ЭКСЦЕНТРИЧНАЯ ВИНТОВАЯ ПЕРЕДАЧА
OFF-CENTRE SCREW GEAR

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, к механизмам преобразований движений, конкретно преобразования вращения в круговое или криволинейное движения различных технологических устройств.
Известна эксцентричная винтовая передача, содержащая корпус, установленную в нем с возможностью вращения гайку постоянного диаметра и винт, ось которого эксцентрична оси гайки [1]. Данная передача преобразует вращение винта в прямолинейное поступательное движение гайки, но не пригодна для передачи движения по криволинейной траектории, например по прямой, переходящей в дугу.
Известна эксцентричная винтовая передача, в которой гайка установлена в корпусе через промежуточную эксцентричную втулку, позволяющую регулировать эксцентриситет и контактные зоны витков винта и гайки [2]. Эта передача также не позволяет преобразовывать вращение в криволинейное движение.
Известен шариковый винтовой механизм, в котором винт выполнен переменного шага [3]. Механизм позволяет получать переменную скорость движения винта при равномерном вращении гайки, но не пригоден для передачи движения по кривой траектории.
Технический результат предлагаемой передачи заключается в преобразовании вращения гайки в круговое или криволинейное движение винта или самой гайки относительно неподвижного винта. Указанный технический результат достигается тем, что винт выполнен криволинейной формы, концентричной своей изогнутой осевой линии, имеет шаг переменной величины, пропорциональной радиусу кривизны формы, и установлен относительно оси гайки с переменным эксцентриситетом, имеющим наибольшую величину в зоне наименьшего расстояния между ним и гайкой.
Форма винта может быть замкнутой кольцевой, например в виде кругового тора, или разомкнутой, с осью переменной кривизны и направления, например синусоидой, - в виде круглого синусоида. Шаг резьбы винта равен шагу гайки в плоскости, перпендикулярной наименьшему расстоянию между ними и проходящей через ось гайки. В резьбовых канавках винта и гайки могут быть размещены шарики, число которых пропорционально длине канавки гайки по среднему диаметру резьбы, и компенсатор зазора между ними.
На фиг.1 изображена эксцентричная винтовая передача с винтом в виде тора; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 и различные положения винта относительно гайки (штрихпунктир); на фиг.3 - винтовая передача с винтом, имеющим ось синусоиды и смещение винта относительно гайки (штрихпунктир); на фиг.4 и 5 - продольные разрезы передачи скольжения и шарико-винтовой передачи по гайке соответственно.
Эксцентричная винтовая переча содержит корпус 1, установленную в нем гайку 2 на подшипниковых опорах 3 и проходящий внутри гайки с эксцентриситетом «е» винт 4 (фиг.1, 2). Винт выполнен криволинейной формы, концентричной своей изогнутой осевой линии «а». Соответственно ее кривизне он может иметь форму круглого тора 4 при постоянной кривизне осевой линии с одним центром 0 кривизны - окружности (см. фиг.1); при переменной кривизне по величине оси и направлению, например, эллипса - эллиптического тора, винта с осью синусоидой 5 (фиг.3) и другие. Винт 4 в виде кольцевого тора может занимать различные положения относительно гайки в пределах 360° (см. фиг.2, штрихпунктир).
i
i
Шаг резьбы Р винта имеет переменную величину, пропорциональную радиусу кривизны формы. Применительно к винтовому тору наружный шаг резьбы Р так относится ко внутреннему Р, как наружный R и внутренний R средние радиусы его резьбы (см. фиг.1, 4): .
Эксцентриситет винта относительно гайки является переменной величиной вследствие кривизны осевой линии винта. Наибольший эксцентриситет "е" - расстояние между касательной к осевой линии изгиба винта и осью гайки расположен на линии наименьшего расстояния между винтом и гайкой (фиг.4, 5). В этой зоне имеет место наиболее плотный контакт витков резьбы винта и гайки.
г
0
г
0
о
г
i
г
0
0
0
Профиль резьбы винтовой передачи скольжения может быть различным: треугольным, трапецеидальным, круглым и другим, за исключением прямоугольного. Для уменьшения погрешности шага винта от номинального шага гайки Р шаг резьбы Р винта принят равным шагу Р на радиусе наибольшей кривизны осевой линии винта; применительно к тору - на радиусе R окружной осевой линии: Р=Р. Тогда погрешность внешнего Р и внутреннего Р шага резьбы винта равна ΔР=±Рr/R, знак + (плюс) для внешнего шага; r - средний радиус резьбы винта (см. фиг.1).
Наибольшее число контактных площадок, а следовательно, и наиболее высокую точность перемещения в эксцентричных винтовых криволинейных передачах имеет шариковая передача. В резьбовых канавках ее винта 7 и гайки 6 размещены шарики 8, число которых пропорционально длине канавки по среднему диаметру гайки d (фиг.5). Гайка имеет вкладыш 9 с обводным каналом для шариков. Для компенсации накопленного по длине витков зазора шариков вследствие переменной глубины канавок по контактной винтовой линии служит компенсатор 10 в виде шайбы из антифрикционного материала. Компенсатор обеспечивает замкнутый винтовой столб шариков. Он может иметь различные исполнения, например пружины. Возможно использование известных конструкций для выбора зазоров в шариковинтовых передачах.
Приводом в эксцентричных криволинейных винтовых передачах является гайка. Обратное вращение от изогнутого винта к гайке осуществить невозможно. Поэтому гайка оснащена зубчатым венцом 11, который может быть насадным (см. фиг.5) или выполнен за одно целое с гайкой (см. фиг.4).
Для сборки замкнутой винтовой передачи с винтом в виде тора предназначен вставной сектор 12, который после навинчивания гайки устанавливается на свое место в открытый участок винта и фиксируется известным способом, например склеиванием (см.фиг.1).
Работа винтовой передачи осуществляется следующим образом. Корпус 1 гайки присоединяется к редуктору (не показан), и ее зубчатый венец 11 зацепляется с ведущим зубчатом колесом редуктора (см. фиг.4, 5). От него гайка получает вращение и приводит во вращение кольцевой винт - тор 4 (см. фиг.1) или сообщает перемещение по криволинейной траектории - синусоиде винту в форме круглого синусоида 5 (см. фиг.3, штрихпунктир). При неподвижном винте соответствующее перемещение получает сама гайка. Для этого несущий ее редуктор имеет круговые направляющие, если винт - тор, или установлен на крестовом столе со взаимно перпендикулярными прямолинейными направляющими, если винт - круглый синусоид.
г
1
0
0
Пример эксцентричной винтовой передачи скольжения (фиг.4). Гайка имеет трапецеидальную резьбу с углом профиля α=40°, шаг витков P=10 мм, рабочая высота профиля H=5 мм. Винт в форме кругового тора имеет средний радиус резьбы r=16 мм, радиус окружной осевой линии R=100 мм, шаг резьбы, равный шагу гайки 10 мм на радиусе осевой линии. Наименьший эксцентриситет криволинейного винта относительно оси гайки определяется .
Погрешность внешнего шага винта равна , наименьший эксцентриситет . При эксцентриситете е=2,2 мм средний диаметр резьбы гайки равен d=36,4 мм.
Эксцентричная винтовая передача с винтом, имеющим криволинейную
ось, найдет применение в приборостроении, станочных приспособлениях, например поворотных столах; механизмах преобразования движений, в копировальных устройствах.
Источники информации
1. Кожевников С.Н. и др. Механизмы. Справочник. 4-е изд.-М.: Машиностроение, 1976. - 784 с. Рис.2.251, стр.138.
2. А.с. СССР №1350420, МПК F16H 25/22, Эксцентричная винтовая передача. 1987. Прототип.
3. А.с. СССР №292045, МПК F16H 25/22, Шариковый винтовой механизм. 1971.