УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ
ROTATION-TO-TRANSLATION CONVERTER

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, Москва, Машиностроение, 1989 год, стр.314), состоящая из винта, гайки и установленных между ними резьбовых роликов. Ролики, которые имеют, как правило, однозаходную резьбу, 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). Для изготовления резьбы на гайке требуется дополнительный прецизионный станок. В основном по этим причинам освоение производства планетарных роликовинтовых передач, которые по большинству эксплуатационных параметров превосходят другие передачи для преобразования вращательного движения в поступательное, в России 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. патент РФ №2374527 «Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное», F16H 25/00 - 25/24, БИ №33, 2009 г., которое выбрано в качестве прототипа. Данное устройство состоит из винта, корпуса с закрепленными к нему крышками, резьбовых роликов, двух колец, шаров, количество которых в два раза больше числа резьбовых роликов, уплотнений и других деталей.
Резьбовые ролики установлены в корпусе с возможностью поворота вокруг собственной оси. При работе устройства обычно винт вращается, а корпус вместе с резьбовыми роликами совершает поступательное движение. Рабочая осевая сила в устройстве передается с винта на ролики за счет резьбовых сопряжений витков этих деталей, а затем с резьбовых роликов на одну из крышек корпуса через шары. Для этого сферические поднутрения выполнены на торцах каждого резьбового ролика и на внутренних торцовых поверхностях крышек. Центры этих сферических поднутрений расположены на оси соответствующего ролика. Каждый шар одновременно устанавливается в поднутрение резьбового ролика и в поднутрение крышки. При этом радиус шара должен быть меньше радиуса поднутрения в резьбовых роликах и крышках примерно на 2-3%. На цилиндрической резьбовой поверхности каждого ролика выполняются два кольцевых паза, в которые устанавливаются кольца, удерживающие ролики в радиальном направлении.
Данное устройство имеет следующие основные недостатки.
1. Невысокую нагрузочную способность из-за неравномерного распределения рабочей осевой силы между роликами. Кроме того, несколько роликов воспринимают большую часть рабочей осевой силы и изнашиваются раньше, чем другие ролики, что понижает долговечность устройства.
2. Невысокую осевую точность перемещения выходного звена из-за проскальзывания роликов.
Эти недостатки объясняются тем, что средние диаметры резьбы всех роликов неодинаковы. Указанные диаметры имеют разброс, хотя и в очень узком диапазоне. Отсюда различны угловые скорости вращения роликов и различны контактные условия для сопрягаемых витков винта и роликов.
Техническим результатом изобретения является повышение нагрузочной способности, долговечности и точности устройства для преобразования вращательного движения в поступательное за счет синхронизации работы роликов.
Поставленная задача достигается тем, что устройство снабжено двумя дополнительными кольцами с прямозубыми внутренними зубчатыми венцами, а на цилиндрической резьбовой поверхности каждого ролика с двух сторон между торцом и кольцевым пазом выполнены прямозубые наружные зубчатые венцы, которые зацепляются с внутренними зубчатыми венцами дополнительных колец, причем зубья прямозубых наружных зубчатых венцов у различных торцов каждого ролика расположены на одних и тех же образующих, на крышках выполнены конструктивные элементы с торцами, предназначенными для осевого ограничения с одной стороны дополнительных колец, а соответствующие торцы основных колец предназначены для осевого ограничения с другой стороны дополнительных колец.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где
- на фиг.1 показан общий вид устройства;
- на фиг.2 показан разрез А - А на фиг.1.
Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное (см. фиг.1) состоит из винта 1 и узла, совершающего поступательное перемещение с базовыми элементами «В» (цапфами под подшипники), которые предназначены для соединения указанного узла с исполнительным механизмом. Указанный узел состоит из корпуса 2 и крышки 3, которая соединена с корпусом винтами 4 с пружинными шайбами 5 и штифтом 6. К наружной торцовой поверхности крышки 3 крепится круглая пластина 8, которая удерживает маслоотражатель 9.
С другой стороны, см. фиг.2, к корпусу 2 с помощью винтов 4 с пружинными шайбами 5 и штифта 6 крепится крышка 7. Для обеспечения сборки устройства конструкции крышек 3 и 7 различны. На крышку 3 устанавливаются два одинаковых полукольца 10.
П
П
Внутри корпуса, см. фиг.2, установлены ролики 11, количество которых обычно из условия соседства выбирают наибольшим для повышения нагрузочной способности и кинематической точности устройства (минимальное количество роликов равно трем). На всей длине роликов нарезана резьба. Витки резьбы роликов 11 зацепляются с витками резьбы винта 1. На резьбовой поверхности каждого ролика 11 у его торцов выполняют два кольцевых паза «Г», а на торцах - сферические поднутрения «Д» с радиусом R, центр которых расположен на оси ролика. На внутренней торцовой поверхности каждой крышки выполняют сферические поднутрения «Е» с радиусом R, центр которых также расположен на оси ролика, а количество поднутрений на каждой крышке равно количеству роликов. Чтобы оси всех роликов были параллельны оси винта, нужна угловая ориентация крышек относительно корпуса, которая осуществляется с помощью двух штифтов 6.
Ш
П
Ш
Шары 12 с радиусом R, см. фиг.2, установлены одновременно в сферических поднутрениях на торце ролика 11 и одной из крышек 3 или 7 для того, чтобы передавать рабочую осевую силу с роликов на корпус с крышками и далее на исполнительный механизм (на фиг.1 и 2 не показан). При этом R>R на несколько процентов, чтобы обеспечить сборку.
Одновременно в соответствующие пазы «Г» всех роликов И, см. фиг.2, с осевым зазором установлены кольца 13, которые сдерживают ролики от радиального перемещения при приложении нагрузки.
На концах каждого ролика 11, см. фиг.2, от торца до кольцевого паза «Г» прямо по резьбе выполнены прямозубые наружные зубчатые венцы «Ж» таким образом, чтобы зубья на каждом конце ролика находились на одних и тех же образующих. Прямозубые наружные зубчатые венцы «Ж» роликов зацепляются с прямозубыми внутренними зубчатыми венцами дополнительных колец 14. Для ограничения перемещения дополнительных колец в осевом направлении используются торцы «К» колец 13 и торцы «И» на крышке 7 или на полукольцах 10, соединенных с крышкой 3.
Для регулировки осевого люфта заявляемого устройства предусмотрена, см. фиг.2, прокладка 15, которая установлена между фланцами корпуса 2 и крышки 7.
Для сборки заявляемого устройства необходима специальная оснастка. С помощью этой оснастки, см. фиг.2, винт 1 устанавливают вертикально, а крышку 3 без полуколец 10 - в плоскости нормальной оси винта. Дополнительное кольцо 14 устанавливают на место, которое предназначено для установки полуколец 10. В сферические поднутрения «Е» крышки 3 устанавливают шары 12.
Собирают узел, состоящий из всех роликов 11, в пазы «Г» которых установлены кольца 13. Указанный узел ввинчивают в резьбу винта 1 с его верхнего торца до тех пор, пока каждый ролик 11 своим сферическим поднутрением «Д» не упрется в соответствующий шар 12, см. фиг.2. В конце этой операции придется индивидуально поворачивать часть роликов.
Поднимая дополнительное кольцо 14, вводят в зацепление его внутренний зубчатый венец с наружными зубчатыми венцами всех роликов 11, см. фиг.2. При этом возможно придется выставлять часть роликов по угловой координате. После сборки зубчатого зацепления дополнительного кольца 14 и всех роликов 11 на крышку 3 устанавливают полукольца 10, которые не позволяют опуститься дополнительному кольцу 14. Затем на крышку 3 с полукольцами 10 устанавливают корпус 2, фиксируют корпус и крышку штифтом 6 и крепят винтами 4 с пружинными шайбами 5.
На противоположные наружные зубчатые венцы всех роликов 11, см. фиг.2, устанавливают второе дополнительное кольцо 14, которое упрется в кольцо 13. Зубчатое зацепление роликов и дополнительного кольца легко соберется, так как зубья на каждом конце ролика находятся на одних и тех же образующих. В сферические поднутрения «Д» роликов 11 устанавливают шары 12. Прокладку 15 и крышку 7 устанавливают на фланец корпуса 2 так, чтобы сферические поднутрения «Е» крышки легли на шары 12, и скрепляют крышку с корпусом с помощью штифта 6 и винтов 4 с пружинными шайбами 5. Далее проверяют осевой люфт корпуса относительно винта, и при необходимости производят регулировку с помощью уменьшения (подшлифовки) толщины прокладки 15. В итоге необходимо выбрать осевой люфт и создать предварительный натяг в механизме, который контролируется по крутящему моменту холостого хода.
При работе устройства винт 1, см. фиг.2, вращается, приводя во вращение вокруг собственной оси все ролики 11, а собранный корпус 2 вместе с роликами совершает поступательное движение. Ролики вращаются за счет сил трения и несовпадения в зоне контакта витков резьбы углов подъема резьбы винта и роликов. При этом со стороны винта на каждый ролик действуют осевая и радиальная силы. Осевые силы с роликов передаются через шары на соответствующую крышку и далее на корпус и исполнительный механизм. Радиальные силы с роликов уравновешиваются на двух кольцах 13. При этом за счет трения кольца вращаются вокруг оси винта. Дополнительные кольца 14, находящиеся в зубчатых зацеплениях со всеми роликами 11, синхронизируют их движение, не позволяя роликам проскальзывать и отставать каким-то роликам относительно других роликов. Осевое перемещение дополнительных колец 14 ограничивают торцы «К» колец 13 и торцы «И» на крышке 7 или на полукольцах 10, соединенных с крышкой 3
По сравнению с устройством-прототипом в заявляемом устройстве:
- за счет отсутствия проскальзывания роликов повышается кинематическая точность;
- за счет синхронизации работы роликов выравнивается распределение рабочей осевой силы между роликами, что позволяет повысить нагрузочную способность устройства и его долговечность;
- зубчатые зацепления не позволяют перекашиваться роликам в плоскости, касательной к поверхности винта, что также способствует выравниванию нагрузки между роликами, уменьшает риск заклинивания и, как следствие, повышает долговечность заявляемого устройства.