Червячные передачи часто используются из-за их способности обеспечивать очень высокие передаточные числа (и высокое увеличение крутящего момента) в компактной одноступенчатой конструкции. Но традиционное мышление гласит, что эти преимущества достигаются за счет эффективности. Здесь мы рассмотрим факторы, определяющие эффективность червячных передач, и как получить преимущества, которые они обеспечивают, не жертвуя эффективностью.

Червячные передачи относятся к типу поперечноосевых (непараллельных) зубчатых колес, что означает, что они имеют непересекающиеся валы, ориентированные под углом 90 градусов друг к другу. Червяк, или вал, похож на винт с V-образной резьбой, а зубчатое колесо (также называемое червячным колесом) похоже на цилиндрическую передачу. Червяк и шестерня изготавливаются из разнородных материалов, причем червяк часто изготавливается из стали, а шестерня обычно из бронзы, хотя могут использоваться и другие комбинации материалов в зависимости от конкретной нагрузки или условий окружающей среды.

В отличие от других зубчатых колес, которые в основном испытывают контакт качения при зацеплении зубьев, в зацеплении червячных передач преобладает трение скольжения между зубьями шестерни и червяком. Это трение скольжения приводит к значительному выделению тепла и, вообще говоря, приводит к более низкому КПД по сравнению с другими конструкциями редукторов. И по мере увеличения коэффициента уменьшения, угол опереженияуменьшается. Этот меньший угол опережения означает больший поверхностный контакт между зубьями шестерни и червяком и, в свою очередь, более высокое трение и меньшую эффективность.

Трение скольжения, испытываемое червячными передачами, также приводит к вытеснению смазки между элементами зацепления, поэтому редуктор работает в основном в условиях граничная смазка, или граничное трение. Из-за этих условий червячные передачи обычносмазывается составными маслами или синтетическими смазочными материалами. В дополнение к высокой вязкости смазочные материалы для червячных передач должны выдерживать высокие рабочие температуры и давления и быть совместимыми с мягкими металлами (или, в некоторых случаях, полимерами), используемыми для червячных передач.

Другими факторами, снижающими эффективность червячных передач, являются потери на трение из-за подшипников и уплотнений вала. Одним из способов уменьшить эти потери — особенно когда требуются высокие передаточные числа — является комбинирование червячной передачи с винтовой передачей. При таком расположении винтовая передача обеспечивает начальное, меньшее передаточное число, а червячная передача обеспечивает оставшуюся часть необходимого передаточного числа. Это позволяет снизить величину редуктора червячной передачи до такой степени, чтобы это привело к значительному снижению КПД. Это также обеспечивает альтернативу использованию многоступенчатая винтовая передача, для чего потребовалось бы несколько зубчатых передач и несколько подшипников, каждый из которых увеличивает трение и снижает КПД.