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.