизму используется червячный редуктор, в основе которого используется зубчато-винтовой механизм. Устройство, как правило, преобразует невысокий крутящий момент мотора с высокой скоростью вращения, выдавая на выходе пропорционально сниженную скорость и повышенный момент.
Передаточное число, при котором достигаются оптимальные стабильные показатели эксплуатации составляет не более 40. Данный тип механизма отличается компактными размерами, плавной тихой работой, а также наличием специального механизма, активирующего процесс самоторможения.

Червячный редуктор нашел широкое применение в машиностроении и промышленности. Механизм благодаря надежности и стабильности функционирования позволяет сохранять стабильное изменение угловой скорости и показателя крутящего момента. Агрегат рассчитан на равномерные силовые нагрузки. Постоянная смена запуска на остановку, а также подача неравномерных нагрузок на узлы ускоряют процесс изнашивания поддающихся трению деталей и поломку силового устройства.

Видео:Сборка червячного редуктора, часть 1Скачать

Конструктивные особенности червячного редуктора. Устройство и принцип работы.

Конструкционно червячный редуктор представляет собой металлический прочный корпус, внутри которого расположена червячная передача. Данный механизм состоит из так называемого червяка – винта с резьбой, и колеса, оснащенного дугообразными косыми зубьями, которые плотно огибают окружность витков винта. Во время движения винта нарезанные вдоль его оси витки резьбы движутся и приводят в действие червячное колесо. Оси колеса и червяка расположены под углом 90 градусов. Расстояние между этими осями – это показатель, характеризующий габариты агрегата и используется в техническом описании устройства. Межосевое расстояние указывается в мм. Например, NMRV-030, 060, 150.

Корпус червячного редуктора изготавливается из чугуна, что обеспечивает высокую прочность агрегата и износостойкость в процессе эксплуатации. Для удобства обслуживания корпус является составной конструкцией, что позволяет легко выполнить разборку для обслуживания внутренних узлов.

Винт рассчитан на высокие рабочие нагрузки, поэтому материал его изготовления – легированная сталь. Шестерню изготавливают из цветного металлического сплава, который рассчитан на снижение коэффициента трения и исключение перегрева в области сцепления лубьев и винта. Червяк – основное звено всего механизма, а шестерня принимает крутящий момент от зубчатого колеса, осуществляя вращение вала на выходе агрегата. Вал относительно винта расположен под прямым углом.

Чтобы червячный редуктор не перегревался за счет трения движущихся узлов внутри агрегата применяется масляная смазка. Для обеспечения герметичности и стабильной фиксации всех деталей устройства используются уплотнительные элементы, которые также помогают избежать потери масла во время работы агрегата.

Редуктор червячного типа в зависимости от количества резьбовых каналов и возможных ступеней может быть многоступенчатым или одноступенчатым. Одноступенчатые устройства используются чаще всего благодаря простоте устройства, гарантирующей стабильную эксплуатацию при равномерных нагрузках.

Одноступенчатые приводы

Одноступенчатый механизм отличается от других моделей небольшими компактными размерами, а также обеспечивает во время работы передачу максимального усилия. В одноступенчатом агрегате тихоходный вал может располагается справа, слева или с обеих сторон корпуса.

В зависимости от поставленных задач и особенностей монтажа подбирается подходящий тип компоновки аппарата. Червячный редуктор, оснащенный одноступенчатым приводом, отличается плавной работой и функцией самоторможения.

Многоступенчатые приводы червячных редукторов

Когда нужно обеспечить работу с высоким передаточным числом, применяется червячный редуктор, имеющий две и более ступени. Расположение винта в многоступенчатых агрегатах горизонтальное или вертикальное рядом с колесом, под или над ним.

Многоступенчатый механизм подбирается с учетом поставленных задач и особенностей функционирования агрегата. При боковом размещении передачи достигается снижение уровня смазочного материала, который находится в подшипнике вертикального вала.

Видео:Дровокол.Эксперимент с червячным редукторомСкачать

Области применения червячных редукторов

Будучи компонентом электромеханического или механического двигателя, червячный редуктор сохраняет мощность привода, увеличивает крутящий момент, подающийся на выходной вал. Область применения агрегатов имеет большое распространение в машиностроении и промышленности. Редуктор червячного типа также используется в случаях, когда требуется изменить направление движения вращающихся валов.

Агрегаты эффективно применяются в металлопрокате, железнодорожной отрасли. За счет наличия реверса во время движения, устойчивости к наращиванию скорости и торможению данные агрегаты нашли свое применение в приводах барабанов для тросов лифтов.

За счет простоты работы червячный редуктор незаменим в качестве рабочего узла, используемого в качестве приводного механизма бетономешалок, насосов, транспортеров, подъемных кранов, эскалаторов, растворосмесителей. Данный механизм является ключевым элементом, используемым в станках для обработки металлических либо деревянных материалов. Механизм обеспечивает высокую надежность и устойчивость к стабильным рабочим нагрузкам.

Видео:Немного о червячных редукторах.Скачать

Преимущества редукторов с червячной передачей

Плавность и бесшумность. Редуктор с червячной передачей имеет низкий уровень шума во время работы независимо от степени рабочих нагрузок на движущиеся элементы. Бесшумная плавная работа механизма обусловлена особенной конструкцией лубьев и зацепляющих элементов. В промышленных машинах и станках уровень шума, издаваемый агрегатом во время работы, играет ключевую роль для обеспечения оптимальных условий труда человека возле установки. В сравнении с цилиндрическим мотор-редуктором червячный превосходит его по тишине плавности хода движущихся элементов силового устройства. Также при необходимости агрегат самопроизвольно выполняет торможение.

Читайте также: В редукторе с передаточным отношением u частота вращения n

Компактные размеры. Одноступенчатый червячный редуктор отличается компактными размерами. Это позволяет сохранить полезное рабочее пространство при отсутствии потери показателей эффективности. Механизм при небольших габаритах обеспечивает работу с высоким передаточным числом. Уменьшение размеров достигнуто за счет уникальной конструкции силового агрегата. Расположение входного и выходного валов под прямым углом позволяет компактно разместить рабочие компоненты установки внутри корпуса.

Простота установки. Редуктор червячного типа имеет упрощенную конструкцию для быстрой установки. Высокое передаточное число, которое имеет рабочий агрегат в сочетании с простой конструкцией делает механизм очень привлекательным и выгодным в использовании для производителей машиностроительной отрасли.

Самоторможение системы. Благодаря системе самоторможения механизм позволяет снизить затраты на установку дополнительных механизмов, отдельно выполняющих функцию торможения. Самоторможение осуществляется только в случае, когда винтовая линия расположена под углом не более 3,5 градусов. В других случаях самоторможение отсутствует.

Недостатки редукторов червячного типа

Высокий тепловой нагрев. При невысоких показателях коэффициента полезного действия в подвижных узлах повышается нагрев движущихся элементов и возникают энергопотери. При работе с небольшими нагрузками на невысокой мощности дополнительного охлаждения системы не требуется. Агрегатам, имеющим мощность более 4 кВт, обязательно требуется отельная установка охлаждающей системы для обеспечения эффективного теплоотвода. Для вывода излишков тепловой энергии применяется вентилятор, который устанавливается с торца агрегата. В мощных аппаратах предусмотрена уникальная система для обеспечения циркуляции масла.

Невысокий КПД. Имея высокое передаточное число, червячный редуктор обладает сравнительно невысоким показателем КПД. Это связано с тем, что при условии повышения передаточного числа, коэффициент полезного действия агрегата пропорционально снижается. Потери КПД связаны с возникновением трения между витками винта и зубьями рабочего колеса. Стоит отметить, что при длительной работе более 200 часов с повышенными нагрузками коэффициент полезного действия снижается от нормативных показателей на 10%.

Ограничение передаваемой мощности. Червячный редуктор обеспечивает стабильную бесперебойную работу при показателях передаваемой мощности, которые не превышают 15 кВт. Несмотря на то, что физические показатели агрегата теоретически рассчитаны на нагрузки до 60 кВт, рекомендованные ограничения, гарантирующие эффективное длительное функционирование, лучше не превышать. Для решения задач, требующих более высоких нагрузок мощности производитель рекомендует использовать цилиндрический тип устройства. Также может применяться особый тип устройства с измененной формой винта, что позволяет повысить передаваемую мощность.

Люфт выходного вала. Конструкционно устройство еще в начале эксплуатации на выходном вале имеет люфт, который в процессе изнашивания агрегата пропорционально увеличивается. Этот недостаток нужно учитывать в момент проведения расчетов для подбора подходящего варианта конструкции, которая обеспечит длительный срок эксплуатации с учетом износа.

Частое обслуживание. Редуктор червячного типа требует постоянного технического обслуживания, которое для обеспечения стабильной работы должно выполняться на регулярной основе. Этот недостаток нужно учитывать перед тем, как выбрать модель устройства для применения его в производстве в качестве силового узла.

Невысокий рабочий ресурс. В сравнении с устройствами другого типа, этот аппарат уступает в два раза. Ускоренный процесс изнашивания деталей обусловлен трением во время эксплуатации. Рабочий ресурс агрегата составляет 10 тысяч часов. Для сравнения этот показатель у цилиндрических механизмов составляет 25 тысяч часов.

Видео:Самоторможение червячного редуктора, или лифт без тормозов?Скачать

Ступица в червячном редукторе