1. Самоблокировка червячных редукторов
Самоблокировка в червячном редукторе возникает, когда тангенциальная сила, действующая со стороны червячного колеса на червяк, недостаточна для преодоления трения на контактной поверхности. В результате червячное колесо не может провернуть червяк в обратном направлении.
Как показано на рисунке выше, когда угол подъёма винтовой линии меньше угла трения, сила Fα всегда меньше силы трения Ff. В таком состоянии червяк находится в режиме самоблокировки и не может быть провернут в обратном направлении.
При неизменном угле трения чем меньше угол подъёма винтовой линии, тем выше вероятность самоблокировки. Как правило, чем выше передаточное отношение червячного редуктора, тем меньше угол подъёма винтовой линии червяка. Поэтому червячные редукторы с высоким передаточным отношением, как правило, обладают эффектом самоблокировки.
Наши червячные редукторы с передаточным отношением 40:1 и выше, как правило, демонстрируют эффект самоблокировки в стандартных условиях эксплуатации. Однако характеристики самоблокировки могут варьироваться в зависимости от таких факторов, как смазка, температура и условия нагрузки. Для применений, критичных с точки зрения безопасности, рекомендуется использование дополнительных тормозных механизмов. Подробнее см. в статье: Самоблокировка червячной передачи.
В отличие от них, в планетарных редукторах передача мощности осуществляется посредством планетарного зубчатого механизма, в котором отсутствует механизм трения, необходимый для самоблокировки. Поэтому планетарные редукторы, как правило, не обладают эффектом самоблокировки и допускают обратное вращение.
2. Другие способы предотвращения обратного вращения
Поскольку КПД самоблокирующихся червячных редукторов, как правило, невысок, при относительно небольшой обратной нагрузке можно рассмотреть альтернативные способы предотвращения обратного вращения.
a. Использование тормозного момента шагового двигателя
Когда шаговый двигатель обесточен, возникает небольшой тормозной момент за счёт магнитного притяжения между постоянными магнитами ротора и зубьями статора. Этот момент усиливается редуктором и совместно с механическим трением системы может в определённой степени препятствовать обратному вращению. Однако, поскольку тормозной момент очень мал, обратная нагрузка, которую он может выдержать даже после усиления редуктором, остаётся незначительной.
b. Использование момента удержания шагового двигателя
Когда шаговый двигатель находится под напряжением, обмотки статора создают магнитное поле, которое притягивает и фиксирует постоянные магниты ротора, не позволяя ему вращаться. Этот удерживающий момент называется моментом удержания — это, как правило, значение момента, указанное в техническом описании шагового двигателя.
Момент удержания, передаваемый через редуктор, позволяет противостоять обратному вращению с значительно бо́льшим усилием и выдерживать бо́льшие нагрузки. Тем не менее этот момент также ограничен. Если нагрузка превышает возможности двигателя, редуктор всё равно будет провернут в обратном направлении.
Резюме
Таким образом, предотвратить обратное вращение можно, используя либо механизм самоблокировки самого редуктора, либо характеристики крутящего момента двигателя. Однако возможности двигателя по сопротивлению обратному вращению ограничены. По способности противостоять обратному вращению:
Самоблокировка > Момент удержания > Тормозной момент