Самогальмування черв'ячного редуктора
Пам'ятаєте, навіщо потрібен черв'ячний редуктор у системах передачі руху та управління? Механізм передає обертання від одного валу до іншого, змінюючи швидкість і крутний момент. Ще деякі типи черв'ячних редукторів, на відміну від більшості аналогів, мають здатність до самогальмування.
Що це означає? Якщо говорити простою мовою, гальмування дозволяє механізму утримувати навантаження на місці, навіть якщо двигун вимкнено. Це важливо, наприклад, у ліфтах або підіймальних пристроях, щоб запобігти падінню вантажу.
Як це працює? В основі самогальмування черв'ячної передачі лежить взаємодія між черв'яком (гвинтом) та черв'ячним колесом (зубчастим колесом). Особлива будова редуктора та закони фізики дозволяють утримувати навантаження без зворотного руху.
У цій статті ми докладніше розберемо, як працює цей механізм і які фактори впливають на його ефективність.
Редуктори із самогальмуванням в інтернет-магазині ПРК
Однак спершу ми хотіли б порекомендувати каталог черв'ячних редукторів від "Першої редукторної компанії". У ньому зібрані одноступеневі агрегати серій RV, CMRV та NMRV, які відрізняються компактністю, плавністю ходу та низьким рівнем шуму. Вони підходять для з'єднання з електродвигунами, забезпечуючи потужність від 0,09 до 15 кВт та широкі можливості регулювання швидкості.
Завдяки алюмінієвим та чавунним корпусам, загартованим черв'якам та бронзовим колесам, редуктори гарантують довговічність та стійкість до зносу. Ці пристрої також оснащені високоякісними ущільненнями та системою відведення тепла, що забезпечує стабільну роботу навіть при високих навантаженнях.
Розглянемо, що таке черв'ячна передача та як вона працює
Вона складається з двох основних частин: черв'яка та черв'ячного колеса. Черв'як по суті — це гвинт із похилими витками, який рухає зуби колеса. На відміну від класичної зубчастої передачі, де два зубчасті колеса передають обертання один одному, гвинт передає обертання через ковзання витків уздовж зубів колеса. Ця взаємодія створює умови для значної зміни швидкості обертання та збільшення крутного моменту на виході. Згадайте, що означають цифри на редукторі — вони вказують на передатне число, яке визначає співвідношення між швидкістю обертання черв'яка та колеса.
Припустимо, ви керуєте витягом, який підіймає важкий вантаж. Редуктор у цій системі дозволяє вам підіймати вантаж із мінімальною витратою зусиль, передаючи рух від двигуна на механізм, який плавно та з високою точністю підіймає або опускає вантаж.
Але що станеться, якщо двигун перестане працювати? У разі звичайної зубчастої передачі, під дією сили тяжіння вантаж почне опускатися. Однак, редукторний агрегат може утримувати вантаж на місці навіть при відключенні живлення. Саме ця властивість і називається самогальмуванням.
Як працює самогальмування?
Отже, принцип роботи черв'ячного редуктора ґрунтується на терті.
Уявіть собі, що черв'як обертається та передає рух черв'ячному колесу. Важливо те, що витки гвинта ковзають уздовж зубів колеса під певним кутом. Якщо цей кут малий, то тертя між витками черв'яка та зубами колеса стає настільки високим, що воно запобігає зворотному ходу. Це означає, що навіть якщо на вихідний вал (той, що крутиться через колесо) впливає зовнішнє навантаження, він не зможе провернутися у зворотний бік і передати рух назад на гвинт.
Саме цей механізм лежить в основі самогальмування: зворотний хід блокується внаслідок тертя між хробаком та колесом. Ця властивість унікальна для черв'ячних редукторів (агрегати з косозубими та циліндричними шестернями теж можуть утримувати навантаження без зворотного ходу, але з обмеженнями). Крім того, блокування зворотного обертання характерне тільки для механізмів з одноступеневою передачею (купити редуктор черв'яковий одноступеневий можна на сайті "ПРК").
Є певні умови самогальмування черв'ячної передачі, зокрема:
- Спеціальна конструкція: вали повинні бути пов'язані один з одним, щоб працювати разом.
- Зупинка ведучого валу: коли черв'як зупиняється, рух передається на колесо, і воно теж починає сповільнюватись.
- Повна зупинка: якщо обидва вали зупиняються, механізм не рухатиметься, що дозволяє утримувати навантаження на місці.
Ця здатність у двоступеневих черв'ячних редукторах зустрічається рідко через складну конструкцію і великі кути нахилу витків.
Самогальмування – це перевага черв'ячних механізмів?
Цю здатність можна одночасно віднести до плюсів та мінусів черв'ячної передачі — необхідність у ній залежить від того, як саме використовуватиметься агрегат.
Наприклад, у закочувальному обладнанні гальмування може заважати, оскільки ускладнює перевірку механізму при низькому передавальному числі. Це робить систему неефективною. З іншого боку, у витягах ця властивість стає перевагою, дозволяючи утримувати вантаж без додаткових гальм, що спрощує конструкцію та підвищує надійність.
До речі, у блозі "ПРК" є окрема стаття, присвячена плюсам та мінусам черв'ячного редуктора — рекомендуємо до прочитання.
Що впливає на самогальмування?
Механізм черв'ячного агрегату може блокувати зворотний хід із різною ефективністю. Вона залежить від кількох факторів та характеристик:
- Якщо кут невеликий, то тертя більше, і самогальмування краще.
- Металеві деталі створюють більше тертя, ніж пластикові. Це збільшує гальмування.
- Якщо механізм піддається сильній вібрації, це може зменшити тертя та послабити блокування.
- Хороше мастило зменшує знос, але не повинно повністю прибирати тертя.
- Великі редуктори можуть краще утримувати навантаження, що допомагає утримувати навантаження.
- При високій швидкості обертання тертя може слабшати, що збільшує ризик зворотного руху.
Самогальмування найефективніше, коли передатне відношення черв'ячного редуктора становить 35 і вище — це практично виключає ефект зворотного ходу. Повне гальмування спостерігається в системах, де кут підйому витків хробака дорівнює або менше 3.5°.
Яке буває самогальмування?
Є два типи – статичне та динамічне. Вони різняться за умовами, за яких відбувається блокування зворотного обертання:
- Статичне виникає, коли черв'як та черв'ячне колесо перебувають у стані спокою. У цьому стані тертя між елементами передачі блокує рух і система утримує навантаження без зворотного ходу. Однак варто відзначити, що при сильних ударних навантаженнях ефект може послаблюватись. Це означає, що статичне самогальмування не завжди замінює механічні гальма або додаткові фіксатори, такі як храповики.
- Динамічний проявляється, коли черв'ячна передача перебуває в русі, але поступово сповільнюється і зупиняється. Даний тип гальмування особливо помітний при високих передавальних числах та низькій частоті обертання. Після відключення приводу, якщо вихідний вал діє зовнішнє навантаження, хід сповільнюється і передача зупиняється. Цей процес багато в чому залежить від ваги елементів системи та якості мастила. В обох типах блокування зворотного ходу важливу роль відіграють передатне число, стан деталей та частота обертання.
Таким чином, статичне гальмування ефективне у стані спокою, а динамічне – при русі та його зупинці.
Застосування самогальмування: приклади у реальних умовах
Ліфт — один із класичних прикладів застосування черв'ячного редуктора з блокуванням зворотного ходу. Уявіть собі кабіну ліфта, яка рухається вгору шахтою. Якщо ліфт обладнаний таким агрегатом, навіть при раптовому відключенні електроенергії, кабіна не опуститься вниз під вагою пасажирів та самої конструкції. Редукторне обладнання надійно утримає кабіну на місці, запобігаючи будь-яким небезпечним ситуаціям.
У будівельних витягах, де потрібно утримувати важкі вантажі на значній висоті, редуктори забезпечують безпеку та стабільність. Завдяки їхній здатності до самогальмування, вантаж не опуститься мимоволі навіть при раптовій зупинці роботи підіймача.
Та й ще один приклад. У автосервісах, де використовують лебідки для підйому автомобілів, гальмування гарантує, що автомобіль не почне неконтрольований хід униз при відключенні живлення або збої в роботі.