ГАЙКА И РОЛИКОВЫЙ ВИНТОВОЙ МЕХАНИЗМ
NUT AND ROLLING SCREW MECHANISM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к винтовым механизмам, а более конкретно к гайкам роликовинтовой пары.
Уровень техники
Винтовые пары гайка-винт хорошо известны, и также хорошо известно использование в них тел качения для уменьшения трения. Наиболее распространены шариковые винтовые механизмы (передачи), например подобные раскрытому в авторском свидетельстве СССР 170797.
В подобных механизмах перемещение гайки по винту осуществляется посредством шариков. К существенным недостаткам этих механизмов относятся:
- высокая точность изготовления винта и гайки;
- неравномерный износ приводит к нарушению работоспособности механизма вплоть до заклинивания гайки;
- при ремонте возникают трудности со сборкой/разборкой механизма.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является роликовый винтовой механизм, описанный в авторском свидетельстве СССР 329341. В этом механизме сделана попытка улучшить распределение нагрузки по виткам за счет закрепления на концах гайки роликового винтового механизма дополнительной шариковой гайки. Однако в этом механизме также требуется высокая точность изготовления винта и гайки. Остается проблема неравномерного износа, в частности, поскольку распределение нагрузки регулируется только вручную во время задания предварительного натяга в механизме, осуществляемого за счет смещения роликов при их установке. Усложнение конструкции за счет введения дополнительных шариковых гаек и дополнительных элементов для регулирования положения роликов также обуславливает возникновение трудностей со сборкой/разборкой механизма при ремонте.
Раскрытие изобретения
Соответственно, задачей настоящего изобретения является обеспечение увеличения срока службы винтового механизма, снижение требований к точности изготовления, уменьшение неравномерности износа и работоспособности механизма при неравномерном износе, улучшение ремонтопригодности.
Согласно настоящему изобретению предлагается гайка роликового винтового механизма, содержащая корпус, имеющий канал, вытянутый вдоль центральной оси, и радиальные отверстия, в которых установлены ролики продольного нагружения с возможностью вращения вокруг оси, поперечной центральной оси корпуса, причем гайка дополнительно содержит ролики поперечного нагружения, установленные в отверстиях в корпусе с возможностью вращения, а ролики продольного нагружения установлены с возможностью смещения относительно корпуса вдоль своей оси вращения в ответ на изменение воздействующей на них со стороны центральной оси нагрузки.
Подобное выполнение гайки и снабжение ее роликами двух типов - продольного и поперечного нагружения, позволяет решить указанные задачи. В частности, это позволяет установить каждый ролик продольного нагружения с возможностью передачи радиальной нагрузки другим роликам и ее равномерного распределения между ними. Это позволяет уменьшить неравномерность износа механизма, а при возникновении такого износа за счет перераспределения нагрузки обеспечивается работоспособность механизма. Для конкретной реализации изобретения наиболее подходит снабжение гайки по изобретению единой системой гидрокомпенсации нагрузки роликов продольного нагружения. В этом случае она может содержать гидравлические поршни, установленные с возможностью радиального перемещения совместно с роликами продольного нагружения и связанные с ними посредством подшипников, при этом имеются гидроканалы, сообщающиеся с гидравлическими поршнями. Для осуществления передачи нагрузки между роликами продольного нагружения, предпочтительно, если эти ролики имеют на своей концевой части сечение с двумя сходящимися под дуге сторонами, образующими поверхность контакта с выступами трапецеидальной резьбы винта механизма.
Для заявляемого размещения в корпусе роликов поперечного и продольного нагружения с обеспечением его прочностных характеристик наиболее предпочтительно выполнение корпуса в виде призмы, причем отверстия с роликами поперечного нагружения выполнены на противоположных концевых частях корпуса на одних гранях призмы, а по крайней мере, часть из отверстий с роликами продольного нагружения выполнена между указанными концевыми частями на других гранях.
В соответствии с изобретением также предлагается роликовый винтовой механизм, содержащий винт с резьбой и вышеописанную гайку, в которой ролики продольного нагружения установлены с возможностью смещения относительно корпуса вдоль своей оси вращения при взаимодействии винта и гайки.
Выступы резьбы предпочтительно имеют профиль с расположенными под углом друг к другу сторонами, обеспечивающим при приложении к винту продольной нагрузки, разложение переданной ролику нагрузки на осевую и радиальную составляющие, т.е. сообщение ролику нагрузки параллельной его оси вращения. Наиболее предпочтительно, если резьба винта имеет соответствующий трапецеидальный профиль, причем размеры выступов резьбы и расстояние между их сторонами соответствуют концевой части ролика продольного нагружения, так что она может входить между выступами резьбы.
Оси вращения роликов поперечного нагружения расположены продольно относительно центральной оси корпуса со смещением относительно нее на угол восхождения резьбы винта.
Подобная конструкция механизма позволяет выполнять несколько капитальных ремонтов механизма посредством простой механической обработки винта (шлифования резьбы винта) и замены роликов и подшипников, на которые они опираются. Разборка механизма упрощается за счет того, что все контактирующие с винтом элементы могут быть легко вынуты через насверленные снаружи отверстия. Это позволяет снять гайку с винта без повреждений, предварительно вынув все ролики и подшипники.
Таким образом, предлагаемые технические решения позволяют создать надежный и прочный роликовый винтовой механизм, позволяющий передавать большие нагрузки при равномерном ее распределении по элементам гайки, автоматически регулируемом во время работы механизма, и при этом гайка имеет легко поддающуюся ремонту конструкцию.
Краткое описание чертежей
Подробное описание изобретения сопровождается следующими чертежами, схематично иллюстрирующими пример его осуществления.
На фиг.1 схематично представлен общий вид корпуса гайки.
На фиг.2 приведен схематичный местный разрез роликовинтовой пары.
На фиг.3 приведен увеличенный местный разрез с фиг.2, демонстрирующий нагрузки на ролик продольного нагружения.
На фиг.4 приведен аналогичный увеличенный местный разрез, схематично демонстрирующий узел ролика продольного нагружения с одним из вариантов выполнения элементов системы гидрокомпенсации.
На фиг.5 представлена принципиальная схема системы гидрокомпенсации.
На фиг.6 и 7 представлено изображение корпуса гайки и отдельного блока поршней в виде крышки.
На фиг.8 представлен схематичный вид, демонстрирующий взаиморасположение осей винта и ролика поперечного нагружения.
Осуществление изобретения
На чертежах схематично представлены примеры конструктивного выполнения роликовинтовой пары согласно изобретению.
На фиг.1 изображен корпус 1 гайки, выполненный в виде металлической призмы со сквозным центральным каналом 2 для прохождения винта, имеющим круглое сечение. В представленном варианте осуществления изобретения призма имеет чередующиеся грани различной ширины. На противоположных концевых частях более широких граней призмы выполнены отверстия 3 для монтажа (размещения) роликов поперечного нагружения (по два отверстия на соответствующей грани), а между указанными концевыми частями по всей остальной длине более узких граней выполнены отверстия 4 для монтажа роликов продольного нагружения, расположенные бок о бок вдоль корпуса 1.
Все отверстия 3 и 4 выполнены сквозными, проходящими через стенку корпуса 1 гайки от его внешней поверхности до канала 2, и направлены перпендикулярно центральной (продольной) оси корпуса (винта) и расположены по углу восхождения резьбы винта.
Как показано на фиг.2, в отверстия 4 для роликов продольного нагружения вставлены по два роликовых подшипника 5. В подшипниках 5 установлены ролики 6 продольного (т.е. принимающие продольную нагрузку от винта относительно центральной оси) нагружения, имеющие в основном цилиндрическую форму, заканчивающуюся бочкообразным сужающимся профилем (т.е. стороны цилиндра с одного его конца выполнены сходящимися по дуге с образованием на этом конце ролика сечения в форме трапеции с закругленными сторонами), контактирующим непосредственно только с поверхностью выступов резьбы винта 7 (с одной из них). Выступы резьбы имеют профиль с расположенными под углом друг к другу сторонами, обеспечивающий при приложении к винту продольной нагрузки разложение переданной ролику нагрузки на осевую и радиальную составляющие, т.е. сообщение ролику нагрузки параллельной его оси вращения. В частности, в представленном примере резьба имеет трапецеидальный профиль.
Оси вращения роликов 6 продольного нагружения расположены поперек (приблизительно перпендикулярно) центральной оси корпуса. Согласно изобретению, ролики 6 продольного нагружения установлены с возможностью ограниченного смещения вдоль своей оси вращения в ответ на изменение воздействующей на них со стороны винта нагрузки (радиальной составляющей), предпочтительно с равномерным распределением этой нагрузки между роликами. Подобная установка роликов может быть осуществлена различными путями с использованием пружинных, гидравлических и других средств. Наиболее подходит для этого гидросистема, которая и проиллюстрирована в представленном примере осуществления изобретения. Как показано на фиг.2 и 3, в торце каждого ролика 6 продольного нагружения установлен опорный подшипник 8 качения, опирающийся на гидравлический поршень 9, включенный в единую систему гидрокомпенсации нагрузки роликов продольного нагружения.
На фиг.4 представлен пример выполнения гайки с системой гидрокомпенсации, принципиальная схема которой приведена на фиг.5. Поршень 9 может быть установлен обычным образом в уплотнении. На фиг.4, в качестве примера показана герметизация поршня 9 посредством установки его в резиновых манжетах 10. Система гидрокомпенсации включает гидроканалы 11, сообщающиеся с поршнями 9. Как показано на фиг.5, гидроканалы 11 соединены трубопроводом 12, сообщающимся с расширителем 13 (полость в корпусе или отдельный бачок). При этом на фиг.5 для простоты показано только четыре канала 11 и соответствующих рядов поршней 9, однако следует понимать, что их количество зависит от расположения роликов продольного нагружения, в частности, от количества рядов роликов продольного нагружения, расположенных вдоль корпуса 1 гайки. Специалистам также будет понятно, что подобная система гидрокомпенсации может быть на практике реализована в различных конструктивных выполнениях, например, с отдельными блоками поршней. На фиг.6 и 7 приведен наглядный пример подобного выполнения с блоками 14 поршней (показан один) в виде крышек, имеющих корпус удлиненной формы с прямоугольным сечением, в котором выполнен ряд отверстий 15 для размещения поршней 9. Блок 14 поршней крепится на корпус 1 гайки подходящим образом, например, винтами (не показаны) через крепежные отверстия 16 и 17, выполненные, соответственно, в корпусах блока поршней и гайки. В таком конструктивном выполнении отверстия 3 для роликов поперечного нагружения также могут закрываться соответствующей крышкой (не показана).
В отверстия 3 для роликов поперечного нагружения монтируются кронштейны с роликами 18 поперечного нагружения. Как показано на фиг.8, ось вращения ролика 18 поперечного нагружения проходит в продольном направлении относительно корпуса гайки и винта (и поперечно к оси роликов продольного нагружения), но смещена относительно центральной оси корпуса на угол α (между осью винта и осью 19 ролика поперечного нагружения), равный углу β восхождения резьбы винта, например, составляющему около 12°. Контакт с винтом 7 осуществляется по цилиндрической поверхности винта, расположенной между выступами резьбы и образующей дорожку качения. Таким образом, ролики 18 поперечного нагружения расположены в концевых частях корпуса, а ролики 6 продольного нагружения расположены разнесенными в осевом направлении и продольными рядами вдоль корпуса 1 гайки, расположенными между роликами 18 поперечного нагружения.
1
11
12
k
Принцип работы системы гидрокомпенсации будет более понятен из фиг.3. При приложении продольной нагрузки (F) к винту, за счет угла профиля резьбы винта, сила, действующая на ролик 6 продольного нагружения, раскладывается на осевую и радиальную (нормальную) компоненты (F и F), и ролику продольного нагружения также сообщается нагрузка, параллельная его оси вращения. Через систему гидрокомпенсации нагрузка распределяется между всеми участвующими в работе роликами 6 продольного нагружения (за счет компенсирующей силы F). Диапазон движения ролика 6 продольного нагружения в осевом направлении рассчитывается таким образом, чтобы компенсировать возможные неточности в изготовлении или неравномерность износа.