Червячные передачи и червяки

Червячная пара делает две вещи одновременно: обеспечивает большое передаточное отношение в малом габарите и — в зависимости от угла подъёма витка — не допускает обратного вращения. Редукторы, поворотные столы, подъёмники и конвейеры используют одну и ту же геометрию по этим двум причинам, но соотношение между ними меняется с числом заходов.

PinyiGear изготавливает червяки и червячные колёса по чертежу: профили ZA, ZN, ZI и ZK, бронзовые колёса, цементованные и шлифованные стальные червяки, поставляются подобранными парами с проверкой пятна контакта перед отгрузкой.

Что даёт червячная пара и чего она стоит

Валы пересекаются под углом 90°, поэтому вход и выход направлены в разные стороны, а корпус может быть компактным. Передаточное отношение на одну ступень значительно выше, чем у прямозубой пары того же размера — до 80:1 в освоенном нами диапазоне, — что часто позволяет полностью исключить одну ступень редукции.

Платой является КПД. Однозаходный червяк передаёт на колесо примерно 60–70% входной мощности; остальное превращается в тепло в зацеплении и должно отводиться через корпус. Большее число заходов существенно улучшает этот показатель — три захода дают около 80–85%, четыре-шесть 85–92% — но способность удерживать положение исчезает по мере увеличения угла подъёма витка.

Эти цифры приблизительны и меняются в зависимости от шероховатости боковой поверхности, смазки и точности сборки. Там, где самоторможение является частью замысла конструкции, его необходимо подтверждать по фактическому углу подъёма витка и коэффициенту трения, а не принимать на основании таблицы — червяк, заявленный как самотормозящий, но проскальзывающий под вибрацией, — это проблема безопасности, а не недостаток рабочих характеристик.

Профили: ZA, ZN, ZI, ZK

Профиль определяет инструмент, метод шлифования и способ измерения детали.

После фиксации профиля из него следуют форма круга, метод шлифования и план измерений. Чертеж, в котором не указан профиль, оставляет выбор цеху, и два цеха выберут по-разному.

Рабочие диапазоны

Червяк

Червячное колесо, по материалу сопряжения

Оловянная бронза является стандартным выбором для нагруженных приводов, поскольку она допускает контакт скольжения и прирабатывается к червяку под нагрузкой. Алюминиевая бронза несёт большую нагрузку при меньшей скорости, но труднее прирабатывается. Высокопрочный чугун подходит для лёгких режимов, где определяющим является стоимость.

Технологический маршрут

Червяк. Цементация и закалка 20CrMnTi доводят боковую поверхность до HRC 58–62 — твёрдый слой на вязкой сердцевине, что является сочетанием, противостоящим как износу, так и поломке зубьев. Для более лёгких режимов 40Cr после улучшения или индукционной закалки даёт HRC 48–55 на поверхности.

Шлифование. Закалка деформирует боковую поверхность, поэтому предварительное шлифование восстанавливает геометрию, а окончательное шлифование доводит её до класса. Шлифованные червяки выдерживают GB 6–7, на одну степень точнее фрезерованных, и разница проявляется в снижении шума и меньшем тепловыделении в зацеплении.

Колесо. Оловяннобронзовые колёса фрезеруются червячной фрезой от M1 до M12 специально изготовленной фрезой. Контакт между червяком и колесом представляет собой линию, а не точку, поэтому небольшая погрешность межосевого расстояния смещает зону контакта и концентрирует износ. Поэтому контролируются как толщина зуба, так и межосевое расстояние, а не только профиль зуба.

Проверка пары. Червяк и колесо изготавливаются и отгружаются как пара. Положение и площадь пятна контакта проверяются комплект за комплектом, затем перепроверяются на контрольно-обкатном станке.

Точность

Вспомогательные операции: токарная обработка с ЧПУ до 0,005 мм, цилиндрическое и торцевое шлифование до 0,001 мм.

Контроль и документация

Каждая партия сопровождается протоколами контроля с отклонением шага, отклонением профиля, отклонением линии зуба и твёрдостью поверхности зубьев. Именно эти данные позволяют заказчику определить, относится ли шум, обнаруженный при монтаже, к зубчатой передаче или к сборке — без них обе стороны вынуждены догадываться.

Измерительное оборудование на участке: измерительный центр для зубчатых колёс, КИМ, твердомер, профилометр.

Где применяются червячные передачи

• Промышленные редукторы — наиболее распространённое применение; передаточное число и межосевое расстояние берутся из чертежа корпуса
• Делительные и поворотные столы — погрешность шага напрямую превращается в угловую погрешность, поэтому класс точности должен определяться из допуска на деление, а не выбираться по привычке
• Конвейерное и подъёмное оборудование — однозаходный червяк удерживает остановленную нагрузку без тормоза
• Передачи со скрещивающимися осями в стеснённых габаритах — там, где коническая пара не помещается
• Нестандартные трансмиссионные узлы — изготавливаются по чертежу после оценки технологичности

Что необходимо предоставить

• Чертежи червяка и колеса (PDF, DWG, DXF, STEP) либо модуль, число заходов, число зубьев и передаточное число
• Межосевое расстояние и чертёж корпуса, если пара должна встать в существующий картер
• Класс точности либо допуск на деление или позиционирование, который должна выдерживать передача
• Режим работы: крутящий момент, частота вращения, цикл нагрузки, температура окружающей среды и способ смазки
• Требуется ли самоторможение и какую нагрузку оно должно удерживать
• Количество и характер заказа: прототип, первая партия или серийное производство

Инженер сначала рассматривает чертёж и до фиксации цены сообщает технологический маршрут, рекомендацию по материалу колеса и план контроля.

Отправить чертёж червячной передачи для расчёта стоимости

Часто задаваемые вопросы

Как определить, будет ли пара самотормозящей? Это зависит от угла подъёма витка и коэффициента трения в рабочих условиях, а не только от числа заходов. Обычный путь — однозаходная передача с малым углом подъёма; подтверждать нужно по фактическому режиму работы, поскольку вибрация и смазка меняют результат.

Оловянная или алюминиевая бронза? Оловянная бронза — для нагруженных, более быстроходных режимов и там, где важна приработка. Алюминиевая бронза — при высокой нагрузке и низкой скорости либо там, где условия среды исключают оловянную бронзу. Высокопрочный чугун — только для лёгкого режима.

Можете ли вы изготовить пару под существующий корпус? Да — межосевое расстояние и посадочные размеры берутся из чертежа корпуса. Обычно это фиксированное ограничение, и геометрия передачи строится вокруг него.

Почему червячная передача нагревается при работе? Потому что скользящий контакт в зацеплении превращает потери на трение в тепло. При КПД 60–70% однозаходная пара выделяет треть входной мощности в виде тепла, которое должно отводиться через корпус или охладитель.

Вы поставляете пару или отдельные детали? Пары. Пятно контакта и боковой зазор — свойства комплекта, поэтому поставка одного червяка даёт деталь, которая правильно измеряется, но может плохо работать с существующим колесом.

Связанные страницы

• Прямозубые и косозубые колёса
• Конические колёса
• Изготовление зубчатых колёс на заказ
• Прецизионные валы и шлицы