Червячный редуктор

Использование устройства

Червячный редуктор маленького встречается в разных сферах. Примером можно назвать подъемные механизмы, конвейеры, насосы, мешалки, воротные приводы и многое иное. По мимо этого, установка механизма проходит на случай, когда требуется механизм с низкой ценой. Среди свойств выбора отметим следующее:

Если передаточное число должно быть больше 25, а еще не требуется свойство самоторможения, то отдавайте свое предпочтение цилиндро-червяные механизмы. Это связано с более большим коэффициентом КПД если сравнивать с иным вариантами выполнения, благодаря чему возрастает рабочий ресурс и уменьшаются расходы на электрическую энергию.
Не позволяется проводить установку устройства во время появления на момент эксплуатации ударной нагрузки. Связывают это с тем, что долговременная работа при ударных нагрузках может привести к сильному нагреву устройства и это значительно уменьшит ресурс работы. Известны ситуации, когда при передаче усилия 4 кВт масло в корпусе фактически закипало.
Устройство должно ставиться исключительно горизонтально. В другом случае есть вероятность того, что на момент эксплуатации масло будет вытекать через отверстия. Бывают варианты выполнения, которые предназначаются для вертикальной установки, все будет зависеть от определенных эксплуатационных условий.
Не позволяется использовать устройство при разработке системы позиционирования

Как раньше было отмечено, устройство имеет люфт, который плохо отражается на точности.
Во время установки механизма уделяют внимание тому, что оно обладает свойством самоторможения. Собственно поэтому редуктор не монтируется в случае, если приходится управлять устройство ручным способом при определенных эксплуатационных условиях.

Эксперты советуют прежде чем запустить новое устройство провести его обкатку в холодном режиме. При этом необходимо добавить должное кол-во масла, после этого устройство в рабочем состоянии в течение 15-20 часов.

Это можно связать с такими моментами:

1. Расчет должен проводить только компетентный инженер, обладающий соответствующим опытом.
2. После создания проекта, что учитывает выполнение конкретных расчетов и отображение чертежа, проходит непосредственное производство важных элементов. Все используемые материалы обязаны быть хорошего качества, так как в другом случае конструкция не сможет прослужить в течение долгого периода.
3. Получив все что необходимо проходит непосредственная сборка. Такая работа также обязана делаться специалистом, так как все детали должны замечательно подходить один к одному.

В общем, необходимо заявить, что сегодня ставятся исключительно покупные варианты выполнения, так как самодельные не прослужат в течение долгого периода и не обладают требуемыми рабочими качествами.

Напоследок напомним, что червячный редуктор может быть отремонтирован собственными руками, для работы не надо владеть специальными навыками. Часть общего картера, в котором находятся важные элементы, очень часто можно снять. Перед непосредственным ремонтом проходит выливание масла в специализированную емкость, после этого оно заменяется. Рабочая пара всегда подвергается полной замене, так как износ одного оказывается основой высокого износа иного. При незначительном зазоре проходит применение специализированных вкладышей, благодаря им проходит смещение цилиндрического колеса и червяка.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Применение мотор-редуктора

Область применения мотор-редукторов практически полностью перекрывает варианты, использующие связку отдельных электродвигателя с редуктором. В большинстве случаев применение моноблочных моделей дает дополнительную выгоду по массе, габаритам и стоимости. Преимущества раздельного исполнения ограничены случаем использования демпфирующих муфт. Такие муфты способны расцеплять вал двигателя от вала редуктора при значительных динамических нагрузках. В мотор-редукторах скачки нагрузок с большой долей вероятности приведут к разрушению конструктивных элементов. Поэтому при выборе конкретных моделей следует учитывать запас по динамической прочности. Среди недостатков следует учитывать и меньшую ремонтопригодность. При выходе из строя механической части потребуется заменить весь агрегат, а не отдельную часть. Выход из строя электродвигателя менее критичен, так как его замена допускается большинством конструкций редукторов.

В некоторых случаях единая конструкция становится незаменимой. В миниатюрных устройствах автоматики и роботах, использование отдельных привода и механической передачи способно значительно усложнить и укрупнить конструкцию, понизить ее надежность. Конечной целью таких устройств является не поддержание требуемой скорости, а точное позиционирование отдельных элементов. В таких системах большое распространение нашли малогабаритные мотор-редукторы. В качестве привода в них используются шаговые, либо бесколлекторные двигатели, обеспечивающие высокую точность работы.

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.

Технические характеристики

Технические характеристики любого редуктора включают в себя:

• крутящий момент;
• передаточное число;
• передаточное отношение;
• число и тип ступеней;
• расположение валов.

Сведения о данных характеристиках указываются в сопроводительной инструкции и дублируются на табличках, закрепленных на устройстве. Каждый технический показатель важен для подбора механизма под конкретную производственную задачу. Мощность редуктора характеризуется предельным крутящим моментом, передаваемым на исполнительный механизм.

Передаточное число

Является основной характеристикой передачи, на основе нее ведется расчет всех остальных параметров механического узла. Передаточное число указывает на изменение числа оборотов в зацеплении ведущей и ведомой шестерни. Для расчетов непосредственно на передаче считается число зубьев ведущей и ведомой шестерни. Для примера:

• ведущая шестерня имеет 15 зубов;
• ведомая — 60.

Делим 60 на 15 и получаем значение передаточного числа 4. Число оборотов выходного вала уменьшится в 4 раза, а крутящий момент возрастет на 4. Для червячных передач высчитываются зубья колеса и заходы червяка. Общее передаточное число вычисляется как произведение значений у всех пар передач в механизме.

Передаточное отношение

Под передаточным отношением принято понимать зависимость между угловыми скоростями и вращающими моментами валов. В зависимости от величины передаточного отношения механизмы называют:

• редукторами — передаточное отношение больше 1;
• мультипликаторами — передаточное меньше 1. В этом случае первичный или ведущий вал связан с большей шестерней.

Крутящий момент

Значение крутящего момента на выходном валу позволяет определить мощность, с которой будет работать исполнительный механизм. Мощность и момент связаны прямой пропорцией. Момент привода, двигателя на ведущем валу, умножается на значение передаточного числа. Уточненное значение получается, если умножить выражение на размер кпд. Зубчатый редуктор с прямозубой конической передачей имеет КПД 98%. С увеличением количества ступеней КПД немного снижается за счет дополнительного трения в зацеплении.

Система смазки редуктора

Каждый такой агрегат автомобиля имеет систему смазки. Масло под давлением подает на подшипники и цепной механизм. Помимо своей прямой обязанности система смазки охлаждает и выносит лишние элементы износа из корпуса редуктора, которые смогут привести в негодность цепные шестеренки. Эти элементы выходят из системы с маслом и задерживаются фильтром.

Чтобы масло не смогло вытекать из корпуса редуктора, требуются специальные сальники. Специальные сальники в автомобиле есть не только в этой системе. Эти сальники есть везде, где требуется герметичность. Для того, чтобы сальники создавали герметичность, сальники нужно правильно установить. Замена сальников является такой же сложной процедурой, как и ремонт редуктора. Первой причиной того, что требуется заменить сальники, является след масла на корпусе.

Особенности конструкции червячного редуктора

Червячный редуктор представляет собой, как правило, червячную передачу, за­ключённую в корпус. Основными элементами передачи являются червяк 7 и червячное колесо 11 (рис. 1), оси вращения валов которых перекрещиваются обычно под углом 90°. Движение в редукторе передается от червяка к червяному колесу и пре­образуется по принципу винтовой пары.

Достоинством червячных редукторов является возможность передачи движения под прямым углом, а также реализация одной червячной парой (ступенью) большего передаточного отношения (до 80) по сравнению с зубчатой передачей (до 10). При этом червячная передача вследствие хорошей приработке трущейся пары работает более бесшумно и плавно, чем зубчатая передача.

К недостаткам червячных передач относится то, что при скольжении витков червяка по зубьям червячного колеса выделяется много тепла и происходит интен­сивный износ трущихся пар. Поэтому в червячных редукторах надо отводить тепло.

Для этого червяки изготавливают из углеродистых или легированных сталей. Их витки шлифуют и полируют. Зубья же червячных колёс чаще всего выполняют из бронзы. Самые лучшие антифрикционные свойства у пары стальной червяк — оловянно-фосфористая бронза типа Бр. ОФ 10-1 и др. Однако, оловянные бронзы доро­ги и дефицитны и их применяют для изготовления зубьев червячных колес при ско­рости скольжения в передаче 5 … 25 м/с. Безоловянные бронзы, например алюминиево-железистые типа Бр. АЖ 9-4 и др., дешевле оловянных бронз, менее дефи­цитны и их применяют для изготовления червячных колес, при скорости скольже­ния в передаче 2…5 м/с. При скорости скольжения меньше 2 м/с применяют серый (ГОСТ 1412-85) или модифицированный чугун.

Для уменьшения расхода дорогостоящей бронзы при изготовлений червячного колеса его делают составным: зубчатый венец изготовляют из бронзы, а ступицу — из чугуна или стали.

В зацеплении червячной передачи возникают большие радиальные и осевые силы, поэтому на валы передачи устанавливают радиально-упорные шариковые или роликовые конические подшипники, воспринимающие такие нагрузки.

Основным отличием редуктора от передачи является наличие корпуса, который служит опорой для валов с подшипниками и зубчатыми колесами, ограждает их от вредного влияния окружающей среды и позволяет организовать смазку трущихся элементов передачи: зубчатых колёс и подшипников.

Корпус червячного редуктора так же, как и корпус зубчатого редуктора, имеет сложную конфигурацию и изготавливается при серийном производстве литьём из серого чугуна или алюминиевых сплавов. При индивидуальном производстве кор­пус может быть выполнен в виде стальной сварной конструкции.

Корпус служит опорой вращающихся деталей редуктора, изолирует их от вред­ного влияния окружающей среды и позволяет организовать их смазку.

Для удобства монтажа корпус червячного редуктора имеет большие боковые крышки (при межосевом расстоянии передачи aw

≤160мм ) или горизонтальную плоскость разъёма (приaw> 160мм ).

На корпусе червячного редуктора предусмотрены следующие специальные приливы: лапы для установки редуктора на опорную раму или плиту, бобышки или гнезда для установки в корпус валов с подшипниками, проушины для подъёма и транспортировки редуктора или его корпусных деталей и фланцы для крепления крышек к корпусу. Оребрение корпуса увеличивает площадь поверхности его теп­лообмена с окружающим холодным воздухом и служит для дополнительного охла­ждения передачи. С этой же целью в случае необходимости дополнительно ставят вентилятор на валу червяка для увеличения скорости теплообмена.

Для заливки масла в редуктор и периодического контроля состояния элементов червячной передачи в корпусе есть смотровой люк с крышкой. Для слива отрабо­танного масла в нижней части корпуса предусмотрено отверстие, закрываемое пробкой. Уровень масла в редукторе контролируется с помощью маслоуказателя.

В целом, червячные редуктора дороже и сложнее зубчатых, поэтому их приме­нение оправдано там, где невозможно или нерационально использовать зубчатые редуктора.

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. См. п. 6 «Преимуществ».

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.

Типы редукторов

Типы редукторов в соответствии с классификацией по ГОСТу классифицируют по типу механической передачи и выделяют:

• цилиндрические;
• планетарные;
• конические (коническо-цилиндрические);
• червячные;
• волновые.

Учитывая технические характеристики редуктора каждого типа рассмотрим их принцип действия и особенности более детально.

Цилиндрический редуктор

Цилиндрический редуктор – наиболее распространен в промышленности и чаще всего применяется с целью изменения параметров вращения и передачи крутящего момента. В зависимости от типа механизма и специфики конструкции применяются во многих областях, хотя наибольшее распространение получили в металлургии, машиностроении, в электрооборудовании и автомобилях. Особенности конструкции предусматривают различные вариации, обеспечивающие оптимальные рабочие условия для каждого типа механизма индивидуально. Конструкция независимо от модификации включает такие элементы: колесо, комплект подшипников, корпус, смазочную систему, шестеренку, ведущий и ведомый валы. Такой механизм очень шумный, так как во время соприкосновения зубьев валов возникает удар. Но при этом исключается, перегрев механизма из-за отсутствия трения между деталями.

Планетарный редуктор

Планетарный редуктор работает на основании передачи крутящего момента планетарным способом. Планетарная передача предполагает наличие солнечной шестерни, расположенной в центре, коронной шестерни на периферии, а также сателлитов и водила. Три сателлиты располагаются между коронной и солнечной шестеренками. Водила соединяет между собой сателлиты, которые вращаются на его осях. Крутящий момент во время движения будет увеличен во столько раз, во сколько меньше число зубьев на солнечной шестеренка в сравнении с коронной.

Конический редуктор

Конический редуктор обеспечивает передачу вращательного движения с одного вала на другой при помощи зубчатой передачи и муфт. Механизм незаменим в тех случаях, когда конструктивно требуется расположить ведомый и ведущий валы в перпендикулярном положении относительно друг друга. Показатель крутящего момента и угловая скорость регулируются при помощи изменения размеров зубчатых колес или муфты. Существуют узкие и широкие типы конических редукторов. Механизм имеет в сравнении с цилиндрическим меньший КПД и более частое заедание зубьев во время движения.

Червячный редуктор

Червячный редуктор за счет уникальной конструкции допускает вращение вала в разные стороны. Такая особенность вызывает перегрев при повышенных нагрузках, самоторможение и заедание, поэтому механизм должен эксплуатироваться при средней загруженности, не доходя до граничных показателей мощности.

Среди преимуществ выделим высокий показатель КПД до 94%, большое передаточное число при использовании одной ступени, отсутствует шум во время движения и устойчивость к неблагоприятным условиям работы.

Волновой редуктор

Волновой редуктор конструкционно отличается от других типов и включает неподвижное зубчатое колесо, гибкий элемент с зубьями и генератор волны в центре механизма. Во время вращения внутреннего элемента, гибкая шестеренка зубьями одновременно захватывает несколько зубьев зафиксированной шестерни, что создает высокую жесткость при малых люфтах. Механизм обеспечивает высокое передаточное число, имеет компактные размеры, высокая точность кинематики и плавный ход, устойчивость к повышенным рабочим нагрузкам.

Преимущества и недостатки

Преимущества червячной передачи неоспоримы, что позволяет оборудованию решать технические задачи, недоступные другим конструкциям.

• При сходном передаточном числе и мощности червячный редуктор компактней и легче, чем цилиндрическое устройство.

• Пара зацепления в большей степени снижает частоту оборотов и повышает крутящий момент на выходе. Передаточное соотношение может доходить до 1 : 100 (многоступенчатые агрегаты).

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• Низкая шумность при работе позволяет использовать машины в условиях повышенных требований к звуковой нагрузке.

• Плавность работы обеспечивает большая площадь зацепления пары.

• Самоторможение выходного вала. При снятии крутящего момента с приводного колеса провернуть червяк невозможно. Эта особенность используется в подъемных механизмах. 

• Приводной вал может изготавливаться в полом исполнении. В этом случае его сопрягают непосредственно с приводом исполнительного органа, повышая общий КПД системы.

Червячные машины имеют и недостатки, которые нужно учитывать при проектировании.

• По сравнению с цилиндрическими аналогами, оборудование имеет более низкий КПД, что обусловлено большой площадью соприкосновения движущихся элементов.

• С ростом передаточных чисел (ПЧ) КПД падает.

• Потеря механической энергии трансформируется в тепло, которое разогревает корпус и все узлы. Большие машины оснащаются ребрами для воздушного охлаждения. Некоторые модели дополняются принудительной циркуляцией масла для отъема избыточного тепла.

• Существует ограничение по максимальной передаваемой мощности. Если привод обеспечивает мощность более 60 кВт, применять червячные редукторы нерационально. Иностранные производители ограничивают этот показатель 15 кВт.

Конструкцию не рекомендуют применять в условиях постоянных остановок и включений, а также при неравномерной нагрузке на валах. Оптимальной считается работа на небольших скоростях при значительной постоянной загруженности валов. Не следует пренебрегать рекомендациями производителей по максимальным ограничениям момента.