Что такое червячная передача?
Червячная передача — это особый вид механизма, который передает вращение между валами, оси которых скрещиваются, обычно под углом 90 градусов. Основными элементами передачи являются червяк (специальный винт) и червячное колесо. Принцип работы основан на зацеплении витков червяка с зубьями колеса. Как и в зубчатых передачах, здесь существуют начальные и делительные поверхности, которые чаще всего имеют цилиндрическую форму.
Особенности и разновидности
Помимо стандартной цилиндрической, существует глобоидная передача. Её ключевое отличие — вогнутая делительная поверхность червяка, имеющая форму тора (геометрического тела, похожего на бублик, которое образуется вращением круга вокруг оси, лежащей в его плоскости). Червячная передача считается разновидностью винтовой зубчатой передачи. Её важная особенность — зубья колеса как бы огибают витки червяка, что обеспечивает контакт по линии, а не в точке. Это значительно увеличивает площадь соприкосновения и, как следствие, несущую способность всего механизма.
Основные характеристики
Главным параметром передачи является передаточное число (u), которое рассчитывается как отношение числа зубьев червячного колеса (z2, обычно от 18 до 300) к числу заходов винта на червяке (z1, чаще всего от 1 до 4). Таким образом, передаточное отношение (i) равно угловой скорости червяка (ω1), деленной на угловую скорость колеса (ω2), и совпадает с передаточным числом: i = ω1 / ω2 = u.
Ключевые преимущества и недостатки: Червячные передачи способны обеспечивать очень высокие передаточные числа (вплоть до 300) в одной ступени, что является их главным достоинством. Однако за это приходится платить сравнительно низким коэффициентом полезного действия (КПД), который обычно находится в диапазоне от 0,50 до 0,85. Исследования показывают, что КПД напрямую зависит от угла подъёма винтовой линии червяка (γ). Чем больше этот угол, тем выше эффективность передачи. Маленькие углы, наоборот, могут приводить к эффекту самоторможения — когда колесо не может провернуть червяк, что полезно для механизмов, требующих фиксации (например, в подъёмниках).
Типы червяков и зацеплений
Цилиндрические червяки, наиболее распространённые в промышленности, классифицируются по профилю:
1) Архимедов червяк — имеет прямолинейный профиль в осевом сечении.
2) Эвольвентный червяк — его винтовые поверхности образованы по эвольвенте.
3) Конволютный (удлинённо-эвольвентный) червяк — образующая прямая его винтовой линии смещена относительно оси.
Помимо этого, существуют различные виды червячного зацепления:
1) Передачи «Кавекс» — используют червяк с вогнутым профилем витков, что повышает КПД и нагрузочную способность.
2) Передачи с червяком, нарезанным конической фрезой — профиль витка трапецеидальный.
3) Спироидные передачи — состоят из конического червяка и полуглобоидного конического колеса.
Материалы и применение
Подбор червячной пары (червяк + колесо) — критически важная задача. Основное внимание уделяется обеспечению противозадирной стойкости и износостойкости. Исследования и практика показывают, что оптимальными являются пары, где червяк изготовлен из цементированной углеродистой или легированной стали с последующей шлифовкой и полировкой, а червячное колесо — из оловянно-фосфористой бронзы (например, марок БрОФ10-1 или БрОФ6,5-0,15).
Благодаря способности создавать большие передаточные числа в компактном корпусе, червячные передачи нашли широчайшее применение. Их можно встретить в редукторах машин и станков, подъёмных механизмах, рулевых управлениях, конвейерах, а также на волочильных станах металлургических предприятий.