Червя́чная переда́ча (зубчато-винтовая передача) — механическая передача , осуществляющаяся зацеплением червяка и сопряжённого с ним червячного колеса (для преобразования угловой скорости и усилия вращения) или гайки (для линейных перемещений). Червячный привод или «бесконечный винт» был изобретён Архитом Терентским, Аполлонием Пергским или Архимедом , причём последний из них считается наиболее вероятным автором . Червячный двигатель позже появился на Индийском субконтиненте , где он использовался в хлопкоочистительных машинах во времена Делийского султаната в тринадцатом или четырнадцатом веках . Одним из основных преимуществ червячных приводов является то, что они могут передавать движение под углом 90 градусов, и при этом обеспечивает большие передаточные отношения при малой металлоёмкости.

Конструкция

Червяк представляет собой винт со специальной резьбой , в случае эвольвентного профиля колеса форма профиля резьбы близка к трапецеидальной . На практике применяются однозаходные, двухзаходные и четырёхзаходные червяки.

Червячное колесо представляет собой зубчатое колесо . В технологических целях червячное колесо, как правило, изготавливают составленным из двух материалов: венец — из дорогого антифрикционного материала (например, из бронзы ), а сердечник — из более дешёвых и прочных сталей или чугунов , но в небольших механизмах часто детали изготавливаются полностью из бронзы.

Входной и выходной валы передачи скрещиваются, обычно (но не всегда) под прямым углом.

Функционирование

Передача предназначена для существенного увеличения крутящего момента и, соответственно, уменьшения угловой скорости . Ведущим звеном является червяк. Червячная передача без смазки и вибрации обладает эффектом и является необратимой: если приложить момент к ведомому звену (зубчатому колесу), из-за сил трения передача работать не будет. Однако это свойство начинает проявляться при передаточных числах от 35 и выше. Хотя более корректно 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°. При большем угле, если начать вращать червячное колесо, то оно начнёт проворачивать и сам червяк.

Передаточные отношения червячной передачи закладываются в пределах от 8 до 100, а в некоторых случаях — до 1000.

Достоинства и недостатки

• Достоинства:
  • Плавность работы;
  • Малошумность;
  • Большое передаточное отношение одной пары, — червячные редукторы с большим передаточным числом значительно компактнее и легче, чем эквивалентные шестеренчатые, и менее материалоёмки;
  • Самоторможение — при некоторых передаточных отношениях;
  • Повышенная кинематическая точность.
• Недостатки:
  • Повышенные требования к точности сборки, необходимость точной регулировки.
  • При некоторых передаточных соотношениях передача вращения возможна только в одном направлении — от винта к колесу. (для некоторых механизмов может считаться достоинством).
  • Существенное взаимное проскальзывание рабочих поверхностей, отсюда:
    • Высокие требования к геометрической точности и прочности поверхностей трения;
    • Сравнительно низкий КПД (целесообразно применять при мощностях менее 100 кВт );
    • Большие потери на трение с тепловыделением, необходимость специальных мер по интенсификации теплоотвода;
    • Повышенный износ и склонность к заеданию;
    • Необходимость компенсации осевых усилий, возникающих в опорах червячного вала.

Указанные недостатки обусловлены связанной с геометрией передачи невозможностью получения жидкостного трения.

Классификация

Червяки различают по следующим признакам:

• по форме образующей поверхности:
  • цилиндрические;
  • глобоидные .
• по направлению линии витка:
  • правые;
  • левые.
• по числу заходов резьбы:
  • однозаходные;
  • многозаходные.
• по форме винтовой поверхности резьбы:
  • с архимедовым профилем;
  • с конволютным профилем;
  • с эвольвентным профилем;
  • трапецеидальный.

Зубчатые колёса различают по следующим признакам:

• по профилю зуба:
  • прямой — (контакт по точке, малонагруженные передачи);
  • вогнутый — «охватывающий» червяк (контакт по линии);
  • роликовый — зубья вырожденного сектора заменены гребневым роликом.
• по типу зубчатого колеса:
  • полное колесо (с передачей непрерывного вращения);
  • зубчатый сектор (с поворотом сектора на ограниченный угол);
  • вырожденный сектор с роликом (в паре с глобоидальным червяком — рабочая длина сектора меньше рабочей длины червяка, возможна передача большого момента).

Применение

Червячная передача главным образом применяется в червячных редукторах.

Достаточно часто червячные передачи используются в системах регулировки и управления — самоторможение обеспечивает фиксацию положения, а большое передаточное отношение позволяет достичь высокой точности регулирования (управления) и (или) использовать низкомоментные двигатели. Весьма распространенное применение пары типа «глобоидальный червяк с роликовым сектором» — рулевое управление автомобилей.

Благодаря этим же характеристикам червячные передачи и червячные редукторы широко применяются в подъёмно-транспортных машинах и механизмах (например, лебёдках, а также для лифтов ).

Часто в виде червячной пары изготавливаются механизмы натяжения струн ( колковая механика) музыкальных инструментов, например, гитары. В данном применении полезным оказывается эффект самоторможения (необратимость).

См. также

• Механический редуктор
• Мультипликатор
• Мотор-редуктор
• Циклоидальная передача

Примечания

Литература

• . — Москва: ИПК Издательство стандартов, 2004. — 50 с.
• . — Москва: Государственный комитет СССР по стандартам, 1989. — 85 с.
• Скойбеда А. Т. и др. Детали машин и основы конструирования: Учебник. / Скойбеда А. Т., Кузьмин А. В., Макейчик Н. Н. Под общ. ред. А. Т. Скойбеды. — Мн.:Вышэйшая школа, 2000. — С. 335—363. — 584 с. — 3000 экз. — ISBN 985-06-0081-0

Ссылки