УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ УЗЛА ИЗДЕЛИЯ
DEVICE FOR CONVERSION OF ROTATIONAL MOTION INTO PLANE-PARALLEL MOTION OF ARTICLE UNIT

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве механической винтовой передачи со встроенным электродвигателем с полым ротором для преобразования вращательного движения в плоскопараллельное движение подвижного узла изделия, с которым соединена передача.
Известна передача винт-гайка скольжения, преобразующая вращательное движение винта в поступательное движение гайки (см. Решетов Д.Н. «Детали машин», учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов, 4-е издание, М.: Машиностроение, 1989 г., с.308). Обычно гайка передачи соединяется с подвижным узлом изделия. В зависимости от способа установки на изделие передачи и указанного узла, последний может совершать плоскопараллельное движение, частными случаями которого являются поступательное движение и вращательное движение.
Передача состоит из винта, гайки, опорных узлов и направляющих деталей. Для работы передачи винт соединяют с электродвигателем, чаще всего через редуктор.
Передача имеет простую конструкцию, но обладает рядом недостатков, основным из которых является низкий КПД, который приводит: к ограничению скорости вращения винта; к большим тепловыделениям при работе; к необходимости выбора электродвигателя с большими мощностью, габаритами и массой. Кроме того, гайку надо изготавливать из дорогостоящих антифрикционных материалов. Ресурс передач винт-гайка скольжения при постоянной работе низкий, и так далее.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для преобразования вращательного движения в поступательное, см. патент РФ №2098695, F16H 1/34, 25/20, 1997 г.
Данное устройство состоит из многозаходного винта, установленного в подшипниках, которые расположены в различных опорных корпусах у противоположных торцов винта. Со стороны одного торца винт соединен с электродвигателем, который приводит его во вращение.
Витками своей резьбы винт соединен с сопрягаемыми витками, установленных в двух сепараторах резьбовых роликов, количество которых не менее трех. Резьбовые ролики установлены в многозаходной гайке, и их витки также зацепляются с сопрягаемыми витками резьбы гайки. Чтобы исключить самопроизвольное вывинчивание резьбовых роликов, они дополнительно связаны по торцам с гайкой зубчатыми зацеплениями. Узел, состоящий из гайки, резьбовых роликов, сепараторов и других деталей, установлен в корпусе гайки с цапфами, который при вращении винта перемещается вдоль его оси по направляющей. При этом резьбовые ролики совершают планетарное движение: все ролики вместе с сепараторами вращаются вокруг оси винта; каждый ролик вращается вокруг собственной оси. Поэтому передачу и называют планетарной. Корпус гайки имеет уплотнения, которые на рисунках устройства-прототипа не показаны. Корпус гайки шарнирно соединяется с подвижным узлом изделия и совершает поступательное движение.
Данное устройство имеет следующие недостатки:
1. Устройство имеет стационарный вариант установки с использованием основания, корпусов опорных подшипников, направляющей и т.д. Такую конструкцию неудобно или невозможно использовать для целого ряда изделий. Часто требуется более удобная шарнирная схема установки передачи с электродвигателем на изделие.
2. Устройство имеет большую массу из-за стационарного варианта установки, что также недопустимо для целого ряда изделий, например аэрокосмической техники.
3. Устройство имеет большие осевые габариты, так как электродвигатель соединяется соосно с валом.
4. В устройстве вращается установленный в подшипниках винт, а гайка совершает поступательное движение. При этом диаметры отверстий подшипников невелики и соизмеримы с диаметром винта, следовательно, невелика и их грузоподъемность. Это ограничивает допускаемую осевую нагрузку на передачу в целом. Следует отметить, что для роликовинтовых передач часто подшипники ограничивают нагрузочную способность передачи в целом, и рекомендуются опорные узлы, состоящие из 4-х подшипников.
Техническим результатом является повышение допускаемой осевой нагрузки на передачу, расширение функциональных возможностей и снижение массы и осевых габаритов заявляемого устройства.
Технический результат достигается в устройстве, содержащем многозаходные винт и гайку с наружной поверхностью вращения, установленные в двух сепараторах ролики, каждый из которых находится в резьбовых зацеплениях с винтом и гайкой и зубчатых зацеплениях с гайкой, корпус гайки с базовыми цапфами и уплотнениями, подшипники и элемент для соединения с электродвигателем, причем длина резьбового участка винта больше длины резьбового участка на внутренней поверхности гайки, две крепежные гайки, два дополнительных уплотнения, шайбу, пружинное разрезное кольцо, закрепленную в корпусе втулку и шарнирно соединенный с узлом изделия стыковочный узел, предназначенный для уравновешивания крутящего момента от сил трения в резьбовых зацеплениях при работе устройства, при этом наружная поверхность вращения гайки имеет три цилиндрических участка в средней ее части и два резьбовых участка у ее торцов, причем на центральном цилиндрическом участке, являющемся элементом для соединения с электродвигателем, с одной его стороны выполнен П-образный паз, в котором установлено пружинное разрезное кольцо, а с другой его стороны - П-образный выступ, один из подшипников установлен на одном из крайних цилиндрических участков и посредством дополнительного уплотнения упирается в П-образный выступ, а другой подшипник установлен на другом крайнем цилиндрическом участке и посредством другого дополнительного уплотнения и шайбы упирается в пружинное разрезное кольцо, крепежные гайки установлены на резьбовых участках наружной поверхности вращения гайки с возможностью фиксации подшипников, винт выполнен с цилиндрическим участком и установлен с возможностью осевого перемещения его цилиндрического участка во втулке, а стыковочный узел закреплен на торце цилиндрического участка.
Устройство для преобразования вращательного движения в плоскопараллельное движение узла изделия поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг.2 - вид А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2, на фиг.4 - гайка устройства, на фиг.5 - схема установки устройства на изделие.
Устройство для преобразования вращательного движения в плоскопараллельное движение узла изделия состоит из корпуса 1 с крышками 2 и 3. В отверстие крышки 2 устанавливается втулка 4, а в резьбовое отверстие крышки 3 ввинчивается сварной стакан 5, который стопорится гайкой 6.
Крышки 2 и 3 центрируются по отверстию корпуса 1, ориентируются относительно его с помощью штифтов 7 и крепятся к нему винтами 8 с пружинными шайбами 9.
Корпус 1 имеет базовые цапфы «В» для шарнирной установки корпуса на изделии.
Внутри корпуса 1 на подшипниках 10 и 11 установлена планетарная роликовинтовая передача (ПРВП). ПРВП состоит из многозаходного винта 12 с направляющим цилиндрическим участком «Г», который может перемещаться в осевом направлении по отверстию «Д», втулки 4, n роликов 13. установленных с двух сторон в сепараторах 14, многозаходной гайки 15 и закрепленных с двух сторон в ее отверстии зубчатых втулок 16. Пружинные кольца 17 предназначены для ограничения осевого перемещения сепараторов 14. На конце винта 12 закреплен стыковочный узел 18. Для герметизации внутреннего пространства корпуса используются уплотнения 19, 20 и 21.
Гайка 15 имеет наружную поверхность вращения, на которой выполнен П-образный выступ «Е» и П-образный паз «Ж». В паз «Ж устанавливается пружинное разрезное кольцо 22. Наружную поверхность вращения гайки 15 можно условного разделить на: два резьбовых участка «И», два крайних цилиндрических участка «К» и один средний цилиндрический участок «Л». Резьбовые участки «И» расположены на краях наружной поверхности вращения гайки, средний цилиндрический участок «Л» расположен между П-образным выступом «Е» и П-образным пазом «Ж» наружной поверхности вращения гайки, а крайние цилиндрические участки «К» расположены между П-образным выступом «Е» или П-образным пазом «Ж» и соответствующим резьбовым участком «И» этой же поверхности.
Подшипник 10 базируется по П-образному выступу «Е» и соответствующему крайнему цилиндрическому участку «К» наружной поверхности вращения гайки 15, а подшипник 11 базируется через шайбу 23 по пружинному разрезному кольцу 22, установленному в П-образный паз «Ж» и соответствующему крайнему цилиндрическому участку «К» той же поверхности гайки. Такое торцевое базирование подшипника 11 объясняется необходимостью сборки на гайке 15 электродвигателя с полым ротором. Шайба 23 обеспечивает гарантированную торцевую базу для подшипника 11. Подшипники зафиксированы вдоль оси крепежными гайками 24.
Средний цилиндрический участок «Л» наружной поверхности вращения гайки 15 предназначен для установки встроенного электродвигателя с полым ротором, поэтому пространство под электродвигатель в корпусе 1 должно быть герметичным. Это осуществляется с помощью двух дополнительных уплотнений, которые могут иметь различные конструкции. На фиг.3 показаны дополнительные тонкостенные уплотнения 25, которые прижаты внутренними кольцами подшипников к П-образному выступу «Е» или пружинному разрезному кольцу 22, а подпружиненный элемент уплотнений скользит по наружным кольцам подшипников. Длина среднего цилиндрического участка «Л» может быть увеличена под осевой размер электродвигателя за счет увеличения общей длины гайки и корпуса. Если электродвигатель имеет наружный диаметр больше, чем наружный диаметр подшипника, то можно изменить форму и размеры корпуса.
На фиг.5 показана схема установки заявляемого устройства на изделие 26, имеющее подвижный узел 27, который может совершать вращательное движение. На изделии 26 имеется опорный узел 28, который с цапфами «В» корпуса 1 заявляемого устройства образует шарнирное соединение. На подвижном узле 27 имеется опорный узел 29, который со стыковочным узлом 18 заявляемого устройства также образует шарнирное соединение.
Устройство для преобразования вращательного движения в плоскопараллельное движение узла изделия работает следующим образом.
В начальном положении изделия 26 его подвижный узел 27 закрыт. При этом винт 12 ПРВП находится в одном из крайних положений, при котором направляющий участок «Г» винта 12 почти полностью (с учетом запаса) располагается внутри корпуса заявляемого устройства. При включении электродвигателя ротор вместе с гайкой начинает вращаться и приводит в планетарное движение ролики. Зубчатые втулки 16, находящиеся в зубчатых зацеплениях со всеми роликами 13, синхронизируют их движение, не позволяя роликам проскальзывать и отставать каким-то роликам относительно других роликов. Винт 12 может только совершать поступательное движение, так как вращающий момент от действия сил трения в резьбовых зацеплениях будет уравновешивать шарнирное соединение опорного узла 29 со стыковочным узлом 18 заявляемого устройства. При выдвижении винта 12 подвижный узел 27 будет поворачиваться до требуемого положения, достигнув которого электродвигатель выключится. Для возврата подвижного узла 27 в исходное положение необходимо, чтобы при новом включении электродвигателя он вращался бы в обратном направлении.
Заявляемое устройство позволяет:
- расширить функциональные возможности за счет шарнирной схемы установки на изделие. Выходное звено заявляемого устройства может совершать плоскопараллельное движение, а не поступательное, как в прототипе;
- существенно снизить вес за счет шарнирной схемы установки на изделие;
- уменьшить осевые габариты за счет установки встроенного электродвигателя между подшипниками внутри корпуса;
- повысить нагрузочную способность (допускаемую осевую силу) за счет установки на вращающуюся гайку ПРВП подшипников, которые имеют больший типоразмер и грузоподъемность, чем подшипники, установленные на винте.