Mehanizem polža in polžastega gonila se običajno uporablja za prenos gibanja in moči med dvema sekajočima se gredema. V vmesni ravnini sta polž in polžasto gonilo analogna zobniku in letvi, pri čemer je polž po obliki podoben vijaku. Torej, kakšen je princip delovanja polža in polžastega orodja?
V tipičnem polžastem mehanizmu se gredi sekata pod kotom 90 stopinj, pri čemer je polž običajno pogonska komponenta. Navzven je polž podoben sorniku, medtem ko je polžasto gonilo podobno vijačnemu cilindričnemu zobniku. Med delovanjem zobniki polžastega kolesa drsijo in se kotalijo po spiralni površini polža. Za izboljšanje stika med zobmi zobnika je polžasto kolo izdelano v obliki loka vzdolž smeri širine zoba, ki obdaja polža. Na ta način je povezovanje polža in polžastega kolesa linijski in ne točkovni stik.
Prenos polžastega gonila je sestavljen iz polža in polžastega gonila, pri čemer je polž na splošno pogonska komponenta. Tako kot navoji imajo lahko tudi črvi desnosučne ali levosučne spirale, polžni prenosi pa se imenujejo desničarski ali levičarski polžni pogoni. Polž z enim vijačnim navojem se imenuje polž z enim zagonom, kar pomeni, da en polni obrat polža povzroči, da se polžasto gonilo zavrti za en zob. Če ima polž dva spiralna navoja, se imenuje polž z dvojnim zagonom, tako da en polni obrat polža povzroči, da se polžasto gonilo zavrti za dva zoba.
Značilnosti polžastih menjalnikov:
Visoko prestavno razmerje:Dosežejo lahko zelo veliko prestavno razmerje in so bolj kompaktni v primerjavi z mehanizmi vijačnih zobnikov s prečno gredjo.
Kontaktna linija:Površine zobnih zob, ki se povezujejo, imajo linijski stik, kar zagotavlja veliko večjo nosilnost kot mehanizmi spiralnih zobnikov, ki se križajo.
Gladko delovanje:Prenosi s polžastimi zobniki so enakovredni vijačnim prenosom in vključujejo zaskočenje z več zobmi, kar ima za posledico gladek prenos in nizek hrup.
Samozaklepanje:Ko je vodilni kot polža manjši od enakovrednega kota trenja zob zobnika, ki se zapre, ima mehanizem samozaklepne lastnosti. To omogoča povratno samozaklepanje, kar pomeni, da lahko polž poganja polžasto kolo, polžasto kolo pa ne more poganjati polža. Na primer, pri dvižnih strojih lahko samozaklepni polžni mehanizmi zagotovijo varnostno zaščito.
Nizka učinkovitost in velika obraba:Učinkovitost je razmeroma nizka zaradi visoke relativne hitrosti drsenja med zaskočnimi zobmi, kar povzroči znatno izgubo zaradi trenja in obrabo. Visoka drsna hitrost povzroča tudi močno obrabo zobne površine in nastajanje toplote. Za izboljšanje hlajenja in zmanjšanje obrabe se pogosto uporabljajo visokokakovostni materiali proti obrabi in mazanje, kar poveča stroške.
Velika aksialna sila:Polž izvaja znatno aksialno silo.
Pri polžastih menjalnikih običajni načini odpovedi zob polžastega kolesa vključujejo luknjičaste poškodbe, obrabo, varjenje in zlome zaradi upogiba zob. Zaradi nizke učinkovitosti, visokih drsnih hitrosti in nagnjenosti k nastajanju toplote sta bolj pogosta varjenje in obraba. Da bi se izognili varjenju in zmanjšali obrabo, morajo imeti materiali lastnosti proti trenju, odpornost proti obrabi in proti varjenju. Običajno so črvi izdelani iz ogljikovega jekla ali legiranega jekla, pri čemer je spiralna površina toplotno obdelana (npr. kaljenje in naogljičenje), da se doseže visoka trdota (HRC 45–63), nato pa brušena ali brušena, da se poveča nosilnost. Polžasta kolesa so večinoma izdelana iz brona, včasih tudi iz medenine ali litega železa za prenose z nizko hitrostjo, ki niso kritični. Da bi preprečili varjenje in zmanjšali obrabo, je treba uporabiti dobre metode mazanja z dodatki proti varjenju. Ni zrelih metod za izračun varjenja in obrabe polžastih pogonov. Kontaktna napetost na površini zoba je ključni dejavnik, ki povzroča površinsko varjenje in obrabo, zato izračuni kontaktne trdnosti ostajajo temeljni. V nekaterih primerih bo morda treba preveriti tudi upogibno trdnost zob. Polžasti zobniki na splošno ne zahtevajo izračunov trdnosti zob, vendar je treba preveriti trdnost in togost polžaste gredi. Za zaprte prenose je treba izvesti izračune toplotne bilance. Če izračuni toplotne bilance niso zadovoljivi, se lahko zunanjemu ohišju dodajo hladilna rebra ali naprave za prisilno hlajenje. Polžasti menjalniki se običajno uporabljajo v aplikacijah z gredmi, ki se križajo, kjer so potrebna visoka prestavna razmerja ali za prenos relativno nizke moči ali občasno delo. Ko je potreben prenos velike moči, se učinkovitost pogosto izboljša z izbiro Z1=2–4. Poleg tega, ker pride do samozaklepanja pri manjšem 1, se polžasti zobniki pogosto uporabljajo v dvižnih strojih, kot so vitli, za varnostno zaščito. Pogosto se uporabljajo tudi v obdelovalnih strojih, avtomobilih, instrumentih, metalurških strojih in drugih strojih ali opremi zaradi zmanjšanja porabe energije.
