Wormwielen zijn componenten voor de krachtoverbrenging die voornamelijk worden gebruikt als reducties met hoge verhoudingen om de richting van de asrotatie te veranderen en om de snelheid te verlagen en het koppel tussen niet-parallelle roterende assen te vergroten. Ze worden gebruikt op assen met niet-snijdende, loodrechte assen. Omdat de tanden van de in elkaar grijpende tandwielen langs elkaar schuiven, zijn wormwieloverbrengingen inefficiënt vergeleken met andere tandwielaandrijvingen, maar kunnen ze in zeer compacte ruimtes enorme snelheidsreducties opleveren en kennen daarom veel industriële toepassingen. In wezen kunnen wormwielen worden geclassificeerd als enkel- en dubbelomhullend, wat de geometrie van de in elkaar grijpende tanden beschrijft. Wormwielen worden hier beschreven, samen met een bespreking van hun werking en veel voorkomende toepassingen.

Cilindrische wormwielen

De basisvorm voor de worm is het ingewikkelde tandheugel waarmee rechte tandwielen worden gegenereerd. Tandheugeltanden hebben rechte wanden, maar wanneer ze worden gebruikt om tanden op onbewerkte tandwielen te genereren, produceren ze de bekende gebogen tandvorm van het ingewikkelde tandwiel. Deze tandheugelvorm slingert zich in wezen rond het lichaam van de worm. De paring wormwiel bestaat uitspiraalvormig tandwieltanden gesneden in een hoek die overeenkomt met de hoek van de wormtand. De echte spoorvorm komt alleen voor in het centrale gedeelte van het wiel, terwijl de tanden krommen om de worm te omhullen. De in elkaar grijpende werking is vergelijkbaar met die van een heugel die een rondsel aandrijft, behalve dat de translatiebeweging van de heugel wordt vervangen door de roterende beweging van de worm. De kromming van de wieltanden wordt soms omschreven als ‘keelachtig’.

Wormen hebben minimaal één en maximaal vier (of meer) threads of starts. Elke draad grijpt in een tand van het wormwiel, dat veel meer tanden heeft en een veel grotere diameter heeft dan de worm. Wormen kunnen in beide richtingen draaien. Wormwielen hebben gewoonlijk minimaal 24 tanden en de som van de wormdraden en wieltanden moet normaal gesproken groter zijn dan 40. Wormen kunnen rechtstreeks op de as worden gemaakt of afzonderlijk en later op een as worden geschoven.
Veel wormwielreductoren zijn theoretisch zelfremmend, dat wil zeggen dat ze niet door het wormwiel kunnen worden teruggedreven, wat in veel gevallen een voordeel is, zoals bij hijsen. Wanneer achterwaarts rijden een gewenst kenmerk is, kan de geometrie van de worm en het wiel worden aangepast om dit mogelijk te maken (waarvoor vaak meerdere starts nodig zijn).
De snelheidsverhouding van de worm en het wiel wordt bepaald door de verhouding tussen het aantal wieltanden en de wormdraden (niet hun diameter).
Omdat de worm relatief meer slijtage vertoont dan het wiel, worden voor elk vaak verschillende materialen gebruikt, zoals een worm van gehard staal die een bronzen wiel aandrijft. Er zijn ook kunststof wormwielen verkrijgbaar.

Wormwielen met enkele en dubbele omhulling

Omhullend verwijst naar de manier waarop de tanden van het wormwiel gedeeltelijk om de worm wikkelen of de wormtanden gedeeltelijk om het wiel wikkelen. Dit zorgt voor een groter contactoppervlak. Een wormwiel met enkele omhulling maakt gebruik van een cilindrische worm die in de keeltanden van het wiel past.
Om een ​​nog groter tandcontactoppervlak te verkrijgen, wordt de worm zelf soms voorzien van een keel (de vorm van een zandloper) die past bij de kromming van het wormwiel. Deze opstelling vereist een zorgvuldige axiale positionering van de worm. Wormwielen met dubbele omhulling zijn complex om te bewerken en kennen minder toepassingen dan wormwielen met enkele omhullende. Door de vooruitgang op het gebied van de machinale bewerking zijn ontwerpen met dubbele omhulsels praktischer geworden dan in het verleden.
Spiraalvormige tandwielen met gekruiste assen worden soms niet-omhullende wormwielen genoemd. Een vliegtuigklem is waarschijnlijk een niet-omhullend ontwerp.

Toepassingen

Een veel voorkomende toepassing voor wormwielreductoren zijn riemtransportaandrijvingen, aangezien de riem relatief langzaam beweegt ten opzichte van de motor, wat pleit voor een reductie met een hoge verhouding. De weerstand tegen het terugrijden door het wormwiel kan worden gebruikt om het omkeren van de band te voorkomen wanneer de transportband stopt. Andere veel voorkomende toepassingen zijn klepactuatoren, vijzels en cirkelzagen. Ze worden soms gebruikt voor indexering of als precisieaandrijving voor telescopen en andere instrumenten.
Warmte is een probleem bij wormwieloverbrengingen, omdat de beweging in wezen allemaal glijdt als een moer op een schroef. Bij een klepactuator is de werkcyclus waarschijnlijk intermitterend en verdwijnt de warmte waarschijnlijk gemakkelijk tussen onregelmatige handelingen. Bij een transportbandaandrijving, met eventueel continubedrijf, speelt warmte een grote rol in de ontwerpberekeningen. Ook worden speciale smeermiddelen aanbevolen voor wormaandrijvingen vanwege de hoge druk tussen de tanden en de mogelijkheid van vreten tussen de verschillende worm- en wielmaterialen. Behuizingen voor wormaandrijvingen zijn vaak voorzien van koelvinnen om de warmte van de olie af te voeren. Bijna elke hoeveelheid koeling kan worden bereikt, dus de thermische factoren voor wormwieloverbrengingen zijn een overweging maar geen beperking. Over het algemeen wordt aanbevolen dat oliën onder de 200°F blijven, zodat een wormaandrijving effectief kan werken.
Terugdrijven kan wel of niet optreden, omdat dit niet alleen afhankelijk is van de helixhoeken, maar ook van andere, minder kwantificeerbare factoren zoals wrijving en trillingen. Om er zeker van te zijn dat dit altijd zal gebeuren of nooit zal gebeuren, moet de ontwerper van de wormaandrijving helixhoeken selecteren die steil genoeg of ondiep genoeg zijn om deze andere variabelen te negeren. Een zorgvuldig ontwerp suggereert vaak de integratie van redundant remmen met zelfremmende aandrijvingen waar de veiligheid op het spel staat.
Wormwielen zijn verkrijgbaar als behuizing en als tandwielset. Sommige units kunnen worden geleverd met integrale servomotoren of als ontwerp met meerdere snelheden.
Er zijn speciale precisiewormen en spelingsvrije versies beschikbaar voor toepassingen met zeer nauwkeurige reducties. Bij sommige fabrikanten zijn snelle versies verkrijgbaar.