УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в качестве механической винтовой передачи для преобразования вращательного движения в поступательное.
Известна безгаечная роликовинтовая передача (БРВП), см. патент РФ №2463500 «Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное», F16H 25/22, БИ №28, 2012 г., которая выбрана в качестве аналога. БРВП состоит из винта, n (n≥3) резьбовых роликов, которые установлены в сборном корпусе и находятся с винтом в резьбовых зацеплениях. Кроме наружной цилиндрической резьбы по всей длине, каждый ролик имеет на торцах сферические гнезда и кольцевые пазы, расположенные на небольшом расстоянии от торцов. В каждом сферическом гнезде каждого роликов установлен шар, которой с противоположной стороны установлен в аналогичном сферическом гнезде, выполненном на соответствующей крышке корпуса. Таким образом, установленные на двух торцах ролика, шары являются его опорами и позволяют ролику вращаться для преобразования вращательного движения в поступательное. Два кольца, установленные в кольцевых пазах одновременно всех роликов у их различных торцов, предназначены для удержания роликов от радиального перемещения при приложении нагрузки. При работе БРВП кольца катятся по пазам роликов. БРВП имеет и другие детали, предназначенные для регулировки осевого люфта роликов, для уплотнения передачи и т.д.
Всем конструкциям роликовинтовых передач свойственно при работе под нагрузкой проскальзывание, которое снижает кинематическую точность этих передач. Это явление возникает из-за разноразмерности всех роликов одной передачи по среднему диаметру резьбы, из-за погрешностей изготовления резьбы деталей передачи по шагу и т.д. Если выходное звено роликовинтовой передачи переместилось из начального положения в конечное, сделав определенное число оборотов входного звена, затем входное звено делает такое же число оборотов в обратном направлении, а выходное звено не доходит до начального положения, то получившаяся разница и является кинематической погрешностью. Для БРВП величина кинематической погрешности больше, чем для роликовинтовых передач с гайкой, так как появляется еще одна погрешность, влияющая на кинематическую погрешность. Это несоосность кольцевых пазов ролика относительно его резьбы.
Для повышения кинематической точности БРВП за счет синхронизации работы роликов было разработана БРВП, см. патент РФ №2522730 «Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное», F16H 25/20, БИ №13, 2014 г., которая выбрана в качестве прототипа. По конструкции она похожа на БРВП-аналог, но снабжена двумя дополнительными кольцами с прямозубыми внутренними зубчатыми венцами, с помощью которых на все ролики наложены две дополнительные независимые связи, предназначенные для синхронизации работы роликов. Для этого 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. Однако существенно снизить величину кинематической погрешности эти связи не позволяют, так они независимые, то есть дополнительные кольца могут поворачиваться друг относительно друга и перекашиваться относительно оси передачи. Причиной этого поворота являются дополнительные силовые факторы, снижающие нагрузочную способность передачи.
Техническим результатом является повышение кинематической точности и нагрузочной способности устройства для преобразования вращательного движения в поступательное за счет уменьшения проскальзывания в передаче или повышения синхронности работы роликов.
Технический результат достигается в устройстве, содержащем винт, корпус с закрепленными к нему крышками, имеющими сферические гнезда на внутренней торцовой поверхности, n установленных в корпусе с возможностью поворота вокруг своей оси роликов, каждый из которых имеет на всей длине цилиндрическую резьбовую поверхность, на торцах сферические гнезда с центром на оси ролика, два кольцевых паза, выполненных на цилиндрической резьбовой поверхности ролика около его торцов, и расположенные на одних и тех же образующих наружные зубья с нулевым углом наклона, выполненные между каждым торцом и кольцевым пазом, два кольца с наружным диаметром d, две втулки с внутренними зубьями и шаров. Винт и ролики находятся в резьбовых зацеплениях, в сферическое гнездо на каждом торце каждого ролика установлен шар, который с противоположной стороны установлен в сферическое гнездо соответствующей крышки, каждое кольцо установлено в соответствующем кольцевом пазу всех роликов, а зубья роликов у каждого из их торцов зацепляются с зубьями соответствующем втулки, которая ограничена от осевого перемещения крышкой. Устройство снабжено крепежными деталями и гильзой с базовыми поверхностями и элементами для ориентации, а на каждой втулке выполнены базовые поверхности, предназначенные для установки гильзы, и элементы для ориентации, причем гильза соединяется с кольцами крепежными деталями. Диаметр отверстия гильзы D больше наружного диаметра колец d, а элементы для ориентации втулок и гильзы предназначены для совмещения зубья на втулках вдоль одних и тех же образующих.
Полезная модель поясняется прилагаемыми чертежами, где:
- на фиг. 1 показан общий вид устройства;
- на фиг. 2 показан разрез А-А на фиг. 1.
- на фиг. 3 показана гильза устройства с видом Б;
- на фиг. 4 показано кольцо устройства с разрезами В-В и Г-Г.
Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное, см. фиг. 1, состоит из винта 1 и узла, совершающего поступательное перемещение с базовыми элементами «Д» (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 «Е», а на торцах - сферические гнезда «Ж» с радиусом R, центр которых расположен на оси ролика. На внутренней торцовой поверхности каждой крышки выполняют сферические гнезда «И» с радиусом R, центр которых также расположен на оси ролика, а количество гнезд 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 гнездах 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 «Е» всех роликов 11, см. фиг. 2, с осевым зазором установлены кольца 13, которые сдерживают ролики от радиального перемещения при приложении нагрузки и имеют наружный диаметр d.
На концах каждого ролика 11, см. фиг.2, от торца до кольцевого паза «Е» прямо по резьбе выполнены прямозубые наружные зубчатые венцы «К» таким образом, чтобы зубья на каждом конце ролика находились на одних и тех же образующих. Прямозубые наружные зубчатые венцы «К» роликов зацепляются с прямозубыми внутренними зубчатыми венцами «Л» втулок 14, которые соединены гильзой 15. Для этого на втулках 14 и гильзе 15 имеются сопрягаемые базовые поверхности и элементы для ориентации, все они могут иметь различное исполнение. Например, см. фиг. 3, гильза 15 имеет базовые отверстие «М» с диаметром D и торцы «Н», а также - выступы «П», являющиеся элементами для ориентации. Каждая втулка 14, см. фиг. 4, имеет базовые наружную цилиндрическую поверхность «Р» и торец «С», а также - прямоугольные пазы «Т», являющиеся элементами для ориентации. С помощью элементов для ориентации зубья на каждой втулке скоординированы, то есть находятся на одних и тех же образующих. Кроме того, гильза скреплена с втулками винтами 16, см. фиг 2, которые застопорены от отвинчивания герметиком. Благодаря этому гильза 15 с втулками 14 представляет собой единый узел, осевое перемещение которого ограничено торцом «У» крышки 7 и торцом «Ф» полуколец 10. Для обеспечения сборки устройства диаметр отверстия гильзы D больше наружного диаметра колец d.
Для регулировки осевого люфта заявляемого устройства предусмотрена, см. фиг. 2, прокладка 17, 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 устанавливают в плоскости нормальной оси винта. Первую втулку 14 устанавливают на место, которое предназначено для установки полуколец 10. В сферические гнезда «И» крышки 3 устанавливают шары 12.
Собирают узел, состоящий из всех роликов 11, в пазы «Е» которых установлены кольца 13. Указанный узел ввинчивают в резьбу винта 1 с его верхнего торца до тех пор, пока каждый ролик 11 своим сферическим гнездом «Ж» не упрется в соответствующий шар 12, см. фиг. 2. В конце этой операции придется индивидуально поворачивать часть роликов.
Поднимая первую (нижнюю) втулку 14, вводят в зацепление ее внутренний зубчатый венец с наружными зубчатыми венцами всех роликов 11, см. фиг. 2. При этом возможно придется выставлять часть роликов по угловой координате. На крышку 3 устанавливают полукольца 10, которые не позволяют опуститься первой втулке 14. Предварительно собранную и скрепленную винтами 16 со второй (верхней) втулкой 14 гильзу 15 устанавливают на первую втулку 14. При этом сопрягают базовые поверхности и элементы для ориентации для того, чтобы зубчатый венец «К» всех роликов вошел в зацепление с зубчатым венцом «Л» второй втулки 14. Гильзу 15 скрепляют винтами 16 с первой втулкой 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.
В сферические гнезда «Ж» роликов 11 устанавливают шары 12. Прокладку 17 и крышку 7 устанавливают на фланец корпуса 2 так, чтобы сферические гнезда «И» 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 17. 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. Узел, состоящий из гильзы 15 и двух втулок 14, находящихся в зубчатых зацеплениях со всеми роликами 11 синхронизируют их движение, не позволяя роликам проскальзывать и отставать каким-то роликам относительно других роликов.
По сравнению с устройством-прототипом в заявляемом устройстве втулки с внутренними зубчатыми венцами, соединенные гильзой, представляют собой единый узел, то есть втулки не могут поворачиваться друг относительно друга и перекашиваться относительно оси винта. Это приводит:
- к уменьшению проскальзывания роликов, что способствует повышению кинематической точности передачи;
- к синхронизации работы роликов, что способствует выравниванию распределения рабочей осевой силы между роликами. Это позволит повысить нагрузочную способность устройства и его долговечность.