Как выбрать подходящую червячную передачу — руководство по 7 параметрам

Почему выбор двух параметров всегда заканчивается модернизацией

Инженеру по техническому обслуживанию на корейском предприятии по упаковке продуктов питания потребовалось заменить вышедшую из строя червячную передачу на приводе конвейера. Он измерил наружный диаметр колеса и диаметр отверстия, заказал подходящую деталь по каталогу поставщика и установил её. Заменённое колесо проработало три дня, прежде чем заклинило. Проблема: он совместил два видимых размера, но пропустил модуль — у нового колеса был другой шаг, чем у оригинального червячного вала, всё ещё установленного в машине. Зубья зацеплялись приблизительно на нужном межосевом расстоянии, но с неправильным профилем, что привело к сильному износу уже с первого оборота.

Несоответствие модулей привело к трехдневному простою производства, а также к стоимости второй замены. Первоначальный выбор занял бы десять минут при наличии полных замеров. Данное руководство предоставляет полную схему замеров и спецификаций, чтобы избежать подобных повторных выездов для замены. Корейские червячные редукторы EverPower Доступны во всем диапазоне параметров, описанном ниже, — с подтверждением размеров по чертежам или физическим образцам до начала производства.

Семь параметров, которые полностью определяют технические характеристики червячной передачи.

Выбор червячной передачи сводится к семи параметрам. Первые четыре — это механические требования, определяемые областью применения. Последние три — это характеристики материалов и изготовления, которые определяют срок службы и совместимость с условиями эксплуатации. Все семь параметров необходимо подтвердить до оформления заказа, а не после установки, когда станут очевидны условные значения.

P1 — Модуль: Единственный параметр, который невозможно угадать

Модуль — это отношение диаметра делительной окружности к количеству зубьев. Он определяет физические размеры зубьев — их высоту, ширину и расстояние между ними. Зуб с модулем 2 ровно в два раза больше зуба с модулем 1 по всем линейным размерам. Два червячных редуктора будут правильно зацепляться только в том случае, если у них одинаковый модуль — никакая регулировка, прокладка или перешлифовка несоответствия модулей не помогут исправить ситуацию задним числом.

Для известного компонента модуль можно измерить. Наиболее надежный метод для червячного колеса: измерить внешний диаметр (OD) и количество зубьев (z2), затем рассчитать по формуле приблизительного соотношения: OD ≈ m × (z2 + 2). Перегруппировав: m ≈ OD ÷ (z2 + 2). Для червячного вала измерить осевой шаг (расстояние от одной грани резьбы до следующей, параллельно оси вала) и разделить на π: m = осевой шаг ÷ π.

Стандартные метрические модули следуют нормализованной последовательности: 1,0, 1,25, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 8,0, 10,0, 12,0. Если в результате расчета получается значение, например, 2,03 или 1,97, округлите до ближайшего стандартного значения (2,0) — небольшое отклонение обусловлено неопределенностью измерения, а не нестандартной конструкцией. Если результат находится посередине между двумя стандартными значениями (например, 1,75), компонент может быть нестандартным или стандартным модулем AGMA — свяжитесь с поставщиком оригинального оборудования или отправьте нам образец для измерения на КИМ для подтверждения.

P2 — Передаточное число: исходя из требований к скорости вращения.

Передаточное число = обороты на входе ÷ обороты на выходе = количество зубьев червячной передачи ÷ количество пусков червяка. При выборе передаточного числа для нового применения, рассчитайте передаточное число, исходя из требуемой выходной скорости. Требуемое передаточное число = номинальные обороты двигателя ÷ требуемые обороты на выходе. Округлите результат до стандартного передаточного числа, достижимого при целочисленном количестве зубьев — например, если расчет дает 43,6:1, укажите 44:1 (z1=1, z2=44), вместо того, чтобы пытаться достичь ровно 43,6:1 при нецелочисленном количестве зубьев.

Для замены вышедшего из строя компонента, если оригинальный чертеж недоступен: непосредственно посчитайте зубья колеса (z2), определите количество точек начала резьбы червяка путем осмотра торцевой поверхности (подсчитайте отдельные точки начала резьбы) и рассчитайте i = z2 ÷ z1. Перед заказом убедитесь, что это соответствует наблюдаемой зависимости скорости в станке — по возможности измерьте обороты двигателя и фактические обороты выходного вала для проверки правильности расчета количества зубьев.

P3 — Крутящий момент и скорость: подтверждение способности модуля выдерживать нагрузку

Выбор модуля для нового применения начинается с требований к выходному крутящему моменту. Больший модуль означает более крупные зубья с большей несущей способностью, но также и физически больший и более дорогой комплект шестерен. Минимальный модуль для заданного крутящего момента можно оценить, исходя из допустимого контактного напряжения материала колеса.

Практическое правило работы с червячными колесами из оловянной бронзы и закаленными стальными червяками в условиях непрерывной промышленной эксплуатации: допустимый выходной крутящий момент ≈ 6,5 × м³ × z²^0,5 (в Нм, где м в мм). Это упрощенная оценка для предварительного расчета размеров — фактический расчет следует производить с использованием полной формулы контактного напряжения Герца с учетом конкретного диаметра шага, угла наклона и коэффициента заполнения. Используйте эту оценку, чтобы подтвердить, подходит ли модуль; проверьте это с помощью надлежащего расчета или отправьте нам ваши требования к крутящему моменту и скорости для подтверждения размеров.

При замене вышедшего из строя компонента: предполагается, что существующий модуль в машине был рассчитан на нагрузку, соответствующую условиям эксплуатации, при первоначальном проектировании. Если отказы повторяются в исходном модуле, то первопричина, скорее всего, кроется в материале, смазке или обработке поверхности, а не в недостаточном размере модуля. Переход на модуль большего размера без понимания причины отказа обходится дорого и часто не решает проблему.

P4 — Конфигурация диаметра отверстия: параметр, который чаще всего указывается неправильно.

Конфигурация отверстия имеет три независимых параметра, которые должны быть выполнены правильно: диаметр отверстия, допуск на посадку и конфигурация шпоночного паза или установочного винта. Ошибка хотя бы в одном из этих параметров приводит к проблемам при сборке.

Диаметр отверстия должен соответствовать диаметру выходного вала. Измерьте вал микрометром, а не штангенциркулем, который достаточно точен для визуальной идентификации, но не для определения посадки с натягом. Укажите точность до 0,01 мм. Вал диаметром 24,97 мм следует указывать как вал 25 мм, а не как вал 24,97 мм — отверстие будет обработано с допуском H7 для номинального диаметра 25 мм, который составляет от 25,000 до 25,021 мм. Это обеспечит зазор 0,030–0,051 мм на вашем валу 24,97 мм — надежную посадку со скольжением.

Допуск посадки определяет, является ли колесо скользящей посадкой (зазорная посадка, H7/h6 или H7/g6 — для валов, использующих установочный винт или шпонку для передачи крутящего момента) или запрессовочной посадкой (посадка с натягом, H7/p6 или H7/r6 — для прямой запрессовки без шпонки). В большинстве промышленных применений червячных колес используется отверстие H7 со шпоночным пазом и шпонкой для передачи крутящего момента. Указание H7 без шпоночного паза и последующая полагающаяся на трение от установочного винта целесообразно только для легких нагрузок, где выходной крутящий момент ниже приблизительно 20% от номинального крутящего момента колеса.

Размеры шпоночного паза соответствуют стандарту DIN 6885 для метрических систем. Ширина и глубина шпоночного паза определяются диаметром вала — для вала диаметром 25 мм используется шпоночный паз шириной 8 мм и глубиной 7 мм, а также соответствующий шпоночный паз шириной 8 мм и глубиной 3,3 мм в отверстии. При заказе укажите «DIN 6885», чтобы шпоночный паз соответствовал стандартным размерам для вашего диаметра вала, или укажите фактическую ширину и глубину шпоночного паза явно.

P5 — Выбор материала: соответствие материала условиям эксплуатации

Выбор материала для червячного вала и колеса определяется тремя независимыми факторами, которые должны быть соблюдены: несущая способность (определяющая минимальные требования к твердости), условия эксплуатации (определяющие требования к коррозионной стойкости) и трибологическая совместимость (определяющая правильное сочетание двух компонентов). Наиболее распространенной ошибкой при выборе материала является выбор одного фактора при игнорировании остальных.

P6 — Класс точности: Какая точность вам действительно нужна?

Класс точности — один из наиболее часто одновременно избыточно и недостаточно указываемых параметров при закупке червячных передач. Инженеры, знакомые с станками с ЧПУ, иногда указывают DIN5 для медленного сельскохозяйственного конвейера, тогда как DIN9 вполне подходит и стоит на 60% дешевле. Инженеры, закупающие детали для прецизионных поворотных столов, иногда принимают всё, что указано в каталоге, не спрашивая о классе DIN, а затем удивляются, почему угловая точность оказывается хуже, чем ожидалось.

Класс DIN для червячной передачи определяет три геометрических допуска: погрешность шага зуба (изменение расстояния между зубьями), общая погрешность шага зуба (отклонение любого зуба от теоретически идеального положения по всей окружности) и отклонение профиля зуба (насколько фактическая боковая поверхность зуба соответствует теоретической эвольвенте). DIN5 — самый жесткий класс; DIN9 — самый свободный. Каждое последующее увеличение номера примерно удваивает допустимую погрешность.

P7 — Требование самоблокировки: параметр, влияющий на выбор начального счетчика

Самоблокировка необходима, когда приводимая в движение нагрузка должна оставаться неподвижной после выключения двигателя — без отдельного механического тормоза или тока удержания двигателя. Условие самоблокировки зависит от того, что угол шага червяка меньше эффективного угла трения в зацеплении, который, в свою очередь, зависит от вязкости смазки и рабочей температуры.

Для применений, требующих надежной самоблокировки, укажите z1 = 1 (червяк с одним пусканием) и передаточное отношение не менее 20:1. Эта комбинация обеспечивает углы шага 2–4 градуса для стандартных диаметров цилиндров с заданным шагом — значительно ниже эффективного угла трения 3–6 градусов для закаленной стали, смазанной маслом, по отношению к оловянной бронзе. Для критически важных с точки зрения безопасности применений (подъемники, системы позиционирования в медицинском оборудовании, солнечные трекеры, где ветровая нагрузка должна удерживаться без питания двигателя) дополнительно проверьте запас самоблокировки при максимальной рабочей температуре с указанным смазочным материалом — а не в лабораторных условиях при номинальном коэффициенте трения.

Если самоблокировка не требуется — или является явно нежелательной, поскольку для рекуперации энергии замедления необходимо рекуперативное торможение через коробку передач, — укажите z1 = 2 или z1 = 3 (многозаходный червячный механизм). Больший угол захода многозаходного червячного механизма исключает самоблокировку и повышает эффективность. Четко укажите это требование в техническом задании, чтобы угол захода был рассчитан соответствующим образом с самого начала.

Наше производственное предприятие

Полный контрольный список выбора — что нужно уточнить перед заказом

Этот контрольный список охватывает все семь параметров. Распечатайте его, заполните и убедитесь, что каждая строка имеет подтвержденное значение, прежде чем отправлять заказ. Оставлять какую-либо строку пустой означает гадать — а гадание обходится дороже, чем время, затраченное на заполнение контрольного списка.

Когда следует добавить дуплексный червяк в ваши технические характеристики?

Стандартная червячная передача имеет фиксированную толщину зубьев на обеих сторонах резьбы. Единственный способ контролировать люфт — это межосевое расстояние при сборке. По мере износа зубьев колеса в течение многих лет эксплуатации люфт увеличивается, и его невозможно устранить без замены как червяка, так и колеса.

А дуплексная червячная передача Имеет разные значения шага на левой и правой сторонах резьбы, что приводит к непрерывному увеличению толщины зуба вдоль оси червяка. Осевое смещение червяка восстанавливает исходный люфт, приводя в контакт с колесом более толстый участок — без изменения геометрии контакта или несущей способности. Эту особенность стоит указывать, если выполняется любое из следующих условий:

◆ Данное приложение имеет заданную угловую точность (в градусах или угловых минутах) и, как ожидается, будет сохранять эту точность в течение срока службы, превышающего 3 года.

◆ Приложение выполняет тысячи ежедневных изменений направления движения (солнечные трекеры, этапы точного позиционирования).

◆ Замена зубчатой ​​передачи внутри корпуса станка — дорогостоящий, трудоемкий процесс, требующий длительного простоя производства.

◆ Предусмотрен 25-летний срок службы проекта, и недопустимы незапланированные работы по техническому обслуживанию привода (для солнечных электростанций общего назначения).

Для закрытых приводных агрегатов, компактные червячные редукторы Наряду с отдельными компонентами червячной передачи с двойным валом и регулируемым корпусом с люфтом, доступны также комплекты червячных передач без вала.

Часто задаваемые вопросы