Планетарная роликовинтовая передача

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для преобразования вращательного движения в поступательное. Сущность: в планетарной роликовинтовой передаче автоматическое регулирование и выборка зазоров между винтом, роликами и гайкой осуществляется за счет деформирования податливого элемента гайки в радиальном направлении. Для этого в гайке выполняют кольцевую герметичную полость и заполняют ее жидким или пластичным веществом, например, гидропластом. Внутреннюю стенку упомянутой полости выполняют в виде тонкостенной цилиндрической оболочки, которая деформируется в радиальном направлении под действием давления, создаваемого в упомянутой полости. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве передачи для преобразования вращательного движения в поступательное.

Известна планетарная роликовинтовая передача, основными деталями которой являются винт, винтовые ролики и цельная гайка [1, с. 314, рис. 1] . Кроме того, ролики разделяют сепараторами, расположенными по торцам гайки, а между гайкой и роликами имеется дополнительная связь, предотвращающая ролики от вывинчивания. Эта связь осуществляется зацеплением зубьев, выполненных на роликах, с внутренними зубчатыми венцами гайки. Для обеспечения сборки на размеры основных деталей передачи даются такие допуска, что между этими деталями имеются зазоры [1, рис.1]. Данные зазоры приводят к снижению жесткости передачи и точности ее работы, особенно в рабочем осевом направлении.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является планетарная роликовинтовая пара (передача) [2] , состоящая из тех же основных деталей, что и описанный выше аналог. Однако гайка в передаче-прототипе выполнена сборной и состоит из двух полугаек, между которыми установлен компенсатор [2, рис. 2]. При этом совместная длина двух полугаек и компенсатора меньше, чем если бы гайка была целой [2, рис. 1 и 2]. Поэтому при приложении усилия преднатяга, стягивающего две полугайки, винтовые ролики перемещаются к винту. Толщина компенсатора точно регулируется за счет последовательных сборок-разборок и подшлифовки компенсатора, в результате чего зазоры между основными деталями передачи выбираются и она становится существенно более жесткой и точной, чем передача-аналог. Однако: - процесс регулировки долгий и трудоемкий; - снижена нагрузочная способность передачи в месте контакта гайки с роликами за счет уменьшения рабочей высоты профиля; - до приложения рабочей нагрузки ролики и обе полугайки нагружены осевым усилием преднатяга, совпадающим по направлению с рабочим усилием, т.е. при работе указанные усилия складываются; - при приложении рабочей нагрузки в контакт с роликами вступает только одна полугайка; - сборная гайка имеет меньшую осевую жесткость, чем цельная; - усилие преднатяга снижается во времени из-за износа контактирующих поверхностей деталей передачи и релаксации напряжений в деталях механизма, осуществляющего преднатяг.

Задачей изобретения является повышение осевой жесткости и точности работы планетарной роликовинтовой передачи, повышение нагрузочной способности, а также обеспечение автоматического регулирования во времени этих характеристик и упрощение регулировки передачи.

Поставленная задача достигается тем, что в гайке выполнена кольцевая герметичная полость, заполненная введенным в передачу жидким или пластичным веществом, а передача снабжена механизмом создания давления в последнем, при этом внутренняя стенка кольцевой герметичной полости выполнена в виде тонкостенной цилиндрической оболочки, а упомянутый механизм размещен в гайке или соединен с нею.

На фиг. 1 показан общий вид передачи; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2.

Основание 1 имеет направляющую 2 и опоры 3 и 4, в которых с возможностью поворота установлен винт 5. Со стороны одного торца винт 5 соединен с двигателем 6. На винте 5 установлена гайка 7, имеющая цапфы А, предназначенные для соединения с исполнительным механизмом, и паз Б, сопрягаемый с направляющей 2, см. фиг. 1 и 2.

Гайка 7 выполнена сборной и состоит из корпуса 8, детали 9 с внутренней резьбой, втулок 10 с внутренней зубчатой нарезкой В и крышек 11 (см. фиг. 3). Деталь 9 выполнена в виде тонкостенной оболочки вращения, а между корпусом 8 и деталью 9 образуется кольцевая герметичная полость Г, заполненная жидким или пластичным веществом, например гидропластом 12. При этом деталь 9 является внутренней стенкой полости Г.

Механизм создания давления в упомянутом веществе может быть размещен в гайке или соединен с ней. В исполнении, приведенном на фиг. 3, механизм создания давления состоит из плунжера 13, нажимного винта 14 и стопорной гайки 15, а в корпусе 8 гайки выполнено ступенчатое отверстие Д для размещения указанного механизма.

Между винтом 5 и гайкой установлены резьбовые ролики 16, отделенные друг от друга сепараторами 17 (см. фиг. 3). Ролики 16 имеют дополнительную связь в виде зубчатых зацеплений В с гайкой для предотвращения вывинчивания роликов из гайки.

При сборке передачи давление p в полости Г должно быть равным нулю, т.к. между винтом, роликами и гайкой необходимо иметь конструктивные зазоры, чтобы упростить процесс сборки.

При подготовке передачи к работе поворачивают нажимной винт 14. При этом плунжер 13, вдавливаясь в гидропласт, создает в нем давление p>0, под действием которого внутренняя стенка полости Г (деталь 9) деформируется в радиальном направлении и выбирает таким образом радиальные зазоры между основными деталями передачи. После создания необходимого давления нажимной винт 14 фиксируется стопорной гайкой 15.

Передача работает следующим образом. Цапфы А гайки 7 соединяются с исполнительным механизмом, например со столом металлорежущего станка. Во время работы станка при включении двигателя 6 винт 5 поворачивается на требуемый угол в опорах 3 и 4. При этом гайка 7, соединенная с направляющей 2 основания 1, совершает поступательное движение в осевом направлении вместе со столом станка. Перемещение стола станка соответствует углу поворота винта 5, а точность указанного перемещения зависит от наличия зазоров между деталями передачи и жесткости опор и деталей передачи.

Выборку радиальных зазоров между основными деталями передачи производят за счет деформирования гайки в радиальном направлении. Для этого гайка должна быть выполнена в виде оболочки. Под оболочкой, как известно, понимают тело, одно из измерений которого (толщина) значительно меньше двух других [3, с. 295].

Для того чтобы ролики могли перекатываться по гайке в виде оболочки, ее деформация должна быть одинаковой для любого углового положения. А это значит, что гайка должна быть выполнена в виде оболочки вращения, для которой осесимметричная нагрузка дает осесимметричную деформацию [3, с. 295, 318].

Деформация оболочки должна быть такой по величине, что бы за счет этой деформации гарантировано были выбраны все радиальные зазоры между гайкой и роликами и винтом и роликами. А это значит, что оболочка должна быть тонкостенной. Понятие "тонкостенная оболочка" дается в работе [4, с. 435], а соотношение размеров для такой оболочки в работах [5, с. 631 и 6, с. 200, 201].

Использование заявляемой планетарной роликовинтовой передачи позволяет получить следующие преимущества по сравнению с прототипом.

а). Повысить нагрузочную способность и осевую жесткость передачи за счет: - восприятия рабочей нагрузки витками всей гайкой; - отсутствия первоначальной осевой силы преднатяга; - контакта витков гайки с витками роликов по максимально возможной рабочей высоте профиля;
- отсутствия в предлагаемой конструкции стыков между компенсатором и двумя полугайками, а также податливости соединительных элементов;
- более равномерного распределения рабочей осевой нагрузки между роликами из-за радиальной податливости гайки;
- более равномерного распределения нагрузки между витками ролика; из-за особенности деформации гайки ее крайние витки первоначально менее нагружены, а со стороны винта на ролик действуют усилия, которые смещены относительно осевой плоскости, следствием чего является появление момента, пытающегося развернуть ролик относительно указанной плоскости; в предлагаемой конструкции ролик имеет большую возможность такого разворота, следствием чего является более равномерное распределение нагрузки по виткам ролика.

б). Упростить сборку и регулировку передачи, т.к. исключаются операции по подшлифовке компенсатора и соответствующая разборка-сборка гайки.

в). Гайка предлагаемой конструкции, аккумулируя энергию деформации, малочувствительна к увеличению первоначальных зазоров между основными деталями передачи из-за их износа.

г). За счет использования упругой гайки предлагаемая передача хорошо демпфирует колебания нагрузки.

Источники информации
1. Решетов Д.Н. Детали машин. Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. 4-е изд. , перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1989.

2. Роликовинтовая пара. Рекламный проспект АВТОВАЗа. Тольятти, тип. ВАЗа, 1989 - прототип.

3. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. -М.: Наука, 1964.

4. Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела. -М.: Наука, 1979.

5. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в 3-х томах. Том 1. -М.: Машиностроение, 1968.

6. Толоконников Л.А. Механика деформируемого твердого тела. -М.: Высшая школа, 1972.

Формула изобретения

Планетарная роликовинтовая передача, содержащая установленный в опорах основания с возможностью поворота винт, гайку и зацепляющиеся с ними резьбовые ролики, разделенные сепараторами и дополнительно связанные с гайкой, отличающаяся тем, что в гайке выполнена кольцевая герметичная полость, заполненная введенным в передачу жидким или пластичным веществом, а передача снабжена механизмом создания давления в последнем, при этом внутренняя стенка кольцевой герметичной полости выполнена в виде тонкостенной цилиндрической оболочки, а упомянутый механизм размещен в гайке или соединен с ней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3