Планетарный роликовый механизм

Планетарный роликовинтовой механизм (далее - ПРВМ) предназначен для преобразования вращательного движения ведущего звена в поступательное движение ведомого и относится к механизмам общемашиностроительного применения.
Известны ПРВМ серийно выпускаемые компанией SKF [1].
Одним из конструктивных решений, применяемых в этих ПРВМ, является закрепление каждого из двух зубчатых венцов на гайке с помощью трех штифтов.
Однако при установке штифтов с натягом штифтовое соединение вследствие концентрации напряжений может стать причиной возникновения трещин в гайке, имеющей высокую твердость (HRC>60). Кроме того, в некоторых конструкциях на наружной поверхности гайки могут содержаться конструктивные элементы препятствующие установке штифтов, например наличие фланца на гайке.
Для повышения точности перемещения и уменьшения величины мертвого хода в ПРВМ создается предварительный натяг посредством сжимающей силы между гайкой, роликами и винтом. Известен ряд конструктивных решений для создания предварительного натяга в резьбах. Так, для гаек с наружной цилиндрической поверхностью, предварительный натяг создается путем относительного смещения полугаек в осевом направлении, за счет установки между ними кольцевой прокладки. При этом угловая фиксация полугаек между собой осуществляется шпонкой, установленной в шпоночный паз на наружных поверхностях полугаек.
Такое техническое решение не всегда оправданно для электромеханических приводов (ЭМП), выполненных по схеме ходового цилиндра, где гайку необходимо устанавливать в ограниченном конструктивном пространстве внутренней полости штока.
Наиболее близким аналогом является ПРВМ с длинными резьбовыми роликами, входящий в качестве исполнительного механизма в состав электромеханического привода поступательного перемещения, выполненного по схеме ходового цилиндра[2].
В указанном ПРВМ зубчатый венец крепится к опорной гайке с помощью цилиндрических шпонок, неравнорасположенных в кольцевой области между опорной гайкой и зубчатым венцом.
Изготовление отверстий под цилиндрические шпонки требует применения сравнительно дорогих и малопроизводительных методов электрохимической или электроэрозионной обработки, так как при механической обработке возможно отклонение оси инструмента в сторону детали с меньшей твердостью, что снижает надежность соединения. Кроме того цилиндрический шпоночный паз способствует возникновению трещин в относительно тонкой стенке опорной гайки.
Указанные недостатки снижают надежность ПРВМ и ЭМП в целом.
Задачей полезной модели является повышение надежности ПРВМ предназначенного для установки в ограниченном конструктивном пространстве ЭМП, выполненного по схеме ходового цилиндра.
Указанная цель достигается тем, что планетарный роликовинтовой механизм, содержащий винт, контактирующие с винтом ролики, опорную и ходовую гайки, зубчатый венец опорной гайки, каждая из гаек выполнена из двух полугаек, каждая пара полугаек разделена между собой кольцевой прокладкой, кольцевая прокладка ходовой гайки выполнена из пластичного металла и зачеканена в пазы полугаек, а зубчатый венец опорной гайки имеет фланцевое крепление к одной из полугаек опорной гайки.
Сущность полезной модели представлена в описании и иллюстрируется на рисунке, где изображен общий вид ПРВМ в разрезе.
ПРВМ состоит из винта 1, роликов 2, зубчатых венцов 3 на концах роликов, опорной гайки, выполненной из полугаек 4 и 5, разделенных проставочным кольцом 6, ходовой гайки, выполненной из полугаек 7 и 8, разделенных проставочным кольцом 9, зачеканенным в пазы 10 и 11 на полугайках, зубчатого венца 12 опорной гайки, закрепленного винтами 13 к полугайке 4 опорной гайки.
Работа ПРВМ осуществляется следующим образом.
При вращении винта 1, ролики 2 совершая планетарное движение, обкатываются по винту и опорной гайке.
Углы подъема резьбы на винте 1 и роликах 2 равны по величине, но имеют противоположное направление, а угол подъема резьбы у опорной гайки равен по величине и направлению углу подъема на роликах. Равенство углов подъема, обеспечивает обкатывание роликов по винту и опорной гайке без их относительного смещения в осевом направлении.
Ходовая гайка, имея угол наклона, отличный от угла наклона на роликах 2, смещается в осевом направлении относительно роликов при их обкатывании по ходовой гайке.
Для синхронизации движения роликов 2 вокруг винта 1, зубчатый венец 12 опорной гайки входит в зацеплении с зубчатыми венцами 3 на концах роликов 2.
Для выбора зазоров в резьбах ПРВМ посредством создания предварительного натяга в резьбе опорной гайки, полугайки 4 и 5 разделяются проставочным кольцом 6, толщина которого определяет величину натяга в резьбах.
Для создания предварительного натяга в резьбе ходовой гайки, полугайки 7 и 8 скручиваются на блоке винта 1 с роликами 2 во встречном направлении до касания двух полугаек с проставочным кольцом 9. Величина натяга в резьбах зависит от приложенного к полугайкам вращающего моментов.
После создания предварительного натяга в резьбе ходовой гайки, проставочное кольцо 9, выполненное из пластичного металла, зачеканивается в пазы 10 и 11 на полугайках. Такой способ крепления полугаек обеспечивает их надежную угловую фиксацию между собой и позволяет выполнить компактный привод по схеме ходового цилиндра, за счет изготовления ходовой гайки заодно со штоком.
При таком способе фиксации полугаек 7 и 8 между собой, не требуется набор проставочных колец 9 различной толщины. Необходимая толщина проставочного кольца определяется только его упругопластическими свойствами.
Зубчатый венец 12 опорной гайки имеет фланцевое крепление к полугайке 4 опорной гайки с помощью винтов 13. Такой способ крепления обеспечивает надежную фиксацию зубчатого венца с опорной гайкой, а также уменьшает риск возникновения трещин в полугайке 4, при ее изготовлении с требуемой твердостью HRC>60.
Таким образом, использование предложенной полезной модели позволяет обеспечить надежную относительную фиксацию полугаек ходовой гайки, одна из которых изготовлена заодно со штоком, а также обеспечить надежное фланцевое крепление зубчатого венца в опорной гайке, что в итоге повышает надежность исполнительного механизма ЭМП, выполненного по схеме ходового цилиндра.
Библиографические ссылки
1. Catalogue SKF roller screws. PUB MT/P1 14489 EN. April 2014. 138 p.
2. Пат. на полезную модель 154534 Российская Федерация, МПК F16H 1/00. Электромеханический привод поступательного перемещения / Мамаев И.М., Крылов А.В., Рябов К.В., Филимонов В.Н.; патентообладатель ФГБОУ ВО «Владим. гос. ун-т им. А.Г. и Н.Г. Столетовых» (ВлГУ). -2014146824/11; заявл. 20.11.2014; опубл. 27.08.2015, Бюл. №24.