Черв'ячна передача передає рух між двома валами, схрещеними під 90°, і дає велике передавальне число в одному ступені. Вона є серцем черв'ячних редукторів у конвеєрах, воротах, міксерах і вантажопідіймальних механізмах. Нижче: як працюють черв'як і черв'ячне колесо, як розрахувати передавальне число, чому деякі черв'ячні передачі самогальмівні та з яких матеріалів їх роблять.
Що таке черв'ячна передача
Черв'ячна передача складається з двох деталей: черв'яка, вала з трапецієподібною різьбою, і черв'ячного колеса, зубчастого колеса із зубами, вигнутими за формою черв'яка. Ведучим зазвичай є черв'як. За кожен оберт його виток штовхає зуби колеса, і колесо повільно обертається на перпендикулярному валу.
Оскільки зуби колеса охоплюють черв'як, контакт відбувається по лінії, а не в точці. Це дозволяє великі навантаження і плавну роботу без ударів.
Передавальне число черв'ячної передачі
Розрахунок простий: i = z2 / z1, де z2 є кількістю зубів черв'ячного колеса, а z1 кількістю заходів черв'яка (скільки в нього паралельних витків). Однозахідний черв'як і колесо з 40 зубами дають 40:1, тобто колесо робить один оберт за 40 обертів черв'яка.
Звичайні передавальні числа для одного ступеня лежать від 5:1 до 100:1. Для малих чисел використовують черв'яки з 2, 3 або 4 заходами.
| Величина | Формула |
|---|---|
| Передавальне число | i = z2 / z1 |
| Ділильний діаметр черв'ячного колеса | d2 = m · z2 |
| Ділильний діаметр черв'яка | d1 = q · m (q є коефіцієнтом діаметра черв'яка, з таблиць) |
| Кут підйому витка | tan γ = z1 / q |
| Міжосьова відстань | a = (d1 + d2) / 2 |
Чому деякі черв'ячні передачі самогальмівні
Коли кут підйому витка малий, тертя між витком і зубами не дає колесу провертати черв'як у зворотному напрямку. Тоді передачу називають самогальмівною: навантаження залишається на місці без гальма. Зазвичай це буває в однозахідних черв'яків із великими передавальними числами.
Самогальмування залежить від тертя, отже від мащення, вібрацій і зносу. У вантажопідіймальних механізмах, де падіння вантажу небезпечне, черв'ячний редуктор завжди поєднують з окремим гальмом.
ККД черв'ячного редуктора
Через ковзання в контакті черв'ячна передача втрачає більше енергії, ніж пара циліндричних коліс. ККД зростає з кутом підйому витка: в однозахідних черв'яків із великими передавальними числами він може опускатися нижче 50%, а в багатозахідних перевищує 80–90%. Втрати перетворюються на тепло, тому корпуси черв'ячних редукторів мають ребра охолодження, а оливу обирають ретельно.
Матеріали черв'яка і черв'ячного колеса
- Черв'як роблять із загартованої та шліфованої сталі, зазвичай цементованої (16MnCr5) або для поліпшення (42CrMo4) із загартованими витками. Гладка поверхня витка зменшує тертя.
- Черв'ячне колесо роблять з олов'яної бронзи, наприклад CuSn12, відлитої відцентровим способом на сталеву або чавунну маточину. Бронза, м'якша за черв'як, приробляється до нього і витримує ковзання без задирів.
- За малих навантажень і швидкостей використовують також колеса з чавуну або технічних пластиків.
Мащення дуже важливе: для черв'ячних передач рекомендують синтетичні оливи (поліальфаолефіни або полігліколі), сумісні з бронзою, які зменшують тертя і температуру.
Як виготовляють черв'ячне колесо
Черв'ячне колесо нарізають черв'ячною фрезою, що має точно профіль парного черв'яка, на зубофрезерному верстаті. Фреза врізається в заготовку радіально або тангенціально, і зуби виходять вигнутими за формою черв'яка. Сам черв'як точать або фрезерують, потім гартують і шліфують.
На зубофрезерному верстаті з ЧПК черв'ячне колесо нарізають на тому самому верстаті, що й циліндричні колеса: змінюються лише фреза і програма. Приклад майстерні, що працює на такому верстаті, це Miatec у Pechea, повіт Галац, Румунія; див. кейс зубофрезерного верстата.
Де застосовують черв'ячні редуктори
- стрічкові й шнекові конвеєри, елеватори, міксери;
- автоматичні ворота, шлагбауми, механізми відчинення;
- механізми підйому й позиціонування, з гальмом;
- сільгосптехніка: сівалки, розкидачі, кормозмішувачі;
- поворотні столи й ділильні головки, де важливий малий люфт.
Типові несправності
Найчастіше трапляються знос бронзового колеса, задири через недостатнє мащення, викришування на бокових поверхнях і перегрів. Типова причина полягає в невідповідній або деградованій оливі. Зношене черв'ячне колесо замінюють разом із черв'яком, щоб нова пара правильно приробилася.
Часті запитання
Як розрахувати передавальне число черв'ячної передачі?
Поділіть кількість зубів черв'ячного колеса на кількість заходів черв'яка. Колесо з 30 зубами і однозахідний черв'як дають 30:1; те саме колесо з двозахідним черв'яком дає 15:1.
Що таке багатозахідний черв'як?
Черв'як із кількома паралельними витками, як багатозахідний гвинт. За кожен оберт колесо повертається на стільки зубів, скільки заходів має черв'як. Передавальне число зменшується, а ККД зростає.
Чому черв'ячне колесо роблять із бронзи?
У контакті черв'яка і колеса багато ковзання. Бронза, м'якша за загартований черв'як, приробляється до нього, утримує оливу на поверхні й опирається задирам.
Чи кожен черв'ячний редуктор самогальмівний?
Самогальмування виникає лише за малих кутів підйому витка, зазвичай в однозахідних черв'яків, і залежить від тертя. Для піднятих вантажів використовують окреме гальмо.
Як виготовити запасне черв'ячне колесо?
На зубофрезерному верстаті, черв'ячною фрезою з профілем парного черв'яка. Для деталі за зразком важливі модуль, кількість зубів, кількість заходів черв'яка і напрямок витка.
