Червячные передачи — это компоненты передачи мощности, используемые в основном в качестве редукторов с высоким передаточным отношением для изменения направления вращения вала, а также для уменьшения скорости и увеличения крутящего момента между непараллельно вращающимися валами. Они используются на валах с непересекающимися, перпендикулярными осями. Поскольку зубья зацепляющихся шестерен скользят друг относительно друга, червячные передачи менее эффективны по сравнению с другими типами зубчатых передач, но они могут обеспечивать значительное снижение скорости в очень компактных размерах и поэтому имеют множество промышленных применений. По сути, червячные передачи можно классифицировать как одно- и двухзацепляющиеся, что описывает геометрию зацепляющихся зубьев. В данном описании червячные передачи, а также обсуждаются принцип их работы и распространенные области применения.

Цилиндрические червячные передачи

Основная форма червяка — эвольвентная рейка, с помощью которой формируются прямозубые шестерни. Зубья рейки имеют прямые стенки, но при использовании для нарезания зубьев на заготовках шестерен они создают знакомую изогнутую форму зубьев эвольвентной прямозубой шестерни. Эта форма зубьев рейки, по сути, обвивает корпус червяка. Сопряжение червячное колесо состоит изкосозубая передачаЗубья заточены под углом, соответствующим углу зуба червяка. Истинная прямозубая форма наблюдается только в центральной части колеса, поскольку зубья изгибаются, охватывая червяк. Зацепление аналогично работе рейки, приводящей в движение шестерню, за исключением того, что поступательное движение рейки заменяется вращательным движением червяка. Изгиб зубьев колеса иногда описывается как «горбированный».

Червячные передачи имеют от одной до четырех (или более) витков или заходов. Каждый виток входит в зацепление с зубом червячного колеса, которое имеет гораздо больше зубьев и значительно больший диаметр, чем сам червяк. Червяки могут вращаться в любом направлении. Обычно червячные колеса имеют не менее 24 зубьев, а сумма витков червяка и зубьев колеса, как правило, должна превышать 40. Червяки могут изготавливаться непосредственно на валу или отдельно и надеваться на вал позже.
Многие червячные редукторы теоретически являются самоблокирующимися, то есть неспособными к обратному вращению червячным колесом, что является преимуществом во многих случаях, например, при подъеме грузов. Если же обратное вращение является желаемой характеристикой, геометрия червяка и колеса может быть адаптирована для обеспечения этого (часто требуется несколько пусков).
Передаточное отношение червяка к колесу определяется отношением числа зубьев колеса к числу витков червяка (а не их диаметрами).
Поскольку червяк изнашивается значительно сильнее, чем колесо, для его изготовления часто используются разные материалы, например, закаленный стальной червяк приводит в движение бронзовое колесо. Также доступны червячные колеса из пластика.

Червячные передачи с одним и двумя охватывающими зубьями

Обхват зубьев червячного колеса подразумевает частичное обхватывание червяком или частичное обхватывание червяком колеса. Это обеспечивает большую площадь контакта. В червячной передаче с одноохватывающим механизмом цилиндрический червяк зацепляется с зубьями колеса, имеющими канавку.
Для увеличения площади контакта зубьев иногда сам червяк имеет канавку — форму песочных часов — чтобы соответствовать кривизне червячного колеса. Такая конструкция требует тщательного осевого позиционирования червяка. Двухохватные червячные передачи сложны в обработке и применяются реже, чем одноохватные. Достижения в области обработки материалов сделали двухохватные конструкции более практичными, чем в прошлом.
Перекрестно-осевые косозубые передачи иногда называют червячными передачами без охватывающей оси. Зажим в самолете, скорее всего, будет иметь такую ​​конструкцию.

Приложения

Одно из распространенных применений червячных редукторов — приводы ленточных конвейеров, поскольку лента движется сравнительно медленно по отношению к двигателю, что обуславливает необходимость в высоком передаточном отношении. Сопротивление обратному вращению червячного колеса может использоваться для предотвращения реверсирования ленты при остановке конвейера. Другие распространенные области применения — приводы клапанов, домкраты и циркулярные пилы. Иногда их используют для индексации или в качестве прецизионных приводов для телескопов и других приборов.
Нагрев является проблемой для червячных передач, поскольку движение по сути представляет собой скольжение, подобно гайке на винте. Для привода клапана рабочий цикл, вероятно, будет прерывистым, и тепло, вероятно, быстро рассеивается между нечастыми операциями. Для привода конвейера, который может работать непрерывно, нагрев играет большую роль в расчетах конструкции. Кроме того, для червячных передач рекомендуются специальные смазки из-за высокого давления между зубьями, а также возможности заедания между разнородными материалами червяка и колеса. Корпуса червячных передач часто оснащаются охлаждающими ребрами для отвода тепла от масла. Можно достичь практически любого уровня охлаждения, поэтому тепловые факторы для червячных передач являются важным фактором, но не ограничением. Для эффективной работы любой червячной передачи обычно рекомендуется поддерживать температуру масла ниже 200°F (93°C).
Обратное вращение может происходить, а может и не происходить, поскольку зависит не только от углов наклона спирали, но и от других, менее поддающихся количественной оценке факторов, таких как трение и вибрация. Чтобы гарантировать, что оно будет происходить всегда или никогда не произойдет, конструктор червячной передачи должен выбрать углы наклона спирали, которые достаточно крутые или достаточно пологие, чтобы перекрыть эти другие переменные. Разумное проектирование часто предполагает использование резервного торможения с самоблокирующимися приводами, когда речь идет о безопасности.
Червячные передачи выпускаются как в корпусе, так и в виде редукторов. Некоторые модели могут быть оснащены встроенными серводвигателями или иметь многоскоростную конструкцию.
Для применений, требующих высокоточной обработки, доступны специальные прецизионные червячные передачи и версии с нулевым люфтом. Некоторые производители предлагают высокоскоростные версии.