Червячный редуктор — это один из представителей мотор-редукторов. Его конструктивной особенностью выступает расположение входного червяка и ведомого колеса под прямым углом друг к другу. Данный вид, в отличие от цилиндрических моделей, распространен в технике различного назначения: станках, конвейерах, подъемниках и другом промышленном оборудовании. Основное назначение — преобразование высоких скоростей в низкие с целью увеличения крутящего момента.
Устройство червячного редуктора
В основе механизма лежат несколько наиболее важных компонентов:
- червячный вал;
- червячное колесо;
- корпус.
Также конструкция включает подшипниковый узел и уплотнители.
Червячный вал
Представляет собой винт с винтовой нарезкой, выполненный из прочной углеродистой или легированной стали. Профиль витков совпадает с формой впадин зубьев червячного колеса. Высокая прочность обеспечивается термообработкой поверхности до твердости более 45 HRC по методике Роквелла.
Червячное колесо
Деталь в виде шестерни с наклонно расположенными зубьями, форма которых соответствует форме профиля витков червяка. Обычно изготавливается из двух частей:
- центр — чугунный сердечник;
- наружный слой — зубчатый венец из бронзовых сплавов (оловянных, алюминиевых), обладающих хорошими антифрикционными качествами и способностью поглощать тепло.
Такая конструкция повышает долговечность узла и снижает уровень шума во время работы. Однако существуют модели редукторов с одноэлементным колесом, изготовленным целиком из литейного серого чугуна. Чаще всего они используются в устройствах с малыми нагрузками.
Корпус
Предназначен для размещения всех компонентов механизма и служит защитой от пыли, влаги и механических повреждений. Часто бывает разборным, что облегчает процесс установки и ремонта. Корпус большинства современных моделей производится с горизонтальным разъемом вдоль оси зубчатого колеса, обеспечивая доступ к основным элементам. В компактных версиях применяются неразъемные корпуса с боковыми крышками для быстрого снятия и замены деталей.
Принцип работы червячного редуктора
Работа червячного редуктора основана на передаче движения посредством зацепления между витками червяка и зубьями червячного колеса. Процесс выглядит следующим образом:
- Входной вал приводится в движение внешним источником энергии (электродвигателем).
- Зацепление червяка с зубьями колеса вызывает поворот последнего вокруг своей оси.
- Поскольку профиль зуба колеса плотно взаимодействует с поверхностью витков червяка, передача усилия осуществляется плавно и эффективно.
- Выходной вал соединен непосредственно с зубчатым колесом и передает преобразованное усилие потребителю.
Зубья колеса движутся поступательно вдоль продольной линии тела червяка, вызывая медленное перемещение ведомого колеса относительно быстро вращающегося ведущего вала. Благодаря этому достигается значительное снижение частоты оборотов на выходе и увеличение передаваемого крутящего момента.
Высокий коэффициент скольжения увеличивает тепловыделение, поэтому в некоторых конструкциях предусмотрены системы принудительной циркуляции охлаждающего масла. Для стабильной работы механизмы требуют постоянного наличия смазки, поскольку рабочая зона находится в условиях постоянного трения.
Основные характеристики червячных редукторов
При выборе червячных мотор-редукторов необходимо учитывать следующие характеристики оборудования:
- Передаточное число. Один из ключевых показателей эффективности редуктора. Показывает соотношение скоростей входного и выходного валов. У червячных редукторов передаточное число может достигать огромных величин — вплоть до 4000.
- Коэффициент полезного действия (КПД). Эффективность передачи энергии в червячных редукторах варьируется в зависимости от количества ступеней и качества материалов. Одноступенчатые редукторы демонстрируют КПД около 70–80%, тогда как двухступенчатые снижают этот показатель примерно до 40–50% вследствие повышенного трения.
- Направление вращения. Характеристика определяет, в какую сторону происходит вращение ведущего элемента относительно зубчатой шестерни. Параметр критичен при проектировании механизмов, где важен контроль положения исполнительного органа.
Не менее важными характеристиками выступают способ охлаждения и материал изготовления, от которого зависит вес, прочность и срок службы мотор-редуктора. Что касается систем охлаждения, то в малогабаритных устройствах используют естественное охлаждение, а в средне- и крупногабаритном оборудовании применяют принудительное — воздушное или водяное.
Типы червячных редукторов
Мотор-редукторы червячного типа отличаются по расположению червячного колеса, которое может находиться над, под или сбоку от червяка, а также от шага и хода резьбы (одно-, двух- или четырехзаходная резьба). Эти особенности и определяют передаточное число и размеры агрегата.
Одноступенчатый
Конструктивно такой редуктор достаточно прост. Его главной особенностью выступает расположение входного и выходного валов — они находятся перпендикулярно по отношению друг к другу. За счет простой конструкции одноступенчатый мотор-редуктор меньше изнашивается, дольше служит, подходит для работы с электрическими приводами с постоянной или меняющейся нагрузкой. Коэффициент полезного действия составляет около 75%.
Двухступенчатый
Если говорить просто, то это два одноступенчатых редуктора в одном корпусе. Валы располагаются параллельно друг другу. Благодаря возможности комбинировать несколько ступеней можно увеличивать передаточные числа до нескольких тысяч единиц, что полезно в случаях, когда требуется значительное снижение скорости вращения вала и повышение крутящего момента.
Проблема лишь в малом КПД. Так как в механизме используются червячные пары в большом количестве, то трение между ними только повышается, что ведет к значительным потерям. Поэтому коэффициент полезного действия у двухступенчатых редукторов не превышает 50%. Плюс при работе под большими нагрузками механизм сильно перегревается, а его обслуживание достаточно сложное.
Цилиндрический и глобоидный червяк
У редукторов с цилиндрическим червяком делительные и начальные поверхности червяка и колеса — круговые цилиндры. Такая передача отличается простотой, распространенностью, но у нее сравнительно небольшой КПД.
Глобоидная передача имеет червяк вогнутой (глобоидной) формы. Она позволяет задействовать большее количество зубьев колеса, отличается высокой нагрузочной способностью. Но редукторы с глобоидным червяком сложнее в изготовлении, работают в напряженном тепловом режиме, из-за чего требуется принудительное охлаждение.
Преимущества и недостатки
Среди плюсов червячного редуктора выделяют:
- высокое передаточное число;
- плавную работа без рывков;
- тихий ход, что подходит для жилых помещений;
- самоторможение с возможностью зафиксировать вал;
- компактные размеры.
Главный минус — небольшой КПД из-за повышенного трения, что одновременно ведет и к повышенной температуре. Кроме того, у червячных редукторов люфтит выходной вал, и чем дольше агрегат работает, тем больше люфт.
Червячные редукторы имеют существенные ограничения мощности передачи — до 60 кВт. Также их нежелательно использовать в оборудовании, использующемся в условиях частых включений/выключений. Для стабильной и долгой работы механизма требуется качественная и постоянная смазка. Несвоевременное обслуживание сокращает срок службы редуктора.
Области применения
Устройства особенно удобны там, где нужно увеличить усилие, уменьшить скорость вращения и сэкономить пространство при установке. Агрегаты находят применение в разных отраслях промышленности:
- конвейеры всех видов — ленточные, цепные, винтовые;
- подъёмные механизмы вроде лифтов и подъёмников;
- автоматические ворота — раздвижные и распашные;
- приводы автоматики технологических процессов;
- насосные агрегаты и компрессоры.
Чаще всего такие редукторы выбирают для небольших тихоходных машин, которым важно создать большой крутящий момент при малом пространстве.
При выборе устройства учтите такие факторы, как взаимное положение входного и выходного валов, допустимые габариты устройства относительно подключаемого оборудования, требуемые передаточные числа, мощность нагрузки, режим работы, а также создаваемый шум при эксплуатации. Важно покупать продукцию, имеющую всю необходимую документацию, подтверждающую качество и безопасность продукта.
Уход и обслуживание
Техобслуживание агрегатов включает:
- регулярные осмотры;
- проверку смазки и при необходимости ее замену;
- ремонт в случае поломки.
Проверку масла проводят не реже одного раза в полгода с последующей его заменой. Механизмы, служащие в условиях повышенных нагрузок или загрязнений, требуют более частого контроля уровня смазки. Также в ходе техобслуживания проводятся регулировка роликовых элементов и осевого положения вала, настройка зацепления червячного колеса, устранение всех выявленных дефектов.
Заключение
Итак, мы рассмотрели принцип работы, конструкцию и типы червячных редукторов, изучив их преимущества и недостатки. Редукторы с червячной передачей находят применение там, где необходимы большие передаточные числа, высокая надёжность и небольшие габариты механизма. Выбирайте технику правильно, регулярно ухаживайте за ней, и тогда оборудование будет служить долго и исправно.
