Черв'як і черв'ячний механізм зазвичай використовуються для передачі руху та потужності між двома пересічними валами. У проміжній площині черв'як і черв'ячна передача аналогічні шестерні і рейці, при цьому черв'як за формою нагадує гвинт. Отже, який же принцип роботи черв'яка і черв'ячної передачі?
У типовому механізмі черв'ячної передачі вали перетинаються під кутом 90 градусів, при цьому черв'як зазвичай є рушійним компонентом. Зовні черв'як нагадує болт, а черв'ячна передача - на косозубу циліндричну передачу. Під час роботи зуби шестерні черв'ячного колеса ковзають і котяться по гвинтовій поверхні черв'яка. Для покращення контакту між зубами шестерні черв'ячне колесо виконано дугоподібної форми по ширині зуба, яка охоплює черв'як. Таким чином, зачеплення черв’яка та черв’ячного колеса є лінійним, а не точковим контактом.
Черв'ячна передача складається з черв'яка і черв'ячного механізму, причому черв'як, як правило, є рушійним компонентом. Як і різьби, черв'яки можуть мати правосторонні або лівосторонні спіралі, а черв'ячні передачі називаються правосторонніми або лівосторонніми черв'ячними приводами. Черв'як з одинарною гвинтовою різьбою називається однозахідним черв'яком, тобто один повний оберт черв'яка призводить до повороту черв'ячного колеса на один зуб. Якщо черв'як має дві гвинтові різьби, він називається двозахідним черв'яком, тому один повний оберт черв'яка призводить до того, що черв'ячна передача повертається на два зуби.
Характеристики черв'ячних передач:
Високе передавальне число:Вони можуть досягати дуже великого передавального відношення і є більш компактними порівняно з гвинтовими зубчастими механізмами з перехресним валом.
Контактна лінія:Поверхні зубів, що зачіпаються, мають лінійний контакт, що забезпечує набагато вищу навантажувальну здатність, ніж механізми косозубої передачі з перехресним валом.
Плавна робота:Черв'ячні передачі еквівалентні гвинтовим передачам і включають багатозубчасте зачеплення, що забезпечує плавну передачу та низький рівень шуму.
Самоблокування:Коли кут нахилу черв'яка менший за еквівалентний кут тертя зубів шестерні, що зачіпає, механізм має властивості самоблокування. Це дозволяє здійснювати зворотне самоблокування, тобто черв’як може приводити в рух черв’ячне колесо, але черв’ячне колесо не може приводити в рух черв’як. Наприклад, у підйомних механізмах черв’ячні механізми, що самоблокуються, можуть забезпечити безпечний захист.
Низька ефективність і високий знос:Ефективність відносно низька через високу відносну швидкість ковзання між зачепленими зубцями, що призводить до значних втрат на тертя та зносу. Висока швидкість ковзання також спричиняє сильне зношування поверхні зуба та виділення тепла. Для поліпшення охолодження і зниження зносу часто використовуються високоякісні протизносні матеріали і мастило, що збільшує вартість.
Велика осьова сила:Черв'як прикладає значну осьову силу.
У черв'ячних передачах загальні види поломок зубів черв'ячних коліс включають виїмку, зношування, зварювання та злам зуба через вигин. Через низьку ефективність, високу швидкість ковзання та схильність до виділення тепла, зварювання та знос більш поширені. Щоб уникнути зварювання та зменшити знос, матеріали повинні мати антифрикційні, зносостійкі та протизварювальні властивості. Як правило, черв’яки виготовляються з вуглецевої або легованої сталі, спіральна поверхня піддається термічній обробці (наприклад, загартування та цементація) для досягнення високої твердості (HRC 45–63), а потім шліфується або хонінгується для підвищення несучої здатності. Черв'ячні колеса здебільшого виготовляють із бронзи, іноді з латуні чи чавуну для тихохідних некритичних передач. Щоб запобігти зварюванню та зменшити знос, слід використовувати хороші методи змащування з присадками проти зварювання. Немає розроблених методів розрахунку зварювання та зносу черв’ячних приводів. Контактна напруга на поверхні зуба є ключовим фактором, що спричиняє поверхневе зварювання та знос, тому розрахунки контактної міцності залишаються фундаментальними. У деяких випадках також може знадобитися перевірка міцності зубів на вигин. Черв'ячні передачі, як правило, не вимагають розрахунків на міцність зубів, але необхідно перевірити міцність і жорсткість черв'ячного вала. Для закритих передач слід виконати розрахунки теплового балансу. Якщо розрахунки теплового балансу незадовільні, охолоджуючі ребра або пристрої примусового охолодження можуть бути додані до зовнішнього корпусу. Черв'ячні передачі зазвичай використовуються в додатках із перехресними валами, де потрібні високі передавальні числа, або для передачі відносно низької потужності або переривчастої роботи. Коли потрібна передача великої потужності, ефективність часто можна підвищити, вибравши Z1=2–4. Крім того, оскільки самоблокування відбувається з меншим 1, черв’ячні передачі часто використовуються в підйомних механізмах, таких як лебідки, для захисту безпеки. Вони також широко використовуються в верстатах, автомобілях, інструментах, металургійному обладнанні та інших машинах або обладнанні завдяки зниженню споживання енергії.
