Черв'ячні редуктори: характеристики і методика розрахунку технічних параметрів
Черв'ячні редуктори користуються великим попитом у порівнянні з іншими вилами приводних механізмів. Пристрої, що підвищують показники крутного моменту за рахунок зниження кутової швидкості обертання вала двигуна, підвищують ефективність роботи обладнання і продовжують його експлуатаційний термін. Редуктори з черв'ячною передачею можуть встановлюватися на насосну техніку, транспортери, конвеєри, елеватори, ескалатори, ліфти і багато інших механізми. Незважаючи на затребуваність пристроїв, їх вартість залишається невисокою.
Перш ніж купити черв'ячний редуктор, необхідно провести розрахунок його основних технічних параметрів: передавального числа, габаритів, сервіс-фактора, крутного моменту, радіального навантаження і ін. Про те, як це зробити правильно, читайте в нашій статті.
Як влаштовані черв'ячні редуктори?
Черв'ячні редуктори – одна з категорій механічних перетворювачів. Передача перетворювачів даного типу складена з двох елементів: гвинта, який називається «черв'як», і черв'ячного колеса - одним з різновидів косозубих коліс.
Черв'ячна передача входить в категорію зубчато-гвинтових. Черв'як – її ведуча ланка, а черв'ячне колесо – ведена. Вали цих деталей можуть перехрещуватися під будь-яким кутом, але частіше за все він дорівнює 90 градусам. Коли черв'як обертається, його витки пересуваються уздовж осі, пересуваючи в тому ж напрямку зуби колеса.
Контакт ланок лінійний, а не точковий, що є одним з достоїнств черв'ячної передачі перед гвинтовою зубчастою. У ободу черв'ячного колеса увігнута форма, що відрізняє його від косозубого колеса. Така форма, сприяючи обляганню черв'яка, збільшує площу поверхні контакту. Різьба черв'ячного гвинта може бути одно- або багатозахідною, лівою чи правою.
Черв'ячні передачі бувають двох видів:
- циліндричні – черв'ячні гвинти мають циліндричну форму;
- глобоїдні – з глобоідной черв'ячними гвинтами.
Також черв'яки можуть класифікуватися за формою профілю
- архимедів – прямолінійний трапецеїдальний профіль;
- конволюнтний – прямолінійний профіль в перерізі;
- евольвентний – профіль у формі евольвенти.
Передавальне відношення черв'ячних редукторів відчутно більше, ніж у перетворювачів зі звичайними зубчастими передачами. І при цьому черв'ячні механізми значно компактніші. Завдяки можливості отримати велике передавальне число, застосовуючи всього один щабель передачі, перетворювачі затребувані в підйомно-транспортному машинобудуванні і верстатобудуванні.
Всі елементи черв'ячної передачі поміщаються в корпус, для виготовлення якого в більшості випадків використовується чавун. Корпуси випускаються в двох виконаннях:
- з двома вікнами на бічних стінках, службовцями для введення в корпус вала з черв'ячним колесом при складанні механізму;
- з площиною роз'єму по осі вала черв'ячного колеса.
Щоб корпус мав необхідну жорсткість, на бічних кришках передбачені високі центруючі бортики, а також шість ребер жорсткості.
Частіше за інших використовуються одноступінчасті черв'ячні редуктори. Найпопулярніші моделі: Ч, 2Ч, РЧН, РЧП.
Переваги покупки редуктора з черв'ячною передачею
За допомогою редукторів з черв'ячною передачею можна вирішувати завдання, недоступні іншим передавальним механізмам. Причиною популярності перетворювачів стала не тільки низька ціна, але і великий список переваг.
У черв'ячних редукторів вали схрещені. Тому пристрої мають більш компактні габарити, якщо порівнювати з циліндричними перетворювачами. Це економить місце при комплектації редуктором приводу машини.
Передачі черв'ячного типу властивий великий потенціал зниження частоти обертання і збільшення моменту крутіння. Тому навіть у одноступінчастих черв'ячних перетворювачів передавальне число досягає 100. Щоб досягти такого ж результату, використовуючи редуктор з циліндричною або планетарною передачею, буде потрібно мінімум три ступені. Тому в порівнянні з циліндричними перетворювачами з аналогічною потужністю, черв'ячні коштують на порядок дешевше.
Через специфіку зачеплення для черв'ячних пристроїв характерна низька гучність. Тому їх можна встановлювати в обладнанні з особливими вимогами до рівня шуму приводу. Крім того, плавність ходу у перетворювачів з черв'ячною передачею вище, ніж у циліндричних.
Самогальмування – відмінна властивість черв'ячних редукторів. Відсутність оборотності – друга назва цього явища. Якщо ведучий вал зупинений, ведений загальмовується. Повернути його вручну буде неможливо. Це властивість проявляється, якщо передавальне число перевищує 35. Вона може бути як плюсом, так і мінусом – все залежить від сфери використання редуктора. Наприклад, якщо перетворювач використовується в підйомнику, то властивість самогальмування дозволить заощадити на установці додаткового гальма. А ось використовувати такий редуктор в приводі багатьох видів верстатів, наприклад, закочувальних, буде помилкою.
Якщо редуктор виготовлений з порожнистим валом, то його можна встановити прямо на вал приводиться механізму. Такі перетворювачі називають насадними. Такий спосіб установки спрощує конструкцію механізму і зменшує його габарити.
Які мінуси є у черв'ячних редукторів?
На жаль, незважаючи на всі переваги, черв'ячні редуктори можна задіяти далеко не завжди. Пристрої мають досить багато недоліків. Один із найважливіших – невисокий ККД, який ще й зменшується, якщо передавальне число підвищується.
Низька ефективність роботи тягне за собою втрати енергії і, як наслідок – сильне нагрівання пристрою. Невикористана кінетична енергія переходить в тепло. Тому на корпусах перетворювачів є ребра, що покращують циркуляцію повітря. Але в деяких випадках цього недостатньо. Великогабаритні перетворювачі обладнані вентиляторами. Іноді навіть потрібно організовувати примусову циркуляцію мастильного матеріалу в корпусі.
Не варто використовувати черв’ячну передачу, якщо передана потужність перевищує 60 кВт. Для такого випадку більше підійде циліндричний редуктор. В особливих ситуаціях, наприклад, в ліфтових приводах, використовуються черв'ячні редуктори з глобоїдним черв'яком, які можуть працювати з більш високою потужністю.
У будь-якого типу перетворювачів спостерігається люфт вихідного вала. Але у черв'ячних його величина більше, і в процесі експлуатації механізму тільки збільшується. Нерівномірні навантаження на вихідному валу – невідповідна умова для використання черв'ячних редукторів. Режим частих запусків і зупинок для цих перетворювачів також не підходять.
Прийнято вважати, що експлуатаційний ресурс черв'ячних перетворювачів менше, ніж циліндричних. Через високий тертя в зачепленні елементи передачі дійсно зношуються швидше. Середній робочий ресурс редукторів з черв'ячною передачею – 10000 годин, циліндричних – 25000.
Особливості експлуатації перетворювачів
Черв'ячні редуктори затребувані там, де потрібне недороге обладнання для збільшення крутного моменту, немає значних ударних навантажень, невисока періодичність включень механізмів. Рекомендації виробників по експлуатації перетворювачів розглянемо нижче.
Якщо в самогальмуванні немає необхідності, а передавальне число повинне перевищувати 25 рекомендується використовувати червячно- циліндричні пристрої. Завдяки зменшенню передавального відношення на черв'ячній ступені ККД такого редуктора буде вище. Ресурс роботи обладнання збільшиться, а втрати енергії будуть нижче.
Черв'ячні редуктори не можна монтувати в приводи обладнання, яке зазнає впливу ударних навантажень. Механізм буде перегріватися, його робочий ресурс різко зменшиться.
Схема установки перетворювача в просторі також має значення. Базовий і рекомендований усіма варіант: вісь черв'яка знизу, а вісь колеса – зверху.
Черв'ячні редуктори не варто застосовувати в системах позиціонування. Люфт, який є в передачі, робить негативний вплив на точність. Хоча багато що залежить від умов роботи.
При виборі перетворювача слід враховувати наявність самогальмування і можливість негативних наслідків цього явища. Наприклад, не варто встановлювати пристрій на привід візка, якщо іноді його доводиться пересувати вручну. Пересування буде утруднено.
Перед тим, як запускати редуктор в роботу, його обкатують без використання навантаження з метою підробітки тертьових поверхонь. Для нормальної роботи перетворювача з черв'ячною передачею потрібно більш густе мастило, ніж редукторним механізмам інших типів.
Щоб робота перетворювача була ефективною, необхідно створити певні експлуатаційні умови. Швидкість обертання вхідного вала не повинна перевищувати 1500 об / хв. Максимальний ступінь забруднення атмосфери пилом – 10 мг/м3. Використання пристроїв в агресивному і вибухонебезпечному середовищі не рекомендується. Різких коливань температури і вологості краще уникати. Якщо редуктор встановлений на відкритому повітрі, потрібно подбати про наявність навісу, що захищає механізм від впливу опадів.
Розрахунок технічних параметрів черв'ячних редукторів
Розрахунок черв'ячного редуктора повинен проводитися професійним інженером, який має відповідний досвід. Вірний вибір механізму впливає на ефективність його роботи і термін служби. Багато поломок обладнання, а також його неправильна робота часто є наслідком помилок, які були допущені при розрахунку редуктора.
Для початку необхідно розрахувати сервіс-фактор, тобто, ступінь впливу умов зовнішнього середовища на роботу перетворювача. При розрахунку використовується коефіцієнт експлуатації S.f. Його визначає щоденний час роботи механізму і число включень. При цьому враховується характер навантажень. Сервіс-фактор, який був розрахований, повинен дорівнювати рекомендованим значенням, наведеним в таблицях, або бути менше.
Щоб провести точний розрахунок сервіс-фактора черв'ячного редуктора, потрібно враховувати такі параметри:
- тип навантаження устаткування: А, В, С;
- тривалість робочого часу – годин/день;
- частота пусків – запуск/год.
Для розрахунку використовується формула:
fa = Je/Jm,
Je (кг/м2) – момент зниження інерції зовнішнього навантаження на відомому валу;
Jm (кг // м2) – момент інерції двигуна.
Другий етап – розрахунок крутного моменту черв'ячного редуктора. Крутним моментом називають фізичну величину, яка характеризує обертальний дію сили на твердий предмет. Цей показник визначає зусилля на тихохідному (вихідному) валу.
Для розрахунку крутного моменту використовують формулу:
M2 = (P x 9550 x i x RD) / n1;
М2 – крутний момент;
P – потужність двигуна;
i – передавальне число;
RD – ККД перетворювача;
n1 – кількість обертів двигуна.
Передавальне відношення – одна з найважливіших характеристик черв'ячного редуктора. Це величина, яка визначає, у скільки разів перетворювачем будуть зменшені обороти, що передаються, і збільшений крутний момент. Наприклад, якщо передавальне число пристрою дорівнює 10, то обороти на виході будуть зменшені в 10 разів. Відповідно, якщо вал двигуна, з'єднаного з редуктором, обертається зі швидкістю 1400 об/хв, то швидкість обертання тихохідного вала перетворювача складе 140 об/хв.
Передавальне відношення розраховується за формулою:
i = n1 / n2,
i - передавальне число;
n1 - кількість обертів електродвигуна;
n2 - кількість оборотів вихідного вала.
Радіальним називається навантаження, яке прикладається на вісь вала в найбільш сприятливих умовах щодо спрямування і кута обертання. Максимально допустиме осьова навантаження становить п'яту частину радіального навантаження. Якщо в редукторі використовуються двосторонні вали з радіальним навантаженням на обох сторонах, їх максимальне значення визначається відповідно до умов експлуатації.
Для розрахунку радіального навантаження потрібно використовувати формулу:
Fre (Н) - результуюче радіальне навантаження;
M (Нм) - крутний момент на валу;
D (мм) - діаметр елемента трансмісії, який встановлений на валу;
Fr (N) - максимально допустима радіальне навантаження Fr1-Fr2;
fz = 1,1 провідна шестерня;
1,4 - зірочка;
1,7 - v-шків;
2,5 - плоский шків.
Якщо до центральної осі вала не прикладається результуюче радіальне навантаження, то допустиму радіальне навантаження Fr1-Fr2 потрібно розраховувати за формулою:
a, b - значення, зазначені в таблиці;
x = відстань від точки прикладання навантаження до заплечика вала.
У таблиці для вхідного вала вказується максимально допустиме значення Fr2. Воно не повинно бути перевищено, оскільки розраховується в залежності від міцності корпусу. Якщо до центральної осі вала перетворювача не докладає результуюча радіальне навантаження, то допустиме навантаження Fr2 регулюють за такою формулою:
На сайті компанії «Промпривод» представлені черв'ячні редуктори Ч, 2Ч і РЧН. Ціни на обладнання у нас на 3-10% нижчими від ринкових, гарантія діє протягом 12 місяців. Якщо буде потрібна допомога у підборі підходящої моделі або інформація про умови покупки, її нададуть наші менеджери.
