устройство для преобразования вращательного движения в поступательное

Формула изобретения

1. Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное, содержащее винт, установленные в корпусе, имеющем крышки, с возможностью поворота вокруг собственной оси резьбовые ролики, которые имеют резьбовое зацепление с винтом и с каждой стороны своими торцами упираются в крышку через ряд шаров, установленных в сепараторе, отличающееся тем, что устройство снабжено, по меньшей мере, двумя кольцами, на торцовых поверхностях каждого резьбового ролика выполнены поверхности под ключ и сферические поднутрения, центры которых расположены на оси резьбового ролика, а на его цилиндрической резьбовой поверхности - кольцевые пазы, число которых равно количеству колец, причем на внутренней торцовой поверхности каждой крышки выполнен кольцевой паз, профиль которого является дугой окружности, кольца установлены в пазах резьбовых роликов, а число шаров в каждом ряду равно количеству последних, при этом каждый шар в каждом ряду взаимодействует с одной стороны со сферическим поднутрением резьбового ролика на соответствующем торце, с противоположной стороны - с кольцевым пазом соответствующей крышки, а ширина кольцевых пазов на резьбовых роликах больше ширины колец не менее чем на 1,5...2 шага резьбы винта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено закрепленными в отверстии корпуса с разных его сторон втулками с внутренними зубчатыми венцами, которые зацепляются с наружными зубчатыми венцами, выполненными на концевых участках каждого резьбового ролика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве механической винтовой 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, М.: Машиностроение, 1989 год, стр.314), состоящая из винта, гайки и установленных между ними резьбовых роликов. Ролики своими торцовыми шейками установлены в сепараторах. 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. При этом на винте выполняют наружную многозаходную резьбу, а на гайке - внутреннюю многозаходную резьбу.

Основным недостатком данной планетарной роликовинтовой передачи является технологическая сложность изготовления на внутренней поверхности гайки, закаленной до высокой твердости, высокоточной многозаходной резьбы (как правило, пяти или шестизаходной). В основном по этой причине освоение производства планетарных роликовинтовых передач, которые по большинству эксплуатационных параметров превосходят другие передачи для преобразования вращательного движения в поступательное, затруднено. В мире изготовление планетарных роликовинтовых передач освоили только несколько фирм.

При этом резьбовая гайка рассматриваемой планетарной роликовинтовой передачи выполняет следующие функции:

- воспринимает осевую силу с исполнительного механизма и передает ее через ролики на винт;

- удерживает ролики от перемещения в радиальном направлении от оси винта к гайке;

- участвует в преобразовании вращательного движения в поступательное.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для преобразования вращательного движения в поступательное (см. Козырев В.В. Конструкции роликовинтовых передач и методика их проектирования: учеб. пособие / Владимир. гос. ун-т. - Владимир: Редакционно-издательский комплекс ВлГУ, 2004. с.8-9, рис.1.7), которое выбрано в качестве прототипа. Данное устройство состоит из винта, корпуса с крышками, который совершает поступательное движение, резьбовых роликов, которые установлены в корпусе с возможностью поворота вокруг собственных осей, двух колец с внутренними коническими фасками и подшипников, установленных между кольцами и крышками. На каждом резьбовом ролике нарезана резьба, витки которой находятся в зацеплении с витками винта, а на торцах выполнены конические фаски, которые взаимодействуют с внутренними коническими фасками колец. Корпус устройства не имеет внутреннюю многозаходную резьбу и внутренних зубчатых венцов, а резьбовые ролики - наружных зубчатых венцов. В каждом подшипнике тела качения установлены в сепараторе.

При работе устройства винт вращается, резьбовые ролики вращаются только вокруг собственных осей (нет вращательного движения осей резьбового ролика вокруг оси винта), а корпус движется поступательно вдоль оси винта. Рабочая осевая сила произвольного направления передается с винта на резьбовые ролики за счет зацепления витков резьбы этих деталей, с резьбовых роликов на соответствующую втулку за счет контакта конических фасок резьбовых роликов и втулки, а с втулки на соответствующую крышку через соответствующий подшипник.

Данное устройство имеет следующие недостатки:

- шейка резьбового ролика - отверстие в крышке образуют подшипник скольжения с низким КПД и высокой интенсивностью износа;

- при вращении резьбового ролика между его коническими фасками и сопрягаемыми фасками колец возникает трение скольжение из-за разных по величине радиусов точек контакта;

- из-за малой площади контакта между сопрягаемыми коническими фасками резьбовых роликов и колец устройство имеет малую контактную прочность, а из-за трения скольжения в указанном сопряжении малую нагрузочную способность и долговечность;

- устройство имеет большие радиальные габариты;

- резьбовые ролики вращаются только вокруг своей оси, что снижает передаточную функцию устройства и диапазон ее изменения.

Задачей изобретения является повышение КПД, нагрузочной способности и долговечности устройства для преобразования вращательного движения в поступательное за счет замены трения скольжения на трение качения в месте сопряжения деталей устройства, а также уменьшение радиальных габаритов и расширение диапазона изменения передаточной функции устройства.

Поставленная задача достигается тем, что устройство снабжено, по меньшей мере, двумя кольцами, на торцовых поверхностях каждого резьбового ролика выполнены поверхности под ключ и сферические поднутрения, центры которых расположены на оси резьбового ролика, а на его цилиндрической резьбовой поверхности - кольцевые пазы, число которых равно количеству колец, причем на внутренней торцовой поверхности каждой крышки выполнен кольцевой паз, профиль которого является дугой окружности, кольца установлены в пазах резьбовых роликов, а число шаров в каждом ряду равно количеству последних, при этом каждый шар в каждом ряду взаимодействует с одной стороны со сферическим поднутрением резьбового ролика на соответствующем торце, с противоположной стороны - с кольцевым пазом соответствующей крышки, а ширина кольцевых пазов на резьбовых роликах больше ширины колец не менее чем на 1,5...2 шага резьбы винта. Возможно исполнение устройства, для которого оно снабжено закрепленными в отверстии корпуса с разных его сторон втулками с внутренними зубчатыми венцами, которые зацепляются с наружными зубчатыми венцами, выполненными на концевых участках каждого резьбового ролика.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:

- на фиг.1 показан общий вид устройства;

- на фиг.2 показан разрез А-А на фиг.1 для 1-го исполнения устройства;

- на фиг.3 показан разрез А-А на фиг.1 для 2-го исполнения устройства с дополнительными зубчатыми зацеплениями между резьбовыми роликами и втулками корпуса.

Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное, см. фиг.1, состоит из винта 1 и узла, совершающего поступательное перемещение с базовыми элементами «Б», которые предназначены для соединения указанного узла с исполнительным механизмом. Указанный узел, см. фиг.2, состоит из корпуса 2 и двух крышек 3, которые соединены с корпусом винтами 4 с пружинными шайбами 5. По меньшей мере, между одной крышкой 3 и корпусом 2 устанавливается набор регулировочных прокладок или компенсатор 6. Возможны и другие исполнения указанного узла, которые обеспечивают сборку и работу устройства.

К наружной торцовой поверхности каждой крышки 3, см. фиг.2, крепится Г-образная втулка 7, которая удерживает с осевым и радиальным зазором маслоотражатель 8, а на внутренней торцовой поверхности крышки выполняется кольцевой паз «В», профиль которого является дугой окружности.

Внутри корпуса, см. фиг.2, установлены резьбовые ролики 9, количество которых обычно из условия соседства выбирают наибольшим для повышения нагрузочной способности устройства (минимальное количество резьбовых роликов равно трем). Витки резьбы роликов 9 зацепляются с витками резьбы винта 1. На торцах каждого резьбового ролика 9, см. фиг.2, выполняют сферические поднутрения «Г», центр которых расположен на оси резьбового ролика, и отверстия «Д» под ключ, а на цилиндрической резьбовой поверхности - пазы «Е», количество которых не менее двух. В пазы «Е» резьбовых роликов 9 устанавливают кольца 10 из пружинной стали, которые с малой силой поджимают резьбовые ролики к винту. При этом ширина L_П паза «Е» больше ширины L_K кольца 10 на 1,5...2 шага резьбы винта (резьбового ролика) для обеспечения сборки устройства.

Между каждой крышкой 3 и резьбовым роликом 9, см. фиг.2, расположен один ряд установленных в сепараторе 11 шаров 12, число которых равно количеству резьбовых роликов. При этом каждый шар 12 с одной стороны взаимодействует с кольцевым пазом «В» крышки 3, а с противоположной стороны - со сферическим поднутрением «Г» резьбового ролика 9.

В описанном выше устройстве резьбовые ролики имеют две степени свободы: каждый ролик может вращаться вокруг собственной оси; все ролики вместе с сепараторами могут вращаться относительно оси винта. Отсюда устройство может иметь непостоянное осевое перемещение корпуса с роликами и шарами при равномерном вращении винта (переменную передаточную функцию). Устройства для преобразования вращательного движения в поступательное с переменной передаточной функцией можно использовать, например, в запорных механизмах, домкратах и так далее.

Чтобы предлагаемое устройство имело постоянную передаточную функцию, необходима дополнительная связь между резьбовыми роликами и корпусом, например зубчатыми зацеплениями. Эта связь снижает количество степеней свободы резьбовых роликов до единицы. В этом случае, см. рис.3, на концах каждого резьбового ролика 9 выполняют наружные зубчатые венцы «Ж», а в отверстии корпуса 2 закрепляются втулки 13 с внутренними зубчатыми венцами «И».

Рассмотрим, как общий случай, порядок сборки устройства, в котором резьбовые ролики дополнительно связаны с корпусом зубчатыми зацеплениями. На винте обычно выполняют цилиндрическую поверхность «К», которая упрощает сборку, см. рис.3. Правую крышку 3, см. рис.3, с рядом шаров 12 в сепараторе 11 устанавливают на винт с левого его торца. В пазы «Е» резьбовых роликов 9 устанавливают кольца 10, и этот узел с левого торца винта, см. рис.3, вводят на его цилиндрическую поверхность «К». С помощью ключа резьбовые ролики попеременно ввинчивают на винт до тех пор, пока их резьба полностью не окажется в зацеплении с резьбой винта. Далее в приспособлении винт устанавливают вертикально, а под крышку 3 подводят базовый элемент приспособления, обеспечивающий перпендикулярность крышки к оси винта. В кольцевой паз «В» крышки устанавливают шары в сепараторе. Затем с помощью ключа резьбовые ролики попеременно ввинчивают на винт до взаимодействия поднутрения «Г» каждого ролика с соответствующим шаром. Так как при ввинчивании резьбовых роликов на винт они занимают вдоль его оси различные положения необходимо, чтобы ширина L_П паза «Е» резьбовых роликов была больше ширины L_K колец 10 минимум на 1,5...2 шага резьбы винта. Чтобы зафиксировать положение резьбовых роликов относительно винта и правой крышки, сверху на ролики устанавливают второй ряд шаров с сепаратором и поджимают собранный узел специальной гайкой, которую наворачивают на винт. Затем сверху на указанный узел устанавливают корпус, в котором закреплена левая втулка 13 с внутренним зубчатым венцом, зубья которого вводят в зацепление с наружными зубьями роликом. Винт с собранным узлом без правой крышки и шаров с сепаратором извлекают из приспособления, и вводят правую втулку 13 с внутренним зубчатым венцом в отверстие корпуса и на зубья роликов, а затем закрепляют эту втулку в корпусе, например с помощью цилиндрического штифта. С той же стороны к роликам подводят шары с сепаратором и правую крышку, которую соединяют с корпусом резьбовым соединением. Затем, отвернув специальную гайку, винтами 4 с пружинными шайбами 5 соединяют корпус с левой крышкой через компенсатор или набор регулировочных прокладок. Измерив момент холостого хода, определяют надо ли регулировать устройство с помощью компенсатора или набора регулировочных прокладок.

Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное работает следующим образом. Винт 1, см. фиг.3, вращаясь, приводит в движение резьбовые ролики 6, которые совершают планетарное движение, обкатываясь по зубчатым венцам втулок 13. Резьбовые ролики зафиксированы от осевого смещения относительно корпуса за счет шаров, упирающихся в крышки корпуса. Это и является механизмом преобразования вращательного движения винта в поступательное движение корпуса совместно со всеми деталями, установленными в нем. При этом шары 12 будут катиться по кольцевым пазам «Г» крышек и совершать дополнительное верчение относительно оси роликов под действием сил трения. Кольца 10 будут катиться по пазам резьбовых роликов, воспринимая радиальную нагрузку с винта на ролики. Осевая нагрузка будет передаваться с крышки корпуса через шары на резьбовые ролики вдоль их осей.

В заявляемом устройстве рабочая осевая сила передается с крышки корпуса непосредственно через шары на ролики вдоль их осей практически как в упорном подшипнике. В устройстве-прототипе при передаче осевой силы есть дополнительное сопряжение, которое работает с трением скольжения, а также установка резьбовых роликов осуществляется на подшипниках скольжения. Следовательно, заявляемое устройство обеспечивает более высокий КПД, меньший износ контактирующих поверхностей и большую долговечность. Кроме того, резьбовые ролики в заявляемом устройстве совершают планетарное движение, для которого можно получить больший диапазон измерения передаточной функции.