RU2379562C1

RU2379562C1 - Worm reduction gearbox

Info

Publication number: RU2379562C1
Application number: RU2008134592/11A
Authority: RU
Inventors: Владислав Никифорович Богуславский (RU); Владислав Никифорович Богуславский; Игорь Анатольевич Довгаль (RU); Игорь Анатольевич Довгаль
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Седин-Техмашстрой"
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-01-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention can be used in drives at high axial loads on screw (for several thousands of kilograms) and its higher revolutions (about 1500 revolutions per minute and more). Worm reduction gearbox contains screw (4), rest of which contains main bearing assembly (5), receiving axial and radial load. External not rotating rings of bearings (7, 8) of this main assembly interact to resilient members (9), second butts of which rest into butt supports (10), rigidly connected to casing (1). Bearings (7, 8) by inner rotating rings interact by means of resilient members to butt supports (13) of screw tail (4). Bearing (7), which is the first thrust face, treansfers it to resilient member (9), which at achievement of part of axial effort, for which it is calculated bearing starts deformation, and screw starts displacement lengthwise axis so that butt support (13) of screw starts impact on resilient member of rotating ring of the second bearing (8), and at selection of clearance in 0.02-0.03 mm between butt of casing of resilient member and rotating ring, bearing starts perceive its part of load.

EFFECT: invention provides perceiving of axial load at high revolutions of screw.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к конструкции червячных редукторов и конкретнее к опорам червяка редуктора.The invention relates to the field of engineering, in particular, to the design of worm gears and more specifically to the support of the worm gear.

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.The aim of the invention is to provide a bearing support for the worm, which accepts increased and high axial loads at high revolutions of the worm by absorbing these loads by several bearings mounted in series on one shaft, so that the axial load on the worm is evenly distributed on each of these bearings. There are several options for obtaining such a result, described in the reference book "Rolling bearings" by R.O. Beiselman and B.V. Tsypkin. State Scientific and Technical Publishing House of Engineering Literature, Moscow, Leningrad, 1959, pp. 238-243. In this section of the guide, the authors identify the problem of bearing assemblies when they perceive significant axial forces and at high shaft speeds.

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.The essence of these methods and designs of bearing assemblies is that ball angular contact bearings are selected with different contact angles and different radii of the raceways, as well as refinement (grinding) of the ends of their rings or the installation of spacers between the bearing rings, the dimensions of which are determined by quite complex formulas, which makes the use of these methods and designs almost unacceptable for production, which is confirmed by time.

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.The disadvantages of these methods and designs include the complexity of their implementation in real production and the low probability of a uniform distribution of axial load between all bearings of the support.

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.Known supports of the worm gearbox depicted in Fig. 181 “A” p. 365 of the textbook D. Reshetova "Machine parts". Moscow. "Engineering", 1974. The support consists of two nodes, left and right, in which they are mounted towards each other (counter-directionally) along one ball angular contact ball bearing, which absorb both axial and radial loads.

Признаками, характеризующими этот червячный редуктор, являются:The signs characterizing this worm gearbox are:

1. Редуктор содержит корпус с крышкой.1. The gearbox contains a housing with a cover.

2. Редуктор содержит червячное колесо с опорами.2. The gearbox contains a worm wheel with bearings.

3. Редуктор содержит червяк.3. The gearbox contains the worm.

4. Опора червяка состоит из двух узлов.4. The worm support consists of two nodes.

5. В качестве опор червяка использовано два шариковых радиально-упорных подшипника.5. As the worm supports, two ball angular contact bearings are used.

6. Радиально-упорные подшипники установлены навстречу друг другу (противонаправленно).6. Angular contact bearings are mounted towards each other (counter-directionally).

Признаки 1, 2, 3, 4 являются общими с признаками заявляемого червячного редуктора.Signs 1, 2, 3, 4 are common with the signs of the inventive worm gear.

К недостаткам этой конструкции опор червяка относится:The disadvantages of this design of the worm supports include:

1. Применение шариковых радиально-упорных подшипников не обеспечивает восприятие существенных осевых нагрузок, тем более что осевую нагрузку воспринимает только один подшипник.1. The use of angular contact ball bearings does not provide the perception of significant axial loads, especially since only one bearing accepts the axial load.

2. Схема подшипникового узла такова, что появление температурных деформаций червяка увеличивает осевую нагрузку на подшипники, что снижает их работоспособность.2. The design of the bearing assembly is such that the appearance of thermal deformations of the worm increases the axial load on the bearings, which reduces their performance.

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.Known supports of the worm gearbox depicted in Fig. 181 “B” p. 365 of the textbook D. Reshetova "Details of cars", Moscow. "Engineering" 1974. The support consists of two units, in one of which two angular contact tapered roller bearings are installed towards (opposite to each other), which absorb both radial and axial loads in both directions. In another, additional unit, there is one radial roller bearing that accepts only radial loads and allows you to compensate for the thermal deformation of the worm.

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.The disadvantages of this analogue include the fact that its bearings cannot absorb significant axial loads, since only one bearing perceives it in one direction.

Признаками, характеризующими этот аналог, являются:The signs characterizing this analogue are:

4. Опора червяка состоит из двух узлов: основного, воспринимающего радиальную и осевую нагрузку, и дополнительного, воспринимающего радиальную нагрузку.4. The support of the worm consists of two nodes: the main, perceiving radial and axial load, and the additional, perceiving radial load.

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.5. In the main assembly, two angular contact, tapered roller bearings are installed towards (opposite to each other) in such a way that they perceive both axial load in both directions and radial load.

6. В дополнительном узле установлен один радиальный роликовый подшипник, воспринимающий только радиальную нагрузку.6. In the additional unit, there is one radial roller bearing that accepts only radial load.

Этот аналог, как наиболее близкий по технической сущности, и принят за прототип.This analogue, as the closest in technical essence, is taken as a prototype.

Пункты 1, 2, 3 и 4 являются общими с признаками заявляемого редуктора.Points 1, 2, 3 and 4 are common with the features of the inventive gearbox.

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.The aim of the invention, as indicated on page 1, is to create a worm support capable of absorbing large axial loads at high revolutions, in cases where the working capacity of one bearing is not sufficient to absorb the existing loads.

Эта цель обеспечивается использованием таких технических решений, как:This goal is ensured by the use of technical solutions such as:

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.1. In the main support node of the worm, angular contact tapered roller bearings are installed in series. The sequential installation of tapered angular contact roller bearings ensures that all bearings perceive the axial load in one direction.

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.2. Bearings that absorb radial and axial loads, except the last, non-rotating outer rings interact with the elastic elements. This interaction of external non-rotating rings with elastic elements ensures consistent axial loading of bearings after reaching the design load on the previous bearing.

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.3. The elastic elements with the second ends abut against the end supports, rigidly connected with the housing. These intermediate end bearings, rigidly connected to the housing, provide the perception of the axial design load of one bearing.

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.4. The elastic elements are preloaded by a force equal to the part of the total axial load, which depends on the number of bearings in the support. It is this calculated and calibrated force that ensures that the bearing perceives the axial force that the bearing can absorb, since even after slight deformation of the elastic element, the force is transmitted to the next bearing.

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.5. The additional unit contains a tapered angular contact roller bearing that receives radial load. The installation of this particular bearing allows the additional unit to perceive not only the radial load, but also the axial load in emergency situations, for example, during short-term reverse gear, when the axial load changes its direction.

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.6. Tapered angular contact roller bearings with internal rotating rings, in addition to the first bearing of the main assembly, interact with the end supports of the worm shaft through elastic elements. This interaction through the elastic elements ensures the sequential inclusion in the operation of the bearings after the previous bearing is loaded with its full design load.

Признаками, характеризующими заявляемый червячный редуктор, являются:The signs characterizing the claimed worm gear are:

1. Редуктор содержит корпус.1. The gearbox contains a housing.

2. Редуктор содержит крышку.2. The gearbox contains a cover.

3. Редуктор содержит червячное колесо с опорами.3. The gearbox contains a worm wheel with bearings.

4. Редуктор содержит червяк с опорными элементами.4. The gearbox contains a worm with support elements.

5. Опорные элементы содержат два узла: основной и дополнительный.5. Supporting elements contain two nodes: the main and additional.

6. Основной подшипниковый узел содержит подшипники, взаимодействующие, кроме последнего, не вращающимися кольцами с упругими элементами.6. The main bearing assembly contains bearings that interact, except the last, with non-rotating rings with elastic elements.

7. Упругие элементы своими вторыми торцами упираются в торцевые опоры, жестко соединенные с корпусом.7. The elastic elements with their second ends abut against the end supports rigidly connected to the housing.

8. Второй и следующие за ним подшипники установлены последовательно относительно первого подшипника для восприятия осевой нагрузки одного направления.8. The second and subsequent bearings are mounted in series with respect to the first bearing to absorb the axial load of one direction.

9. Подшипники обоих узлов своими вращающимися кольцами взаимодействуют с торцевыми опорами хвостовика червяка.9. The bearings of both nodes with their rotating rings interact with the end supports of the shank of the worm.

10. В качестве опор основного узла используются радиально-упорные конические роликоподшипники.10. As bearings of the main assembly, angular contact tapered roller bearings are used.

11. Дополнительный подшипниковый узел редуктора содержит конический радиально-упорный роликоподшипник, установленный противонаправленно аналогичным подшипникам основного узла.11. The additional bearing unit of the gearbox contains a tapered angular contact roller bearing mounted in the opposite direction to the similar bearings of the main unit.

12. Каждый упругий элемент невращающихся колец поджат усилием полной осевой нагрузки, поделенной на количество подшипников, воспринимающих осевую нагрузку.12. Each elastic element of non-rotating rings is preloaded by the full axial load, divided by the number of bearings perceiving the axial load.

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.13. The second and subsequent bearings of the main assembly and the bearing of the auxiliary assembly are preloaded relative to the end supports of the shanks of the worm so that between the ends of the rotating rings and the rings with elastic elements a clearance of 0.02-0.03 mm is maintained during assembly.

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.Signs 1, 2, 3, 4 and 5 are common with the characteristics of the prototype, signs 6, 7, 8 and 9 are significant and distinctive, and signs 10, 11, 12 and 13 are dependent signs.

На фигуре 1 изображен вид сбоку на редуктор. На фигуре 2 изображен разрез по А-А, повернутый против часовой стрелки на 90°.The figure 1 shows a side view of the gearbox. The figure 2 shows a section along aa, rotated counterclockwise by 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.The gearbox consists of a housing 1 with a worm wheel 2 installed in it with an output shaft 3 with bearings. A worm 4 interacts with the worm wheel 2, which is installed in the right main assembly 5 and in the left additional assembly 6. In the right main assembly, there are 2 angular contact tapered roller bearings 7 and 8. Bearing 7, which first receives the axial load of the Rope, interacts with its non-rotating ring with an elastic element 9, which abuts against the end support 10 with a second end, rigidly connected to the housing 1 by means of pins 11. The bearing 8 interacts through the elastic element 12 with the end support 13 of the shank of the worm 4. In the left, The unit node 6 is installed angular contact tapered roller bearing 14, interacting with an inner ring with an elastic element 15 and a nut 16. The gearbox is closed by a cover 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.The principle of operation of the proposed gearbox is set forth on the example of a worm non-reversible gearbox, in which the axial load is twice the permissible bearing capacity of the bearing, which can be installed in the main support.

Червячный редуктор работает следующим образом:The worm gear works as follows:

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.The rotation from the motor shaft through the safety element is led to the shaft of the worm 4, which transmits rotation to the worm wheel 2, and then the rotation is transmitted to the output vertical shaft 3. The worm 4 is informed to rotate clockwise “a” when observed from the motor side. In this case, the worm wheel 2 will rotate counterclockwise "c" when viewed from above. The axial load of the Roses will be directed to the right on the main node 5 of the worm support. The first axial load is absorbed by the tapered angular contact roller bearing pos. 7, the outer non-rotating ring of which abuts against the elastic element 9, which abuts against the end support 10, which is rigidly connected to the housing by means of pins 11. The elastic element 9 is calibrated and pushed through the end support 10 with a force equal to half the total axial load, after which the end support 10 is pushed with pins 11. When half the maximum axial load is reached, the elastic element 9 will begin to compress. In this case, the worm will begin to move in the axial direction until the end support (locking ring) 13, acting on another elastic element 12, selects a gap of 0.02-0.03 mm and, with its rigid body, abuts against the inner rotating ring the second tapered angular contact roller bearing 8, which leads to the fact that the bearing 8 begins to perceive the second half of the axial load ROS. Thus, the axial load is perceived by two bearings. In the additional node 6 of the worm, a tapered angular contact roller bearing 14 is also installed to absorb the radial load, but so that it can also absorb the axial load in the direction opposite to the main axial load. The perception of reverse axial load can occur in an emergency if it is necessary to reverse the gearbox for a short time.

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.Three or more tapered angular contact roller bearings can be installed in series in such main nodes of the worm bearings in accordance with the scheme described above, depending on the value of ROS and the performance of the bearings.

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.In the main assembly of the worm, both angular contact ball bearings and thrust bearings in combination with a radial bearing can be used. However, it is economically more expedient to use said angular contact tapered roller bearings.

Claims

1. A worm gearbox comprising a housing, a cover, a worm wheel with an output shaft and supports, a worm, the support of which contains a main assembly that receives axial and radial loads, and an additional assembly that receives radial loads, characterized in that, in order to increase axial perception loads at high revolutions of the worm, the main bearing assembly contains bearings that interact, except the last, with non-rotating rings with elastic elements, which with their second ends abut against the end supports, is rigidly connected to the body, after which the second and subsequent followed by bearings arranged in series with respect to the first bearing and the rotating ring interacting with the end supports of the worm shank.

2. A worm gearbox according to claim 1, characterized in that angular contact tapered roller bearings are used as bearings of the main assembly.

3. The worm gearbox according to claim 1, characterized in that the additional gearbox assembly comprises a tapered angular contact roller bearing mounted in the opposite direction to similar bearings of the main assembly.

4. The worm gear according to claim 1, characterized in that each elastic element of the non-rotating rings is preloaded by the full axial load divided by the number of bearings absorbing the axial load.

5. The worm gearbox according to claim 1, characterized in that the second and subsequent bearings of the main assembly and the bearing of the auxiliary assembly are spring-loaded relative to the end supports of the worm shanks, so that a clearance of 0.02 is maintained between the ends of the rotating rings and the rings with elastic elements during assembly 0.03 mm.