Шарико-винтовая передача

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в станкостроении и приборостроении. Шарико-винтовая передача качения предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное.
Известная шарико-винтовая передача (патент EP 1193422, дата публ. 03.04.2002) содержит ходовой винт, на внешней периферийной поверхности которого выполнены спиральные канавки, гайку с выполненными на внутренней периферийной поверхности канавками, шарики и каналы возврата шариков. Шарики размещены с возможностью качения и контактирования с канавками ходового винта и гайки.
Недостаток известной шарико-винтовой передачи заключается в том, что использование одной гайки характеризуется несимметричностью ее нагруженности, что значительно снижает долговечность всей конструкции. Для осуществления предварительного натяга требуется применение дополнительных шариков большего диаметра, что в свою очередь требует увеличения номенклатуры шариков с разными диаметрами. Кроме того, в процессе эксплуатации в такой конструкции возможны перекосы звеньев передачи и шарики могут проскальзывать или застревать при качении по каналам между канавками винта и гайки, что приводит к снижению надежности либо заклиниванию и деформации звеньев шарико-винтовой передачи. Также в известной конструкции недостаточная защита каналов от загрязнений, которые могут привести к быстрому изнашиванию звеньев и повлиять на работоспособность передачи.
Технической задачей заявленной полезной модели является повышение надежности и долговечности устройства.
1
2
Поставленная задача достигается тем, что в шарико-винтовой передаче, содержащей ходовой винт, первую гайку, каналы возврата шариков, размещенных с возможностью качения и контактирования со спиральными канавками, выполненными на внешней периферийной поверхности ходового винта и внутренней поверхности гайки, согласно полезной модели передача дополнительно снабжена второй гайкой с выполненными на внутренней поверхности канавками, гайки соединены между собой через распорный элемент и скреплены между собой посредством фиксирующего элемента, канавки ходового винта и гаек смещены в осевом направлении относительно друг друга с обеспечением величины угла контакта шарика с гайкой в интервале 41°≤α≤43°и величины угла контакта шарика с ходовым винтом в интервале 46°≤α≤48°, при этом вершины канавок винта выполнены скругленными, а в противоположных торцах гаек выполнены кольцевые выборки, в которых размещены упругие уплотнительные элементы. Длина L кривой траектории движения шариков в одном витке ходового винта и канале возврата выбрана из соотношения
ш
L≤22° D,
ш
где D - диаметр шариков.
Фиксирующий элемент выполнен в виде шпонки или штифта.
Заявленная полезная модель позволяет сделать работу шарико-винтовой передачи стабильной и бесперебойной за счет повышения нагрузочной способности, а также повысить долговечность.
Двухгаечная конструкция позволяет обеспечить выход на определенный рабочий угол давления на шарики осевым смещением гаек, что приводит к равномерному распределению нагрузки, тем самым повышая нагрузочную способность шарико-винтовой передачи. При этом в каналах размещены шарики малого диаметра, обеспечивающие работоспособность и надежность шарико-винтовой передачи. Распорным элементом осуществляется регулировка предварительного натяга за счет осевого смещения соединенных между собой гаек путем подгонки толщины распорного элемента.
А1
А2
1
2
Поскольку контакт между шариком (промежуточным телом качения) и ходовым винтом (ведущим звеном), а также шариком и гайкой (ведомым звеном) точечный, то размеры областей давления или пятен (площадок) контакта малы по сравнению с размерами контактирующих тел. Данное условие позволяет описать области давления в расчётной схеме полупространствами, а само пятно контакта - в виде выпукло-вогнутого точечного бесконечно малого полупространства при контакте типа полусфера - полусфера. Отличительной особенностью предлагаемой конструкции является смещение канавок ходового винта и гаек в осевом направлении относительно друг друга с обеспечением величины угла β между нормальными сжимающими силами N и N (фиг. 2) в зоне контактов шарика с гайкой и шарика с ходовым винтом не более 175°, а именно, величины угла αконтакта шарика с гайкой в интервале от 41° до 43°и величины угла αконтакта шарика с ходовым винтом в интервале от 46° до 48°. Указанные величины углов контакта апробированы экспериментально и выявлено, что указанное расположение пятен контакта позволяет снизить нормальные сжимающие нагрузки и, как следствие, удельные контактные давления. Это позволяет повысить долговечность шариков и шарико-винтовой передачи в целом, а также обеспечивает их беспрепятственное перемещение из канавки ходового винта во вкладыш, расположенный в гайке.
Для повышения скорости перемещения шариков и для исключения их заклинивания в результате силового замыкания на вершинах витков ходового винта предусматривается радиус скругления. При такой форме не происходит разрыв образующей канавки ведущего звена, описанной дифференциальным уравнением кривизны кривой, при аппроксимации в каждой ее точке.
Для предотвращения проворачивания гаек относительно друг друга, т.е. потери работоспособности передачи при перемещении вдоль ходового винта, введен фиксирующий элемент.
В кольцевых выборках, выполненных в торцах гаек, установлены уплотнительные элементы, предназначенные для защиты шарико-винтовой передачи от загрязнений. Герметичная двухгаечная конструкция позволяет отказаться от использования дополнительного корпуса.
Траектория движения шариков по каналу циркуляции и каналу возврата описывается совокупностью одного неполного витка цилиндрической винтовой линии и винтовой линии, расположенной на поверхности эллипсоида, также не имеющих разрыва уравнений их описывающих. Экспериментально определено, что для исключения проскальзывания шариков длина L описанной кривой траектории их движения не должна превышать 22 их диаметра, что является существенным для достижения заявленного технического результата.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
- фиг. 1 - шарико-винтовая передача, общий вид;
- фиг. 2 - вид А на фиг. 1.
1
2
А1
А2
Шарико-винтовая передача содержит ходовой винт 1 (фиг. 1), две соединенные фланцами цилиндрические гайки 2 и 3, каналы возврата, шарики 4. Ходовой винт имеет канавки 5 с полукруглым профилем на наружной периферийной поверхности. На внутренней периферийной поверхности гаек 2 и 3 выполнены канавки 6 с полукруглым профилем. Каналами возврата служат вкладыши 7, соединяющие два соседних витка канала гайки и обеспечивающие непрерывную рециркуляцию шариков 4 в пределах одного шага резьбы. Вкладыши 7 расположены в сквозных пазах гайки, обеспечивающих их базирование в радиальном, осевом и угловом положениях. Канавки 5 и 6 выполнены с большим радиусом, чем радиус шариков, и смещены по оси таким образом, что обеспечивается величина угла контакта шарика с гайкой α=41°и величина угла контакта шарика с ходовым винтом α=46° (фиг. 2), т.е. угол β между нормальными сжимающими силами N и N в зоне контактов шарика с гайкой и шарика с ходовым винтом составляет 175°. При этом вершины 8 канавок 5 ходового винта 1 выполнены скругленными.
Специальные уплотнения 9 установлены в кольцевые выборки в противоположных торцах гаек 2 и 3 и предназначены для защиты и отвода загрязнений. Распорный элемент 10 установлен между гайками 2 и 3 и служит для регулировки предварительного натяга. Сборку конструкции можно осуществлять как враспор, соединяя фланцы гаек, так и врастяжку, соединяя противоположные фланцам торцы. Фиксирующий элемент в виде шпонки 11 с винтом 12 жестко скрепляет гайки 2 и 3 и предназначен для предотвращения проворота гаек 2 и 3 относительно друг друга при эксплуатации шарико-винтовой передачи.
Шарико-винтовая передача работает следующим образом.
При вращении ходового винта 1, шарики 4 перекатываются по каналу циркуляции, попадают во вкладыш 7 и по нему возвращаются в канал циркуляции, при этом поступательно перемещая гайки 2 и 3 и присоединенный к ним подвижный элемент (на фиг. не показано). Каналы циркуляции шариков между канавками 5 и 6 ходового винта 1 и гаек 2 и 3 обеспечивают плавный перекат шариков 4.
Таким образом заявленное устройство обеспечивает повышение нагрузочной способности, что в свою очередь приводит к повышению надежности и долговечности шарико-винтовой передачи.