ЧЕРВЯЧНЫЙ МОТОР-РЕДУКТОР
WORM GEAR ACTUATOR

Изобретение предназначено для понижения скорости вращения асинхронных электродвигателей в десятки раз с приведением ее до оптимальной частоты перемешивания жидкостей и сыпучих материалов в микробиологической, пищевой, фармацевтической и химической промышленности. Оно может быть использовано преимущественно для вращения мешалок при охлаждении, хранении, пастеризации молока в резервуарах-охладителях и пастеризаторах, что обеспечивает гомогенизацию всего объема, препятствует расслоению, выделению жира на стенках и способствует теплосъему (холодосъему) со стороны контактирующих поверхностей.
1
1
2
2
Известны червячные мотор-редукторы, предназначенные, в частности, для вращения мешалок резервуаров-охладителей молока [1, 2, 3, 4]. Они содержат асинхронный электродвигатель мощностью 120…250 Вт с фланцевым креплением, связанный через муфту с червяком, закрепленным в корпусе на двух шарикоподшипниках, а также червячное колесо, связанное шпонкой с выходным валом, расположенное между двух шарикоподшипников, также закрепленных в корпусе. Ось червяка и выходного вала располагаются под 90° друг относительно друга. Передаточное отношение червячной пары выбирается обычно i=40, а частота вращения асинхронного двигателя (при u=380 В, f=50 Гц) выбирается n=950 об/мин либо n=1380 об/мин. Соответственно мешалка, устанавливаемая на выходной вал, вращается с оптимальной скоростью n=25 об/мин либо n=35 об/мин. Недостатком таких мотор-редукторов является трудоемкость и технологическая сложность изготовления, определяющая высокую цену. Корпус редуктора обычно выполняется литьем под давлением, расточка корпуса под два подшипника червяка и два подшипника червячного колеса выполняются с допуском δ=0,01÷0,02 мм на координаторно-расточных станках для минимизации люфта (зазора между червяком и червячным колесом) и повышения ресурса.
2
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является чешский мотор-редуктор MRT-30 с асинхронным электродвигателем АИР56А4, мощностью N=0,12 кВт, с частотой вращения выходного вала n=35 об/мин, редукцией i=40, представленный на веб-сайте Московского насосного завода №1: www.mnzl.ru.
Этот червячный мотор-редуктор с полым входным валом (муфтой) червяка содержит асинхронный фланцевый электродвигатель, закрепленный на ответном фланце корпуса редуктора. Червяк установлен на двух шарикоподшипниках, помещенных в расточку корпуса. Бронзовое червячное колесо с выходным полым валом расположено также между двух шарикоподшипников, закрепленных в соответствующих расточках корпуса под прямым углом относительно входной оси червяка. Для удержания жидкой смазки оси выходного вала и полого входного вала уплотняются соответствующими сальниковыми эластичными манжетами. Корпус изготовлен методом точного литья под давлением. Минимальный люфт червячной пары δ=0,1 мм обеспечивается расточкой посадочных диаметров четырех шарикоподшипников и фланца корпуса на координаторно-расточных станках с минимальным допуском Δ=0,01…0,02 мм, что обеспечивает большой ресурс. При всех преимуществах основным недостатком прототипа является сложность конструкции, высокая трудоемкость изготовления и соответствующая цена. В конструкции используется шесть шарикоподшипников: два - на роторе электродвигателя, два - соосно - на червяке и два - на полом выходном валу. При монтаже мотор-редуктора (прототипа) в молочные холодильные установки выходной вал с мешалкой со скоростью 35 об/мин располагается вертикально, а ось электродвигателя - горизонтально. Поэтому на опорном фланце мотор-редуктора электродвигатель установлен консольно, что ослабляет конструкцию при транспортной тряске и требует дополнительных опор.
Н
В
4
К
Целью изобретения является упрощение конструкции, удешевление технологии и снижение цены для реализации привода вращения мешалки молочных холодильных установок. С этой целью в червячный мотор-редуктор, содержащий асинхронный электродвигатель, связанный через муфту с червяком, червячное колесо с валом, установленным под прямым углом к оси червяка в двух шарикоподшипниках, согласно изобретению введены цилиндрический стакан с фланцем, плита и опорная стойка с бронзовой втулкой, причем фланец стакана, асинхронный электродвигатель и опорная стойка закреплены на плите, шарикоподшипники с валом - внутри стакана, червячное колесо - на валу над стаканом, а червяк своими полуосями установлен в бронзовую втулку и муфту, закрепленную на полуось червяка и вал электродвигателя, при этом муфта выполнена из резинометаллокортового рукава. Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показан сборочный чертеж, а на фиг.2 - чертеж общего вида. Червячный мотор-редуктор (фиг.1, 2) содержит асинхронный трехфазный электродвигатель 1 с креплением «лапы», связанный через муфту 2 с червяком 3, червячное колесо 4 с валом 5, установленным под прямым углом к оси червяка 3 в двух шарикоподшипниках 6 и 7. Шарикоподшипники 6 и 7 размещены внутри цилиндрического стакана 8, закрепленного четырьмя болтами 9 на плите 10. К плите приварена опорная стойка 11 с бронзовой втулкой 12. Также к плите 10 привернуты четырьмя болтами 13 «лапы» 14 асинхронногто электродвигателя 1. Червячное колесо 4 закреплено на выходном валу 5 болтом 15 над стаканом 8. Червяк 3 своими полуосями установлен в бронзовую втулку 12 и муфту 2, закрепленную на полуоси червяка 3 штифтом 16 и на валу электродвигателя штифтом 17. Муфта 2 выполнена из резинометаллокортового рукава высокого давления с металлической оплеткой ГОСТ6286-73 с наружным диаметром ⌀=22 мм, внутренним диаметром ⌀=10 мм и двойной армирующей внутренней стальной оплеткой. Диаметр вала электродвигателя 1 АИР 56А4 и полуосей червяка 3 составляет ⌀11 мм, что обеспечивает натяг δ=1 мм при установке муфты 12 благодаря податливости резины. Внутренний диаметр бронзовой втулки 12, запрессованной в стойку 11, составляет 11,2 мм. Это обеспечивает свободное вращение червяка 3 с зазором δ=0,2 мм. Шарикоподшипники 6 и 7 удерживаются в стакане 8 стопорным кольцом 18. Отверстия в лапах 14 асинхронного электродвигателя 1 на Δ=1,5 мм больше диаметров болтов 13, благодаря чему имеется возможность плоскопараллельного смещения асинхронного электродвигателя 1 относительно плиты 10 в пределах Δ. При регулировке червячного мотор-редуктора ослабляются болты 13 крепления лап 14, и перемещением электродвигателя 1 с муфтой 2 и полуосью червяка 3 в пределах Δ=1,5 мм выбирается зазор в зацеплении между червяком 3 и червячным колесом 4 до 0,1 мм. Червяк 3 и червячное колесо 4 изготовлены из стали 40Х с закалкой до твердости HRC=48 единиц, что обеспечивает большой ресурс. Параметры червячной пары: модуль m=1,75 мм, наружный диаметр червяка ⌀=22 мм, наружный диаметр червячного колеса ⌀=70 мм, передаточное отношение i=40. При монтаже на резервуар молочной холодильной установки ось электродвигателя, червяка и плита 10 располагаются в горизонтальной плоскости, плита закрепляется сверху на внутренней полости резервуара, проем под мотор-редуктор в наружной облицовке закрыт герметичным пылевлагозащищенным кожухом (колпаком). Снизу изнутри резервуара на вал 5, проходящий через отверстие в резервуаре, устанавливается труба с лопастями мешалки (на фиг.1, 2 не показаны). Консистентная смазка наносится на червяк 3, червячное колесо 4 и в зазор бронзовой втулки 12.
Работает червячный мотор-редуктор следующим образом. При подаче трехфазного напряжения 380 В × 50 Гц начинает вращаться вал электродвигателя 1 со скоростью 1410 об/мин, приводящий во вращение через гибкую резинометаллокортовую муфту 2 червяк 3. Червячное колесо 4, находящееся в зацеплении с червяком 3, через вал 5 приводит во вращение мешалку с оптимальной скоростью 35,5 об/мин. Несоосности червяка 3 и вала электродвигателя 1 при вращении компенсируются податливостью материала муфты 2, натяг которой δ=1 мм в сочетании со штифтами 16, 17 и прочностью металлокорта с запасом обеспечивает передачу крутящего момента. Податливость муфты 2 с учетом выборки зазора в червячном зацеплении при регулировке и затяжке крепежных болтов 13 электродвигателя 1 играет роль фактически люфтовыбирающей пружины, которая исключает заклинивание, уменьшает зазор и износ червячной пары, а также компенсирует зазор в бронзовой втулке 12. Высокая твердость червяка 3 и червячного колеса 4, а также достаточно большой модуль m=1,75 мм уменьшают контактное давление в червячном зацеплении и практически исключают износ. Выходной вал 5 надежно закреплен в шарикоподшипниках 6, 7 №205, установленных в стакане 8, что с большим запасом выдерживает осевые и радиальные усилия мешалки при вращении в молоке. Стакан 8 простой конструкции получен обработкой на универсальном токарном станке и не требует особой технологии. Асинхронный элкектродвигатель 1 закреплен на плите 1 лапами 14, что исключает консоль (в отличие от прототипа) и повышает надежность при транспортной тряске.
Техническое обслуживание мотор-редуктора производится при снятом кожухе (колпаке) и заключается в нанесении консистентной смазки на червяк 3, червячное колесо 4 и бронзовую втулку 12 один раз в шесть месяцев.
Таким образом, предлагаемое изобретение фактически реализует бескорпусный редуктор, что позволяет вдвое уменьшить число шарикоподшипников в червячном редукторе, исключить самую сложную деталь - корпус с прецизионной расточкой, снизить трудоемкость изготовления и сборки, а также себестоимость изготовления в два раза.
Червячный мотор-редуктор, выполненный по описанной конструкции, внедрен в серийное производство молочных холодильных установок на предприятии ООО «НЛП «Автомаш» (г.Ковров) с января 2008 г.
Ресурсные испытания в режиме круглосуточного вращения при полной нагрузке в течение 12 месяцев показали практическое отсутствие износа и высокую надежность работы.
Библиографические данные
2
1. Мотор-редуктор MRT30, Московского насосного завода №1 с электродвигателем АИР 56 А4 с частотой вращения выходного вала n=35 об/мин, мощностью N=0,12 кВт, редукцией i=40. Веб-сайт: www.mnzl.ru
2
2. Мотор-редуктор 2МЧ-40, ООО «Техпривод» с асинхронным электродвигателем АИР 56 В4 с частотой вращения выходного вала n=35,5 об/мин, мощностью N=0,18 кВт, i=40. Веб-сайт: www.tehprivod.ru
3. Установка непосредственного охлаждения молока УНОМ-2000: 0,25 кВт, 36 об/мин ЗАО ПК «Ярославич». Веб-сайт: www.yartp.ru
4. Патент RU №2265322 от 16.10.2004 г. Молочная холодильная установка.