RU222785U1 - Кожух редуктора - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, а более конкретно к зубчатой передаче. Кожух зубчатой передачи локомотива, выполненный из композиционного материала, содержащий верхнюю и нижнюю полые разъемные части, линия разъема которых проходит по диаметрам отверстий, выполненных в разъемных частях под ось колесной пары и под ось тягового электродвигателя. Наружное отверстие под ось колесной пары снабжено контактным эластичным разъемным уплотнением, представляющим собой два полукольца, наружный диаметр и ширина которого определяются исходя из конструктивных соображений. Внутренний диаметр эластичного уплотнения в целях гарантированного обеспечения непрерывного контакта изолируемых полостей может быть определен исходя из упруго-пластичных характеристик материала уплотнителя. Достигается обеспечение надежной герметизации сопряжения ось колесной пары – отверстие кожуха зубчатой передачи. 1 з.п. ф-лы.

Description

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения и предназначена для использования в силовых редукторах, например, в редукторах приводных зубчатых передач колесно-моторных блоков тягового подвижного состава для защиты зубчатой пары от внешних воздействий и образования полости для смазочного материала, необходимого для обеспечения ее нормальной работоспособности.

Подобные конструкции широко известны и описаны в технической литературе и в интернете. Наиболее известной конструкцией является конструкция кожуха тягового редуктора тепловоза [«Тепловозы 2ТЭ10М, 3ТЭ10М: устройство и работа» / С.П. Филонов, и др. - М.: Транспорт, 1986, с. 274-275] (Фиг. 1) состоящего из нижней и верхней половин, выполненных из листового металла посредством сварки и соединяемых между собой посредством крепежных резьбовых элементов (болтов). При этом кожух снабжен составным полым маслоуловителем, детали которого изготовлены методом холодного штампования и приварены к боковым стенкам верхней и нижней половин.

Недостатками данной конструкции являются:

высокая напряженность сварных швов, обусловленная их протяженностью и низкой точностью расположения крепежных элементов, что вызывает деформации кожухов в процессе монтажа и приводит к предварительной напряженности материала кожуха в целом и сварных швов в частности, что, в свою очередь, сказывается на надежности и частым аварийным выходам из строя кожухов вследствие утраты герметичности масляной полости из-за усталостного разрушения предварительно напряженных сварных швов;

высокая масса и большая металлоемкость изделия, что обуславливает сложность монтажа и обслуживания и высокую себестоимость;

низкая технологичность изготовления, негативно сказывающаяся на себестоимости кожухов.

Основной части этих недостатков лишен и наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности является кожух зубчатой передачи локомотива, выполненный из композиционного материала (RU, C1, № 2620038, 2017 г.). Кожух зубчатой передачи локомотива выполнен из композиционного материала, содержит верхнюю и нижнюю полые разъемные части, соединенные между собой. В стенках кожуха по линии разъема в верхней и нижней частях выполнены отверстия под ось колесной пары и под ось тягового электродвигателя. Наружное отверстие под ось колесной пары снабжено лабиринтным войлочным уплотнением. Отверстия под подшипник колесной пары и под ось тягового электродвигателя снабжены уплотнениями из резины. Войлочное уплотнение выполнено в виде двух контуров. Изобретением предполагается достигнуть повышения герметичности кожуха в местах выхода оси колесной пары и выхода оси тягового электродвигателя.

Однако, основным и весьма существенным недостатком этой конструкции, не позволяющим ее воплотить в реальности, является наличие лабиринтного войлочного уплотнения. Лабиринтные уплотнения являются бесконтактными, благодаря чему обладают комплексом неоспоримых преимуществ, таких, как отсутствие износа сопрягаемых деталей, низкое трение, способность работы при высоких скоростях скольжения, простота и надежность эксплуатации и представляют собой бесконтактные уплотнения в виде малого зазора сложной извилистой формы, заполняемого пластичной или жидкой смазкой (А. П. Кононенко, Ю. Н. Голубов, Уплотнительные устройства машин и машиностроительного оборудования. М.: Машиностроение, 1984. - 104 с.; Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник/ Л.А. Кондаков и др.; М.: Машиностроение, 1986. - 464 с.) Однако, не смотря на все достоинства, изготовить такое уплотнение из войлока для уплотнения сопряжения оси колесной пары с сопрягаемым с ней отверстием кожуха не представляется возможным. Лабиринтные уплотнения, как правило изготавливают из стали или алюминия применяя для достижения требуемой точности специальные и достаточно сложные технологии (включая процессы литья под давлением и другие), благодаря которым достигается требуемая конструкционная точность и гладкость уплотняющих поверхностей. В результате обеспечивается требуемая работоспособность уплотнений. При использовании в агрессивных средах известны виды лабиринтных уплотнений, изготовленных из высококачественных и высокопрочных пластмасс. Однако достижение зазора требуемой величины «сложной извилистой формы» на деталях из войлока не представляется возможным в виду упругих, прочностных и пластичных характеристик материала (войлока). Кроме того, допуски расположения крепежных элементов сопрягаемых с кожухом узлов (прежде всего - колесно-моторного блока) и реально достижимые допуски размеров, формы и расположения элементов собственно кожуха не позволяют обеспечить допуск соосности оси колесной пары и сопрягаемого с ней отверстия кожуха на уровне требований, обеспечивающих работоспособность лабиринтных уплотнений (требуемую величину зазора). Соответственно, реальный технологически достижимый в рассматриваемом сопряжении зазор не может обеспечить герметичности сопряжения.

Задачей настоящей полезной модели является повышение надежности герметизации подвижного сопряжения ось колесной пары - отверстие кожуха зубчатой передачи.

Техническим результатом, на который направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение надежной герметизации сопряжения ось колесной пары - отверстие кожуха зубчатой передачи при обеспечении технологической возможности изготовления.

Условия эксплуатации рассматриваемого уплотнения характеризуются невысокой степенью соосности отверстия кожуха зубчатой передачи и оси колесной пары, невысоким избыточным давлением в полости кожуха, относительно невысокой рабочей скоростью скольжения на уровне 7 - 15 м/с, температурным диапазоном -60... + 110°С и необходимостью использования разъемного уплотнителя, что обусловлено конструкцией оси колесной пары. Эти условия предопределяют возможность использования в рассматриваемом сопряжении только контактных эластичных уплотнений, которые, в силу конструктивных особенностей узла, должны быть компактными, разъемными, иметь низкую стоимость и обеспечивать требуемый ресурс. Из серийно выпускаемых этому комплексу требований в большой части соответствуют эластомерные радиальные манжеты с пружинами, но они не разъемны, соответственно, не могут быть использованы в рассматриваемой конструкции. Распространены также пластмассовые (фторопластовые) кольцевые уплотнения валов пружинными манжетами с гидродинамическими рельефами на рабочей кромке. Но они так же не выпускаются разъемными и, соответственно, не могут быть использованы в рассматриваемом узле.

Так же этим условиям удовлетворяет сальниковое уплотнение с мягкой набивкой, характеризуемое простотой конструкции, относительно низкой стоимостью материала набивки, несложностью обслуживания при эксплуатации и ремонте. Однако, конструктивные размеры кожуха зубчатой передачи не позволяют расположить нажимную втулку, что делает их использование неприемлемым в данной конструкции кожуха.

Поставленная задача достигается тем, что в кожухе зубчатой передачи локомотива, выполненном из композиционного материала, содержащем верхнюю и нижнюю полые разъемные части, линия разъема которых проходит по диаметрам отверстий, выполненных в разъемных частях под ось колесной пары и под ось тягового электродвигателя, при этом наружное отверстие под ось колесной пары снабжено разъемным контактным эластичным уплотнением.

Кожух зубчатой передачи локомотива выполнен из композиционного материала и содержит верхнюю и нижнюю разъемные полые части, соединенные между собой по линии разъема. В данных частях кожуха выполнены отверстия под ось колесной пары, отверстие под ось тягового электродвигателя. Наружное отверстие под ось колесной пары снабжено разъемным контактным эластичным подвижным уплотнением в виде двух контуров - внутреннего и внешнего, а отверстие под подшипник колесной пары и отверстие под ось тягового электродвигателя снабжены неподвижными уплотнениями из резины или другого полимерного материала.

К материалу уплотнителя подвижного уплотнения предъявляются требования удовлетворительной работы на трение по стали и химической стойкости к воздействию смазочных композиций.

Необходимое контактное давление между уплотнителем и осью обеспечивается исключительно за счет упругих сил, возникающих вследствие деформации материала уплотнения, возникающих при монтаже из-за натяга в сопряжении, величина которого определяется исходя из следующих соображений:

На основании зависимостей, известных из решения задачи Лямэ для толстостенных цилиндров, определить наименьший натяг, способный обеспечить требуемое давление (обычно в пределах 0,05 - 0,5 МПа) в сопряжении можно по следующей зависимости:

где: - требуемое контактное давление в сопряжении;

- номинальный диаметр уплотняемого сопряжения;

- наружный диаметр уплотнителя;

и - коэффициенты Пуассона материалов уплотнителя и оси колесной пары соответственно;

и - модули упругости материалов уплотнителя и оси колесной пары соответственно.

Учитывая невысокую степень соосности сопрягаемых поверхностей (ось колеса - отверстие кожуха) необходимо предусмотреть компенсацию возможного статистического эксцентриситета осей вращения уплотнителя и оси колесной пары, внутренний диаметр уплотнителя при этом определится по следующей формуле:

В данном уплотнении в качестве уплотнителя можно использовать большую гамму материалов, в том числе и нетканые, которые обладают большим набором потребительских свойств, таких, как износостойкость (известно, что натуральные волокна выдерживают значительные физические нагрузки без ухудшения качеств), срок службы (в отличие от резиновых и поролоновых уплотнителей нетканые материалы не содержат в своем составе летучих веществ, содержание которых неуклонно снижается в процессе эксплуатации и приводит к разрушению материала) и низкая стоимость. Существенным недостатком этих материалов является остаточная деформация вследствие недостаточной связанности волокон. Однако, исследования, проведенные работе [«Исследование деформации нетканых материалов в условиях циклического сжатия» / Л.Н. Лисенкова, Л.Ю. Комарова, Н.Е. Проскуряков - Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 4 стр. 34 - 37.] показали, что деформации этих материалов включают в себя две составляющие, необратимые () и обратимые (). При этом, например, для войлока величина необратимых деформаций составляет 8% применительно к сухому материалу и не более 4% - применительно к увлажненному. Соответственно, в целях обеспечения надежного контакта уплотнителя с валом необходимо увеличить натяг в соединении на величину , которую целесообразно определять опытным путем. Тогда формула окончательно примет следующий вид:

Используя данную зависимость можно в качестве материала уплотнителя использовать большую гамму материалов, удовлетворительно работающих на трение по стали и химически стойких к воздействию смазочных композиций. Таким требованиям соответствует большое количество современных полимерных, тканных и нетканых материалов. Зная пластичные и упругие свойства материала уплотнителя можно определить его требуемые геометрические размеры, которые гарантированно обеспечат работоспособность уплотнения.

Кожух зубчатой передачи локомотива, выполненный из композиционного материала, работает следующим образом: во время движения локомотива шестерни тягового электродвигателя и оси ведущего колеса, вращаясь относительно друг друга, разбрызгивают масло по кожуху, наличие эластичного уплотнения предотвращает выброс масла из кожуха, обеспечивает его герметичность.

Claims (10)

1. Кожух зубчатой передачи локомотива, выполненный из композиционного материала, содержащий верхнюю и нижнюю полые разъемные части, линия разъема которых проходит по диаметрам отверстий, выполненных в разъемных частях под ось колесной пары и под ось тягового электродвигателя, отличающийся тем, что наружное отверстие под ось колесной пары снабжено контактным эластичным разъемным уплотнением, представляющим собой два полукольца, наружный диаметр и ширина которого определяются исходя из конструктивных соображений.

2. Кожух зубчатой передачи локомотива, отличающийся тем, что внутренний диаметр эластичного уплотнения в целях гарантированного обеспечения непрерывного контакта изолируемых полостей определен исходя из упруго-пластичных характеристик материала уплотнителя и удовлетворяет следующей зависимости:

,

где – требуемое контактное давление в сопряжении;

– номинальный диаметр уплотняемого сопряжения;

– наружный диаметр уплотнения;

и – коэффициенты Пуассона материалов уплотнителя и оси колесной пары соответственно;

и – модули упругости материалов уплотнителя и оси колесной пары соответственно;

– предельная допускаемая величина статистического эксцентриситета осей вращения уплотнителя и оси колесной пары;

– величина необратимой деформации уплотнителя.