Передача винт-гайка качения
ROLLING SCREW-NUT TRANSMISSION

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в механизмах подачи тяжелых металлорежущих станков.
В настоящее время передачи, аналогичные предлагаемой, известны. К ним относится, в частности, передача винт-гайка качения, описанная на сайте studref.com и изображенная на нем на рис. 21.1. Указанная передача состоит из винта с наружной резьбовой канавкой полукруглого сечения и охватывающей его гайки с такой же внутренней канавкой. Канал, образованный канавками винта и гайки, заполнен шариками. В процессе использования передачи винт устанавливают на станке параллельно направляющим и соединяют с приводом. Гайку соединяют с суппортом станка, перемещаемым по направляющим. На суппорте закрепляют режущий инструмент, которым ведут обработку заготовки. С помощью привода винта создают движение подачи суппорта с инструментом, причем для увеличения подачи увеличивают скорость вращения винта, а для уменьшения подачи эту скорость снижают. Чем больше скорость, тем больше подача, но с ростом подачи увеличивается и сила сопротивления движению суппорта, а значит, и сила сопротивления движению гайки по винту. При больших подачах (они обычно обусловлены требованиями к производительности обработки) сила сопротивления может быть настолько велика, что в сопряжении поверхностей винта, гайки и шариков возникают задиры, и происходит повышенный износ. Для снижения износа передачу периодически смазывают, но это не всегда эффективно. Чтобы снизить износ передачи, ее элементы изготавливаются с зазором для размещения смазки, но в таком случае в паре винт-гайка возникает люфт, который в процессе работы использующего ее станка влечет за собой дополнительные (помимо прочих других) погрешности обработки заготовок. Для исключения люфта гайку в передачах винт-гайка качения зачастую выполняют из двух соосных половин (см. книгу «Ратмиров В.А., Чурин И. Н., Шмутер С.Л. Повышение точности и производительности станков с программным управлением. - М.: «Машиностроение», 1970», стр. 145, рис. 92, б). Первую половину закрепляют в корпусе гайки неподвижно, а вторую - с возможностью осевого перемещения относительно первой. Соосно с винтом в корпусе гайки установлены пружины, взаимодействующие с ее второй половиной (нажимающие на нее). Под действием пружины люфт ликвидируется, и передача при ее использовании работает точнее.
Усилие пружин в рассмотренной передаче винт-гайка выбирают таким образом, чтобы при любых режимах работы пары ликвидация люфта не нарушилась. Как указывается в книге «Б. И.Павлов. Шариковинтовые механизмы в приборостроении. - Л.: «Машиностроение», 1968», стр. 33, строка 7 сверху, «эти пружины рассчитываются на усилие, которое должно быть больше максимального рабочего усилия, возникающего при работе механизма». Но такое усилие, постоянно действующее (создающие натяг), в передаче требуется не всегда. Ведь не всегда же передача находится под воздействием максимальных рабочих усилий. В одних случаях они достигают максимума, в других нет. Но если пружины всегда создают максимальный натяг, рассчитанный на максимальную осевую нагрузку, действующую на передачу, то в последней происходит неоправданно повышенный износ. А это снижает ее долговечность.
В связи с изложенным возникает проблема повышения долговечности передачи винт-гайка качения, которая и решается предполагаемым изобретением.
Технически решение сформулированной проблемы основывается на известной зависимости силы сопротивления перемещению гайки в механизме подачи станка от подачи при обработке резанием
где  - коэффициент и показатели степени, зависящие от обрабатываемого материала и материала инструмента;  - коэффициент, учитывающий условия обработки;  и  - глубина и скорость резания;  - подача («Справочник технолого-машиностроителя. В 2-х томах. Т.2, 1986», стр. 271-275).
Подача при обработке на металлорежущем станке увеличивается с ростом скорости вращения винта, поэтому с увеличением скорости вращения увеличивается. Соответственно, с уменьшением скорости вращения винта уменьшается. Отсюда следует, что при наибольшей скорости вращения винта величина максимальна и натяг в передаче должен быть максимальным, а при снижении указанной скорости вращения натяг может быть уменьшен.
Реализуется решение проблемы техническим путем за счет того, что передача винт-гайка качения характеризуется тем, что содержит винт с резьбовой канавкой полукруглого сечения, охватывающую его гайку, снабженную аналогичной канавкой, состоящую из корпуса и двух соосных половин, первая из которых закреплена в корпусе неподвижно, а вторая - с возможностью осевого перемещения относительно первой, шарики, размещенные в канале, образованном канавками винта и гайки, реверсивный шестеренный гидронасос, полый упруго-эластичный тор, соосный с винтом и установленный в корпусе гайки с возможностью взаимодействия с ее второй половиной, редуктор-мультипликатор, гидробак и регулируемый дроссель, при этом всасывающий патрубок гидронасоса и выходной патрубок дросселя гидравлически связаны с гидробаком, нагнетательный патрубок насоса соединен с входным патрубком дросселя и полостью тора, а винт через редуктор-мультипликатор кинематически связан с приводным валом гидронасоса.
Схема предлагаемой передачи винт-гайка качения показана на фиг. 1, где 1 - винт с резьбовой канавкой полукруглого сечения, 2 - охватывающая винт гайка, снабженная аналогичной канавкой, состоящая из корпуса 3 и двух соосных половин, первая 4 из которых закреплена в корпусе 3 неподвижно, а вторая 5 - с возможностью осевого перемещения относительно первой, а 6 - шарики, размещенные в канале, образованном канавками винта 1 и гайки 2.При этом передача снабжена реверсивным шестеренным гидронасосом 7, полым упруго-эластичным тором 8, соосным с винтом 1 и установленным в корпусе 3 гайки с возможностью взаимодействия с ее второй половиной 5, редуктором-мультипликатором 9, гидробаком 10 и регулируемым дросселем 11. Всасывающий патрубок 12 гидронасоса 7 и выходной патрубок 13 дросселя 11 гидравлически связаны с гидробаком 10, нагнетательный патрубок 14 насоса 7 соединен с входным патрубком 15 дросселя 11 и полостью тора 8, а винт 1 через редуктор-мультипликатор 9 кинематически связан с приводным валом 16 гидронасоса 7.
Тор 8 выполнен из материала типа армированной резины и взаимодействует со второй половиной 5 гайки через кольцо 17 (впрочем, гайка может быть изготовлена и без него). Во избежание проворота половина 5 гайки снабжена шпонкой 18, параллельной оси винта 1.
При необходимости параллельно дросселю 11 в передаче может быть установлен предохранительный клапан 19. При использовании предлагаемой передачи винт-гайка качения в механизме подачи металлорежущего станка ее предварительно настраивают в соответствии с и дросселем 11, а затем ее работа осуществляется следующим образом.
Если подача рабочего органа станка, перемещаемого гайкой 2, не происходит, винт 1 не вращается, гайка 2 не двигается, насос 7 не работает, и масло в полый тор 8 не нагнетается. Натяг в передаче отсутствует.
При вращении винта 1 насос 7 тоже вращается, причем поскольку он реверсивный, то независимо от направления вращения винта 1 и соединенного с ним вала 16 насос начинает нагнетать масло в полость 8, создает в ней определенное давление, в результате чего в передаче возникает соответствующий натяг. Чем быстрее вращается винт 1, т.е. чем больше подача рабочего органа (суппорта с инструментом) станка, тем больше сила , сопротивления перемещению гайки 2. Но приводной вал 16 насоса 7 тоже в таком случае вращается быстрее, давление в полости 8 увеличивается, растет и натяг в передаче. Чем меньше подача и чем медленнее вращается винт 1, тем меньше давление в полости тора 8 гайки 2, тем меньше натяг. Передаточное число редуктора-мультипликатора 9, являющегося, по существу, повышающим редуктором, выбрано так, чтобы между скоростью вращения винта 2 и приводного вала 16 насоса 7 было соотношение, обеспечивающее всегда необходимое и достаточное давление в полости тора 8, т.е. наиболее экономичный натяг при различных режимах эксплуатации передачи. Это и создает технический результат предложения, выражающийся в снижении износа передачи и повышении ее долговечности.