электропривод на базе передачи с длинными резьбовыми роликами

Формула изобретения

Электромеханический привод, включающий электродвигатель и передачу с длинными резьбовыми роликами, состоящую из центрального винта, длинных резьбовых роликов, ходовой гайки, опорной гайки, зубчатых венцов на концах винта, роликов, зубчатого эпицикла опорной гайки, отличающийся тем, что опорная гайка, закрепленная в корпусе передачи, имеет с направляющим цилиндром резьбовое соединение по посадке с зазором, величина которого не меньше отклонения от соосности наружной поверхности ходовой гайки и внутренней поверхности направляющего цилиндра, торцовая поверхность направляющего цилиндра поджата к торцевой поверхности бурта опорной гайки при обеспечении перпендикулярности в заданных пределах этих торцовых поверхностей к осям их деталей, ходовая гайка выполнена в виде единой детали со штоком, длина которого не меньше максимальной величины перемещения ходовой гайки, зубчатый эпицикл опорной гайки, закрепленной в корпусе передачи, разделен в осевом сечении на два отдельных зубчатых эпицикла, которые предварительно закручены друг относительно друга до выборки зазоров в зубчатых зацеплениях роликов и эпициклов, а внутри штока установлена вторая опорная гайка, имеющая на своей торцевой поверхности соединение «впадина - выступ» с торцовой поверхностью третьего зубчатого эпицикла, сопряженного с зубчатыми венцами роликов и закрепленного через подшипник на конце винта.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, в частности к электромеханическим приводам на базе передач винт - гайка качения, и может быть использовано для точного преобразования вращательного движения в поступательное, например, в приводах подач станков, роботов, измерительных машин, мехатронных устройств систем наведения, в автомобильных системах, медицинской техники и т.п.

Электромеханический привод в виде механического ходового цилиндра по аналогии с гидравлическим ходовым цилиндром предназначен для создания линейных перемещений и преодоления осевых нагрузок. Известный, выпускаемый фирмой SKF электромеханический привод состоит из электродвигателя, корпуса с направляющим цилиндром, передачи винт - гайка со штоком [Каталог роликовинтовых и шариковинтовых передач, выпускаемых фирмой «La technique integrale» под торговой маркой «Transrol» - France imp. Maistrello / Chambery, 1970. - 50 с.; SKF ^® roller screws. Catalogue n° 4351/7 E. June 2002. Printed in France. 62 p.].

Компоновка электромеханического привода в виде ходового цилиндра отличается компактностью, удобством соединения привода с рабочим органом и надежной защитой передачи и привода в целом от внешних воздействий. Однако ходовые цилиндры фирмы SKF во многих случаях уже не удовлетворяют растущим требованиям к приводам в составе современных машин и оборудования (в системах наведения, мехатронных системах на борту автомобилей, медицинской технике и т.д.), в частности по габаритам, грузоподъемности, быстродействию, точности и надежности. Недостатки ходового цилиндра фирмы SKF связаны с недостатками передачи с короткими резьбовыми роликами, на базе которой их ходовой цилиндр выполнен, а именно пониженное передаточное отношение, повышенный момент инерции, пониженная грузоподъемность и долговечность, пониженная кинематическая точность и плавность работы.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является электромеханический привод на базе электродвигателя и передачи с длинными резьбовыми роликами [Авторское свидетельство СССР N 739289, кл. F16Н 1/34, 1976]. В этом приводе базовая (отработанная) конструкция передачи включает винт, длинные резьбовые ролики, опорные гайки по концам блока роликов с винтом, ходовую гайку между опорными гайкам, зубчатые венцы на концах винта и роликов, зубчатые эпициклы по концам опорных гаек. Эта конструкция обеспечивает высокие грузоподъемность, долговечность, кинематическую точность и плавность работы.

Такая конструкция хорошо компонуется в приводах столов станков, столиков микроскопов и т.п., в которых опорные гайки по концам передачи крепятся непосредственно к станине станка, а ходовая гайка крепится непосредственно к расположенному параллельно ей столу, движущемуся в своих направляющих.

Однако эта конструкция имеет повышенные габариты. При необходимости по условиям компоновки привода производить съем движения выходного звена не сбоку от привода, а с его торца, то есть при необходимости перехода к компоновке типа ходового цилиндра, только одна опорная гайка может непосредственно крепиться к станине, к корпусу, а другая опорная гайка должна быть снята с передачи или опираться на корпус опосредствованно. В этой важной, достаточно часто встречающейся задаче необходимо решить проблему сохранения преимуществ передач с длинными резьбовыми роликами.

В общем случае в роликовинтовых передачах из-за отклонений от соосности винта, роликов и гаек возникает неравномерность распределения нагрузок по точкам контактов сопряженных резьб. Неравномерность выражается в том, что одни точки контакта передают меньшие, а другие большие нагрузки; одни ролики нагружены больше, а другие меньше. В пределе в некоторых точках контакт нарушается, появляется зазор и они не передают нагрузки. Чем равномернее распределяется нагрузка в резьбовых сопряжениях и между роликами, тем выше грузоподъемность, долговечность и жесткость передачи. С увеличением числа точек контактов усредняется (уменьшается) кинематическая погрешность и улучшается плавность работы (плавность работы улучшается с уменьшением высокочастотных составляющих кинематической погрешности передачи).

Как показали исследования передач с длинными резьбовыми роликами, можно выделить две причины отклонения от соосности резьбовых деталей передач:

Во-первых, при навинчивании опорной и ходовой гаек на блок винта с роликами внутренние резьбовые поверхности этих гаек становятся соосными. Однако вследствие неизбежных погрешностей размеров деталей наружные цилиндрические поверхности опорной и ходовой гаек становятся несоосными. Если на опорной гайке закрепить без регулировочного, компенсирующего звена направляющее устройство, то в общем случае внутренняя поверхность направляющего устройства будет несоосна наружной поверхности ходовой гайки. Вследствие такой несоосности распределение нагрузки по роликам будет неравномерным.

Во-вторых, если длина блока винта с роликами существенно превышает суммарную длину опорной и ходовой гаек, а ходовая гайка выполнена в виде гайки-штока при опорной гайке, закрепленной к корпусу передачи у входного конца винта, то при сближении ходовой и опорной гаек концы роликов, не опирающиеся на опорную гайку, могут смещаться в радиальном направлении от винта и тем самым ухудшать распределение нагрузки в резьбовых сопряжениях винта с роликами.

Задачей, решаемой изобретением, является снижение габаритов, веса и повышение защиты привода от внешних воздействий при обеспечении высокой грузоподъемности, долговечности, жесткости, точности и плавности работы передачи.

Поставленная задача решается с помощью электромеханического привода, включающего электродвигатель и передачу с длинными резьбовыми роликами, состоящую из центрального винта, длинных резьбовых роликов, ходовой гайки, опорной гайки, зубчатых венцов на концах винта, роликов, зубчатого эпицикла опорной гайки, отличающийся тем, что, опорная гайка, закрепленная в корпусе передачи, имеет с направляющим цилиндром резьбовое соединение по посадке с зазором, величина которого не меньше отклонения от соосности наружной поверхности ходовой гайки и внутренней поверхности направляющего цилиндра, торцовая поверхность направляющего цилиндра поджата к торцевой поверхности бурта опорной гайки при обеспечении перпендикулярности в заданных пределах этих торцовых поверхностей к осям их деталей, ходовая гайка выполнены в виде единой детали со штоком, длина которого не меньше максимальной величины перемещения ходовой гайки, зубчатый эпицикл опорной гайки, закрепленной в корпусе передачи, разделен в осевом сечении на два отдельных зубчатых эпицикла, которые предварительно закручены друг относительно друга до выборки зазоров в зубчатых зацеплениях роликов и эпициклов, а внутри штока установлена вторая опорная гайка, имеющая ходовую посадку своей наружной цилиндрической поверхности с внутренней цилиндрической поверхностью штока и имеющая на своей торцевой поверхности соединение «впадина - выступ» с торцовой поверхностью третьего зубчатого эпицикла, сопряженного с зубчатыми венцами роликов и закрепленного через подшипник на конце винта.

На чертеже представлен электромеханический привод, включающий передачу с длинными резьбовыми роликами, состоящую из винта 1, длинных резьбовых роликов 2, ходовой гайки-штока 3, опорной гайки 4, закрепленной в корпусе передачи, зубчатых венцов винта 5, роликов 6, эпициклов 7 опорной гайки 4, направляющего цилиндра 8, второй опорной гайки 9, соединения "впадина - выступ" 10, эпицикла 11 второй опорной гайки, подшипника12 и электродвигателя 13. Резьбовое соединение направляющего устройства с опорной гайкой выполнено по посадке с зазором, величина которого не меньше отклонения от соосности наружной поверхности ходовой гайки и внутренней поверхности направляющего устройства, а торцевая поверхность направляющего устройства поджата к торцевой поверхности бурта опорной гайки при перпендикулярности в заданных пределах этих торцевых поверхностей к осям их деталей. При отклонении от соосности наружных поверхностей опорной и ходовой гаек радиальный зазор в резьбовом сопряжении компенсирует это отклонение от соосности, а параллельность торцевых поверхностей направляющего устройства и бурта обеспечивают соосность ходовой и опорной гаек. Этим обеспечивается равномерность распределения нагрузки по роликам, а следовательно, высокие грузоподъемность, долговечность, жесткость, кинематическая точность и плавность работы передачи.

Зубчатый эпицикл 7 опорной гайки 4, закрепленной в корпусе передачи, разделен в осевом сечении на два отдельных зубчатых эпицикла, которые предварительно закручены друг относительно друга до выборки зазоров в зубчатых зацеплениях роликов и эпициклов.

При выполнении ходовой гайки в виде гайки-штока и при закреплении опорной гайки к стойке у входного конца винта, у выходного конца винта установлена вторая опорная гайка 9, имеющая ходовую посадку своей наружной цилиндрической поверхности с внутренней цилиндрической поверхностью штока и имеющая на своей торцевой поверхности соединение «впадина - выступ» 10 с торцевой поверхностью зубчатого эпицикла 11, сопряженного с зубчатыми венцами роликов 6 и закрепленного через подшипник 12 на выходном конце винта. При этом уменьшается отклонение от параллельности осей винта, роликов, ходовой и опорных гаек, что обеспечивает равномерность распределения нагрузок по точкам контактов в резьбовых сопряжениях винта, роликов, ходовой и опорной гаек, а следовательно, обеспечивает высокую грузоподъемность, долговечность, жесткость, кинематическую точность и плавность работы передачи.

При вращении электродвигателя 13 вращается винт 1 и длинные резьбовые ролики 2 совершают планетарное движение. При этом опорная гайка 4 остается неподвижной и передает осевую нагрузку от блока роликов на корпус передачи, а ходовая гайка-шток 3, закрепленная от вращения, перемещается вдоль направляющего цилиндра 8 в осевом направлении и передает усилие на рабочий орган.