EN
Клієнт вказує черв’ячний редуктор для підйомного застосування, оскільки черв’ячні передачі є самоблокуючими, тож вантаж не може опускатися назад. Гальмо не потрібне — знижуються витрати.
Це міркування зустрічається у багатьох конструкціях машин і є достатньо небезпечним, щоб його було спеціально зазначено як попередження в технічному документі AGMA:
Примітка: Черв’ячні передачі не слід вважати самоблокуючими. За певних умов навантаження зворотне обертання черв’ячного колеса можливе.
Встановлений інженерний довідник формулює це ще рішучіше, називаючи конкретне застосування:
На практиці черв’як не слід використовувати як гальмівний пристрій у системах, пов’язаних із безпекою (наприклад, підйомники). Деякі матеріали та експлуатаційні умови можуть призвести до зворотного ковзання черв’ячної передачі.
Якщо ви проектуєте підйомник, ліфт, ворота або будь-що інше, де падіння вантажу може травмувати людину, вам обов’язково потрібне гальмо. Геометрія черв’яка не є його заміною.
Ось інженерне пояснення цього.
Самоблокування залежить від співвідношення між кутом підйому гвинтової лінії черв’яка та кутом тертя. Опубліковані формулювання цього правила з трьох незалежних джерел:
· Самоблокування виникає, коли кут підйому гвинтової лінії черв’яка дорівнює arctg(коефіцієнт тертя), зазвичай у межах 2–8 градусів лінійка
· Коли кут підйому менший за кут тертя, черв’ячне колесо не може обертати черв’яка у зворотному напрямку
· Умова: кут підйому < arctg(коефіцієнт тертя)
Усі три джерела передають одну й ту саму ідею різними позначеннями. Нижче певного кута підйому передача чинить опір зворотному приводу.
Критерій використовує коефіцієнт тертя. Який саме коефіцієнт тертя?
При нульовій швидкості ковзання опубліковане значення становить 0.15. Це статичне значення, і воно є найбільшим. Щойно починається ковзання, коефіцієнт тертя зменшується.
Один із джерел зазначає, що саме статичний коефіцієнт є релевантним для межі самоблокування, оскільки передачу неможливо запустити.
Це механізм, що стоїть за збоями. У стані спокою тертя високе, і привід утримує навантаження. Введіть вібрацію — й привід почне відчувати мікро-рух. Мікро-рух переводить контакт із умов статичного тертя в умови динамічного тертя, де тертя нижче. Кут тертя, доступний для утримання навантаження, зменшується, і навантаження починає повільно зсуватися.
Вібрація — не екзотична умова. Це може бути робота машини поруч, запуск двигуна на тій самій рамі або проїзд транспортного засобу поза будівлею. Усе це може зруйнувати статичне самоблокування.
У опублікованих джерелах, які нам вдалося знайти, немає кількісного коефіцієнта зниження характеристик через вібрацію. Сама ця відсутність є інформативною: інженерна відповідь полягає не у зниженні характеристик самоблокування, а в тому, щоб не покладатися на нього.
Самоблокування й ефективність — це два погляди на одну й ту саму геометрію. Привід, який чинить опір зворотному приводу, — це привід, що втрачає багато енергії при прямому русі.
Ефективність черв’ячної передачі залежно від кількості заходів. Самоблокування виникає лише в зоні низької ефективності.
Основна формула:
η = tan(λ) / tan(λ + φ)
де λ — кут підйому черв’яка, а φ — еквівалентний кут тертя.
Опублікований розрахунковий приклад: для черв’яка з одним заходом із λ = 5° та φ = 6° ефективність становить 45,01%.
Ефективність залежно від кількості заходів черв’яка:
| Тип черв’яка | Опублікована ефективність |
| Один захід | 40–50% |
| Один початок, хороші умови й висока точність обробки | 50–70% |
| Два початки | 70–78% |
| Багато початків | 78–92% |
Для проектів з високою ефективністю рекомендований кут підйому — 10–20 градусів . Зауважте: це значно перевищує діапазон самоблокування (2–8 градусів). Обидва параметри одночасно неможливі.
У одному джерелі загальний діапазон ефективності наведено як 98 % за найнижчих передатних відношень і до 20 % за найвищих. Інше джерело вказує 50–90 % залежно від кута підйому, кількості початків і тертя.
Компроміс є неминучим: самоблокування забирає більше ніж половину вхідної потужності.
Якщо вам потрібна функція самоблокування:
· Прийміть однозахідну різьбу, малий кут підйому гвинта та ККД 40–50 %
· Підбирайте двигун з урахуванням втрат, а не лише навантаження
· Підбирайте редуктор з урахуванням теплового навантаження, оскільки втрачена потужність перетворюється на тепло
·Усе одно встановлюйте гальмо якщо наслідком обертання у зворотному напрямку можуть бути травми або пошкодження
Якщо вам потрібна висока ефективність:
· Багатозапуск, кут випередження 10–20 градусів, ККД 78–92 %
· Прийняти, що привід може обертатися у зворотному напрямку
· Встановити гальмо, противагу або скористатися іншим типом передачі
Якщо потрібно забезпечити обидві функції, черв’ячна передача — непідхожий варіант. Розгляньте циліндричну або конічно-циліндричну передачу з належним утримуючим гальмом.
Черв’ячні редуктори зазвичай обмежені тепловими, а не механічними характеристиками . Зубці шестерень можуть передавати більший крутний момент, ніж корпус здатний розсіяти у вигляді тепла.
Це безпосередній наслідок наведених вище показників ККД. Черв’ячна передача з одним заходом і ККД 45 % перетворює понад половину вхідної потужності на тепло в невеликому корпусі. Саме тому в каталогах черв’ячних редукторів тепловий рейтинг вказується окремо від механічного, і саме тепловий рейтинг частіше є визначальним обмеженням.
Практичні наслідки:
· Номінальні значення для тривалого режиму роботи значно нижчі, ніж для короткочасного режиму
· Температура навколишнього середовища має значення: коробка, розрахована для приміщення з температурою 20 градусів, поводиться інакше в приміщенні з температурою 40 градусів
· Примусове охолодження або більша коробка часто коштує дешевше, ніж усунення передчасного виходу з ладу
Одноступінчасті черв’ячні редуктори 5:1 до 75:1 згідно з одним джерелом, а інше наводить діапазон 5:1–300:1 для черв’ячних передач, що використовуються спеціально для великих передаточних відношень.
Справжньою перевагою черв’ячних передач є високе передаточне відношення в одній ступені, а також розташування під прямим кутом і тиха робота завдяки ковзальному контакту. Саме ці причини визначають вибір такої передачі. Самогальмування не повинно бути серед них.
Для стандартного кута нормального тиску 20 градусів кут підйому повинен залишатися нижче 25 градусів .
Черв’ячні колеса виготовлені з бронзи й працюють проти загартованого сталевого черв’яка. Причина — ковзальний контакт: у черв’ячних передачах відбувається ковзання, а не кочення, тому потрібна пара різнорідних матеріалів із добре вираженими властивостями ковзання та вбудовування. Бронза й сталь — саме та комбінація, що працює.
Черв’як є загартованим і шліфованим; колесо — це жертвенний компонент. Це зроблено навмисне. Коли привід зношується, ви замінюєте дешевшу й простішу у заміні деталь.
Швидкість уздовж лінії зачеплення може досягати 30 м/с у ідеальних умовах, але більшість промислових черв’ячних передач працюють значно нижче цього значення.
Чи можу я використовувати черв’ячний редуктор для утримання навантаження без гальма?
Ні, якщо падіння навантаження може завдати шкоди. Опубліковані рекомендації AGMA та загальноприйняті технічні довідники чітко вказують, що черв’ячні пари не слід вважати самогальмуючими, і спеціально попереджають про заборону їх використання як гальмівних пристроїв у підйомних механізмах.
Мій черв’ячний редуктор утримує навантаження вже роками без ковзання. Чи не є він самогальмуючим?
Він є статично самогальмуючим за поточних умов. Зміна мастила, знос зубчастого колеса, вібрація від нового обладнання або збільшення навантаження можуть це змінити. Самогальмування — це стан, а не властивість.
Чому мій черв’ячний редуктор так сильно нагрівається?
Оскільки черв'ячні передачі мають низький ККД, а втрачена потужність перетворюється на тепло. Перевірте, чи ви дотримуєтеся теплового навантаження, а не механічного; це різні значення, і теплове обмеження зазвичай досягається раніше.
Чи вирішить двозахідний черв’як мою проблему з ефективністю?
Це підвищить ККД із діапазону 40–50 % до діапазону 70–78 %. Також це усуває будь-яку самоблокувальну поведінку. Переконайтеся, що жоден елемент машини не залежить від цієї властивості.
Який ККД слід використовувати для підбору двигуна?
Використовуйте значення, що відповідає вашому конкретному передаточному відношенню та кількості заходів, взяте з даних виробника редуктора, а не загальне припущення. Діапазон ККД серед різних конструкцій черв’ячних передач достатньо широкий, тож загальне припущення призведе до неправильного підбору двигуна.
Чи є бронза єдиним варіантом для черв’ячного колеса?
Це стандартний матеріал, і на те є вагомі причини, однак конкретний тип бронзи залежить від умов експлуатації. Узгодьте марку бронзи з постачальником редуктора, враховуючи навантаження, швидкість та цикл роботи.
Компанія Tianjin HaoRongShengYe Electrical Equipment Co., Ltd. виробляє черв’ячні пари (черв’як і черв’ячне колесо), у яких бронзове колесо працює з загартованим шліфованим сталевим черв’яком, у варіантах з одним або кількома заходами. Повідомте нам передаточне число, цикл роботи та те, чи має передача запобігати обертанню у зворотному напрямку; ми чесно повідомимо вас, чи є черв’ячна передача правильним вибором для вашого навантаження.