Редуктор

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Редуктор, содержащий корпус, в котором размещены зубчатые колеса, установленные на валах, подшипники, размещенные в корпусе через виброизолирующий элемент, отличающийся тем, что виброизолирующий элемент состоит из последовательно чередующихся 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 12,5. 2. Редуктор по п. 1, отличающийся тем, что кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5 выполнены на ширине 0,2-0,8 ширины подшипника. 3. Редуктор по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что кольцевой полимерный элемент установлен в корпусе с предварительным натягом. 4. Редуктор по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5 выполнены неразъемно с корпусом редуктора. Полезная модель относится к деталям машин и может быть использована в узлах машин, применяемых в машиностроительной, металлообрабатывающей, станкостроительной, авиационной промышленности и других. 251 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 1. Недостатком этой конструкции является низкая прочность и нагрузочная способность упругого элемента из резины или полимерного материала при повышенных нагрузках и нагреве редуктора до 150300 С (например,в технологическом оборудовании химического производства). В этих условиях резко снижаются модуль упругости и прочностные свойства упругого элемента и 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 близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является конструкция редуктора с виброизолирующим элементом 2. Этот редуктор содержит корпус, в котором размещены зубчатые колеса, установленные 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 повышенных нагрузках и температурах в эксплуатации. При нагреве свыше 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 улучшенные прочностные и виброакустические характеристики при повышенных нагрузках и температурах. Для решения поставленной задачи в редукторе, содержащем корпус, в котором размещены зубчатые колеса, установленные на валах, подшипники, размещенные в корпусе через виброизолирующий элемент, согласно полезной модели, виброизолирующий элемент состоит из последовательно чередующихся 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 ширине 0,2-0,8 ширины подшипника. Кольцевой полимерный элемент установлен в корпусе с предварительным натягом. Кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 12,5 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 пространстве. 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 также увеличивается ее нагрузочная способность (табл. 1). При локальном нагреве до 150300 С и выше металлокерамические элементы не теряют свои прочностные свойства, что позволяет надежно удерживать подшипник в корпусе. Надежная 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 разрушению металлокерамических элементов. Кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5 выполнены на ширине 0,2-0,8 ширины подшипника. При ширине этих элементов, например из металлокерамики, менее 0,2 ширины подшипника их площадь 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 ширине этих элементов более 0,8 ширины подшипника резко снижается эффективность использования виброизолирующего 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 150300 С и выше позволяют эффективно демпфировать полимерные кольцевые элементы, например, из группы полиамидов, имеющие 2 251 высокие виброизолирующие свойства. При размещении полимерных кольцевых элементов в корпусе с предварительным натягом между полимерным элементом и подшипником возникает упругонапряженный 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 улучшаются виброакустические характеристики редуктора (табл. 1). Последовательное чередование кольцевых элементов с высоким модулем упругости и коэффициентом сухого трения, например 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 их установка с натягом. Кольцевые элементы из материала с коэффициентом сухого трения 1-2,5 выполнены 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,подшипник качения 4, размещенный в корпусе через виброизолирующий элемент 5, который состоит из полимерного 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 подшипником 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 шум 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 совокупности 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 выше. Подшипник и редуктор в целом работают надежно. Их нагрузочная способность значительно превышает данные характеристики прототипа. Реализация полезной модели позволяет создать редуктор с улучшенными прочностными и виброакустическими характеристиками при повышенных нагрузках и температурах в эксплуатации. Таблица 1 Сравнительные характеристики редукторов Частотный диапазон Частота до 700 Гц Частота 0,71,5 кГц Частота 1,53,5 кГц Частота 3,03,5 кГц Частота 3,54,5 кГц Частота 4,55,5 кГц Частота 5,06,0 кГц 251 Таблица 2 Сравнительные характеристики редукторов Температура 100 Температура 300 Прототип Предлагаемый редуктор Прототип Предлагаемый редуктор Ширина металлоОтносительная керамических Нагрузочная Нагрузочная Относительная нагрузочная элементов от ши- способность нагрузочная Уменьшение Уменьшение способность способность,рины подшипника кр 1 принята вибрации, дБ вибрации, дБ кр 1 принята способность,кр 2 за 1 за 1 кр 2 кр 1 кр 1 0,1 1 менее 1 1 менее 1 1 1 0,2 1 1,45 34 1 1,8 24 0,3 1 1,9 25 1 2,3 36 0,6 1 2,4 36 1 2,9 57 0,7 1 3,2 24 1 3,6 36 0,8 1 3,5 1,53 1 4,3 23 0,9 1 3,7 менее 1 1 4,6 менее 1 кр 1 - удельные напряжения, приводящие при осевом или радиальном нагружении к смещению наружной обоймы подшипника относительно корпуса редуктора, при исполнении виброизолирующего элемента согласно предлагаемому техническому решению кр 2 - удельные напряжения, приводящие при осевом или радиальном нагружении к смещению наружной обоймы подшипника относительно корпуса редуктора, при исполнении виброизолирующего элемента согласно прототипу. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.