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 — это тип поперечных (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 шестерня (также называемая червячным колесом) похожа на цилиндрическую шестерню. Червяк и шестерня изготавливаются из разных 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 испытывают преимущественно контакт качения в виде зацепления зубьев, в зацеплении червячных передач преобладает трение скольжения между зубьями шестерни и червяком. Это трение скольжения вызывает значительное тепловыделение и, вообще говоря, приводит к снижению эффективности по сравнению с другими конструкциями коробок передач. 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 выталкиванию смазки между зацепляющими компонентами, 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. В этом устройстве винтовая передача обеспечивает начальное, меньшее передаточное число, а червячная передача обеспечивает оставшуюся часть необходимого передаточного числа. Это позволяет избежать того, чтобы редуктор червячной передачи был настолько большим, что приводил бы к значительному снижению эффективности. Это также обеспечивает альтернативу использованию многоступенчатая винтовая передача, что потребовало бы нескольких зубчатых передач и нескольких подшипников, каждый из которых увеличивает трение и снижает эффективность.