ЧЕРВЯЧНЫЙ МОТОР-РЕДУКТОР Российский патент 2010 года по МПК F16H1/16 

Изобретение предназначено для понижения скорости вращения асинхронных электродвигателей в десятки раз с приведением ее до оптимальной частоты перемешивания жидкостей и сыпучих материалов в микробиологической, пищевой, фармацевтической и химической промышленности. Оно может быть использовано преимущественно для вращения мешалок при охлаждении, хранении, пастеризации молока в резервуарах-охладителях и пастеризаторах, что обеспечивает гомогенизацию всего объема, препятствует расслоению, выделению жира на стенках и способствует теплосъему (холодосъему) со стороны контактирующих поверхностей.

Известны червячные мотор-редукторы, предназначенные, в частности, для вращения мешалок резервуаров-охладителей молока [1, 2, 3, 4]. Они содержат асинхронный электродвигатель мощностью 120…250 Вт с фланцевым креплением, связанный через муфту с червяком, закрепленным в корпусе на двух шарикоподшипниках, а также червячное колесо, связанное шпонкой с выходным валом, расположенное между двух шарикоподшипников, также закрепленных в корпусе. Ось червяка и выходного вала располагаются под 90° друг относительно друга. Передаточное отношение червячной пары выбирается обычно i=40, а частота вращения асинхронного двигателя (при u=380 В, f=50 Гц) выбирается n₁=950 об/мин либо n₁=1380 об/мин. Соответственно мешалка, устанавливаемая на выходной вал, вращается с оптимальной скоростью n₂=25 об/мин либо n₂=35 об/мин. Недостатком таких мотор-редукторов является трудоемкость и технологическая сложность изготовления, определяющая высокую цену. Корпус редуктора обычно выполняется литьем под давлением, расточка корпуса под два подшипника червяка и два подшипника червячного колеса выполняются с допуском δ=0,01÷0,02 мм на координаторно-расточных станках для минимизации люфта (зазора между червяком и червячным колесом) и повышения ресурса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является чешский мотор-редуктор MRT-30 с асинхронным электродвигателем АИР56А4, мощностью N=0,12 кВт, с частотой вращения выходного вала n₂=35 об/мин, редукцией i=40, представленный на веб-сайте Московского насосного завода №1: www.mnzl.ru.

Этот червячный мотор-редуктор с полым входным валом (муфтой) червяка содержит асинхронный фланцевый электродвигатель, закрепленный на ответном фланце корпуса редуктора. Червяк установлен на двух шарикоподшипниках, помещенных в расточку корпуса. Бронзовое червячное колесо с выходным полым валом расположено также между двух шарикоподшипников, закрепленных в соответствующих расточках корпуса под прямым углом относительно входной оси червяка. Для удержания жидкой смазки оси выходного вала и полого входного вала уплотняются соответствующими сальниковыми эластичными манжетами. Корпус изготовлен методом точного литья под давлением. Минимальный люфт червячной пары δ=0,1 мм обеспечивается расточкой посадочных диаметров четырех шарикоподшипников и фланца корпуса на координаторно-расточных станках с минимальным допуском Δ=0,01…0,02 мм, что обеспечивает большой ресурс. При всех преимуществах основным недостатком прототипа является сложность конструкции, высокая трудоемкость изготовления и соответствующая цена. В конструкции используется шесть шарикоподшипников: два - на роторе электродвигателя, два - соосно - на червяке и два - на полом выходном валу. При монтаже мотор-редуктора (прототипа) в молочные холодильные установки выходной вал с мешалкой со скоростью 35 об/мин располагается вертикально, а ось электродвигателя - горизонтально. Поэтому на опорном фланце мотор-редуктора электродвигатель установлен консольно, что ослабляет конструкцию при транспортной тряске и требует дополнительных опор.

Целью изобретения является упрощение конструкции, удешевление технологии и снижение цены для реализации привода вращения мешалки молочных холодильных установок. С этой целью в червячный мотор-редуктор, содержащий асинхронный электродвигатель, связанный через муфту с червяком, червячное колесо с валом, установленным под прямым углом к оси червяка в двух шарикоподшипниках, согласно изобретению введены цилиндрический стакан с фланцем, плита и опорная стойка с бронзовой втулкой, причем фланец стакана, асинхронный электродвигатель и опорная стойка закреплены на плите, шарикоподшипники с валом - внутри стакана, червячное колесо - на валу над стаканом, а червяк своими полуосями установлен в бронзовую втулку и муфту, закрепленную на полуось червяка и вал электродвигателя, при этом муфта выполнена из резинометаллокортового рукава. Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показан сборочный чертеж, а на фиг.2 - чертеж общего вида. Червячный мотор-редуктор (фиг.1, 2) содержит асинхронный трехфазный электродвигатель 1 с креплением «лапы», связанный через муфту 2 с червяком 3, червячное колесо 4 с валом 5, установленным под прямым углом к оси червяка 3 в двух шарикоподшипниках 6 и 7. Шарикоподшипники 6 и 7 размещены внутри цилиндрического стакана 8, закрепленного четырьмя болтами 9 на плите 10. К плите приварена опорная стойка 11 с бронзовой втулкой 12. Также к плите 10 привернуты четырьмя болтами 13 «лапы» 14 асинхронногто электродвигателя 1. Червячное колесо 4 закреплено на выходном валу 5 болтом 15 над стаканом 8. Червяк 3 своими полуосями установлен в бронзовую втулку 12 и муфту 2, закрепленную на полуоси червяка 3 штифтом 16 и на валу электродвигателя штифтом 17. Муфта 2 выполнена из резинометаллокортового рукава высокого давления с металлической оплеткой ГОСТ6286-73 с наружным диаметром ⌀_Н=22 мм, внутренним диаметром ⌀_В=10 мм и двойной армирующей внутренней стальной оплеткой. Диаметр вала электродвигателя 1 АИР 56А4 и полуосей червяка 3 составляет ⌀11 мм, что обеспечивает натяг δ=1 мм при установке муфты 12 благодаря податливости резины. Внутренний диаметр бронзовой втулки 12, запрессованной в стойку 11, составляет 11,2 мм. Это обеспечивает свободное вращение червяка 3 с зазором δ=0,2 мм. Шарикоподшипники 6 и 7 удерживаются в стакане 8 стопорным кольцом 18. Отверстия в лапах 14 асинхронного электродвигателя 1 на Δ=1,5 мм больше диаметров болтов 13, благодаря чему имеется возможность плоскопараллельного смещения асинхронного электродвигателя 1 относительно плиты 10 в пределах Δ. При регулировке червячного мотор-редуктора ослабляются болты 13 крепления лап 14, и перемещением электродвигателя 1 с муфтой 2 и полуосью червяка 3 в пределах Δ=1,5 мм выбирается зазор в зацеплении между червяком 3 и червячным колесом 4 до 0,1 мм. Червяк 3 и червячное колесо 4 изготовлены из стали 40Х с закалкой до твердости HRC=48 единиц, что обеспечивает большой ресурс. Параметры червячной пары: модуль m=1,75 мм, наружный диаметр червяка ⌀₄=22 мм, наружный диаметр червячного колеса ⌀_К=70 мм, передаточное отношение i=40. При монтаже на резервуар молочной холодильной установки ось электродвигателя, червяка и плита 10 располагаются в горизонтальной плоскости, плита закрепляется сверху на внутренней полости резервуара, проем под мотор-редуктор в наружной облицовке закрыт герметичным пылевлагозащищенным кожухом (колпаком). Снизу изнутри резервуара на вал 5, проходящий через отверстие в резервуаре, устанавливается труба с лопастями мешалки (на фиг.1, 2 не показаны). Консистентная смазка наносится на червяк 3, червячное колесо 4 и в зазор бронзовой втулки 12.

Работает червячный мотор-редуктор следующим образом. При подаче трехфазного напряжения 380 В × 50 Гц начинает вращаться вал электродвигателя 1 со скоростью 1410 об/мин, приводящий во вращение через гибкую резинометаллокортовую муфту 2 червяк 3. Червячное колесо 4, находящееся в зацеплении с червяком 3, через вал 5 приводит во вращение мешалку с оптимальной скоростью 35,5 об/мин. Несоосности червяка 3 и вала электродвигателя 1 при вращении компенсируются податливостью материала муфты 2, натяг которой δ=1 мм в сочетании со штифтами 16, 17 и прочностью металлокорта с запасом обеспечивает передачу крутящего момента. Податливость муфты 2 с учетом выборки зазора в червячном зацеплении при регулировке и затяжке крепежных болтов 13 электродвигателя 1 играет роль фактически люфтовыбирающей пружины, которая исключает заклинивание, уменьшает зазор и износ червячной пары, а также компенсирует зазор в бронзовой втулке 12. Высокая твердость червяка 3 и червячного колеса 4, а также достаточно большой модуль m=1,75 мм уменьшают контактное давление в червячном зацеплении и практически исключают износ. Выходной вал 5 надежно закреплен в шарикоподшипниках 6, 7 №205, установленных в стакане 8, что с большим запасом выдерживает осевые и радиальные усилия мешалки при вращении в молоке. Стакан 8 простой конструкции получен обработкой на универсальном токарном станке и не требует особой технологии. Асинхронный элкектродвигатель 1 закреплен на плите 1 лапами 14, что исключает консоль (в отличие от прототипа) и повышает надежность при транспортной тряске.

Техническое обслуживание мотор-редуктора производится при снятом кожухе (колпаке) и заключается в нанесении консистентной смазки на червяк 3, червячное колесо 4 и бронзовую втулку 12 один раз в шесть месяцев.

Таким образом, предлагаемое изобретение фактически реализует бескорпусный редуктор, что позволяет вдвое уменьшить число шарикоподшипников в червячном редукторе, исключить самую сложную деталь - корпус с прецизионной расточкой, снизить трудоемкость изготовления и сборки, а также себестоимость изготовления в два раза.

Червячный мотор-редуктор, выполненный по описанной конструкции, внедрен в серийное производство молочных холодильных установок на предприятии ООО «НЛП «Автомаш» (г.Ковров) с января 2008 г.

Ресурсные испытания в режиме круглосуточного вращения при полной нагрузке в течение 12 месяцев показали практическое отсутствие износа и высокую надежность работы.

Библиографические данные

1. Мотор-редуктор MRT30, Московского насосного завода №1 с электродвигателем АИР 56 А4 с частотой вращения выходного вала n₂=35 об/мин, мощностью N=0,12 кВт, редукцией i=40. Веб-сайт: www.mnzl.ru

2. Мотор-редуктор 2МЧ-40, ООО «Техпривод» с асинхронным электродвигателем АИР 56 В4 с частотой вращения выходного вала n₂=35,5 об/мин, мощностью N=0,18 кВт, i=40. Веб-сайт: www.tehprivod.ru

3. Установка непосредственного охлаждения молока УНОМ-2000: 0,25 кВт, 36 об/мин ЗАО ПК «Ярославич». Веб-сайт: www.yartp.ru

4. Патент RU №2265322 от 16.10.2004 г. Молочная холодильная установка.

Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано в пищевой промышленности, агропромышленном комплексе и в сельском хозяйстве, молочных фермах для вращения мешалок и пастеризационных установок от червячного редуктора. Червячный мотор-редуктор содержит асинхронный двигатель (1), муфту (2) с червяком (3), червячное колесо (4) с валом (5). Асинхронный двигатель (1), опорная стойка (11), фланец цилиндрического стакана (8) закреплены на плите (10). Шарикоподшипники (6, 7), вал (5) закреплены внутри цилиндрического стакана (5). Червяк (3) своими полуосями установлен в бронзовую втулку (12) и муфту (2), заштифтованную на полуось червяка и вал электродвигателя. Муфта (2) выполнена из резинометаллокортового рукава. Такое выполнение редуктора не требует изготовления сложных корпусных деталей, координатно-расточных работ, дополнительных подшипников, упрощается сборка и регулировка червячной пары с асинхронным приводным электродвигателем. 2 ил.

Червячный мотор-редуктор, содержащий асинхронный электродвигатель, связанный через муфту с червяком, червячное колесо с валом, установленным под прямым углом к оси червяка в двух шарикоподшипниках, отличающийся тем, что в него введены цилиндрический стакан с фланцем, плита и опорная стойка с бронзовой втулкой, причем фланец стакана, асинхронный электродвигатель и опорная стойка закреплены на плите, шарикоподшипники с валом - внутри стакана, червячное колесо - на валу над стаканом, а червяк своими полуосями установлен в бронзовую втулку и муфту, заштифтованную на полуось червяка и вал электродвигателя, при этом муфта выполнена из резинометаллокортового рукава.