Инвертированный ролико-винтовой редуктор
INVERTED ROLLER SCREW REDUCER

Область техники
Настоящее изобретение относится к планетарным механизмам для передачи вращательного движения, в частности к планетарным редукторам со ступенчатыми резьбовыми роликами, иными словами, к ролико-винтовым редукторам.
Уровень техники
Ролико-винтовые редукторы (РВР) являются разновидностью планетарных редукторов и могут применяться для изменения крутящего момента. В частности, РВР может применяться в роботах, манипуляторах, силовых приводах, где требуется передавать большие моменты при ограничении габаритных размеров. Преимущество таких редукторов заключается в простоте конструкции и малом количестве компонентов; высокой кинематической точности, которая обеспечена короткой кинематической цепью и большим числом точек контакта; высокой плавности и малошумности работы; малых габаритах при высоких передаваемых моментах; возможности работы с большими скоростями вращения входного вала.
Из евразийской заявки EA 201500520 известен ролико-винтовой редуктор, который является наиболее близким аналогом настоящего изобретения и который содержит винт и резьбовые ролики, образующие планетарную передачу, а также гайки входного звена и гайки выходного звена, причем ролики расположены внутри гаек входного звена и гаек выходного звена. При этом гайки входного звена сопряжены с входными резьбами роликов, которые сопряжены с резьбами винта, а гайки выходного звена сопряжены с выходными резьбами роликов.
Однако согласно данному техническому решению гайки входного звена, расположенные по краям, должны быть зафиксированы от вращения и перемещения относительно друг друга, что может быть реализовано посредством механических элементов. В частности, эту функцию выполняет корпус редуктора. Так как пространство внутри гаек занято размещенными в них роликами, механические элементы могут быть расположены только снаружи. В этом случае указанные механические элементы будут мешать соединению гаек выходного звена с валом рабочего органа, если выполнять его, например, с помощью соосно расположенной муфты. Т.е. конструкция редуктора согласно известному техническому решению не обеспечивает возможность передачи полнооборотного вращения с выходного звена редуктора на рабочий орган без промежуточной передачи. При этом промежуточная передача может быть реализована с помощью зубчатого колеса, которое будет находиться внутри механических связей. В этом случае зубчатое колесо с одной стороны будет контактировать с ответным зубчатым колесом, посаженным на вал рабочего органа.
Зачастую возникает потребность в механизмах с выходным звеном, обеспечивающим соосное присоединение ответного механизма и передачу на него полнооборотного вращения, в т. ч. за счет насаживания предложенного механизма на входной вал ответного механизма. В частности, это необходимо в тех случаях, когда невозможно обеспечить соединение двух механизмов посредством промежуточной передачи или других элементов, например, по причине отсутствия пространства для размещения этих передач или элементов. Известная из EA 201500520 конструкция не может быть использована в качестве конструкции с выходным звеном, обеспечивающим соосное присоединение ответного механизма, т.к. пространство внутри гаек выходного звена занято другими элементами редуктора.
Задача настоящего изобретения заключается в создании конструкции ролико-винтового редуктора, обеспечивающего соосное присоединение ответного механизма и передачу на него полнооборотного вращения, благодаря которому редуктор может быть смонтирован непосредственно на требуемое оборудование без какой-либо промежуточной передачи.
Раскрытие изобретения
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения обеспечен ролико-винтовой редуктор, содержащий:
входное звено, содержащее по меньшей мере две гайки входного звена с внутренней многозаходной резьбой разного направления, закрепленные относительно друг друга,
опорное звено, содержащее по меньшей мере две гайки опорного звена с многозаходной резьбой разного направления, закрепленные относительно друг друга;
выходное звено, содержащее по меньшей мере две гайки выходного звена с многозаходной резьбой разного направления, закрепленные относительно друг друга,
при этом гайки выходного звена имеют число заходов резьбы, отличное от числа заходов резьбы гаек опорного звена;
ролики, имеющие по меньшей мере одну пару участков с резьбой разного направления;
причем многозаходная резьба гаек опорного звена и гаек выходного звена выполнена на их наружной поверхности,
ролики расположены вокруг по меньшей мере двух гаек опорного звена и по меньшей мере двух гаек выходного звена таким образом, что каждый участок ролика из по меньшей одной пары участков роликов взаимодействует по меньшей мере с одной гайкой опорного звена и/или по меньшей мере одной гайкой выходного звена, и
по меньшей мере две гайки входного звена расположены вокруг роликов таким образом, что по меньшей мере одна пара участков роликов взаимодействует с резьбой гаек входного звена.
Таким образом, в заявленной конструкции выходное звено ролико-винтового редуктора расположено внутри относительно входного звена, в результате чего внешняя нагрузка может быть подсоединена непосредственно к выходному звену ролико-винтового редуктора без использования промежуточной передачи.
При этом достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности передачи полнооборотного вращения с выходного звена редуктора без промежуточной передачи.
В одном из предпочтительных вариантов реализации по меньшей мере две гайки входного звена выполнены за одно целое.
В еще одном предпочтительном варианте реализации по меньшей мере две гайки выходного звена выполнены за одно целое.
В еще одном варианте реализации ролико-винтовой редуктор содержит выходной вал, размещенный внутри гаек выходного звена и присоединенный к ним.
В одном из предпочтительных вариантов реализации каждый из роликов содержит по меньшей мере один опорный элемент, расположенный между по меньшей мере двумя участками каждого ролика, а гайки входного звена и гайки выходного звена содержат ответные опорные элементы, расположенные между указанными гайками и соответствующие опорным элементам роликов, когда гайки входного звена и гайки выходного звена взаимодействуют с по меньшей мере двумя участками роликов.
Кроме того, каждый из роликов может содержать два опорных элемента, расположенных на концах ролика, а ролико-винтовой редуктор может содержать ответные опорные элементы, размещенные в корпусе соосно гайкам выходного звена и опорного звена и взаимодействующие с двумя опорными элементами ролика. При этом ответные опорные элементы могут быть выполнены в виде колец, не связанных с корпусом.
В одном из вариантов выполнения опорные элементы могут быть выполнены в виде опорных поясков, диаметры которых равны средним диаметрам резьбы взаимодействующих участков роликов и гаек соответственно.
В одном из вариантов выполнения резьбы гаек входного звена, гаек выходного звена и гаек опорного звена и роликов могут быть выполнены с преднатягом.
В еще одном из вариантов выполнения ролики могут содержать по меньшей мере две пары участков с резьбой разного направления. При этом диаметр резьбы одной пары участков может отличаться от диаметра резьбы второй пары участков.
Краткое описание чертежей
Ниже приведено подробное описании конкретных вариантов реализации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:
на фиг. 1 показан вид сбоку в поперечном сечении ролико-винтового редуктора в сборе в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения;
на фиг. 2 показан вид в перспективе ролико-винтового редуктора, изображенного на фиг. 1, на котором частично удален корпус и ролики;
на фиг. 3 показан вид в перспективе ролико-винтового редуктора, изображенного на фиг. 1, на котором частично удален корпус;
на фиг. 4 показан вид сбоку в поперечном сечении ролико-винтового редуктора в сборе в соответствии с еще одним вариантом реализации настоящего изобретения;
на фиг. 5 показан вид сбоку в поперечном сечении ролико-винтового редуктора в сборе в соответствии с еще одним из вариантов реализации настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, изображенному на фиг. 1, ролико-винтовой редуктор содержит корпус 1, в котором размещено входное звено редуктора, содержащее две гайки 2 входного звена, выходное звено, содержащее две гайки 3 выходного звена, опорное звено, содержащее две гайки 4 опорного звена, и ролики 5.
Несмотря на то что в рассматриваемом варианте ролико-винтовой редуктор содержит две гайки 2 входного звена, две гайки 3 выходного звена и две гайки 4 опорного звена, настоящее изобретение не ограничено указанным вариантом реализации и, при необходимости, ролико-винтовой редуктор может содержать большее количество гаек каждого вида.
Две гайки 3 выходного звена закреплены относительно друг друга от осевого перемещения посредством фиксирующих элементов, например, винтов 6, которые вставлены в специально предусмотренные пазы в гайках 3. Для исключения углового перемещения гаек 3 относительно друг друга предусмотрено их шлицевое соединение (не показано).
Возможен также вариант выполнения выходного звена, в котором две гайки 3 выполнены за одно целое.
Согласно рассматриваемому варианту реализации, показанному на фиг. 1, 2, ролико-винтовой редуктор дополнительно содержит вал 7, проходящий внутри гаек 3 и прикрепленный к ним. Вал 7 может быть выполнен полым или сплошным. Во втором случае для подсоединения ответного механизма могут быть использованы промежуточные элементы, например муфты. Очевидно, что вместо вала могут использоваться другие элементы, обеспечивающие передачу вращения с выходного звена редуктора на ответный механизм.
Две гайки 4 опорного звена также расположены вокруг выходного вала 7 по бокам от гаек 3. При этом вал 7 опирается на гайки 4 опорного звена через подшипники 8. Гайки 4 зафиксированы от осевого перемещения относительно друг друга посредством крепежных элементов через корпус 1, например, винтов 9, размещенных в специально предусмотренных пазах в корпусе 1 и опорных гайках 5. Для исключения взаимного углового перемещения гаек 4 использовано шлицевое соединение с корпусом 1 (не показано).
Вокруг гаек 3 и 4 расположены ролики 5, равномерно разнесенные по окружности указанных гаек. В рассматриваемом варианте реализации, каждый из роликов 5 содержит два участка с резьбой разного направления и с одинаковым диаметром. В данном варианте реализации резьба указанных двух участков роликов 5 симметрична относительно плоскости, перпендикулярной оси ролика и проходящей через его центр. При этом каждый из двух участков роликов 5 сопряжен с резьбами гаек 2, 3 и 4 для передачи входного момента от гаек 2 на ролики 5 и далее на гайки 4.
Для обеспечения редукции в рассматриваемом варианте реализации ролико-винтового редуктора гайки 4 опорного звена имеют число заходов резьбы, отличное от числа заходов резьбы гаек 3 выходного звена.
В рассматриваемом варианте выполнения ролико-винтовой редуктор содержит 24 ролика 5. Однако настоящее изобретение не ограничено рассматриваемым вариантом реализации и может быть использовано большее или меньшее количество роликов 5, которое определяется исходя из кинематического и прочностного расчетов редуктора. При этом за счет того, что ролики 5 вращаются вокруг гаек 4 опорного звена и гаек 3 выходного звена, а не внутри их, максимально количество роликов 5 будет превышать максимальное количество роликов в случае размещения их внутри указанных гаек, как это выполнено, например, в заявке EA 201500520. При этом очевидно, что при увеличении количества роликов увеличивается количество точек контакта роликов 5 с гайками и, следовательно, происходит более равномерное распределение нагрузки на элементах редуктора. Таким образом, увеличение количества роликов 5 позволяет повысить грузоподъемность и ресурс ролико-винтового редуктора.
Вокруг роликов 5 расположены гайки 2 входного звена, которые зафиксированы от осевого перемещения относительно друг друга и относительно входного зубчатого колеса 10, используемого в рассматриваемом варианте реализации для передачи вращения на входное звено, посредством фиксирующих элементов, например, винтов 11. Для исключения углового перемещения гаек 2 относительно друг друга предусмотрено их шлицевое соединение (не показано).
Каждая из двух гаек 2 содержит внутреннюю резьбу, при этом указанные резьбы имеют разное направление. Возможен вариант, в котором гайки 2 выполнены за одно целое и имеют два участка с резьбой разного направления. Кроме того, выполненные заодно целое гайки 2 могут иметь одну резьбу. В этом случае выполняется дополнительная фиксация элементов редуктора от осевого перемещения, которое возникает под действием осевой силы, компенсируемой в первом случае двумя резьбами разного направления.
Специалисту в рассматриваемой области техники очевидны и другие варианты фиксации гаек 2, 3 и 4, например при помощи штифтов, шлицевого соединения и т.п., для предотвращения вращения и при помощи шпоночного соединения, штифтов и т.п. для предотвращения осевого перемещения.
Для предотвращения выкатывания роликов 5 из гаек 2, 3 и 4 углы подъема резьбы участков роликов 5 равны по величине углам подъема резьбы гаек 2 и 4. При этом ролики 5 имеют направление резьбы, схожее с направлением резьб гаек 2 и противоположное направлению резьб гаек 3 и 4. Два участка с резьбами разного направления роликов 5 препятствуют проскальзыванию роликов 5 вдоль витков резьбы гаек 2, 3 и 4.
Следует отметить, что ориентация резьб в каждой паре гаек входного звена, гаек опорного звена и гаек выходного звена должна быть строго зеркальной относительно вертикальной плоскости симметрии редуктора.
На фиг. 4 показан вариант выполнения ролико-винтового редуктора согласно настоящему изобретению, аналогичный варианту реализации, описанному со ссылкой на фиг. 1-3. Отличие ролико-винтового редуктора согласно настоящему варианту заключается в отсутствие выходного вала, размещаемого внутри гаек 2 выходного звена. При этом фиксация подсоединяемого оборудования выполняется непосредственно в выходных гайках 2, на внутренней поверхности которой могут быт предусмотрены соответствующие фиксирующие элементы, например шлицы 14.
На фиг. 5 показан еще один вариант реализации ролико-винтового редуктора, аналогичный вариантам реализации, рассмотренным на фиг. 1-4. Отличие настоящего варианта от рассмотренных ранее заключается в том, что каждый из роликов 5 содержит две пары участков 12 и 13 с многозаходной резьбой разного диаметра. В каждой паре участки выполнены с резьбами разного направления. В рассматриваемом варианте реализации участки 12, расположенные в центральной части роликов 5, взаимодействуют с резьбами гаек 3 выходного звена и гаек 2 входного звена, а участки 13, расположенные по краям роликов 5, взаимодействуют с резьбами гаек 4 опорного звена. В качестве элемента, передающего вращение на входное звено редуктора, использовано червячное колесо 15.
В каждом из рассмотренных выше варианте реализации гайки 2, 3 и 4 и ролики 5 могут дополнительно содержать опорные элементы (не показаны), размещаемые таким образом, чтобы опорные элементы роликов опирались на опорные элементы гаек 2, 3 и 4.
Например, в случае варианта реализации, описанного со ссылкой на фиг. 1-4, в котором каждый ролик 5 содержит два участка с резьбой, один опорный элемент может располагаться между этими участками ролика 5. В рассматриваем случае опорные элементы могут представлять собой опорные пояски. При этом две гайки 2 и две гайки 3 будут содержать ответные опорные пояски, взаимодействующие с опорными поясками роликов.
В других вариантах реализации опорные пояски могут быть выполнены на роликах 5 во всех промежутках между участками резьбы, а также снаружи относительно крайних участков с резьбой роликов 5. В случае размещения опорных элементов на концах роликов 5, они могут представлять собой опорные ролики.
Диаметр опорных элементов выбирают равным среднему диаметру резьбы гаек или роликов соответственно. Опорные пояски позволяют исключить воздействие радиальной нагрузки на поверхность резьбы при передаче ролико-винтовым редуктором больших нагрузок. При этом вместо резьбы радиальную нагрузку будут воспринимать либо тело резьбового элемента, либо отдельные элементы, специально введенные в конструкцию. Кроме того, равенство диаметров опорных элементов роликов и гаек средним диаметрам резьб соответствующих участков гаек и роликов обеспечивает обкатывание опорных элементов роликов по опорным элементам гаек без проскальзывания, что исключает потери на трение.
Например, в варианте выполнения, согласно которому опорные элементы в виде опорных роликов размещены по краям роликов 5, радиальная нагрузка с выходного вала 7 будет передаваться на гайки 3 с них на ролики 5, с которых часть нагрузки передается не на гайки 2, а через опорные элементы на корпус 1 ролико-винтового редуктора, по которому они обкатываются.
В случае, если каждый из роликов 5 имеет два опорных элемента, расположенных на его концах, в конструкцию ролико-винтового редуктора могут быть введены ответные опорные элементы в виде, например, колец (не показаны). Указанные кольца располагаются соосно с гайками выходного и опорного звена редуктора таким образом, что опорные элементы роликов располагаются внутри этих колец. При этом указанные кольца связны только с роликами 5 и не связаны с корпусом 1 или другими элементами редуктора. В этом варианте выполнения диаметр опорных элементов роликов может иметь значение, отличное от значения среднего диаметра резьб роликов 5.
Для обеспечения безлюфтовой передачи между роликами 5 и гайками 2, 3 и 4 резьбы данных элементов могут быть выполнены с преднатягом. Преднатяг заключается в выборе среднего диаметра роликов и гаек таким образом, чтобы сумма средних диаметров гаек выходного звена и двух роликов была больше среднего диаметра соответствующей гайки входного звена на величину, соответствующую необходимому преднатягу. В настоящем изобретении преднатяг может быть реализован любым подходящим способом, известным специалисту.
Ролико-винтовой редуктор в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения работает следующим образом.
Вращение на редуктор передается через входное зубчатое колесо 10 на гайки 2 входного звена, показанные на фиг. 1. При вращении гайки 2 с помощью резьбового зацепления передают на ролики 5 вращательный момент. Ролики 5 обкатываются по гайкам 4 опорного звена и приобретают конкретную скорость вращения вокруг оси гаек 3 и 4, а также вокруг своей оси, аналогично происходящему в планетарном механизме, когда наружное зубчатое колесо неподвижно, а вращается внутреннее зубчатое колесо.
Так как резьба на гайках 4 опорного звена и гайках 3 выходного звена отличается числом заходов, а два участка роликов 5 имеют одинаковые параметры, при повороте с некоторой угловой скоростью роликов 5 опорные гайки 4 и гайки 3 выходного звена будут вращаться с разной угловой скоростью.
Таким образом, в рассмотренных варианты реализации ролико-винтового редуктора согласно настоящему изобретению предполагается размещение входного звена, а также роликов снаружи относительно выходного и опорного звеньев, что отличает предлагаемое техническое решение от известного технического решения согласно EA 201500520. Благодаря такому инвертированному, относительно известного технического решения, размещению элементов редуктора обеспечивается возможность непосредственного подсоединения внешнего механизма к выходному звену редуктора и передачи полнооборотного вращения без использования промежуточной передачи.
Хотя настоящее изобретение описано на примере конкретных вариантов реализации, возможны различные изменения и модификации в объеме настоящего изобретения, определяемом формулой изобретения.