РЕДУКТОР ЧЕРВЯЧНЫЙ
WORM REDUCTION GEARBOX

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к конструкции червячных редукторов и конкретнее к опорам червяка редуктора.
Целью изобретения является создание подшипниковой опоры червяка, воспринимающей повышенные и высокие осевые нагрузки при высоких оборотах червяка путем восприятия этих нагрузок несколькими подшипниками, установленными последовательно на одном валу, так что осевая нагрузка на червяк равномерно распределяется на каждый из этих подшипников. Известно несколько вариантов получения такого результата, описанных в справочнике «Подшипники качения» авторов Р.О.Бейзельмана и Б.В.Цыпкина. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, г.Москва, Ленинград, 1959 г., стр.238-243. В этом разделе справочника авторы обозначают проблему подшипниковых узлов при восприятии ими значительных осевых сил и при высоких скоростях вращения валов.
Суть этих способов и конструкций подшипниковых узлов сводится к тому, что шариковые радиально-упорные подшипники подбираются с разными углами контакта и разными радиусами дорожек качения, а также выполняется доработка (подшлифовка) торцов их колец или установка дистанционных проставок между кольцами подшипников, размеры которых определяются по достаточно сложным формулам, что делает применение этих способов и конструкций практически неприемлемыми для производства, что подтверждено временем.
К недостаткам этих способов и конструкций относится сложность их осуществления в условиях реального производства и невысокая вероятность равномерного распределения осевой нагрузки между всеми подшипниками опоры.
Известны опоры червяка редуктора, изображенные на рис.181 «А» стр.365 учебника Решетова Д.Н. «Детали машин». Москва. «Машиностроение», 1974 г. Опора состоит из двух узлов, левого и правого, в которых установлено навстречу друг другу (противонаправленно) по одному шариковому радиально-упорному подшипнику, которые воспринимают как осевые, так и радиальные нагрузки.
Признаками, характеризующими этот червячный редуктор, являются:
1. Редуктор содержит корпус с крышкой.
2. Редуктор содержит червячное колесо с опорами.
3. Редуктор содержит червяк.
4. Опора червяка состоит из двух узлов.
5. В качестве опор червяка использовано два шариковых радиально-упорных подшипника.
6. Радиально-упорные подшипники установлены навстречу друг другу (противонаправленно).
Признаки 1, 2, 3, 4 являются общими с признаками заявляемого червячного редуктора.
К недостаткам этой конструкции опор червяка относится:
1. Применение шариковых радиально-упорных подшипников не обеспечивает восприятие существенных осевых нагрузок, тем более что осевую нагрузку воспринимает только один подшипник.
2. Схема подшипникового узла такова, что появление температурных деформаций червяка увеличивает осевую нагрузку на подшипники, что снижает их работоспособность.
Известны опоры червяка редуктора, изображенные на рис.181 «Б» стр.365 учебника Решетова Д.Н. «Детали машин», г.Москва. «Машиностроение» 1974 г. Опора состоит из двух узлов, в одном из которых установлено два радиально-упорных конических роликоподшипника навстречу (противонаправленно) друг другу, которые воспринимают как радиальные, так и осевые нагрузки в обоих направлениях. В другом, дополнительном узле, установлен один радиальный роликовый подшипник, воспринимающий только радиальные нагрузки и позволяющий компенсировать тепловые деформации червяка.
К недостаткам этого аналога относится то, что опоры его не могут воспринимать значительных осевых нагрузок, так как только один подшипник воспринимает его в одном направлении.
Признаками, характеризующими этот аналог, являются:
1. Редуктор содержит корпус с крышкой.
2. Редуктор содержит червячное колесо с опорами.
3. Редуктор содержит червяк.
4. Опора червяка состоит из двух узлов: основного, воспринимающего радиальную и осевую нагрузку, и дополнительного, воспринимающего радиальную нагрузку.
5. В основном узле установлено два радиально-упорных, конических роликоподшипника навстречу (противонаправленно) друг другу так, что они воспринимают как осевую нагрузку в обоих направлениях, так и радиальную нагрузку.
6. В дополнительном узле установлен один радиальный роликовый подшипник, воспринимающий только радиальную нагрузку.
Этот аналог, как наиболее близкий по технической сущности, и принят за прототип.
Пункты 1, 2, 3 и 4 являются общими с признаками заявляемого редуктора.
Целью изобретения, как указано на стр.1, является создание опоры червяка, способной воспринимать большие осевые нагрузки при высоких его оборотах, в тех случаях, когда работоспособности одного подшипника не достаточно для восприятия действующих нагрузок.
Эта цель обеспечивается использованием таких технических решений, как:
1. В основном опорном узле червяка установлены последовательно радиально-упорные конические роликовые подшипники. Последовательная установка конических радиально-упорных роликоподшипников обеспечивает восприятие всеми подшипниками осевой нагрузки одного направления.
2. Подшипники, воспринимающие радиальную и осевую нагрузки, кроме последнего, невращающимися наружными кольцами взаимодействуют с упругими элементами. Это взаимодействие наружных не вращающихся колец с упругими элементами обеспечивает последовательное нагружение подшипников осевой силой после достижения расчетной нагрузки на предыдущем подшипнике.
3. Упругие элементы вторыми торцами упираются в торцевые опоры, жестко связанные с корпусом. Эти промежуточные торцевые опоры, жестко связанные с корпусом, обеспечивают восприятие осевой расчетной нагрузки одного подшипника.
4. Упругие элементы поджаты усилием, равным части полной осевой нагрузки, которая зависит от количества подшипников в опоре. Именно это расчетное и оттарированное усилие обеспечивает восприятие подшипником именно того осевого усилия, которое может воспринять подшипник, так как даже после незначительной деформации упругого элемента усилие передается на следующий подшипник.
5. Дополнительный узел содержит конический радиально-упорный роликовый подшипник, воспринимающий радиальную нагрузку. Установка именно этого подшипника позволяет дополнительному узлу воспринимать не только радиальную нагрузку, но и осевую в нештатных ситуациях, например, при кратковременном реверсе редуктора, когда осевая нагрузка меняет свое направление.
6. Конические радиально-упорные роликоподшипники внутренними вращающимися кольцами, кроме первого подшипника основного узла, взаимодействуют с торцевыми опорами хвостовика червяка через упругие элементы. Это взаимодействие через упругие элементы обеспечивает последовательное включение в работу подшипников после того, как предыдущий подшипник нагружен полной своей расчетной нагрузкой.
Признаками, характеризующими заявляемый червячный редуктор, являются:
1. Редуктор содержит корпус.
2. Редуктор содержит крышку.
3. Редуктор содержит червячное колесо с опорами.
4. Редуктор содержит червяк с опорными элементами.
5. Опорные элементы содержат два узла: основной и дополнительный.
6. Основной подшипниковый узел содержит подшипники, взаимодействующие, кроме последнего, не вращающимися кольцами с упругими элементами.
7. Упругие элементы своими вторыми торцами упираются в торцевые опоры, жестко соединенные с корпусом.
8. Второй и следующие за ним подшипники установлены последовательно относительно первого подшипника для восприятия осевой нагрузки одного направления.
9. Подшипники обоих узлов своими вращающимися кольцами взаимодействуют с торцевыми опорами хвостовика червяка.
10. В качестве опор основного узла используются радиально-упорные конические роликоподшипники.
11. Дополнительный подшипниковый узел редуктора содержит конический радиально-упорный роликоподшипник, установленный противонаправленно аналогичным подшипникам основного узла.
12. Каждый упругий элемент невращающихся колец поджат усилием полной осевой нагрузки, поделенной на количество подшипников, воспринимающих осевую нагрузку.
13. Второй и последующие подшипники основного узла и подшипник дополнительного узла поджаты относительно торцевых опор хвостовиков червяка так, что между торцами вращающихся колец и кольцами с упругими элементами при сборке выдержан зазор в 0,02-0,03 мм.
Признаки 1, 2, 3, 4 и 5 являются общими с признаками прототипа, признаки 6, 7, 8 и 9 являются существенными и отличительными, а признаки 10, 11, 12 и 13 являются зависимыми признаками.
На фигуре 1 изображен вид сбоку на редуктор. На фигуре 2 изображен разрез по А-А, повернутый против часовой стрелки на 90°.
Редуктор состоит из корпуса 1 с установленным в нем червячным колесом 2 с выходным валом 3 с опорами. С червячным колесом 2 взаимодействует червяк 4, установленный в правом основном узле 5 и в левом дополнительном узле 6. В правом основном узле установлено 2 радиально-упорных конических роликоподшипника 7 и 8. Подшипник 7, первым воспринимающий осевую нагрузку Рос, своим невращающимся кольцом взаимодействует с упругим элементом 9, который вторым торцом упирается в торцевую опору 10, жестко соединенную с корпусом 1 посредством штифтов 11. Подшипник 8 взаимодействует через упругий элемент 12 с торцевой опорой 13 хвостовика червяка 4. В левом дополнительном узле 6 установлен радиально-упорный конический роликоподшипник 14, взаимодействующий внутренним кольцом с упругим элементом 15 и гайкой 16. Редуктор закрывается крышкой 17.
Принцип работы предлагаемого редуктора изложим на примере червячного нереверсивного редуктора, в котором осевая нагрузка вдвое превосходит допускаемую работоспособность подшипника, который можно установить в основной опоре.
Червячный редуктор работает следующим образом:
Вращение от вала электродвигателя через предохранительный элемент подводится к валу червяка 4, который передает вращение червячному колесу 2, и далее вращение передается на выходной вертикальный вал 3.Червяку 4 сообщается вращение по часовой стрелке «а» при наблюдении со стороны электродвигателя. При этом червячное колесо 2 будет вращаться против часовой стрелки «в» при виде сверху. Осевая же нагрузка Рос будет направлена вправо на основной узел 5 опоры червяка. Первым осевую нагрузку воспринимает конический радиально-упорный роликоподшипник поз.7, наружное не вращающееся кольцо которого упирается в упругий элемент 9, который вторым торцом упирается в торцевую опору 10, жестко связанную с корпусом посредством штифтов 11. Упругий элемент 9 оттарирован и поджат через торцевую опору 10 усилием, равным половине полной осевой нагрузки, после чего торцевая опора 10 штифтуется штифтами 11. При достижении половины максимальной осевой нагрузки упругий элемент 9 начнет сжиматься. При этом червяк начнет смещаться в осевом направлении до тех пор, пока торцевая опора (замковое кольцо) 13, воздействуя на другой упругий элемент 12, не выберет зазор в 0,02-0,03 мм и своим жестким корпусом не упрется во внутреннее вращающееся кольцо второго конического радиально-упорного роликоподшипника 8, что приводит к тому, что подшипник 8 начинает воспринимать вторую половину осевой нагрузки Рос. Таким образом осевая нагрузка воспринимается двумя подшипниками. В дополнительном узле 6 червяка установлен также конический радиально-упорный роликоподшипник 14 для восприятия радиальной нагрузки, но так, что он может воспринимать и осевую нагрузку в направлении, обратном направлению основной осевой нагрузки Рос. Восприятие обратной осевой нагрузки может возникнуть во внештатной ситуации при необходимости среверсировать редуктор на короткое время.
В подобных основных узлах опор червяка могут устанавливаться последовательно три и более конических радиально-упорных роликоподшипника по описанной выше схеме, в зависимости от величины Рос и работоспособности подшипников.
В основном узле червяка могут использоваться и шариковые радиально-упорные подшипники и упорные подшипники в сочетании с радиальным подшипником. Однако экономически более целесообразно использование указанных радиально-упорных конических роликоподшипников.