Червячные редукторы относятся к классу наиболее распространенных редукторных механизмов. Благодаря оптимальной цене они востребованы как для оснащения быттехники, так и для комплектации тяжелого промышленного оборудования (такие передачи незаменимы в механизмах конвейерных систем).
Функции червячного привода сводятся к 2 базовым пунктам – преобразованию момента силы (наращиванию крутящего момента) и одновременному контролю (регулировке) угловых скоростей вращательного движения элементов двигателя. Плюсы – цена, способность сокращения передач и самоторможение. Устройство работает в диапазоне от 20 к 1 до 300 к 1 и более.
Принцип действия
Основная особенность системы с червяком – самоторможение – делает его особенно актуальным для комплектации производственного и промышленного (профессионального) оборудования. За счет самоторможения шестеренка приходит в движение под воздействием винта (червяка), но сама она при этом винт не вращает.
Принцип построен на взаимодействии двух функциональных элементов:
- Ведущий червяк принимает от мотора энергию вращения и преобразует ее. Имеет форму винта.
- Ведомое колесо получает преобразованную энергию от червяка и «раскручивает» выходной вал.
Порядок выбора червячного редуктора
Среди достоинств данного механизма – обоснованная цена червячного редуктора. Но даже с ее учетом подбор должен быть очень выверенным. Чтобы купить оборудование, которое оптимально впишется в используемую программу технического оснащения, необходимо разобраться с базовыми параметрами выбора червячного редуктора. В данной системе расчетов параметров для определения цены присутствуют такие характеристики, как:
- передаточное отношение;
- КПД;
- количество ступеней;
- планируемое время запуска;
- габаритные размеры конструкции.
Определение передаточного числа
Начинается выбор червячного редуктора с расчета передаточного отношения – соотношения зубьев ведомой шестерни с количеством зубьев ведущего червяка. От этого зависит кратность увеличения крутящего момента при движении червяка.
Для расчета передаточного числа (требуемого) с целью правильного выбора червячного редуктора используется формула вида:
Где:
- N вх. – это обороты входного вала электромотора де-факто (по паспорту, количество в минуту);
- N вых. – требуемое число оборотов тихоходного выходного вала за минуту.
Результаты нужно округлить. После чего можно купить модель, руководствуясь таблицей передаточных чисел для разных вариаций механизмов.
Расчет количества ступеней
Расчет передаточного числа является ключевым и при определении требуемого числа ступеней. Во исполнение последней задачи необходимо подобрать систему, согласно полученному соотношению, из таблицы, приведенной ниже.
| Выбор червячного редуктора | Передаточные числа |
| одноступенчатый | 8–80 |
| двухступенчатый | 100–4000 |
Выбор червячного редуктора по габаритам
Грамотный выбор червячного редуктора по габаритным параметрам требует приведение в соответствие параметров мощности, оборотов двигателя с типом приводного механизма. Чтобы определиться, какой типоразмер нужно купить именно вам, используйте формулу:
Где:
- Р – производительность используемого электромотора, принимается в кВт;
- U – расчетный показатель передаточного числа;
- N – КПД, согласно техническим характеристикам и результатам вычислений;
- К – коэффициент использования/эксплуатации, принимается в зависимости от условий работы червячного редуктора, согласно таблице (она представлена ниже);
- N вх. – паспортное количество оборотов двигателя.
| Режим использования (согласно ГОСТу 21354-87, а также нормам ГосТехНадзора) | ПВ (%) | K | |
| 0 | Непрерывный | 100 | 0,7 |
| I | Тяжелый | >63 | 0,8 |
| II | Средний | <63 | 1,0 |
| III | Средний нормальный | 40 | 1,0 |
| IV | Лёгкий | 25 | 1,2 |
| V | Особо лёгкий | 16 | 1,5 |
| Эпизодический (нагрузка без ударов, плюс работа два часа в сутки, причетырех включениях в час) | 25 | 1,8 | |
Продолжительность эксплуатации
Расчет времени включения осуществляется так:
Где:
- T – это период эксплуатации, взятый в минутах за час работы по среднему показателю.
- Результат определяют в процентах.
Важное условие: полученный момент не должен превышать номинального крутящего момента. Последний указан в паспорте (технические характеристики червячного редуктора). Это необходимо для продолжительной работы валов механизма (во избежание разницы между нагрузками, прикладываемыми де-факто, и предусмотренными в паспорте).
126а. Значения коэффициентов параметров витков исходного червяка
| Коэффициенты | Обозначение | Числовое значение или формула для червяков | ||
| ZA, ZK, ZN | ZL | ZT | ||
| Высоты витка | h1* | 2,0+с1* | ||
| Высоты головки витка | ha1* | 1,0 | ||
| Высоты ножки витка | hf1* | 1,0 +с1* | ||
| Граничной высоты витка, не менее | hl1* | 2,0 | ||
| Глубины захода | hw* | 2,0 | ||
| Радиального зазора у поверхности впадин: червяка | c1* | 0,2 | ||
| червячного колеса | c2* | 0,2 | ||
| Расчетной толщины витка | s* | 0,5π | 0,45π | 0,35π |
| Радиуса кривизны переходнойкривой | Pf1* | 0,3 | 0,2 | |
| Радиуса образующей дуги окружности шлифовального круга | Р0* | — | 4,8-6,0 | |
Примечания:
1. Допускается изменять коэффициент расчетной толщины для червяков: ZA, ZL, ZK и ZN в пределах от 0,4 до 0,5π; ZT в пределах от 0,3π до 0,38π.
2. В обоснованных случаях допускается изменение коэффициента радиального зазора у поверхности впадин червячного колеса в пределах от 0,15 до 0,3.
3. Для эвольвентных червяков и червяков с делительным углом подъема у не менее 26,565° принимать c1 = 0,2cosγ.
4. Обязательное утонение расчетной толщины витка исходного червяка Δs по сравнению с расчетной толщиной витка исходного производящего червяка не регламентируется.
5. Кромка головки витка исходного червяка притупляется радиусом рk = 0,05m или фаской соответствующего размера.
6. Значение коэффициента радиуса образующей дуги окружности шлифовального кругаP0* принимается в пределах от 4,8 до 6,0 из условия отсутствия подрезания зуба червячного колеса.
Основные критерии подбора
Один из основных технических параметров приводного механизма, который играет основную скрипку в методике выбора редуктора, – КПД (он же к. п. д. или коэффициент полезного действия). В отличие от габаритных характеристик или производительности он не является константной величиной и может изменяться в зависимости:
- от размеров изделия;
- класса используемой смазки;
- скорости оборудования;
- передаточного числа;
- состояния приводного механизма (полностью новое, после первой обкатки, после неполной обкатки и т. д.).
Устанавливается для каждой модели и рассчитывается с учетом полной обкатки валов системы, применения рекомендованного производителем масла, приложения нагрузок, не превышающих норм, указанных в паспорте. Для новой модели допускается снижение относительно паспортных данных на 2–12% (подробнее – в таблице ниже).
| Число заходов червяка | Передаточное отношение | Снижение к.п.д. |
| Одно-заходный червяк | i = более 30:1 | Прибл. 12% |
| Двух-заходный червяк | i = 26-20-15:1 | Прибл. 6% |
| Четырех-заходный червяк | i = 13-10-7,5:1 | Прибл. 3% |
| Шести-заходный червяк | i = 5:1 | Прибл. 2% |
Пусковой КПД
Во избежание искаженных данных по эффективности червяка понятие пускового КПД выведено в отдельный пункт. Так, этот коэффициент всегда ниже рабочего из-за отсутствия установленного (выработанного) процесса скольжения и повышенного приводного момента во время старта движения рабочих валов.
Факторы, которые определяют пусковой коэффициент: масло, угол наклона витка, пройденный этап обкатки. По завершении обкатки этот показатель должен соответствовать данным в таблице.
| Число заходов червяка | Передаточное отношение | ηA |
| Одно-заходный червяк | i = 83-63:1 | 0,30 — 0,40 |
| Одно-заходный червяк | i = 53-40-30:1 | 0,40 — 0,50 |
| Двух-заходный червяк | i = 26-20-15:1 | 0,56 — 0,65 |
| Четырех-заходный червяк | i = 13-10-7,5:1 | 0,68 — 0,75 |
| Шести-заходный червяк | i = 5:1 | 0,74 — 0,82 |
Для нового механизма КПД будет ниже. Если валы длительное время находились в нерабочем состоянии, при первом запуске после простоя его коэффициент устремится к нижнему лимиту.
Эффект самоторможения
Механизм с эффектом самоторможения не может быть приведен в действие со стороны червяка. Если необходимость в такой опции существует, выбор червячного редуктора следует строить с учетом паспортного КПД. Он для рабочего устройства с эффектом самоторможения не должен превышать 50%.
Подбор червячного редуктора с учетом фактора самоторможения должен быть профессиональным и индивидуальным. Для определения потребности вашего оборудования в таком эффекте обращайтесь к нашим специалистам. На основании описания эксплуатационных условий и требований они помогут подобрать подходящий вариант (с самоторможением, без самоторможения).
Смазка
Смазочный материал (синтетический) заливается еще в цеху производства. Это необходимо для контроля и проверки КПД, а также во избежание ошибок заправки, способных привести к сокращению периода эксплуатации (и необходимости купить новые детали).
При соблюдении паспортных нагрузок, ТО приводному устройству, заправленному маслом на заводе производителя, не требуется. Если же условия работы близки к экстремальным, или повышены требования к производительности, то каждые 15 тыс. отработанных часов смазку нужно менять. При этом стоит учитывать следующее:
- в механизмах типа 040 не предусмотрено вентиляционных отверстий;
- модели 050–100 оснащены 1 отверстием (для масла и сапуна);
- версии от 125 укомплектованы системами контроля смазки и пробками для ее слива.
Расчет червячной передачи
Червячная передача в реальной практике инженера, как ни странно, является наиболее часто востребованной, смещая на второй план и зубчатую, и цепную, и ременную передачи. Причинами такого положения дел являются простота и общая итоговая дешевизна изготовления.
Червячная передача работает плавно и бесшумно. Минусом червячной передачи является низкий КПД и, как следствие, нагревание (иногда достаточно сильное) при работе.
Не рекомендуется, чтобы передаваемая мощность червячной ередачи превышала 60 кВт
. Преимущественно принимают передаточное число
u = 10 ÷ 80
. Смещение (корригирование) осуществляют у червяка и главным образом с целью получения стандартного межосевого расстояния; смещением удается варьировать числа зубьев колеса при одинаковом межосевом расстоянии с точностью ±2 единицы.
Передачи с однозаходным червяком вызывают большие потери на трение. Червяки с z=1 применяют при кратковременных периодах работы в кинематических (отсчетных) передачах, так как однозаходные червяки точней многозаходных. Направление витков следует назначать правое; левое направление витков применяют лишь в особых случаях.
Число зубьев червячного колеса Z2 выбирают в зависимости от передаточного отношения и числа заходов червяка. В силовых передачах надо стремиться к такой заходности червяка, чтобы Z2 = 30÷70. При z2 близком к нижнему пределу, несколько уменьшаются габариты передачи; но одновременно снижается ее КПД, так как приходится ставить червяки с малым числом заходов z1, поэтому z2=30÷50 рекомендуется лишь при сравнительно небольших передаваемых мощностях. При больших мощностях надо стремиться повышать КПД, увеличивая Z2 до 60÷70.
Применять z2 > 80 не рекомендуется, так как в этом случае обычно решающей становится прочность зубьев на изгиб (особенно для бронз с высокой износоустойчивостью). Брать Z2 < 28 не следует во избежание подреза зуба; при меньшем числе зубьев применяют смещение исходного контура (инструмента), как у цилиндрических зубчатых колес.
Для изготовления элементов зацепления червячной передачи нужны токарный и зубофрезерный станки. Червяк легко изготовит токарь средней квалификации, а зубофрезеровщику нужно будет нарезать всего одно червячное колесо (при изготовлении зубчатой передачи нужно нарезать шестерню и колесо). В идеале профиль, диаметр, шаг и число заходов червячной фрезы для нарезания зубьев колеса должны быть точно такими же, как и у червяка. То есть — фреза должна быть своеобразной копией червяка.
Червячные передачи бывают с цилиндрическими архимедовыми, цилиндрическими эвольвентными, цилиндрическими конволютными и вогнутыми глобоидными червяками. Здесь будет рассмотрена получившая наиболее широкое распространение червячная передача с архимедовым червяком.
Для унификации (минимизации номенклатуры) зубонарезного инструмента и повышения взаимозаменяемости червяков и колес значения межосевых расстояний aw
и номинальных значений передаточных чисел
u
червячных передач регламентируются ГОСТ 2144-76, а значения модулей
m
и коэффициентов диаметра червяка
q
— ГОСТ 19672–74.
Червяки традиционно изготавливают из закаленной конструкционной стали, а зубчатые венцы колес — чаще всего из бронзы или чугуна.
Материалы червяка делят на группы: 1) нетермообрабатываемые, 2) улучшаемые, 3) поверхностно-закаливаемые, 4) цементуемые под закалку, 5) подвергаемые азотированию и хромированию. Наиболее применяемый материал — сталь 18ХГТ
, твердость поверхности после цементации и закалки 56…63 HRC, Используют также стали 40Х, 40ХН, 35ХГСА с поверхностной закалкой до твердости 45…55 HRC. Во всех этих случаях необходимы шлифование и полирование червяка. Применение азотируемых сталей 38Х2МЮА, 38Х2Ю позволяет исключить шлифование червяка. Мало- и среднеуглеродистые легированные стали марок 20Х, 12ХН3А, 25ХГТ, 38ХМЮА применяют для червяков высоконагруженных передач, работающих в реверсивном режиме. Червяки улучшенные и без термообработки применяют лишь во вспомогательных малонагруженных передачах.
Червячное колесо обычно выполняют составным: венец — из антифрикционных, относительно дорогих и малопрочных материалов; центр — из стали; при небольших нагрузках — из чугуна. Материалы венцов червячных колес разделяют на группы (в порядке снижения сопротивляемости заеданию и усиленному износу); 1) оловянистые бронзы (БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1, Бр05Ц5С6 и др.); 2) безоловянистые бронзы и латуни (БрА9ЖЗЛ, БрА10Ж4Н4Л, ЛАЖМц66-6-3-2 и др.); 3) чугуны (СЧ15, СЧ20 и др.). Чем выше содержание олова в бронзе, тем она дороже, но тем выше сопротивление заеданию.
При выборе материала колеса ориентируются на ожидаемую скорость vs скольжения в зацеплении, м/с:
vs= 0,45 · 10-3 · n1· 3√T2
где, vs — скорость скольжения, м/с; n1 – частота вращения червяка, мин-1; T2 – вращающий момент на червячном колесе, Н·м.
Рекомендуется применять:
— БрО10Н1Ф1 при vs< 25 м/с; — БрО10Ф1 при vs< 12 м/с; — БрО5Ц5С5 при vs< 8 м/с; — БрА9ЖЗЛ при vs< 5 м/с; — БрА10Ж4Н4Л при vs< 5 м/с; — СЧ15…СЧ20 при vs< 2 м/с.
Наиболее полной программой для расчета червячных передач является библиотека «Валы и механические передачи 2D» в КОМПАС-3D. При запуске программы можно выбрать расчет червяка или червячного колеса.
При выполнении геометрического расчета можно выбрать расчет «По коэффициенту смещения червяка» или «По межосевому расстоянию». Выбираем по коэффициенту смещения. В противном случае надо будет указать желаемое межосевое расстояние.
В следующем окне необходимо задать число заходов червяка, число зубьев колеса, модуль, коэффициент диаметра червяка, вид червяка и т.д.
Расчет можно выполнить по модулям с исходным контуром по ГОСТ 19036-94, по мелким модулям по исходному контуру по ГОСТ 20184-81. Возможно выполнение расчета и с нестандартными модулем, коэффициентом диаметра червяка и исходным контуром.
При корректном вводе данных вы получите описание контролируемых параметров и качества зацепления.
Также можно посмотреть результаты расчета в виде таблицы и даже ее распечатать.
Далее можно выполнить проверочный расчет на прочность, выбрав материал колеса из библиотеки материалов. Можно задать и свой материал.
Результат расчета формируется в виде таблицы, которую можно просмотреть и распечатать.
Далее можно выполнить расчет на теплостойкость и получить результат в виде таблицы.
По результатам расчета формируется чертеж или со всеми необходимыми для изготовления данными согласно требований соответствующих ГОСТов.
Также в разделе «Цилиндрическая шестерня с внешним зубом» можно выполнить расчет «Ортогональной передачи с цилиндрическим червяком и эвольвентным косозубым колесом».
В статье показана возможность и целесообразность использования червячных передач, содержащих цилиндрический червяк и эвольвентное косозубое колесо, для механизмов, в которых одно из звеньев передачи должно совершать винтовое движение.
Если вы не используете КОМПАС-3D
в своей работе, то вам может помочь программа, выполненная на 6-и листах файла
MS Excel
, которую можно найти в сети.
Уникальность программы состоит в том, что она, представляя собой три независимых блока, позволяет выполнить «прямой» проектный, «обратный» проектный и «ремонтный» расчеты!
«Прямой»
проектный расчет в Excel размещен на листе «Проект-1».
По 9-и исходным данным программа выдает 57 расчетных параметров и на листе «Проект-1 (табл.)» автоматически cформирует таблицы к чертежам червяка и червячного колеса.
Пользователь выбирает режим работы передачи, расчетный ресурс, передаточное число, материал червячного колеса, вводит значения частоты вращения червяка и вращающего момента на валу червячного колеса и через мгновение получает выполненный расчет червячной передачи.
«Обратный»
проектный расчет червячной передачи размещен на листе «Проект-2».
По 12-и исходным данным программа рассчитывает 46 параметров и на листе «Проект-2 (табл.)» также автоматически формирует таблицы к чертежам червяка и червячного колеса.
В отличие от первого варианта расчета в данном случае пользователь может, задав основные геометрические параметры передачи, определить ее нагрузочную способность – рассчитать максимально допустимый момент на валу червячного колеса
«Ремонтный»
расчет передачи в Excel размещен на листе «Ремонт».
По 6-и данным, полученным в результате замеров вышедшей из строя червячной передачи, программа вычисляет 20 геометрических параметров и на листе «Ремонт(табл.)» автоматически сформирует таблицы к чертежам.
Получив эти данные, можно воспользоваться расчетом «Проект-2» и определить нагрузочные возможности ремонтируемой червячной пары.
Программа содержит ограниченное число модулей (только модули первого ряда) и ограничена рекомендуемыми параметрами для расчетов. Все превышения, в том числе по расчетам, будут подсвечены красным цветом. При этом не стоит забывать стандартные правила работы с расчетными таблицами и ячейками в MS Excel, т к это может привести к неправильным расчетам.
Похожие документы:
расчет грузовых винтов пример выполнения ходового винта
Где купить червячный редуктор
Если вы планируете купить червячный редуктор на долгосрочную перспективу по обоснованной цене, нам есть что вам предложить. ПТЦ «Привод» много лет занимается поставками данной техники по всей России и в страны СНГ.
Мы предлагаем только высоконадежные качественные редукторы и мотор-редукторы по эффективной цене производителя с гарантиями долгосрочной службы. Осуществляем полное сопровождение заказа – от помощи в построении системы требований до выбора червячного редуктора, соответствующего заявленным условиям работы.
Для вашего удобства мы создали электронный каталог червячных редукторов – ознакомиться с ним вы можете на нашем сайте. Для консультации по любому вопросу звоните нам или пишите на email (реквизиты в разделе контактов актуальны).
