Редуктор

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси(72) Авторы Коробко Евгения Викторовна Басинюк Владимир Леонидович Сушко Марина Ивановна Мардосевич Елена Ивановна Коробко Александра Олеговна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси(57) 1. Редуктор, содержащий корпус, зацепляющиеся стальные зубчатые колеса, валы,подшипники качения, промежуточные кольцевые элементы, расположенные между корпусом и наружными обоймами подшипников, и смазочный материал, отличающийся тем, что редуктор снабжен устройством для контроля динамической нагруженности зубчатых колес и устройством для контроля температуры смазочного материала, при этом промежуточные кольцевые элементы выполнены из диэлектрического материала, имеют электрическую прочность не менее 100 В и прочность на сжатие не менее 250 МПа. 2. Редуктор по 1, отличающийся тем, что устройство для контроля динамической нагруженности зубчатых колес включает, по меньшей мере, один датчик вибраций, установленный на корпусе редуктора, первый регулируемый усилитель и контроллер с аналогоцифровым преобразователем (АЦП), вычислительным средством и исполнительным устройством, включающим цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), второй регулируемый усилитель и источник регулируемого электрического напряжения, при этом первые вход и 25752006.04.30 выход первого регулируемого усилителя связаны соответственно с первым выходом датчика вибраций и первым входом контроллера с АЦП, вторые входы первого регулируемого усилителя и контроллера связаны соответственно с первым выходом контроллера и первым выходом вычислительного средства, второй выход контроллера связан с первым входом вычислительного средства, второй выход вычислительного средства связан с входом ЦАП, выход которого связан с входом второго регулируемого усилителя, а выход последнего связан с входом источника постоянного с регулируемым напряжением, разноименные полюса которого соединены с соответствующими валами редуктора. 3. Редуктор по п. 1, отличающийся тем, что устройство для контроля температуры смазочного материала включает датчик температуры и третий регулируемый усилитель,при этом выход датчика температуры связан с первым входом третьего регулируемого усилителя, второй вход последнего связан с третьим выходом вычислительного средства,а выход - с третьим входом контроллера. 4. Редуктор по п. 2, отличающийся тем, что устройство для контроля динамической нагруженности зубчатых колес содержит, по меньшей мере, один узкополосный программно-управляемый фильтр, первый вход которого связан со вторым выходом датчика вибрации, второй вход связан с четвертым выходом вычислительного средства, а выход с третьим входом контроллера. Предлагаемое техническое решение относится к деталям машин и может быть использовано в конструкциях редукторов, механизмах и узлах со скоростными и тяжелонагруженными зубчатыми передачами в машиностроительной, металлообрабатывающей,станкостроительной, авиационной промышленности и других. Известно, что для снижения динамической нагруженности зубчатых колес и улучшения условий их смазываемости применяются специальные виброизолирующие упругоподатливые резиновые или каучука элементы, размещаемые между ступицей колеса и валом 1. Недостатком этой конструкции является низкая нагрузочная способность упругого элемента из резины или каучука, особенно при повышенных нагрузках, окружных скоростях и повышенных температурах, что приводит к потере рабочих свойств и разрушению упругого элемента и, как следствие, снижает эксплуатационные характеристики редуктора. Кроме того, влияние пониженных динамических нагрузок, обусловленных упругоподатливым креплением зубчатых колес, на толщину смазочной пленки в скоростных и тяжело-нагруженных передачах весьма ограничено, поскольку динамические нагрузки воздействуют на нее по нормали к контактирующим поверхностям. Из известных аналогов наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является редуктор, содержащий корпус, зубчатые колеса, валы, подшипники качения, промежуточные кольцевые элементы из оксидокерамики, расположенные между корпусом и наружными обоймами подшипников, и смазочный материал 2. Выполнение кольцевого виброизолирующего элемента из оксидокерамики, расположенного между корпусом и наружными обоймами подшипников, позволяет повысить его прочностные свойства и термоустойчивость. Однако влияние его на толщину смазочной пленки в скоростном и тяжело нагруженном зубчатом зацеплении невелико и, в основном,связано со снижением их динамической нагруженности. Его использование в скоростных и тяжело нагруженных передачах не позволяет исключить наиболее неблагоприятный с 2 25752006.04.30 позиций долговечности и виброакустической активности режим граничного трения при функционировании зубчатой передачи. Задачей полезной модели является расширение возможностей управления толщиной смазочной пленки в зубчатом зацеплении скоростных и тяжело нагруженных передач и,на основе этого, повышение его долговечности и снижение виброакустической активности. Для решения поставленной задачи в редуктор, содержащий корпус, зацепляющиеся стальные зубчатые колеса, валы, подшипники качения, промежуточные кольцевые элементы, расположенные между корпусом и наружными обоймами подшипников, и смазочный материал, согласно техническому решению, снабжен устройством для контроля динамической нагруженности зубчатых колес и устройством для контроля температуры смазочного материала, при этом промежуточные кольцевые элементы выполнены из диэлектрического полимерного материала, например Терамида, имеют электрическую прочность не менее 100-200 В и прочность на сжатие не менее 160-250 МПа. Устройство для контроля динамической нагруженности зубчатых колес включает, по меньшей мере, один датчик вибраций, установленный на корпусе редуктора, первый регулируемый усилитель и контроллер с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), вычислительным средством и исполнительным устройством, включающим цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), второй регулируемый усилитель и источник регулируемого электрического напряжения, при этом первые вход и выход первого регулируемого усилителя связаны соответственно с первым выходом датчика вибраций и первым входом контроллера с АЦП, вторые входы первого регулируемого усилителя и контроллера связаны соответственно с первым выходом контроллера и первым выходом вычислительного средства,второй выход контроллера связан с первым входом вычислительного средства, второй выход вычислительного средства связан с входом ЦАП, выход которого связан с входом второго регулируемого усилителя, а выход последнего связан с входом источника постоянного с регулируемым напряжением, разноименные полюса которого соединены с соответствующими валами редуктора. Устройство для контроля температуры смазочного материала состоит из датчика температуры и третьего регулируемого усилителя, при этом выход датчика температуры связан с первым входом третьего регулируемого усилителя, второй вход последнего связан с третьим выходом вычислительного средства, а выход - с третьим входом контроллера. В двух- и более ступенчатом редукторе устройство для контроля динамической нагруженности зубчатых колес содержит, по меньшей мере, один узкополосный программно-управляемый фильтр, первый вход которого связан со вторым выходом датчика вибраций, второй вход связан с четвертым выходом вычислительного средства, а выход - с третьим входом контроллера. Расширение возможностей управления толщиной смазочной пленки в зубчатом зацеплении скоростных и тяжело нагруженных передач и, на основе этого, повышение его долговечности и снижение виброакустической активности достигается в результате следующего. Для смазки редуктора используется в качестве смазочного материала гомогенная суспензия на основе минерального масла, содержащая диэлектрические частицы наполнителя, например, 2 (2 -60 ), позволяет обеспечить у смазочного материала обратимые реологические свойства, заключающиеся в значительном повышении в критических для зацепления ситуациях вязкости смазки в зоне взаимодействия зубьев при приложении к ней электрического поля, создаваемого источником постоянного тока, связанного с валами зацепляющихся зубчатых колес (валы соединяются с разноименными полюсами этого источника постоянного тока). Поскольку в тяжело нагруженных и скоростных передачах толщины смазочной пленки, как правило, не превышают 2 мкм, то используемое напряжение источника не превышает 50 В, то есть оно безопасно. При этом выполнение распо 3 25752006.04.30 ложенных между корпусом и наружными обоймами подшипников промежуточных кольцевых элементов из диэлектрического материала с электрической прочностью 100-200 В и прочностью на сжатие 160250 МПа, например Терамида, обеспечивает эффективную электроизоляцию валов от корпуса при практически любом, в пределах изгибной прочности зубьев, уровне нагружения редуктора. При электрической прочности промежуточных кольцевых элементов менее 100 В возможен их пробой, при более 200 В - значительно возрастают радиальные размеры подшипникового узла. При прочности промежуточных кольцевых элементов на сжатие менее 160 МПа возможна их деформация и пробой при значительной нагруженности зубчатой передачи, при более 250 МПА - значительно сужается перечень диэлектрических материалов, которые могут быть использованы. Выполнение источника постоянного тока с регулируемым напряжением, наличие устройства для программируемого регулирования напряжения между зубчатыми колесами с обратной связью, обеспечиваемой блоком контроля параметров функционирования зубчатой передачи, позволяет создать в автоматизированном режиме наиболее рациональный уровень напряженности электрического поля в смазочной пленке, исключить возникновения режима граничного трения и связанного с этим резкого снижения ресурса и повышения виброакустической активности зубчатой передачи. На фигуре показана схема редуктора. Редуктор содержит корпус 1, входной 2 и выходной 3 валы, на которых установлены соответственно шестерня 4 и зубчатое колесо 5. Валы 2 и 3 установлены в подшипниках качения 6, которые размещены в кольцевых электроизолирующих элементах 7, имеющих электрическую прочность не менее 1000 В, прочность на сжатие не менее 250 МПа, например Терамида, и толщину, большую 0,1 мм. Смазочный материал 8 выполнен на основе минерального масла. Он содержит диэлектрические частицы наполнителя, например 2 (2 -60 ). Система контроля параметров функционирования зубчатой передачи по характеристикам генерируемых ее вибраций состоит из первичного преобразователя, в качестве которого использован датчик вибраций 9, установленный на корпусе 1, первый регулируемый усилитель 10, контроллер 11 с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), вычислительное средство 12 и исполнительное устройство, содержащее цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 13, второй регулируемый усилитель 14 и источник постоянного тока 15 регулируемым напряжением, датчик температуры смазочного материала 16 и третий регулируемый усилитель 17. Первые вход и выход первого регулируемого усилителя 10 связаны соответственно с выходом датчика вибраций 9 и первым входом контроллера 11 с АЦП, вторые входы первого регулируемого усилителя 10 и контроллера 11 связаны соответственно с первым выходом контроллера 11 и первым выходом вычислительного средства 12, второй выход контроллера 11 связан с первым входом вычислительного средства 12, второй выход вычислительного средства 12 связан с входом ЦАП 13, выход которого связан с входом второго регулируемого усилителя 14, а выход последнего связан с входом источника постоянного тока 15 с регулируемым напряжением, разноименные полюса которого соединены с соответствующими валами 2 и 3 редуктора. Редуктор снабжен датчиком 16 температуры смазочного материала и третьим регулируемым усилителем 17. Выход датчика 16 температуры связан с первым входом третьего регулируемого усилителя 17, второй вход последнего связан с третьим выходом вычислительного средства 12, а выход - с третьим входом контроллера 11. В двух- и более ступенчатом редукторе устройство для контроля динамической нагруженности зубчатых колес включает узкополосный программно-управляемый фильтр 18, первый вход которого связан со вторым выходом датчика вибраций 9, второй вход 4 25752006.04.30 связан с четвертым выходом вычислительного средства 12, а выход - с третьим входом контроллера 11. Это позволяет выделить наиболее информативные с позиций оценки нагруженности зубчатых колес их зубцовые частоты. Редуктор работает следующим образом. При работе редуктора осуществляется контроль, регистрация и анализ посредством датчика вибраций 9 параметров вибраций, генерируемых зубчатой передачей на зубцовых частотах и характеризующих уровень динамической ее нагруженности датчика 16 температура смазочного материала, характеризующая ее вязкость. При этом аналоговый сигнал с датчика вибраций 9 поступает на первый регулируемый усилитель 10, где усиливается до требуемого уровня и передается на контроллер 11 с АЦП. В контроллере 11 сигнал преобразуется в цифровой вид, передается в вычислительное средство 12, где обрабатывается и анализируется. Сигнал с датчика температуры 16 поступает на третий регулируемый усилитель 17, где усиливается до требуемого уровня и передается на контроллер 11 с АЦП. В контроллере 11 сигнал преобразуется в цифровой вид, передается в вычислительное средство 12, где обрабатывается и анализируется. При превышении значений параметров вибраций и температуры выше допустимого уровня и соответствующем уменьшении толщины смазочной пленки в зубчатом зацеплении управляющий сигнал в цифровом виде с вычислительного средства 12 поступает на ЦАН 13, где преобразуется в аналоговый вид, оттуда - на второй регулируемый усилитель 14, где усиливается до требуемого уровня, и затем на источник постоянного тока, посредством которого напряжение в смазочном слое между зубчатыми колесами 4 и 5 увеличивается до требуемого уровня. При этом в зазоре между зубчатыми колесами 4 и 5 возрастает напряженность электрического поля и вязкость смазочного материала, что обеспечивает восстановление требуемой толщины смазочной пленки. Зубчатое сопряжение начинает функционировать в режиме жидкостного трения. Потери на трение несколько возрастают, однако минимизируются износы и виброакустические параметры. При снижении нагруженности или окружных скоростей электрическое напряжение уменьшается, что приводит к снижению вязкости и потерь. При отсутствии критических нагрузочных или скоростных режимов напряжение с зубчатой передачи снимается. Использование предлагаемого технического решения позволяет существенно расширить возможности управления толщиной смазочной пленки в зубчатом зацеплении скоростных и тяжело-нагруженных передач и, на основе этого, повысить их долговечность и снизить виброакустическую активность. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5