Точность червяк и червячное колесо Разработано для корейской промышленности.
Компания Korea Ever-Power Worm And Worm Wheel Co.,Ltd производит полный ассортимент компонентов для червячных передач — от микромодулей диаметром Ø5 мм до промышленных червячных колес диаметром Ø300 мм — и с 2015 года поставляет их из Ансана производителям оригинального оборудования (OEM) в Корее, Японии и Юго-Восточной Азии.
Что же такое червячные передачи?
Червячная передача — это угловая передача мощности, в которой цилиндрический вал с резьбой — червяк — приводит в движение зубчатое колесо, зубья которого наклонно обхватывают его окружность. Каждый оборот червяка перемещает колесо на один зуб, что означает, что однозаходный червяк, зацепляющийся с 40-зубчатым колесом, обеспечивает передаточное отношение 40:1 за один компактный этап. Ни одна другая зубчатая передача с параллельными валами не достигает такой плотности передаточных отношений в тех же габаритах. Основные компоненты червячной передачи сводятся всего к двум инженерным деталям: валу червяка на входе и червячному колесу на ведомой стороне.
Два фактора отличают этот привод от других. Во-первых, червяк может свободно вращать колесо, но колесо — в большинстве конструкций с неглубоким ходом — не может вращать червяк в обратном направлении. Именно это самоблокирующееся поведение позволяет использовать такие приводы в подъемниках, лифтах, позиционерах антенн и конвейерах, где груз должен оставаться на месте при отключении питания. Во-вторых, контакт зубьев осуществляется скользящим способом, что обеспечивает тишину и гашение вибраций, но именно поэтому выбор смазки здесь имеет большее значение, чем для прямозубой шестерни. Понимание работы червячных передач начинается с одного наблюдения: скользящий, а не катящийся контакт определяет все характеристики привода.
Несколько слов о терминологии. В инженерной практике термины «червячная передача» и «червячный редуктор» используются взаимозаменяемо, тогда как «червячный редуктор» или «червячный редуктор» обозначает комплектный герметичный узел, включающий червячную пару, корпус, подшипники и удлинители вала. Наш каталог охватывает все три категории — отдельные компоненты, комплектные редукторы и редукторы, готовые к установке на двигатель, — поэтому корейские производители оригинального оборудования могут приобретать продукцию на любом уровне интеграции, подходящем для их сборочной линии.
Анатомия вкратце
Наведите курсор на пронумерованные области на фотографии, чтобы увидеть название каждой детали. Четыре пояснения охватывают элементы, которые чаще всего неправильно идентифицируются на чертежах первокурсников, особенно угол наклона, который изображается на червяке, но измеряется как наклон спирали относительно радиальной плоскости вала.
Самоблокирующееся свойство
Небольшие углы наклона (менее ~5°) создают достаточно высокое статическое трение, чтобы колесо не могло вращать червячную передачу в обратном направлении. Это мера безопасности на подъемниках и инженерный компромисс для эффективных приводов — обычно невозможно совместить оба этих фактора в одном комплекте.
Червячные передачи без горловины, с одной горловиной и с двумя горловинами.
Три типа червячных передач — наиболее часто используемые в настоящее время — охватывают практически все приводы, находящиеся в эксплуатации: без зазора, с одним зазором и с двумя зазорами. Выбор между ними в основном определяется тем, насколько сильно зубья колеса обхватывают червяк — больший зазор означает большее количество пар зубьев, находящихся в контакте в любой момент времени, что повышает грузоподъемность за счет усложнения обработки. Примерное правило, которое мы даем корейским клиентам, впервые обращающимся к нам: выбирайте без зазора для экономичных легких приводов, с одним зазором для промышленных работ (80 %), и с двумя зазорами только тогда, когда решающим фактором является плотность крутящего момента.
Червячные передачи без горловины
Цилиндрический червяк зацепляется с цилиндрическим колесом — поверхность колеса имеет прямую обработку, а не сужается вокруг червяка. В любой момент времени зацепляется только один или два зуба, поэтому грузоподъемность у него самая низкая из трех типов, но оснастка проста, а изготовление сменных колес не представляет сложности.
Типичные области применения: системы индексирования для легких нагрузок, приводы для измерительных приборов, офисная электроника.
Однозапорные червячные передачи
Червяк остается цилиндрической формы, но колесо имеет вогнутую горловину, частично обхватывающую червяк. В любой момент времени в зацеплении находятся от трех до четырех зубьев — зона контакта представляет собой короткую линию, а не точку. Именно этот тип червячной передачи чаще всего встречается в промышленных редукторах, приводах подъемников и в механизмах осей С станков.
Типичные примеры: промышленные редукторы, приводы подъемников, оси C станков с ЧПУ.
Червячные передачи с двойной горловиной (двойной охватывающей цепью).
И червяк, и колесо имеют канавку — червяк принимает форму песочных часов и обхватывает зубья колеса. Одновременно зацепляются от шести до восьми зубьев. Грузоподъемность на единицу рабочей зоны в два-три раза выше, чем у одноканального комплекта. Компромисс: для обработки требуется специализированная фреза для каждого передаточного отношения, поэтому увеличиваются как сроки выполнения заказа, так и себестоимость единицы продукции.
Типичные примеры: тяжелые лебедки, военная техника, сервоприводы с высоким крутящим моментом.Как работают червячные передачи — пошагово.
Червячная передача преобразует вращательное движение на валу червяка в более медленное, но с большим крутящим моментом вращательное движение на червячном колесе. Поскольку оси червяка и колеса расположены под углом 90° друг к другу, передача движения также изменяет направление вращения вала за один этап. Приведенное ниже пятиэтапное объяснение — это стандартная инструкция, которую наш инженерный отдел использует, когда новый корейский клиент спрашивает, как червячные передачи работают на практике, а не в теории.
Входное отверстие на червячном валу
Двигатель, маховик или редуктор вращают червячный вал с номинальной частотой вращения — обычно 500–3000 об/мин для промышленных приводов.
Резьба входит в зацепление с зубом колеса.
Каждый оборот червяка перемещает один зуб червячного колеса вперед для однозаходного червяка, два зуба для двухзаходного червяка и так далее.
Скользящий контакт передает силу
Контакт между боковой поверхностью червяка и зубом колеса происходит преимущественно за счет скольжения, поэтому червячной передаче необходима специальная смазка — не то же масло, что используется в прямозубых редукторах.
Увеличение крутящего момента на колесе
Выходной крутящий момент приблизительно равен передаточному отношению за вычетом потерь на трение. Комплект с передаточным отношением 40:1 и КПД 85 % обеспечивает в 34 раза больший входной крутящий момент на колесе.
Самоблокирующийся механизм удерживает груз.
Когда подача входного питания прекращается, червячная передача с малым ходом не может быть приведена в движение обратной вращением под действием нагрузки на колесо — привод удерживает положение без тормоза.
Передаточное число червячной передачи и расчет
Передаточное число червячной передачи определяется одной формулой: передаточное число = количество зубьев червячного колеса ÷ количество витков резьбы червяка. Воспользуйтесь калькулятором ниже — измените любое из чисел, и передаточное число мгновенно обновится. Инженеры часто используют это для проверки правильности сметы перед проектированием корпуса.
Две половины любой червячной передачи.
Любой привод такого типа, независимо от производителя или размеров, сводится к двум инженерным компонентам: червяку (также называемому червячным валом или приводным винтом) и червячному колесу (также называемому червячной передачей). Правильный подбор пары компонентов — это вся суть проектирования: расчет размеров одного без другого почти всегда приводит к шумной работе привода или его быстрому износу. С трудом выработанное правило от нашего инженерного отдела: сначала укажите колесо (материал, количество зубьев, класс точности), а затем определите геометрию червяка на основе спецификации колеса, а не наоборот. Такой подход позволяет удерживать колесо — деталь, которая изнашивается и подлежит замене — в пределах стандартных размеров, что сокращает время замены вдвое за весь срок службы привода.
01Червь (стержень червя)
Цилиндрический вал, обработанный с одной, двумя, тремя или четырьмя винтовыми резьбами — так называемыми «заходами». Количество заходов определяет передаточное отношение вместе с числом зубьев колеса. В качестве стандартной стали для вала используется закаленная легированная сталь (SCM415, 20CrMnTi), поскольку для предотвращения заедания при скользящем контакте необходима твердая боковая поверхность.
- МатериалSCM415 / 20CrMnTi
- Твердость58–62 HRC (случай)
- Доступные стартовые позиции1, 2, 3, 4
- Отделка поверхностиRa 0,4 мкм (заземлённый)
02Червячное колесо
Ведомое колесо с косыми зубьями, соответствующими спирали червяка. Традиционным материалом для колес является бронза, поскольку она мягче, чем закаленный червяк — более мягкий материал поглощает износ при скольжении, что позволяет использовать дорогостоящий закаленный вал многократно при замене колес. Колеса из легированной стали и пластика также распространены в узкоспециализированных областях применения.
- МатериалОловянная бронза / Алюминиевая бронза
- Твердость65–90 HB
- Количество зубовСтандарты Z20 и Z120
- Степень точностиDIN 5 – DIN 7
Из каких материалов изготавливаются червячные передачи?
Практически все червячные передачи, находящиеся в эксплуатации, относятся к пяти семействам материалов. Опытные инженеры придерживаются правила подбора материалов: твердый червячный вал устанавливается на более мягкое червячное колесо с соотношением твердости примерно 2:1. Более мягкое колесо поглощает трение скольжения и изнашивается быстрее, что защищает более дорогостоящий закаленный червячный вал на протяжении нескольких циклов эксплуатации.
| Материал для червя и колеса | Грузоподъемность | Коррозионная стойкость | Лучший вариант |
|---|---|---|---|
| Колесо из оловянной бронзы + червяк из легированной стали | Промышленные приводы общего назначения, станки | ||
| Колесо из алюминиево-железной бронзы + червяк SCM415 | Подъемные механизмы, тяжелые конвейеры, круглосуточное обслуживание. | ||
| Колесо из нержавеющей стали 316 + червяк из нержавеющей стали 304 | Пищевая промышленность, фармацевтика, морская среда | ||
| Колесо из высокопрочного чугуна + червяк из стали 40Cr | Мощные низкоскоростные приводы (цементные, горнодобывающие) | ||
| Нейлоновое колесо PA66 + червяк из полиоксиметилена (POM) | Офисная электроника, микроприборы |
Длина стержней оценивается относительно наиболее подходящего варианта в том же столбце, а не в абсолютном выражении.
Каждый комплект червячной передачи из нашего каталога доступен как минимум в трех из перечисленных пар материалов в стандартном варианте заказа — индивидуальные комплекты, не входящие в этот список, рассчитываются отдельно после консультации с инженером. Для крупномасштабных производственных программ наш металлургический отдел также может закупать бронзовые сплавы на заказ у корейских и японских литейных заводов, если спецификация требует чего-то большего, чем стандартные марки из каталога.
Способы крепления червячной передачи — шпоночный паз, установочный винт, разрезной.
Червячное колесо может крепиться к валу одним из трех стандартных способов — шпоночным пазом, установочным винтом или разъемной ступицей. Выбор способа крепления в основном зависит от передаваемого крутящего момента, доступности узла и частоты снятия колеса в процессе эксплуатации. Инженеры часто принимают решение о способе крепления после выбора пары материалов — каждый из трех описанных ниже способов рассчитан на различное сочетание нагрузок и эксплуатационных характеристик.
Ключевой путь
Прямоугольный паз, вырезанный как в валу, так и в отверстии колеса, вмещает соответствующую стальную шпонку. Шпонка передает весь крутящий момент за счет сдвига — трение между отверстием и валом полностью отсутствует. Это самый высокоэффективный способ крепления, а также тот, который выдерживает наибольшие температурные циклы. Недостаток: снятие колеса со шпонкой после многих лет эксплуатации может быть затруднено, если отверстие приржавело к валу.
установочный винт
Резьбовой крепеж, проходящий через ступицу колеса, давит на плоскую поверхность, выточенную в валу. Крутящий момент передается за счет трения и вмятины, которую винт оставляет на плоской поверхности вала. Этот метод дешев и быстр в установке, а для ступицы не требуется дорогостоящая операция по вытачиванию шпоночного паза — именно поэтому он доминирует в червячных передачах для небольших приводов.
Разъемная ступица (зажим)
Ступица колеса радиально разрезана и закреплена вокруг вала двумя или четырьмя зажимными болтами. Механическая обработка вала не требуется — колесо фиксируется исключительно за счет трения. Перестановка проста, что делает разъемную ступицу предпочтительным вариантом для прототипов и мелкосерийного производства, где конструкция может еще подвергаться доработкам. Однако усилие зажима требует большего диаметра ступицы, поэтому разъемная конструкция не всегда является оптимальным решением в условиях ограниченного пространства.
Почему корейские производители оборудования направляют заказы на червячные передачи через компанию Ansan.
Компания Korea Ever-Power Worm And Worm Wheel Co., Ltd. управляет специализированной линией по производству червячных передач и червячных колес в промышленной зоне Ансан. Предприятие специализируется на этом — с этих линий не сходят прямозубые или косозубые шестерни — что позволяет поддерживать высокий уровень инженерных знаний и сокращать время наладки между стандартными размерами. Четыре фактора отличают предприятие в Ансане от крупных японских поставщиков первого уровня, с которыми обычно сравнивают себя корейские покупатели.
Товары из каталога отгружаются в течение 25 рабочих дней — на 60 % меньше, чем средний 8-недельный срок доставки японскими поставщиками первого уровня при аналогичных характеристиках.
Изготовление прототипов от 2 штук, серийное производство от 10 — полезно, когда заказчик еще дорабатывает дизайн.
Полный ассортимент продукции собственного производства; шлифовка на поворотном столе DIN 5 после термообработки на профильном шлифовальном станке Reishauer.
Подготовка обзоров и ценовых предложений по чертежам на корейском языке в течение одного рабочего дня; также поддерживаются японский и английский языки.
Компания Ever-Power зарегистрирована как Korea Ever-Power Worm And Worm Wheel Co., Ltd по адресу: Sandan-ro, Danwon-gu, Ansan-si, Gyeonggi-do. Производственный цех работает в соответствии с системой качества ISO 9001:2015 и процедурами, соответствующими стандарту IATF 16949, для программ первого уровня в автомобильной промышленности. Для связи с инженерным отделом используйте адрес электронной почты [email protected] — чертежи проверяются в соответствии с соглашением о неразглашении информации (NDA) до отправки коммерческого предложения.
Представлены лучшие червячные редукторы.
Ниже представлены шесть флагманских моделей червячных передач, охватывающих наиболее востребованные категории продукции Ansan: нержавеющая сталь для станков с ЧПУ, легированная сталь для автомобильной промышленности, дуплексная сталь для высокоточных передач с нулевым люфтом, цилиндрические передачи для общего промышленного применения, латунь для микроприложений и пластик для приводов измерительных приборов. Каждая карточка содержит ссылку на полную страницу продукта с таблицей параметров, вариантами материалов и подробной информацией для запроса.
Червячная передача из нержавеющей стали
Точность DIN 5 – DIN 7 для поворотных столов станков с ЧПУ и приводов осей C. Нержавеющая сталь 304/316 для работы в агрессивных средах.
Червячная передача из легированной стали
Цементированная и шлифованная сталь SCM415 / 20CrMnTi для систем EPS, EPB и приводов сидений. Соответствует стандарту IATF 16949.
Двухвальная червячная передача
Червячный механизм с осевым смещением и переменной толщиной зубьев устраняет люфт в 30–40 раз по сравнению со стандартными комплектами из каталога.
Цилиндрическое червячное колесо
Однокамерная цилиндрическая пара, промышленная рабочая лошадка — бронзово-стальная конструкция для 80 % в различных областях применения приводных систем.
Латунное червячное колесо и вал
Латунное микромодульное колесо с соответствующим стальным червячным валом для приводов приборов, офисной электроники и медицинского оборудования.
Пластиковые червячные передачи
Колеса из инженерного полиоксиметилена (POM) и полиамида PA66 для бесшумной работы при низких нагрузках — для офисного оборудования, игрушек, товаров народного потребления.
Там, где червячные передачи оправдывают свою стоимость.
Червячные передачи находят широкое применение во всех областях промышленной жизни — везде, где требуется значительное уменьшение передаточного отношения в компактном корпусе, бесшумная работа или способность удерживать нагрузку без тормоза. Четыре представленные ниже отраслевые панели охватывают примерно 70 единиц приводов %, которые мы отгружаем у Ansan каждый квартал. Помимо этих четырех, мы также регулярно поставляем приводы для медицинского оборудования, систем театрального освещения, приводов рыскания и тангажа ветряных турбин, актуаторов солнечных трекеров и профессиональных поворотно-наклонных головок для телевещания — во всех областях применения, где сочетание высокого передаточного отношения, бесшумной работы и возможности самоблокировки просто не может быть достигнуто конкурирующими семействами редукторов.
Электроусилитель руля, электроприводы регулировки наклона сидений, приводы стеклоочистителей, актуаторы стояночного тормоза — здесь преобладает пара сплавов 20CrMnTi на бронзе, типичная для DIN 6 точность с документацией IATF 16949.
5-осевые поворотные столы, магазины автоматической смены инструмента, приводы по оси C на токарных станках с ЧПУ — точность от DIN 5 до DIN 7 в зависимости от положения. Шлифованные зубья колеса являются стандартными для работы на поворотном столе.
Самоблокирующиеся червячные передачи удерживают нагрузку при отключении питания, что исключает необходимость в отдельном тормозе, который потребовался бы для косозубой передачи. Отличительной особенностью является однозаходный червяк с шагом опережения менее 5°.
Низкие обороты и тихая работа делают червячную передачу стандартным выбором для упаковочных линий и конвейеров для пищевой промышленности. Предпочтительно использовать пару из нержавеющей стали из-за возможности мойки.
Преимущества, ограничения и смазка.
В каждом семействе зубчатых передач есть свои компромиссы. Эти приводы отлично подходят для одних задач и совершенно не подходят для других. Приведенная ниже честная таблица — это то, что наши инженеры объясняют корейским дизайнерам во время первого звонка для обсуждения технических характеристик. Мы рекомендуем проработать обе колонки, прежде чем принимать окончательное решение по проекту — половина заявок, которые начинаются с фразы «нам нужна червячная передача», в итоге лучше решаются с помощью косозубых или планетарных передач, и такое заявление в краткосрочной перспективе лишает нас сделки, но укрепляет доверие, которое приводит к пяти повторным заказам в течение следующих трех лет.
Преимущества червячных передач
- Значительное сокращение на одном этапе. Соотношение от 20:1 до 300:1 без суммирования планетарных этапов.
- Возможность самоблокировки. Удерживает груз без отдельного тормоза, когда угол наклона оси хода составляет менее примерно 5°.
- Расположение вала под углом 90°. Изменяет направление и снижает скорость в одном и том же компоненте.
- Тихо и плавно. Скользящий контакт создает меньший уровень шума, чем любой другой вариант с параллельными валами.
- Амортизация. Скользящая поверхность действует как демпфер, смягчая циклические скачки крутящего момента.
- Компактный конверт. Отношение плотности к объему является самым высоким среди всех семейств зубчатых передач.
Ограничения червячных передач
- Сниженная эффективность. При скользящем контакте потери крутящего момента составляют от 10 до 50 % в зависимости от передаточного отношения и смазки — это намного больше, чем при прямозубой или винтовой передаче.
- Выделение тепла. Тот же самый процесс скольжения, который обеспечивает бесшумную работу, также выделяет тепло, которое должно отводиться маслом.
- Необратимо (по замыслу разработчиков). Функция самоблокировки является преимуществом, но это означает, что колесо не может вращать червячный механизм при неглубоком ходе подвески.
- Чувствителен к смазке. Для червячных передач требуются специальные трансмиссионные масла — обычно используется синтетическое масло ISO VG 220 или 460; стандартного гидравлического масла недостаточно.
- Износ колес — это фактор, ограничивающий срок их службы. Более мягкое бронзовое колесо изнашивается быстрее — ожидайте, что вам придется заменить колесо один или два раза за весь срок службы червячного вала.
- Стоимость единицы за Нм. При одинаковом выходном крутящем моменте винтовая передача обычно на 15–30 ТН дешевле червячной передачи.
Краткий обзор смазки червячной передачи.
Выбор смазки для червячной передачи зависит от температуры в картере, частоты вращения червяка и нагрузки. В таблице ниже указана вязкость по стандарту ISO VG, которую обычно рекомендует наш инженерный отдел для каждой комбинации — рассматривайте это как отправную точку, а не как окончательную спецификацию. Приводы, работающие вне этих условий или с необычными рабочими циклами, заслуживают индивидуальной проверки смазки перед первой заправкой масла. Правильный выбор вязкости — это самое важное решение, влияющее на срок службы любого червячного редуктора: разница в двух классах вязкости может вдвое сократить ожидаемый срок службы подшипников и боковых поверхностей.
| Температура в поддоне | Низкая нагрузка (≤30 %) | Средняя нагрузка | Тяжелая нагрузка (≥80 %) |
|---|---|---|---|
| Ниже 40 °C | ISO VG 150 | ISO VG 220 | ISO VG 320 |
| 40–70 °C | ISO VG 220 | ISO VG 320 | ISO VG 460 |
| 70–90 °C | ISO VG 320 | ISO VG 460 | ISO VG 680 синтезатор |
| Выше 90 °C | ISO VG 460 синтезатор | ISO VG 680 синтезатор | Принудительное охлаждение |
Для работы при температурах в картере выше 70 °C предпочтительны синтетические полиальфаолефиновые (ПАО) или полигликолевые (ПАГ) масла — минеральные масла слишком быстро окисляются в этом диапазоне. Полигликолевые масла обеспечивают несколько меньшее трение при скользящем контакте и могут увеличить срок службы на 30–50 % при повышенной температуре, но они не совместимы со всеми материалами уплотнений — перед установкой ПАГ в привод, изначально предназначенный для минерального масла, проконсультируйтесь с нашей инженерной службой.
⚠Три распространенных типа отказов, на которые следует обратить внимание.
Знание причин выхода из строя этих накопителей — половина успеха в проектировании долговечного устройства. Три описанных ниже типа отказов составляют примерно 85% гарантийных возвратов от наших корейских клиентов — их раннее выявление позволяет команде технического обслуживания спланировать плановую замену, а не допустить аварийной остановки производства.
Небольшие поверхностные ямки, возникающие из-за многократных контактных нагрузок. Ожидается при длительном сроке службы; если они появляются рано, значит, привод перегружен или смазочная пленка слишком тонкая.
Продольные царапины, остающиеся после кратковременного контакта металла с металлом. Вызваны недостаточным количеством смазки, неправильной вязкостью или загрязнением.
Внезапный катастрофический отказ. Вызван ударной перегрузкой или усталостью материала после длительной эксплуатации за пределами расчетного коэффициента запаса прочности.
Как выбрать подходящую червячную передачу — в семи вопросах.
Приведенные ниже семь вопросов охватывают всю необходимую информацию для составления коммерческого предложения на червячную передачу или редуктор. Проработайте их перед отправкой первого письма — это обычно сокращает срок подготовки предложения с четырех дней до менее чем одного.
