Червячная передача — это зубчатая передача , в которой червяк (шестерня в форме винта ) входит в зацепление с червячным колесом (похожим по внешнему виду на прямозубую шестерню ). Ее основное назначение — преобразование движения двух перпендикулярных осей или преобразование кругового движения в линейное (пример: хомут ленточного типа ). Эти два элемента также называются червячным винтом и червячной передачей . Терминология часто путается из-за неточного использования термина червячная передача для обозначения червяка, червячного колеса или червячного привода как единого целого.
Червячный привод или «бесконечный винт» был изобретен либо Архитом Тарентским, либо Аполлонием Пергским , либо Архимедом , причем последний является наиболее вероятным автором. [1] Червячный привод позже появился на Индийском субконтиненте для использования в роликовых хлопкоочистительных машинах во времена Делийского султаната в тринадцатом или четырнадцатом веках. [2]
Редуктор , разработанный с использованием червяка и червячного колеса, значительно меньше, чем тот, который сделан из простых прямозубых шестерен, и имеет приводные оси под углом 90° друг к другу. В случае однозаходного червяка за каждый оборот червяка на 360° червячное колесо продвигается только на один зуб. Поэтому, независимо от размера червяка (несмотря на разумные инженерные ограничения), передаточное отношение равно «размеру червячного колеса - к - 1» . При наличии однозаходного червяка 20-зубое червячное колесо снижает скорость в соотношении 20:1. В случае прямозубых шестерен шестерня с 12 зубьями должна соответствовать шестерне с 240 зубьями, чтобы достичь того же соотношения 20:1. Поэтому, если диаметральный шаг (DP) каждой шестерни одинаков, то с точки зрения физического размера шестерни с 240 зубьями к размеру шестерни с 20 зубьями, расположение червяка значительно меньше по объему.
Весь привод (как червячный, так и колесный) можно классифицировать следующим образом:
Эти классификации относятся к самому червю:
В отличие от обычных зубчатых передач, направление передачи (входной вал против выходного вала) не является обратимым при использовании больших передаточных чисел. Это происходит из-за большего трения между червяком и червячным колесом, и особенно распространено, когда используется однозаходный (одна спираль) червяк. Это может быть преимуществом, когда желательно исключить любую возможность того, что выход будет приводить в движение вход. Если используется многозаходный червяк (несколько спиралей), то передаточное отношение соответственно уменьшается, и тормозной эффект червяка и червячного колеса, возможно, придется сбросить со счетов, так как колесо может приводить в движение червяк.
Конфигурации червячной передачи, в которых колесо не может приводить в движение червяк, называются самоблокирующимися . Является ли червячная передача самоблокирующейся, зависит от угла подъема, угла давления и коэффициента трения.
Изобретение червячного привода некоторые приписывают Архимеду во время Первой Пунической войны , [1] когда размер строящихся кораблей требовал гораздо большего крана, чем был доступен в то время. [5] : 7 Кран, разработанный для этой цели, использовал червячный привод и несколько увеличительных шестеренок и был назван барулконом . Описание этого крана было записано в Александрийской библиотеке , и последующие инженеры опирались на идеи Архимеда, пока первые технические чертежи червячного привода не были разработаны Леонардо да Винчи ; [6] конструкция была ограничена тем фактом, что металлические шестерни не были изобретены к началу 15 века, и привод так и не был построен при его жизни. [7]
С момента изобретения червячной передачи было признано, что она наиболее эффективна, когда необходимо использовать большое передаточное отношение; вплоть до 1900-х годов ее продолжали использовать для этой цели, хотя она нашла ограниченное применение в ранних разработках электродвигателей, поскольку приводы перегревались при высоких скоростях вращения вала. [5] : 10 Современное применение червячной передачи началось вскоре после внедрения более эффективных методов смазки с помощью закрытых корпусов передач. [5] : 11
В автомобилях начала 20 века до появления усилителя рулевого управления эффект спущенной или пробитой шины на одном из передних колес, как правило, тянул рулевой механизм в сторону спущенной шины. Использование червячного привода уменьшило этот эффект. Дальнейшее развитие червячного привода привело к появлению рециркулирующих шарикоподшипников для уменьшения сил трения, которые передавали часть рулевого усилия на колесо. Это помогает управлять транспортным средством и снижает износ, который мог вызвать трудности в точном рулевом управлении.
Червячные приводы — это компактные средства существенного снижения скорости и увеличения крутящего момента. Небольшие электродвигатели , как правило, высокоскоростные и с низким крутящим моментом; добавление червячного привода расширяет диапазон применений, для которых он может быть пригоден, особенно если учитывать компактность червячного привода.
Червячные передачи используются в прессах , прокатных станах , конвейерном машиностроении , горнодобывающей промышленности, на рулях и дисковых пилах . Кроме того, фрезерные головки и поворотные столы позиционируются с помощью высокоточных дуплексных червячных передач с регулируемым люфтом . Червячные передачи используются во многих приложениях привода лифтов и эскалаторов из-за их компактных размеров и их нереверсивности.
В эпоху парусных судов введение червячного привода для управления рулем было значительным шагом вперед. До его введения руль управлялся барабанным приводом каната. Бурные волны могли прикладывать значительную силу к рулю, часто требуя нескольких человек для управления судном — некоторые приводы имели два колеса большого диаметра, так что рулем могли управлять до четырех членов экипажа.
.jpg/1280px-Worm_final_drive_(Manual_of_Driving_and_Maintenance).jpg)
Червячные передачи использовались в нескольких автомобильных задних мостах (хотя и не в самом дифференциале ). Они использовали преимущество расположения червяка, находящегося либо в самом верху, либо в самом низу коронной шестерни дифференциала. В 1910-х годах они были распространены на грузовиках; чтобы получить максимальный клиренс на грязных дорогах, червяк располагался сверху. В 1920-х годах фирма Stutz использовала их на своих автомобилях; чтобы иметь более низкий пол, чем ее конкуренты, червяк располагался внизу. Примером около 1960 года был Peugeot 404. Червячный привод защищает автомобиль от отката. Эта способность в значительной степени вышла из моды из-за более высоких, чем необходимо, передаточных чисел. [8]
Более поздним исключением из этого является дифференциал Torsen , который использует червячные колеса и планетарные червяки вместо конической передачи обычных открытых дифференциалов. Дифференциалы Torsen наиболее заметны в Humvee и некоторых коммерческих автомобилях Hummer , а также в качестве центрального дифференциала в некоторых полноприводных системах, таких как Audi quattro . Очень тяжелые грузовики, такие как те, которые используются для перевозки агрегатов , часто используют червячный дифференциал для прочности. Червячный привод не так эффективен, как гипоидная передача , и такие грузовики неизменно имеют очень большой корпус дифференциала с соответствующим большим объемом трансмиссионного масла для поглощения и рассеивания создаваемого тепла.
Червячные передачи используются в качестве механизма настройки для многих музыкальных инструментов, включая гитары , контрабасы , мандолины , бузуки и многие банджо (хотя большинство высококлассных банджо используют планетарные передачи или фрикционные колки). Устройство настройки с червячным приводом называется головкой машины .
Пластиковые червячные приводы часто используются в небольших электродвигателях, работающих от батареек, чтобы обеспечить выход с более низкой угловой скоростью (меньше оборотов в минуту), чем у двигателя, который лучше всего работает на довольно высокой скорости, в дополнение к тому, что он тише, чем привод с металлическими шестернями. [8] Такая система мотор-червячный привод часто используется в игрушках и других небольших электрических устройствах.
Червячный привод используется на хомутах типа Jubilee или Jubilee . Червячная резьба стяжного винта входит в зацепление с пазами на ленте хомута.
Иногда червячный привод проектируется для работы в обратном направлении, в результате чего червячный вал вращается намного быстрее, чем входной. Примеры этого можно увидеть в некоторых ручных центрифугах , воздуходувке кузнечного горна или регуляторе ветра в музыкальной шкатулке .
Правосторонняя косозубая передача или правосторонний червяк — это передача, в которой зубья закручиваются по часовой стрелке, удаляясь от наблюдателя, смотрящего вдоль оси. Обозначения «правая» и «левая» те же, что и в давно установившейся практике для винтовых резьб, как внешних, так и внутренних. Две внешние косозубые передачи, работающие на параллельных осях, должны быть противоположно направленными. Внутренняя косозубая передача и ее шестерня должны быть одной и той же направленности.
Левосторонняя косозубая передача или левосторонний червяк — это передача, в которой зубья закручиваются против часовой стрелки по мере удаления от наблюдателя, смотрящего вдоль оси. [4] : 72
Червячные колеса сначала прорезаются, чтобы сделать зубья грубыми, а затем далее очищаются ближе к окончательной форме шестерни, часто в пределах 0,5 миллиметра (0,020 дюйма). Если прорезка выполнена достаточно точно, для процесса зубофрезерования не потребуются специальные инструменты . После нескольких проходов зубофрезерования они прорезаются до окончательной формы [9]
