Wormwielen zijn componenten voor krachtoverbrenging die voornamelijk worden gebruikt als reductietandwielen met een hoge overbrengingsverhouding om de draairichting van de as te veranderen en de snelheid te verlagen en het koppel te verhogen tussen niet-parallel roterende 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 inefficiënt in vergelijking met andere tandwielaandrijvingen, maar ze kunnen enorme snelheidsverlagingen produceren 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 tandwielen worden gegenereerd. Tandheugels hebben rechte wanden, maar wanneer ze worden gebruikt om tanden op tandwielen te genereren, produceren ze de bekende gebogen tandvorm van het evolvente tandwiel. Deze tandheugelvorm wikkelt zich in wezen rond het lichaam van de worm. De koppeling wormwiel bestaat uitschroefvormige tandwieloverbrengingtanden zijn geslepen onder een hoek die overeenkomt met de hoek van de wormtand. De ware spoorvorm komt alleen voor in het centrale deel van het wiel, aangezien de tanden gebogen zijn om de worm te omsluiten. De ingrijping is vergelijkbaar met die van een tandheugel die een rondsel aandrijft, behalve dat de translatiebeweging van de tandheugel vervangen wordt door de roterende beweging van de worm. De kromming van de wieltanden wordt soms omschreven als "gekeeld".

Wormen hebben minimaal één en maximaal vier (of meer) draden, of beginpunten. Elke draad grijpt in een tand op het wormwiel, dat veel meer tanden en een veel grotere diameter heeft dan de worm. Wormen kunnen in beide richtingen draaien. Wormwielen hebben meestal minimaal 24 tanden en de som van de wormdraden en de tanden van het wiel moet doorgaans groter zijn dan 40. Wormen kunnen direct op de as worden gemaakt, of apart 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 het hijsen. Wanneer terugdrijven een gewenste eigenschap is, kan de geometrie van de worm en het wormwiel worden aangepast om dit mogelijk te maken (vaak vereist dit meerdere starts).
De snelheidsverhouding van de worm en het wiel wordt bepaald door de verhouding tussen het aantal tanden van het wiel en de wormschroefdraad (niet hun diameter).
Omdat de worm relatief meer slijtage vertoont dan het wiel, worden voor beide vaak verschillende materialen gebruikt, zoals een geharde stalen worm die een bronzen wiel aandrijft. Er zijn ook kunststof wormwielen verkrijgbaar.

Enkel- en dubbelomhullende wormwielen

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 enkelvoudig omhullend wormwiel gebruikt een cilindrische worm om in te grijpen met de getande tanden van het wiel.
Om een ​​nog groter contactoppervlak tussen de tanden te creëren, is de worm zelf soms gekeeld – in de vorm van een zandloper – om de kromming van het wormwiel te evenaren. Deze opstelling vereist een zorgvuldige axiale positionering van de worm. Dubbelomhullende wormwielen zijn complex te bewerken en worden minder vaak toegepast dan enkelomhullende wormwielen. Door de vooruitgang in de bewerking zijn dubbelomhullende ontwerpen praktischer geworden dan voorheen.
Schroefvormige 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, wat pleit voor een reductie met een hoge overbrengingsverhouding. De weerstand tegen terugdraaien door het wormwiel kan worden gebruikt om te voorkomen dat de band omkeert wanneer de transportband stopt. Andere veelvoorkomende toepassingen zijn klepaandrijvingen, vijzels en cirkelzagen. Ze worden soms gebruikt voor indexering of als precisieaandrijving voor telescopen en andere instrumenten.
Warmte is een probleem bij wormwielen, omdat de beweging in wezen volledig bestaat uit schuiven, net als een moer op een schroef. Voor een klepaandrijving is de duty cycle waarschijnlijk intermitterend en warmte wordt waarschijnlijk gemakkelijk afgevoerd tussen onregelmatige handelingen. Voor een transportbandaandrijving, mogelijk met continue werking, speelt warmte een grote rol in de ontwerpberekeningen. Daarnaast worden speciale smeermiddelen aanbevolen voor wormwielen vanwege de hoge druk tussen de tanden en de mogelijkheid van vreten tussen de verschillende worm- en wielmaterialen. Behuizingen voor wormwielen zijn vaak voorzien van koelribben om de warmte van de olie af te voeren. Vrijwel elke gewenste koeling kan worden bereikt, dus de thermische factoren voor wormwielen zijn een overweging, maar geen beperking. Olietemperaturen worden over het algemeen aanbevolen onder 93 °C (200 °F) te blijven voor een effectieve werking van elke wormwielaandrijving.
Terugdraaien kan wel of niet voorkomen, omdat het niet alleen afhankelijk is van de schroefhoeken, maar ook van andere, minder kwantificeerbare factoren zoals wrijving en trillingen. Om te garanderen dat het altijd of nooit voorkomt, moet de ontwerper van de wormwielaandrijving schroefhoeken selecteren die steil genoeg of ondiep genoeg zijn om deze andere variabelen te overbruggen. Verstandig ontwerp suggereert vaak redundante remmen met zelfblokkerende aandrijvingen wanneer de veiligheid in het geding is.
Wormwielen zijn verkrijgbaar als behuizing en als tandwielset. Sommige exemplaren zijn verkrijgbaar met geïntegreerde servomotoren of als uitvoering met meerdere snelheden.
Speciale precisiewormen en spelingsvrije versies zijn beschikbaar voor toepassingen waarbij reducties met hoge nauwkeurigheid vereist zijn. Hogesnelheidsversies zijn bij sommige fabrikanten verkrijgbaar.