Wormwielen zijn krachtoverbrengingscomponenten die voornamelijk worden gebruikt als reductiekasten met een hoge overbrengingsverhouding om de draairichting van een as te veranderen en om de snelheid te verlagen en het koppel te verhogen tussen niet-parallelle draaiende assen. Ze worden gebruikt op assen met niet-kruisende, loodrechte assen. Omdat de tanden van de in elkaar grijpende tandwielen langs elkaar schuiven, zijn wormwielen minder efficiënt dan andere tandwieloverbrengingen, maar ze kunnen enorme snelheidsreducties realiseren in zeer compacte ruimtes en hebben daarom veel industriële toepassingen. Wormwielen kunnen in principe 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 veelvoorkomende toepassingen.

Cilindrische wormwielen

De basisvorm van de worm is de evolvente tandheugel waarmee rechte tandwielen worden gemaakt. Tandheugeltanden hebben rechte wanden, maar wanneer ze worden gebruikt om tanden op tandwielblanks te maken, produceren ze de bekende gebogen tandvorm van het evolvente tandwiel. Deze tandheugeltandvorm wikkelt zich in wezen om het lichaam van de worm. De bijbehorende wormwiel is samengesteld uitspiraalvormig tandwielDe tanden zijn onder een hoek gesneden die overeenkomt met de hoek van de wormtand. De echte spoorvorm komt alleen voor in het centrale gedeelte van het wiel, waar de tanden zich om de worm heen buigen. De vertanding is vergelijkbaar met die van een tandheugel die een rondsel aandrijft, met dit verschil dat de translatiebeweging van de tandheugel wordt vervangen door de rotatiebeweging van de worm. De kromming van de tandwieltanden wordt soms omschreven als "keelvormig".

Wormen hebben minimaal één en maximaal vier (of meer) schroefdraden, of assen. Elke schroefdraad grijpt in een tand van het wormwiel, dat veel meer tanden en een veel grotere diameter heeft dan de worm. Wormen kunnen in beide richtingen draaien. Wormwielen hebben meestal minstens 24 tanden en het totaal aantal schroefdraden en tanden van het wiel is normaal gesproken groter dan 40. Wormen kunnen direct op de as worden gemaakt of apart worden vervaardigd en later op een as worden geschoven.
Veel wormwielreductoren zijn theoretisch zelfvergrendelend, dat wil zeggen dat ze niet door het wormwiel teruggedraaid kunnen worden. Dit is in veel gevallen een voordeel, bijvoorbeeld bij het hijsen. Wanneer terugdraaien wel gewenst is, kan de geometrie van de worm en het wormwiel worden aangepast (vaak met meerdere starts).
De snelheidsverhouding van de worm en het wiel wordt bepaald door de verhouding tussen het aantal tandwieltanden en de schroefdraden van de worm (niet door hun diameter).
Omdat de wormwieloverbrenging relatief meer slijtage ondervindt dan het wiel, worden er vaak verschillende materialen voor beide gebruikt, zoals een gehard stalen wormwiel dat een bronzen wiel aandrijft. Ook wormwielen van kunststof zijn verkrijgbaar.

Enkel- en dubbelomhullende wormwielen

Omhullend verwijst naar de manier waarop de tanden van het wormwiel zich gedeeltelijk om de worm heen wikkelen, of de tanden van de worm zich gedeeltelijk om het wiel heen wikkelen. Dit zorgt voor een groter contactoppervlak. Een enkelvoudig omhullende wormoverbrenging gebruikt een cilindrische worm die in de vertanding van het wiel grijpt.
Om een ​​nog groter contactoppervlak tussen de tanden te creëren, wordt de worm soms zelf verbreed – in de vorm van een zandloper – om de kromming van het wormwiel te volgen. Deze constructie vereist een nauwkeurige axiale positionering van de worm. Dubbelomhullende wormwielen zijn complex om te bewerken en worden minder vaak toegepast dan enkelomhullende wormwielen. Dankzij vooruitgang in de bewerkingstechnieken zijn dubbelomhullende ontwerpen nu praktischer dan voorheen.
Tandwielen met gekruiste assen worden soms ook wel niet-omhullende wormwielen genoemd. Een vliegtuigklem is waarschijnlijk een niet-omhullende constructie.

Toepassingen

Een veelvoorkomende toepassing voor wormwielreductoren is de aandrijving van transportbanden, omdat de band relatief langzaam beweegt ten opzichte van de motor, waardoor een hoge overbrengingsverhouding wenselijk is. De weerstand tegen terugdraaien via het wormwiel kan worden gebruikt om te voorkomen dat de band omkeert wanneer de transportband stopt. Andere veelvoorkomende toepassingen zijn in ventielactuatoren, vijzels en cirkelzagen. Ze worden soms gebruikt voor indexering of als precisieaandrijvingen voor telescopen en andere instrumenten.
Warmte is een aandachtspunt bij wormwielen, omdat de beweging in wezen volledig glijdend is, net als een moer op een schroef. Bij een klepactuator is de werkcyclus waarschijnlijk intermitterend en wordt de warmte waarschijnlijk gemakkelijk afgevoerd tussen de onregelmatige bewerkingen. Bij een transportbandaandrijving, die mogelijk continu in bedrijf is, speelt warmte een grote rol in de ontwerpberekeningen. Bovendien worden speciale smeermiddelen aanbevolen voor wormwielen vanwege de hoge druk tussen de tanden en de mogelijkheid van vreten tussen de verschillende materialen van de worm en het wiel. Behuizingen voor wormwielen zijn vaak voorzien van koelribben om de warmte van de olie af te voeren. Vrijwel elke gewenste koeling is mogelijk, dus de thermische factoren voor wormwielen zijn een aandachtspunt, maar geen beperking. Over het algemeen wordt aanbevolen dat de olietemperatuur onder de 95 °C blijft voor een effectieve werking van elk wormwiel.
Terugdraaien kan al dan niet voorkomen, omdat dit niet alleen afhangt van de spiraalhoek, maar ook van andere, minder meetbare factoren zoals wrijving en trillingen. Om ervoor te zorgen dat het altijd of nooit voorkomt, moet de ontwerper van de wormaandrijving spiraalhoeken kiezen die steil genoeg of juist vlak genoeg zijn om deze andere variabelen te compenseren. Een verstandig ontwerp suggereert vaak het integreren van redundante remmen in combinatie met zelfblokkerende aandrijvingen wanneer de veiligheid in het geding is.
Wormwieloverbrengingen zijn verkrijgbaar als complete units en als complete tandwielsets. Sommige modellen kunnen worden geleverd met geïntegreerde servomotoren of in uitvoeringen met meerdere snelheden.
Voor toepassingen waarbij zeer nauwkeurige reducties vereist zijn, zijn speciale precisiewormwielen en varianten zonder speling verkrijgbaar. Sommige fabrikanten leveren ook hogesnelheidsversies.