Планетарная роликовинтовая передача с модифицированной резьбой ее деталей

 

Изобретение относится к машиностроению. В планетарных роликовинтовых передачах (ПРВП) крутящий момент от вращающегося винта преобразовывается в осевую силу на поступательно перемещающуюся гайку через резьбовые ролики. При этом усилие передается через многочисленные места контакта между сопрягаемыми витками резьбы гайки и роликов и роликов и винта. Резьба деталей ПРВП изготовлена модифицированной, профиль витков которой состоит из двух отрезков прямой с реальной рабочей высотой профиля Н₁. Такая резьба технологична в изготовлении и проста при контроле. Витки детали с такой резьбой обладают большей изгибной прочностью по сравнению с деталью, имеющей фасонный профиль витков. При взаимодействии витков с модифицированной резьбой контактная прочность и жесткость больше, чем в месте аналогичного контакта деталей традиционных ПРВП, а следовательно, выше ее нагрузочная способность. При изготовлении на деталях ПРВП модифицированной резьбы с различными значениями Н₁ можно легко получать передачи с различной (требуемой) жесткостью. 4 ил.

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

Известна планетарная роликовинтовая передача, см. Решетов Д.Н. "Детали машин", учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов, 4-е издание, Москва, Машиностроение, 1989 год, стр.314, состоящая из винта, цельной гайки и установленных между ними резьбовых роликов. Ролики своими торцовыми шейками установлены в сепараторах. Кроме того, для синхронности в работе и, чтобы исключить самопроизвольное вывинчивание роликов, они дополнительно связаны по торцам с гайкой зубчатыми зацеплениями. Витки роликов находятся в резьбовых зацеплениях с витками винта и гайки. Для того чтобы предотвратить кромочные контакты витков, профиль резьбы роликов выполняют выпуклым, обеспечивая тем самым начальный точечный контакт.

Основным недостатком данной планетарной роликовинтовой передачи (ПРВП) является то, что в конструкции предусмотрены сборочные зазоры между витками резьбы гайки и роликов и между витками резьбы роликов и винта. Без указанных зазоров собрать ПРВП невозможно. Однако из-за зазоров образуется осевой и радиальный люфт, который существенно снижает кинематическую точность и жесткость передачи, являющиеся важнейшими ее параметрами. Под действием рабочей нагрузки сначала выбирается люфт, затем начинается контакт микронеровностей сопрягаемых витков резьбы указанных деталей, который характеризуется низкой жесткостью. И только потом, когда контактировать начинают сопрягаемые витки, контактная жесткость повышается. То есть данная конструкция ПРВП обладает низкой жесткостью и точностью в работе. Кроме того, резьба роликов имеет выпуклый профиль, который сложен для изготовления и контроля.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемой передаче является планетарная роликовинтовая передача, см. рекламный проспект АвтоВАЗа "Роликовинтовая пара", Тольятти, типография ВАЗа, 1989 год, которая выбрана в качестве прототипа. Данная конструкция ПРВП состоит также из винта, гайки, сепараторов и резьбовых роликов, которые дополнительно связаны с гайкой зубчатыми зацеплениями. Профиль резьбы роликов, как и в предыдущей конструкции, выпуклый. Как правило, форма профиля резьбы роликов радиусная.

Гайка ПРВП состоит из сборного корпуса с зубчатыми венцами, в котором установлены две полугайки и между ними компенсаторное кольцо. Детали корпуса соединены с силовым механизмом, предназначенным для сжатия полугаек и компенсаторного кольца. После сборки ПРВП толщину компенсаторного кольца выбирают такой, чтобы после стяжки с помощью силового механизма указанного кольца и полугаек выбрались зазоры между витками резьбовых деталей и между этими витками создалось предварительное усилие. Предварительное усилие позволяет до приложения рабочей нагрузки деформировать микронеровности контактирующих витков, за счет чего повышается жесткость передачи. Таким образом, ПРВП-прототип по сравнению с предыдущей конструкцией ПРВП обладает большей жесткостью и имеет более высокую кинематическую точность.

Однако ролики в ПРВП-прототипе имеют конструктивно сложный и сложный для изготовления и контроля выпуклый профиль резьбы. При контакте витка ролика, имеющего выпуклый профиль, с витком винта или гайки, которые имеют треугольные профили резьбы, контактная жесткость ниже, чем для случая, когда ролик имел бы треугольный профиль. По сравнению с прямолинейным, треугольным профилем выпуклый профиль резьбы имеет меньшую ширину у основания витка, то есть меньшую изгибную жесткость. Так как винт и ролик имеют внешнюю резьбу, то их витки контактируют практически в точках, то есть из-за больших значений контактных напряжений снижается нагрузочная способность ПРВП. Отсюда для высокой жесткости и нагрузочной способности ПРВП в целом необходимо иметь высокую контактную и изгибную жесткость витков резьбы всех резьбовых деталей передачи, что обеспечивается, в первую очередь, геометрией профилей резьбы указанных деталей.

Задачей изобретения является снижение стоимости изготовления ПРВП за счет упрощения конструкции роликов, а также их изготовления и контроля размеров, повышение нагрузочной способности и жесткости ПРВП, а при необходимости с возможностью варьирования значениями жесткости ПРВП.

Поставленная задача достигается тем, что с каждой стороны профиль каждого витка резьбы винта, резьбовых роликов и резьбовых полугаек выполнен в виде ломаной линии, состоящей из двух отрезкой прямой, причем диаметр расположения общей точки основного отрезка, начинающегося из впадины резьбы, и следующего за ним отрезка для винта и резьбовых роликов больше соответствующего среднего диаметра резьбы указанных деталей, а для резьбовых полугаек - меньше их среднего диаметра резьбы, при этом для профиля каждой стороны каждого витка резьбы винта, резьбовых роликов и резьбовых полугаек острый угол между осью соответствующей детали и основным отрезком профиля больше острого угла между той же осью и следующим за ним отрезком.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где: - на фиг.1 показан осевой разрез основных деталей планетарной роликовинтовой передачи; - на фиг.2 показаны места "А" и "Б" на фиг.1 (увеличено); - на фиг.3 показан профиль резьбы винта и резьбового ролика; - на фиг.4 показан профиль резьбы резьбовых полугаек.

Планетарная роликовинтовая передача, см. фиг.1, состоит из винта 1 и гайки. Гайка представляет собой сборочный узел, состоящий из корпуса 2 с крышками 3, в котором закреплены резьбовые полугайки 4 с компенсатором 5 и в сепараторах 6 установлены резьбовые ролики 7.

В корпусе 2 закреплены две втулки 8 с внутренними зубчатыми венцами 9, которые зацепляются с наружными зубчатыми венцами 10, выполнены на концах каждого резьбового ролика 7, см. фиг.1.

Силовой механизм, предназначенный для сжатия резьбовых полугаек 4 и компенсатора 5 с целью выборки зазоров и создания предварительного сжимающего усилия, состоит из крепежных винтов 11 со стопорными шайбами 12, см. фиг.1.

Базовые элементы для крепления винта и соединения его с двигателем так же, как и базовые элементы для соединения корпуса гайки с исполнительным механизмом, не показаны.

Для исключения кромочного контакта между витками резьбовых полугаек и роликов и между витками резьбовых роликов и винта, см. фиг.2, резьба всех указанных деталей модифицирована. Профиль витков модифицированной резьбы выполнен в виде ломаной линии, состоящей из отрезков прямой. При этом контакт между витками сопрягаемых деталей локализован в средней по высоте витков части с реальной рабочей высотой профиля H₁.

Для винта и резьбовых роликов, см. фиг.3, ломаная линия профиля состоит из двух отрезков прямой: основного "В", начинающегося из впадины "Г" резьбы, и следующего за ним отрезка "Д". При этом общая точка "Е" этих двух отрезков расположена на окружности диаметра d_Е, который больше среднего диаметра d₂ резьбы соответствующей детали. Кроме того, чтобы профиль был выпуклым, острый угол α между осью "Ж" детали и основным отрезком "В" больше острого угла α₁ между той же осью и следующим отрезком "Д".

Для резьбовых полугаек, см. фиг. 4, ломаная линия профиля также состоит из двух отрезков прямой: основного "В", начинающегося из впадины "Г" резьбы, и следующего за ним отрезка "Д". При этом общая точка "Е" этих двух отрезков расположена на окружности диаметра D_E, который меньше среднего диаметра D₂ резьбы полугаек. Кроме того, чтобы профиль был выпуклым, острый угол α между осью "Ж" резьбовых полугаек и основным отрезком "В" больше острого угла α₁ между той же осью и следующим отрезком "Д".

При сборке ПРВП толщину компенсатора подбирают такой, чтобы после сжатия полугаек с компенсатором выбрались все зазоры между витками резьбы полугаек и резьбовых роликов и между витками последних и винтом. Далее, как правило, проводят обкатку (приработку) ПРВП для того, чтобы выровнять распределение нагрузки между витками резьбовых деталей в местах их сопряжения.

ПРВП работает следующим образом. Винт, вращаясь, приводит в движение резьбовые ролики и гайку. Все ролики, установленные в сепараторах, совершают планетарное движение. Каждый ролик вращается вокруг своей оси в отверстиях сепараторов и все резьбовые ролики вместе с сепараторами вращаются вокруг оси винта. Кроме того, все ролики с сепараторами вместе с гайкой совершают поступательное движение вдоль оси винта. Таким образом, происходит преобразование вращательного движения винта в поступательное движение гайки.

Во время работы ПРВП вращающий момент на винте преобразуется в осевую силу на гайке, а в местах взаимодействия сопрягаемых витков гайки и роликов и роликов и винта возникают на площадках контакта локальные контактные давления, интегральная сумма которых равна усилию взаимодействия сопрягаемых витков. Если сравнить две ПРВП (ПРВП-прототип и предлагаемую) с одинаковыми типоразмерами и нагрузкой, то в этих конструкциях усилия взаимодействия сопрягаемых витков деталей передач для сравниваемых вариантов будут одинаковыми. При этом во всех местах, где сопрягаются витки резьбовых деталей, усилие взаимодействия и площадь контакта определяют контактную прочность и жесткость ПРВП в целом. В предлагаемой конструкции ПРВП площадь контакта будет пропорциональна реальной рабочей высоте профиля H₁ даже без нагрузки, см. фиг. 2. В ПРВП-прототипе аналогичный размер будет существенно меньшим и будет зависеть от указанного выше усилия, так как в данном случае сопрягается выпуклый, радиусный профиль с прямолинейным. Отсюда предлагаемая конструкция обладает большей контактной жесткостью и прочностью, а следовательно, и нагрузочной способностью. Витки предлагаемой резьбы имеют у основания большую ширину, чем витки резьбы роликов в ПРВП-прототипе, а значит и большую изгибную прочность.

Профиль витков предлагаемой резьбы состоит из отрезков прямой, изготовление и контроль которых проще, чем фасонных профилей витков резьбовых роликов в ПРВП-прототипе.

Реальная рабочая высота профиля предлагаемой резьбы деталей ПРВП может быть легко изготовлена любой возможной величины, а, как отмечалось выше, этот параметр существенно влияет на контактную жесткость передачи в целом. Следовательно, можно достаточно просто изготавливать ПРВП с требуемой жесткостью.

Формула изобретения

Планетарная роликовинтовая передача с модифицированной резьбой ее деталей, содержащая винт, корпус гайки с внутренними зубчатыми венцами, в котором закреплены две резьбовые полугайки с компенсатором между ними и в двух сепараторах установлены имеющие наружные зубчатые венцы резьбовые ролики, каждый из которых находится в резьбовых зацеплениях с винтом и резьбовыми полугайками и зубчататых зацеплениях с корпусом гайки, и силовой механизм для сжатия резьбовых полугаек с компенсатором, отличающаяся тем, что с каждой стороны профиль каждого витка резьбы винта, резьбовых роликов и резьбовых полугаек выполнен в виде ломаной линии, состоящей из двух отрезков прямой, причем диаметр расположения общей точки основного отрезка, начинающегося из впадины резьбы, и следующего за ним отрезка для винта и резьбовых роликов больше соответствующего среднего диаметра резьбы указанных деталей, а для резьбовых полугаек - меньше их среднего диаметра резьбы, при этом для профиля каждой стороны каждого витка резьбы винта, резьбовых роликов и резьбовых полугаек острый угол между осью соответствующей детали и основным отрезком профиля больше острого угла между той же осью и следующим за ним отрезком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4