РЕДУКТОР

Полезная модель относится к деталям машин и может быть использована в узлах машин, применяемых в машиностроительной, металлообрабатьгвающей, станкостроительной, авиационной промышленности и других.
Известна конструкция узла с зубчатыми колесами, где для улучшения виброакустических характеристик применяются виброизолирующие элементы. В таком узле, основной источник шума - зубчатые колеса виброизолируют путем размещения упругих элементов из резины или полимерного материала между ступицей колеса и валом (пат. США № 5113713, кл. F16 Н , опубл. 1991).
Недостатком этой конструкции является низкая прочность и нагрузочная снособность упругого элемента из резины или полимерного материала при повышенных нагрузках и нагреве редуктора до 150...300°С (например, в технологическом оборудовании химического производства). В этих условиях резко снижаются модуль упругости и прочностные свойства упругого элемента, а также теряется жесткость фиксации зубчатого колеса относительно его оси. Это приводит к относительному смещению зубчатого колеса относительно вала, возникновению эксцентриситета и дисбаланса, а также связанному с этим ухудшению виброакустических характеристик редуктора.
Из известных аналогов наиболее близкрш техническим решением к предлагаемой полезной модели является конструкция редуктора с виброизолирующим элементом (заявка РСТ № 01753, кл. F 16 Н 1/48, опубл. 1982). Этот редуктор содержит корпус, в котором размещены зубчатые колеса, усг i 7 о 1
г о о о. 1
16 Н 1/48 Редуктор
тановленные на валах, подшипники, установленные в корпусе через кольцевой виброизолирующий элемент, выполненный из резины.
Существенным недостатком этой конструкции редуктора является низкая прочность и нагрузочная способность резинового виброизолирующего элемента при повыщенных нагрузках и температурах в эксплуатации. При нагреве свыще 150-300°С резиновый элемент размягчается, отслаивается от корпуса и разрушается, существенно снижая свои прочностные и виброизолирующие свойства. При этом под действием относительно низких нагрузок подшипник смещается в корпусе редуктора. В результате вышеуказанные недостатки приводят к повышению вибраций и колебаний редуктора, снижению его рабочих характеристик.
Задачей полезной модели является создание редуктора, имеющего улу тшенные прочностные и виброакустические характеристики при повышенных нагрузках и температурах.
Для рещения поставленной задачи в редукторе, содержащем корпус, в котором размещены зубчатые колеса, установленные на валах, подшипники, размещенные в корпусе через виброизолирующий элемент, согласно полезной модели, виброизолирз ющий элемент состоит из последовательно черед тошихся в осевом направлении кольцевых элементов из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5, например, металлокерамики, и полимерных кольцевых элементов, при этом крайними являются кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5. Кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5 выполнены на щирине 0,2-0,8 ширины подшипника. Кольцевой полимерный элемент установлен в корпусе с предварительным натягом. Кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5 выполнены неразъемно с корпусом редуктора.
Повышенные прочностные характеристики виброизолирующего элемента и редуктора в целом обеспечены за счет того, что виброизолирующий элемент выполнен из последовательно чередующихся в осевом направлении кольцевых элементов из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5 и
полимерных кольцевых элементов, размещенных между ними в замкнутом со всех сторон нространстве. При выполнении кольцевых элементов из материала с таким коэффициентом сухого трения, например, из металлокерамики, обладающей высоким модулем упругости (до 250 ГПа) и микротвердостью (до 20 ГПа) значительно повышаются прочностные характеристики и надежность конструкции, а таклсе зпзеличивается ее нагрузочная способность (табл. 1). При локальном нагреве до 150...300°С и выше металлокерамические элементы не теряют свои прочностные свойства, что позволяет надежно удерживать подшипник в корпусе.
Падежная фиксация подшипника, исключающая его проворачивание в корпусе или на валу с разрушением контактирующих поверхностей, обеспечена за счет высоких коэффициента трения и твердости металлокерамических элементов при сухом контакте. При коэффициенте сухого трения, меньшем 1, под действием окружных сил резко возрастает вероятность проворачивания подшипника в корпусе или на валу. При коэффициенте сухого трения, большем 2,5, как правило, создаваемых с использованием элементов металлокерамики, требуются значительные усилия установки подшипника в корпусе или на валу. При этом создаются повышенные удельные контактные давления на трущихся поверхностях, что приводит к образованию трещин, микродефектов и разруптению металлокерамических элементов.
Кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 1 2,5 выполнены на щирине 0,2-0,8 ширины подшипника. При ширине этих элементов, например, из металлокерамики, менее 0,2 ширины подшипника их плошадь относительно невелика по сравнению с площадью полимерных кольцевых элементов, обладающих низкой твердостью и нагрузочной способностью. Подшипник опирается в основном на эластичную и скользкую поверхность полимерного элемента. В результате снижается надежность фиксации подшипника, резко возрастает вероятность его прокручивания и смещения в корпусе. Кроме того, повышаются удельные радиальные нагрузки на металлокерамические элементы, и происходит их локальное разрушение. При суммарной ширине этих элементов более 0,8 ширины подшипника резко снижается эффективность использования виброизолируюшего элемента из-за существенного снижения уровня демпфирования, обеспечиваемого в основном полимерными элементами. В результате этого эффект снижения уровня вибраций и шума редуктора незначителен (табл. 2).
Колебания и вибрации в диапазоне частот 0,5-6,0 кГц при температурах 150..,300°С и выше позволяют эффективно демпфировать полимерные кольцевые элементы, например, из группы полиамидов, имеющие высокие виброизолирующие свойства. При размещении полимерных кольцевых элементов в корпусе с предварительным натягом между полимерным элементом и подшипником возникает упругонапряженньга контакт. Это позволяет эффективно демпфировать колебания и вибрации, генерируемые телами качения и сепаратором подшипника, а также передаваемые валом от зубчатого зацепления. В совокупности этого существенно улучщаются виброакустические характеристики редуктора (табл. 1).
Последовательное чередование кольцевых элементов с высоким модулем упругости и коэффициентом сухого трения, нанример, из металлокерамики, и полимерных элементов позволяет надежно установить последние в корпусе с предварительным натягом. При размещении металлокерамических элементов по краям за счет их высокой прочности устраняется выдавливание и отслоение полимерных элементов, обеспечивается ртх установка с натягом.
Кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 1 2,5 вьшолнены неразъемно с корпусом редуктора, за счет чего повышена прочность и надежность всей конструкции в целом. Формирование этих элементов неразъемно с корпусом из алюминиевого сплава осуществляется, например, микродуговой обработкой рабочих поверхностей.
В зависимости от конструкционных особенностей и требуемых прочностных и виброакустических характеристик редуктора виброизолирующий элемент выполняется на корпусе и (или) на валу. Эксплуатационные характеристики редуктора зависят от реализованной комбинации и формы слоев, мест размещения виброизолирующих элементов.
На чертеже изображен редуктор, содержащий корпус 1, зубчатые колеса 2, установленные на валу 3, подшинник качения 4, размещенный в корну се через виброизолирующий элемент 5, который состоит из нолимерного кольцевого элемента 6, например, из полиамидов, и наружных кольцевых элементов 7, например, из металлокерамики.
В процессе работы редуктора вибрации от зубчатых колес 2 передается через вал 3 на подшипники качения 4, которые, кроме того, генерируют собственные колебания. Общие колебания, генерируемые зубчатыми колесами 2 и подщипником 4, поглощают виброизолирующие элементы 5, размещенные между корпусом и наружной обоймой подшипника. За счет многоэлементной и неоднородной структуры виброизолирующего элемента достигается дискретное, многоступенчатое поглощение вибраций и шума. Полимерный кольцевой элемент 6 упруго деформируется, демпфируя вибрации и поглощая щум в редукторе. Кольцевые элементы 7 из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5, например, металлокерамики, обеспечивают высокую нагрузочную способность и прочность редуктора. В такой совокунности виброизолирующий элемент эффективно поглощает колебания и вибрации, препятствуя их распространению в редукторе, а также обеспечиваются высокие прочностные характеристики системы в целом.
Экспериментально установлено, что виброизолирующий элемент в редукторе, согласно полезной модели, не разрушается и способен выдерживать значительные нагрузки и нагрев до 150-300°С и выще. Подшинник и редуктор в целом работают надежно. Их нагрузочная способность значительно превышает данные характеристики прототипа.
Реализация полезнот модели позволяет создать редзгктор с улу тшенными нрочностными и виброакустическими характеристиками при повышенных нагрузках и темнературах в эксплуатации,
Сравнительные характеристики редукторов
Сравнительные характеристики редукторов
Окр1 - удельная нагрузка, приводящая при осевом или радиальном нагружении к смещению наружной обоймы подщипника относительно корпуса редуктора, при исполнении виброизолирующего элемента согласно предлагаемому техническому решению; ак-р2 - удельная нагрузка, приводящая при осевом или радиальном нагружении к смещению наружной обоймы подшипника относительно корпуса редуктора, при исполнении виброизолирующего элемента согласно прототипу.
Таблица 2