UA55553C2 - Високошвидкісний редуктор зі змащенням мастилом, насамперед для закритих тягових приводів рейкових транспортних засобів, та покажчик рівня мастила - Google Patents

Abstract

Високошвидкісний редуктор зі змащенням мастилом, у якому зливні мастилопроводи (8), призначені для відводу мастила з лабіринтових камер безконтактних лабіринтових ущільнень (6) валів, проходять до мастильного піддона (5) корпуса (3) редуктора. Відповідно до винаходу, вказані зливні мастилопроводи (8) закінчуються на ділянках (10), на яких у робочому режимі і незалежно від напряму обертання зубчастих коліс редуктора автоматично створюється розрідження.

Description

Даний винахід стосується високошвидкісного редуктора зі змащенням мастилом, насамперед для закритих тягових приводів рейкових транспортних засобів, при цьому у такому редукторі зливні мастилопроводи, призначені для відводу мастила з лабіринтових камер безконтактних лабіринтових ущільнень валів, проходять до мастильного піддона корпуса редуктора.

У сучасних високошвидкісних тягових приводах змащення поверхонь тертя в цілому здійснюється зубчастим колесом, яке обертається, з більшим числом зубців, що при розгоні захоплює своїми зубцями мастило за типом змащення в мастильній ванні з мастильного піддона корпуса, змочує далі привідну шестерню і в міру збільшення частоти обертання завдяки своєму зубчастому профілю створює дисперсну мастилоповітряну суміш, що розподіляється по всьому об'ємі редуктора і за рахунок цього надходить також до підшипників, у яких в корпусі редуктора встановлені привідні вали.

При цьому в приводах з великими зубчастими колесами, які обертаються з високою швидкістю, особлива проблема пов'язана з забезпеченням надійного, зносостійкого і практично мастило- і газонепроникного ущільнення валів безконтактними ущільненнями, які встановлюються поруч з цими підшипниками, що запобігають витікання мастила назовні. Звичайно з цією метою застосовують лабіринтові ущільнення, принцип дії яких заснований на дроселюванні тиску в щілині між рухомою та нерухомою деталями. У таких редукторах забезпечується циркуляція мастила по замкнутому контуру завдяки тому, що конденсат мастильного туману, що утворюється в лабіринтових камерах таких ущільнень, відводиться з них по відповідній сифонній системі та безперервно повертається по зворотних мастилопроводах у закритий корпус редуктора, за рахунок чого повинно виключатися просочування назовні якої-небудь істотної кількості мастила через зовнішні грязевідвідні камери лабіринтових ущільнень. З цією метою зворотні мастилопроводи виконують у вигляді мастиловідвідних каналів, які мають визначений ухил, вихідні отвори яких розташовуються вище рівня мастила в мастильному піддоні.

При цьому в особливо високошвидкісних редукторах виникає специфічний ефект, який проявляється в тому, що мастилоповітряна суміш, яка захоплюється зубчастим колесом в корпусі редуктора у вигляді так званого захоплюваного потоку, швидкість якого практично дорівнює кутовій швидкості обертання цього зубчастого колеса, значно нагрівається під дією внутрішнього тертя та розширюється, підвищуючи внаслідок цього навантаження на лабіринтові ущільнення. З цієї причини для уникнення витікання мастила назовні, крім іншого, потрібно винятково надійне функціонування системи відводу мастила з камер лабіринтових ущільнень.

Крім того, для зменшення до прийнятного рівня кількості тепла, що виділяється за рахунок внутрішнього тертя в мастильному тумані, необхідно прагнути до того, щоб підтримувати кількість мастила в корпусі редуктора, а тим самим і в'язкість мастилоповітряної суміші на мінімально можливому рівні і, по можливості, не створювати в корпусі редуктора умов, які негативно впливають на характер руху потоку. З іншого боку, ні в якому разі не можна допускати роботу редуктора без змащення, що могло б призвести до його заїдання, і тому не можна допускати падіння рівня мастила в редукторі нижче необхідної для його надійної роботи величини. З вищевказаних причин коливання рівня мастила в редукторі допустимо лише в дуже вузьких межах, і тому необхідний надійний контроль за рівнем мастила.

Виходячи з вищевикладеного, в основу даного винаходу було поставлено задачу розробити таку удосконалену систему відводу мастила з щілин лабіринтових ущільнень насамперед для тягових приводів рейкових транспортних засобів, а також для використовуваних в інших галузях високошвидкісних редукторів, що практично цілком дозволяла б запобігти витоку мастила, а також розробити такий покажчик рівня мастила, який би забезпечував максимально ефективну, тобто чутливу і не залежну від положення корпуса редуктора індикацію рівня мастила і разом с тим не виявляв би істотного негативного впливу на характер руху потоку в корпусі редуктора.

Вказана задача вирішується, відповідно до винаходу, за допомогою відрізняючих ознак пп.1 та 8 формули винаходу відповідно. Переважні варіанти виконання винаходу представлені у відповідних залежних пунктах формули.

Даний винахід заснований на використанні описуваного рівнянням Бернуллі ефекту, коли при роботі редуктора у вихідних отворах зворотних мастилопроводів створюється розрідження, що ефективно сприяє відведенню мастила з лабіринтових камер безконтактних ущільнень валів. Обумовлено це тим, що, відповідно до рівняння Бернуллі, статичний тиск у потоці рідини, що рухається з високою швидкістю, менший, ніж у нерухомій, відповідно, яка рухається більш повільно, рідині а саме, тим менше, чим більше різниця швидкостей потоку. Таким чином, якщо в корпусі редуктора штучно звузити ту ділянку, по якій рухається потік, що захоплюється зубчастим колесом, то швидкість такого захоплюваного зубчастим колесом потоку на цій ділянці збільшиться, а статичний тиск у цьому місці, навпаки, знизиться в порівнянні з усією іншою системою.

Якщо розташувати вихідні отвори зворотних мастилопроводів саме в цій зоні, то при роботі редуктора в мастиловідвідній лінії виникає підсмоктування, що сприяє більш інтенсивному всмоктуванню мастильного конденсату з ущільнювальної системи. З фізичної точки зору така система працює за типом сопла Вентурі, хоча вона і призначена для іншої мети. Звуження доцільно передбачити на тій ділянці корпуса редуктора, де потік, що захоплюється зубчастим колесом, має найбільшу швидкість, а саме, поблизу периферії зубчастого колеса. Для максимально ефективного використання наявного в зворотних мастилопроводах перепаду таке звуження найбільш доцільно розташовувати безпосередньо над мастильним піддоном. Якщо звуження в цій зоні утворені за рахунок потовщення матеріалу стінок корпуса редуктора, то в цих потовщеннях краще одночасно розмістити отвори зворотних мастилопроводів, по яких відводиться мастило від підшипника зубчастого колеса з більшим числом зубців. Ці потовщення матеріалу краще формувати таким чином, щоб у захоплюваному зубчастим колесом потоці в результаті зміни його перерізу по можливості не виникало завихрень в обох напрямках обертання колеса. Крім того, у розташованому безпосередньо поруч ще одному отворі можна установити поплавець, який видно зовні через оглядове скло і за положенням якого можна візуально контролювати рівень мастила. Розташування поплавця ще в стовщеній зоні стінки корпуса виключає негативний вплив на характер руху потоку мастилоповітряної суміші як на ділянці звуження, так і на інших чутливих до зміни гідродинамічних умов ділянках, при цьому, крім іншого, відпадає необхідність у використанні звичайно застосовуваних дорогих трубчастих напрямних для поплавця. Крім того, вплив похилого положення корпуса редуктора, обумовленого, наприклад, ухилом ділянки шляху, на точність вимірювання візуально контрольованого рівня мастила можна виключити, якщо, відповідно до переважного варіанта здійснення винаходу, вказана ділянка, на якій розташований отвір під поплавець, співпадає з центром ваги поверхні допустимого рівня мастила в мастильній ванні. Наявність достатньої кількості мастила для поплавця при непрацюючому редукторі не в останню чергу забезпечується за рахунок розташування на цій же ділянці вихідних отворів зворотних мастилопроводів.

Мастиловідвідні канали, призначені для відводу мастила від підшипника привідної шестерні, також можуть закінчуватися на штучно звуженій ділянці, що дозволяє використовувати описаний вище всмоктувальний ефект і для більш інтенсивного відводу мастила від підшипника привідної шестерні.

Запропонований у винаході редуктор відрізняється винятково малими витратами на його виготовлення, для якого не потрібні великі виробничі площі, і характеризується високою технологічністю. Сам пристрій не вимагає обслуговування і підведення енергії ззовні. Крім використовуваного за певних умов поплавця, для розташування площини візуального контролю за рівнем мастила вище цього рівня не потрібно ніяких механічно рухомих деталей. Інші переважні варіанти здійснення винаходу представлені в залежних пунктах формули.

Нижче винахід більш детально розглянуто на прикладі одного з варіантів його виконання з посиланням на креслення, які додаються, на яких показано: - на фіг.1 - корпус редуктора тягового привода рейкових транспортних засобів у перерізі площиною А-А за фіг.3, що збігається з площиною, у якій лежить вісь зубчастого колеса з більшим числом зубців; - на фіг2 - переріз площиною В-В за фіг.3, паралельної площини перерізу А-А і співпадаючою з площиною, у якій лежить центр ваги поверхні рівня мастила; і - на фіг.3 - вигляд збоку корпуса редуктора, якщо дивитися в напряму обі.

На фіг.1 та 2 позицією 1 позначене зубчасте колесо з більшим числом зубців тягового привода рейкових транспортних засобів, що обертається не показаною на кресленнях шестернею. Це зубчасте колесо 1 являє собою збірне колесо, зубчастий вінець якого пригвинчений до маточини 2, що у гарячому стані насаджена на не показану на кресленнях вісь тягової рухливої одиниці. Позицією З позначений корпус редуктора, у якому зубчасте колесо і привідна шестерня встановлені в роликопідшипниках 4 з циліндричними роликами. Внизу корпус 3 закінчується мастильним піддоном 5, що приблизно до середини зубців зубчастого колеса 1 заповнений трансмісійним мастилом. Ущільнення між коробкою З передач і маточиною 2 забезпечують лабіринтові ущільнення 6. Ці безконтактні ущільнення з щілиною (лабіринтом) між рухомою та нерухомою деталями, тобто між валом та корпусом, допускають обертання однієї деталі з високою частотою відносно іншої деталі й в принципі не піддаються зносу. Однак цілком уникнути витікання мастила через лабіринтове ущільнення 6 неможливо через високий тиск мастильного туману, що встановлюється при високошвидкісному режимі роботи, і тому для практично повного повернення мастила, що просочується, у мастильний піддон 5 передбачена сифонна система 7 та зливні мастилопроводи 8, завдяки чому забезпечується циркуляція мастила, яке просочилося, по замкнутому контурі. При цьому мастило, лише сама мінімальна кількість якого не потрапляє в таку циркуляційну систему, видаляється разом з налиплими зовні частинками бруду через зовнішні грязевідвідні камери 9.

Корпус З редуктори має оптимальний гідродинамічний контур, що показаний на фіг.1 і 2 уривчастою лінією. Завдяки такому контуру захоплення потоку, що складається з мастилоповітряної суміші, зубчастим колесом відбувається з низьким тертям і практично без завихрень, що виключає надмірне нагрівання такого мастильного туману. Разом з тим у найнижчих зубців та основ зубців зубчастого колеса бічним стінкам корпуса З наданий такий контур, щоб одержати звужені ділянки 10. Для цієї мети стінка корпуса виконана з безперервним із внутрішньої сторони потовщенням таким чином, щоб у зоні максимального потовщення матеріалу, тобто на вершині потовщення, внутрішні стінки корпуса З проходили вертикально вниз до мастильного піддона 5, за рахунок чого в нижній зоні зубчастого вінця й основ зубців зубчастого колеса 1 і утворюються необхідні звуження. Зливний мастилопровід 8 для відведення мастила від опор зубчастого колеса 1 утворений поперечним отвором да, що відходить перпендикулярно до сифонної системи 7, і прилеглого до нього вертикального отвору 80, що виконано в стовщенні стінок корпуса. Вертикальний отвір 865 закінчується на рівні нижніх зубців зубчастого колеса 1 в зоні максимального потовщення матеріалу, тобто точно на тій ділянці 10, на якій при роботі редуктора незалежно від напряму обертання створюється найбільше відносне розрідження в порівнянні з тиском у всій системі всередині закритого корпуса 3. В результаті такого розрідження створюється підсмоктування, що сприяє більш інтенсивному всмоктуванню мастила, яке просочилося, і за рахунок цього його відведення з лабіринтових камер лабіринтових ущільнень 6, відповідно із сифонних систем 7. Завдяки такому відсмоктувальному ефекту практично цілком виключається витікання трансмісійного мастила назовні, що дозволяє знизити забруднення навколишнього середовища і протягом тривалого часу підтримувати на постійному рівні кількість мастила в корпусі З редуктора.

Останній фактор має найважливіше значення для забезпечення тривалого терміну служби редуктора в зв'язку з тим, що, з одного боку, високошвидкісні редуктори слід експлуатувати з мінімально допустимою кількістю мастила, щоб підтримувати в'язкість утворюваної мастилоповітряної суміші, а тим самим ії здатність нагріватися на мінімально можливому рівні, а з іншого боку, нестача мастила може призвести до поломки цього редуктора. Тому у високошвидкісних приводах для забезпечення їхньої надійної роботи необхідний точний контроль за рівнем у них мастила, при цьому, однак, такий контроль не повинний негативно позначатися на характері руху потоку.

На фіг.2 і 3 показаний один із прикладів реалізації такого контролю. Відповідно до цього прикладу, безпосередньо перед або за вершиною потовщення матеріалу в стінці корпуса З передбачений вертикальний поплавковий отвір 11, що знизу сполучається з мастильним піддоном 5, а зверху перетинається з горизонтальною виїмкою 12, що зовні герметично закрита оглядовим склом 13. Наявність поплавця 14 дозволяє підняти площину візуального контролю за рівнем мастила, який можна контролювати за положенням верхньої частини цього поплавця, над площиною рознімання корпуса З і мастильного піддону 5, що приблизно збігається з рівнем мастила, без необхідності використання додаткових деталей, що призвели б до подорожчання подібного покажчика рівня мастила або створювали б інші перешкоди в гідродинамічне чутливій зоні у внутрішній порожнині редуктора.

Перевага описаного вище рішення полягає також у тому, що, як показано на фіг.3, центр ваги поверхні рівня мастила точно співпадає з місцем розташування покажчика рівня мастила, завдяки чому точний візуальний контроль за рівнем мастила забезпечується абсолютно незалежно від можливого нахилу корпуса 3.

Крім того, на фіг.3 наочно показано, що зливні мастилопроводи 15, які проходять від підшипника 16 шестерні і які виконані у виді сформованих у стінках корпуса мастиловідвідних каналів, також закінчуються на ділянці 10 звуження потоку під підшипником 17 зубчастого колеса, завдяки чому відсмоктування мастила від підшипника 16 шестерні також відбувається відповідно до рівняння Бернуллі. 2 тт і

БВ с

Ко Х ПОЖКІ ще й С й м КІ Х уз / СА А а 10 Сто гттл й 1.14 1 1 5

Фіг.1 зтнтнттррінттрннннттврв

Ї

2 Ї

Несе зе Й сей их я

КН Рая ке

Вера й ех аа С--НА тео: в ! ва- РУКА пКСИВА о «НН ВО вв ЛЯ а МІ "МІВ ! 105 М Ваг! 9 5-ящо о» цо ! щи дя . аттттуоттття

Фіг.2 3 пл - о 16 ев де-то і й ші «в дух Й Оу ТІЙ Ка (с) | УВУ дв «М, с 2 а ско Кв и я М-А-А- - ; 5 иа А. 25 5;- 5 Щ» 5 2 . і КК ШНШ--ННН

Ії 5 д| 14 13 ,

Фіг.З

Claims (8)

1. Високошвидкісний редуктор зі змащенням мастилом, насамперед для закритих тягових приводів рейкових транспортних засобів, у якому зливні мастилопроводи (8, 15), призначені для відводу мастила з лабіринтових камер безконтактних лабіринтових ущільнень валів, проходять до мастильного піддона (5) корпуса редуктора, який відрізняється тим, що вказані зливні мастилопроводи (8, 15) закінчуються на ділянках (10), на яких у робочому режимі 1 незалежно від напряму обертання зубчастих коліс редуктора автоматично створюється відносне розрідження, при цьому зазначені ділянки (10) розрідження утворені осьовими звуженнями між зоною зубців зубчастого колеса (1) з більшим числом зубців і суміжними стінками корпуса (3) редуктора.

2. Високошвидкісний редуктор за п. 1, який відрізняється тим, що вказані звуження утворені потовщеннями матеріалу на стінках корпуса (3) редуктора.

3. Високошвидкісний редуктор за п. 2, який відрізняється тим, що зазначені потовщення матеріалу сформовані таким чином, щоб у потоці, який захоплюється зубчастим колесом, не виникало завихрень в обох напрямках.

4. Високошвидкісний редуктор за п. І, який відрізняється тим, що лабіринтові камери лабіринтових ущільнень (б) валів сполучаються зі зливними мастилопроводами (8, 15) через сифонну систему (7).

5. Високошвидкісний редуктор за п. 2, який відрізняється тим, що зливні мастилопроводи (8), призначені для відводу мастила від підшипника зубчастого колеса з більшим числом зубців, виконані у вигляді отворів (8а, 85) в потовщеннях матеріалу.

6. Високошвидкісний редуктор за п. 2, який відрізняється тим, що зливні мастилопроводи (15), призначені для відводу мастила від підшипника шестірні, утворені сформованими в стінках корпуса (3) редуктора мастиловідвідними каналами.

7. Покажчик рівня мастила для високошвидкісного редуктора зі змащенням мастилом, в якому зливні мастилопроводи (8, 15), призначені для відводу мастила з лабіринтових камер безконтактних лабіринтових ущільнень валів, проходять до мастильного піддона (5) корпуса (3) редуктора і вказані зливні мастилопроводи (8, 15) закінчуються на ділянках (10), на яких у робочому режимі і незалежно від напряму обертання зубчастих коліс редуктора автоматично створюється відносне розрідження, при цьому зазначені ділянки (10) розрідження утворені осьовими звуженнями між зоною зубців зубчастого колеса (1) з більшим числом зубців і суміжними стінками корпуса (3) редуктора, причому вказані звуження утворені потовщеннями матеріалу на стінках корпуса (3) редуктора і1 зазначені потовщення матеріалу сформовані таким чином, щоб у потоці, який захоплюється зубчастим колесом, не виникало завихрень в обох напрямках, який відрізняється тим, що біля вершини потовщення матеріалу виконаний сполучений з мастильним піддоном (5) отвір (11) під поплавець (14), який видно через оглядове скло (13).

8. Покажчик рівня мастила за п. 7, який відрізняється тим, що вказаний отвір (11) розташовано в центрі ваги поверхні допустимого рівня мастила в мастильному піддоні.