Червячный привод

Червячная передача — это зубчатое устройство , в котором червяк (представляющий собой шестерню в виде винта ) входит в зацепление с червячным колесом (по внешнему виду похожим на прямозубую шестерню ). Эти два элемента также называются червячным винтом и червячной передачей . Терминологию часто путают из-за неточного использования термина « червячная передача» для обозначения червяка, червячного колеса или червячной передачи как единого целого.

Червячный привод или «бесконечный винт» был изобретен Архитом Тарентским, Аполлонием Пергским или Архимедом , причем последний из них был 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 ]}

Объяснение

Редуктор , спроектированный с использованием червяка и червячного колеса, значительно меньше редуктора, изготовленного из простых цилиндрических шестерен, и его ведущие оси расположены под углом 90 ° друг к другу. В однозаходном червяке за каждый поворот червяка на 360° червячное колесо продвигается только на один зуб. Следовательно, независимо от размера червяка (несмотря на разумные технические ограничения), передаточное число равно «размеру червячного колеса - к - 1» . Учитывая однозаходный червяк, червячное колесо с 20 зубьями снижает скорость в соотношении 20:1. В случае прямозубых шестерен шестерня с 12 зубьями должна совпадать с шестерней с 240 зубьями, чтобы достичь того же передаточного отношения 20:1. Следовательно, если диаметральный шаг (DP) каждой шестерни одинаков, то с точки зрения физического размера шестерни с 240 зубьями и шестерни с 20 зубьями червячное устройство будет значительно меньше по объему.

Типы

Виды червячных приводов

Весь привод (как червячный, так и колесный) можно классифицировать следующим образом:

Червячные приводы без горловины: У них нет горловины или канавки, выточенной по окружности червяка или червячного колеса.
Одноходовые червячные передачи: Червячное колесо имеет горловину.
Двухходовые червячные приводы: Обе шестерни зубчатые. Этот тип передачи может выдерживать самые высокие нагрузки. ^{[ 3 ]}

Виды червей

Эти классификации относятся к самому червю:

Обволакивающий червь (червь песочных часов): Червь имеет один или несколько зубов и увеличивается в диаметре от средней части к обоим концам. ^{[ 4 ]}^: 3
Двуоболочечный червь: Передача червяка состоит из охватывающих червяков, соединенных с полностью охватывающими червячными колесами. Он также известен как глобоидальная червячная передача. ^{[ 4 ]}^: 4

Направление передачи

В отличие от обычных зубчатых передач, направление передачи (входной вал против выходного вала) не является реверсивным при использовании больших передаточных чисел. Это связано с большим трением между червяком и червячным колесом и особенно распространено при использовании однозаходного (одной спирали) червяка. Это может быть преимуществом, когда желательно исключить любую возможность того, что выходной сигнал будет влиять на входной сигнал. Если используется многозаходный червяк (несколько спиралей), то передаточное число соответственно уменьшается, и, возможно, придется не учитывать тормозной эффект червяка и червячного колеса, поскольку колесо может приводить в движение червяк.

Конфигурации червячного привода, в которых колесо не может привести в движение червяк, называются самотормозящимися . Является ли червячный привод самоблокирующимся, зависит от угла опережения, угла давления и коэффициента трения.

История

Изобретение червячного привода некоторые приписывают Архимеду во время Первой Пунической войны . ^{[ 1 ]} при этом размер строящихся кораблей требовал крана гораздо большего размера, чем был доступен в то время. ^{[ 5 ]}^: 7 Разработанный для этой цели кран имел червячный привод и несколько увеличительных механизмов и получил название барулкон . Описание этого крана было записано в Александрийской библиотеке не разработал первые технические чертежи червячного привода , и последующие инженеры опирались на идеи Архимеда, пока Леонардо да Винчи ; ^{[ 6 ]} конструкция была ограничена тем фактом, что металлические шестерни не были изобретены к началу 15 века, а привод так и не был построен при его жизни. ^{[ 7 ]}

С момента изобретения червячной передачи было признано, что она наиболее эффективна при использовании большого передаточного числа; вплоть до 1900-х годов его продолжали использовать для этой цели, хотя он нашел ограниченное применение на ранних стадиях разработки электродвигателей, поскольку приводы перегревались при высоких скоростях вала. ^{[ 5 ]}^: 10 Современное применение червячной передачи началось вскоре после внедрения более эффективных методов смазки через закрытые корпуса редукторов. ^{[ 5 ]}^: 11

Приложения

Червячный привод, управляющий воротами. Положение ворот не меняется после установки

В автомобилях начала 20-го века, до появления гидроусилителя руля, в результате спуска или прокола одного из передних колес рулевой механизм имел тенденцию тянуться в сторону со спущенной шиной. Использование червячного привода уменьшило этот эффект. Дальнейшее развитие червячного привода привело к созданию шарикоподшипников с рециркуляцией для уменьшения сил трения, которые передавали некоторую рулевую силу на колесо. Это улучшает управление автомобилем и снижает износ, который может вызвать трудности с точным рулевым управлением.

Червячные передачи представляют собой компактное средство существенного снижения скорости и увеличения крутящего момента. Маленькие электродвигатели , как правило, высокоскоростные и с низким крутящим моментом; добавление червячного привода расширяет диапазон применений, для которых он может подойти, особенно если учитывать компактность червячного привода.

Червячные передачи применяются в прессах , прокатных станах , конвейерной технике , машинах горнодобывающей промышленности, на рулях , циркулярных пилах . Кроме того, фрезерные головки и поворотные столы позиционируются с помощью высокоточных дуплексных червячных приводов с регулируемым люфтом . Червячные приводы используются во многих приводах лифтов и эскалаторов из-за их компактных размеров и нереверсивности.

В эпоху парусных кораблей внедрение червячного привода для управления рулем было значительным достижением. До его внедрения рулем направления управлял тросовый барабанный привод. В бурном море к рулю направления могло быть приложено значительное усилие, и для управления судном часто требовалось несколько человек - некоторые приводы имели два колеса большого диаметра, так что рулем могли управлять до четырех членов экипажа.

Червячные передачи использовались в некоторых бортовых передачах заднего моста автомобилей (но не в самом дифференциале ). Они воспользовались тем, что червяк расположен либо в самом верху, либо в самом низу коронного колеса дифференциала. В 1910-е годы они были обычным явлением на грузовиках; для достижения максимального клиренса на грязных дорогах червяк поставили сверху. В 1920-е годы фирма Штутц использовала их на своих автомобилях; Чтобы иметь более низкий этаж, чем у конкурентов, червь располагался внизу. Примером примерно 1960 года был Peugeot 404 . Червячный привод защищает автомобиль от отката. Эта способность в значительной степени утратила популярность из-за более высоких, чем необходимо, коэффициентов сокращения. ^{[ 8 ]}

Более недавним исключением из этого правила является дифференциал Torsen , в котором вместо конической передачи обычных открытых дифференциалов используются червячные колеса и планетарные червяки. Дифференциалы Torsen наиболее широко используются в Humvee и некоторых коммерческих автомобилях Hummer качестве межосевого дифференциала в некоторых системах полного привода , таких как Audi , а также в quattro . Очень тяжелые грузовики, например те, которые используются для перевозки агрегатов , часто используют дифференциал с червячной передачей для обеспечения прочности. Червячный привод не так эффективен, как гипоидная передача, и такие грузовики всегда имеют очень большой корпус дифференциала с соответствующим большим объемом трансмиссионного масла для поглощения и рассеивания выделяемого тепла.

Червячные передачи используются в качестве механизма настройки для многих музыкальных инструментов, включая гитары , контрабасы , мандолины , бузуки и многие банджо (хотя в большинстве банджо высокого класса используются планетарные передачи или фрикционные колышки). Устройство настройки червячного привода называется головкой машины .

Пластиковые червячные приводы часто используются в небольших электродвигателях с батарейным питанием, чтобы обеспечить выходную мощность с более низкой угловой скоростью (меньшее количество оборотов в минуту), чем у двигателя, который лучше всего работает на довольно высокой скорости, а также работает тише, чем двигатель. привод с металлическими шестернями. ^{[ 8 ]} Эта система моторно-червячного привода часто используется в игрушках и других небольших электрических устройствах.

Червячный привод применяется в хомутах типа «Юбилейный» или хомутах «Юбилейный» . Червячная резьба стяжного винта входит в пазы на зажимной ленте.

Иногда червячный привод предназначен для работы в обратном направлении, в результате чего червячный вал вращается намного быстрее, чем входной. Примеры этого можно увидеть в некоторых центрифугах с ручным управлением , кузнечного кузнечного вентилятора или регуляторе ветра в музыкальной шкатулке .

Левосторонний и правосторонний червь

Правосторонняя косозубая передача или правый червяк — это шестерня, в которой зубья поворачиваются по часовой стрелке, удаляясь от наблюдателя, смотрящего вдоль оси. Обозначения, правая и левая, такие же, как и в давно сложившейся практике для винтовой резьбы, как наружной, так и внутренней. Две внешние косозубые передачи, работающие на параллельных осях, должны быть противоположными. Внутренняя косозубая передача и ее шестерня должны быть одной руки.

Левовинтовая передача или левосторонний червяк — это шестерня, в которой зубья поворачиваются против часовой стрелки по мере удаления от наблюдателя, смотрящего вдоль оси. ^{[ 4 ]}^: 72

Производство

Червячные колеса сначала подвергаются черновой обработке зубьев, а затем доводятся до окончательной формы шестерни, часто в пределах 0,5 миллиметра (0,020 дюйма). не потребуются специальные инструменты Если запил выполнен достаточно точно, для процесса зубофрезерования . После нескольких проходов запиливания им придается окончательная форма. ^{[ 9 ]}

См. также

Список номенклатуры передач
Механизм
Линейный привод , некоторые формы иногда также называют червячной передачей или червячной передачей.
Рейка и шестерня
Поворотный привод

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Витольд Рыбчинский , Один хороший поворот: естественная история отвертки и винта . Лондон, 2000. Страница 139.
^ Ирфан Хабиб , Экономическая история средневековой Индии, 1200–1500 , стр. 53 , Pearson Education
^ Дж. Хаявадана (7 марта 2019 г.). Текстильная механика и расчеты . Woodhead Publishing India PVT. Ограничено. стр. 80–. ISBN 978-93-85059-86-5 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Номенклатура передач, определение терминов с помощью символов . Американская ассоциация производителей зубчатого оборудования . 2005. ISBN 978-1-55589-846-5 . OCLC 65562739 . АНСИ/АГМА 1012-G05.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Дудас, Илес (4 ноября 2005 г.). Теория и практика червячных передач . Баттерворт-Хайнеманн. стр. 7–12. ISBN 9780080542744 .
^ Чакрун, Ала Эддин; Хаммами, Ахмед; Хаммами, Чайма; Джон, Ханна; Чари, Фахер; Фернандес, Альфонсо; Путешественник Фердинанд; Хаддар, Мохаммед (15 июня 2023 г.). «Численное и экспериментальное исследование динамического поведения полимерно-металлической червячной передачи» . Механические системы и обработка сигналов . 193 : 110263. Бибкод : 2023MSSP..19310263C . дои : 10.1016/j.ymssp.2023.110263 .
^ Сарка, Ференц (2014). ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ ПРИВОДОВ (PDF) (кандидатская диссертация). Университет Мишкольца . Проверено 28 декабря 2023 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Лиу, Джо Дж.; Ракуфф, Стефан (февраль 2018 г.). «Развитие червячных приводов» (PDF) . Техника передачи энергии . стр. 38–43 . Проверено 28 декабря 2023 г.
^ Оберг, Эрик (1920). «Спиральная и червячная передача» . Промышленная пресса. стр. 213–214.

Внешние ссылки

Цифровая библиотека кинематических моделей для проектирования (KMODDL)
Фильмы и фотографии сотен работающих моделей механических систем в Корнельском университете. Также включает в себя электронную библиотеку классических текстов по машиностроению и проектированию.
Формулы и расчеты для червячного привода
Различные загружаемые проектные спецификации, 2D-3D-модели и каталоги метрических шестерен.
Различные червячные редукторы, 3D модели
Обработка червячных валов и червячных передач

[screw-1] Перейти обратно: ^а ^б Витольд Рыбчинский , Один хороший поворот: естественная история отвертки и винта . Лондон, 2000. Страница 139.

[india-2] Ирфан Хабиб , Экономическая история средневековой Индии, 1200–1500 , стр. 53 , Pearson Education

[Hayavadana2019-3] Дж. Хаявадана (7 марта 2019 г.). Текстильная механика и расчеты . Woodhead Publishing India PVT. Ограничено. стр. 80–. ISBN 978-93-85059-86-5 .

[Nomenclature-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с Номенклатура передач, определение терминов с помощью символов . Американская ассоциация производителей зубчатого оборудования . 2005. ISBN 978-1-55589-846-5 . OCLC 65562739 . АНСИ/АГМА 1012-G05.

[:0-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с Дудас, Илес (4 ноября 2005 г.). Теория и практика червячных передач . Баттерворт-Хайнеманн. стр. 7–12. ISBN 9780080542744 .

[6] Чакрун, Ала Эддин; Хаммами, Ахмед; Хаммами, Чайма; Джон, Ханна; Чари, Фахер; Фернандес, Альфонсо; Путешественник Фердинанд; Хаддар, Мохаммед (15 июня 2023 г.). «Численное и экспериментальное исследование динамического поведения полимерно-металлической червячной передачи» . Механические системы и обработка сигналов . 193 : 110263. Бибкод : 2023MSSP..19310263C . дои : 10.1016/j.ymssp.2023.110263 .

[7] Сарка, Ференц (2014). ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗУБЧАТЫХ ПРИВОДОВ (PDF) (кандидатская диссертация). Университет Мишкольца . Проверено 28 декабря 2023 г.

[Transm-8] Перейти обратно: ^а ^б Лиу, Джо Дж.; Ракуфф, Стефан (февраль 2018 г.). «Развитие червячных приводов» (PDF) . Техника передачи энергии . стр. 38–43 . Проверено 28 декабря 2023 г.

[oberg-9] Оберг, Эрик (1920). «Спиральная и червячная передача» . Промышленная пресса. стр. 213–214.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]