Передача винт-гайка скольжения
SLIDING SCREW-NUT GEARING

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в механизмах подачи тяжелых металлорежущих станков и подобных им технологических машин.
В настоящее время передачи, аналогичные предлагаемой, известны. К ним относится, в частности, передача винт-гайка скольжения, описанная на сайте studref.com и изображенная на нем на рис. 92, а. Указанная передача состоит из винта с наружной трапецеидальной резьбой и охватывающей его гайки с такой же внутренней резьбой. 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 и гайки возникают задиры, и происходит повышенный износ. Для снижения износа передачу периодически смазывают, но этого не всегда достаточно.
Отмеченного недостатка в значительной степени лишена гидростатическая передача винт-гайка скольжения, описанная в книге «Станочное оборудование автоматизированного производства. В 2-х томах, Т.1. – М.: Изд-во Станкин, 1993» (стр. 316-317, рис. 5.135, 5.136, б). Насколько можно судить из описания этой передачи и иллюстраций, она содержит гидробак, дроссели, нереверсивный гидронасос и переливной клапан, соединенный с выходным каналом гидронасоса и гидробаком. Винт так же, как и у аналога, рассмотренного выше, имеет наружную трапецеидальную резьбу, а гайка имеет подобную резьбу и охватывает винт. На боковых поверхности резьбы в гайке выполнены карманы, соединенные через дроссели с каналом подачи масла от гидронасоса. Диаметральные поверхности резьбы в гайке выполнены с отверстиями, соединёнными с каналом слива масла в гидробак. Как следует из упомянутого описания и иллюстраций, приведенных в книге «Станочное оборудование автоматизированного производства. В 2-х томах, Т.1. – М.: Изд-во Станкин, 1993», гидронасос имеет свой привод, поэтому независимо от того, в каком направлении (в прямом или обратном) вращается винт (в каком направлении совершается подача при использовании передачи в механизме подачи станка) насос, вращаясь все время в одну сторону, подает масло в карманы, имеющиеся в резьбе гайки, масло попадает в зазор между поверхностями гайки и винта, постоянно смазывает эти поверхности и через отверстия, соединенные с каналом слива масла, поступает в гидробак.
Гидростатическая передача винт-гайка скольжения работает с меньшим износом, чем упомянутая ранее передача-аналог, однако при больших подачах и она изнашивается относительно быстро. Это вызвано известной зависимостью силы сопротивления перемещению гайки от подачи
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). Но, как отмечалось, подача при обработке на металлорежущем станке или подобной технологической машине увеличивается с ростом скорости вращения винта, поэтому с увеличением скорости вращения увеличивается , а это, в свою очередь, уменьшает толщину слоя смазки в передаче со стороны действия силы. Если при достаточно малых  в передаче с обеих сторон резьбы имеет место жидкостное трение, то при больших  со стороны ее действия оно может стать в резьбе смешанным (полусухим) или даже сухим. Это означает, что при увеличении скорости вращения винта толщину слоя смазки в передаче требуется восстанавливать. Осуществить это можно путем увеличения поступления масла от насоса. На этом и основано предлагаемое изобретение.
Проблемой, подлежащей решению предложением, является снижение износа передачи винт-гайка скольжения в широком диапазоне скоростей прямого и обратного вращения входящего в нее винта, что должно способствовать повышению ее точности и долговечности, соответственно, работы механизма подачи станка с ее применением.
Решение сформулированной проблемы технически осуществляется засчет того, что передача винт-гайка скольжения характеризуется тем, что она содержит гидробак, дроссели, гидронасос и переливной клапан, соединённый с выходным каналом последнего и гидробаком, состоит из винта с наружной трапецеидальной резьбой и охватывающей его гайки с аналогичной внутренней резьбой, на боковых поверхностях которой выполнены карманы, соединенные через дроссели с каналом подачи масла от насоса, и диаметральные поверхности которой выполнены с отверстиями, соединенными с каналом слива масла в гидробак, при этом она снабжена регулируемым дополнительным дросселем, включенным в канал слива масла, и редуктором-мультипликатором, гидронасос выполнен шестеренным реверсивным, а винт через редуктор-мультипликатор кинематически связан с его приводным валом.
На фиг. 1 показана схема предлагаемой передачи винт-гайка скольжения. Передача содержит гидробак 1, дроссели 2, гидронасос 3 и переливной клапан 4, соединённый с выходным каналом 5 последнего и гидробаком 1. Она состоит из винта 6 с наружной трапецеидальной резьбой и охватывающей его гайки 7 с аналогичной внутренней резьбой, на боковых поверхностях которой выполнены карманы 8, соединенные через дроссели 2 с каналом 5 подачи масла от насоса, и диаметральные поверхности которой выполнены с отверстиями 9, соединенными с каналом 10 слива масла в гидробак. При этом она снабжена регулируемым дополнительным дросселем 11, включенным в канал 10 слива масла, и редуктором-мультипликатором 12, гидронасос 3 выполнен шестеренным реверсивным, а винт 6 через редуктор-мультипликатор 12 кинематически связан с его приводным валом 13.
Реверсивный шестеренный насос – это такой шестеренный насос, который при прямом или обратном направлении вращения входного вала качает жидкость в одном и том же направлении. К таким насосам относится, в частности, защищенный патентом РФ на полезную модель №194585 «Реверсивный шестеренный насос» авторов Либермана Я.Л. и Чибирова А.Б.
Этот насос обеспечивает более равномерное нагнетание масла в карманы 8 гайки, чем, например, плунжерный насос, и потому создает в сопряжении винта и гайки более стабильную смазку.
При использовании предлагаемой передачи винт-гайки скольжения в механизме подачи металлорежущего станка или иной технологической машины, ее предварительно настраивают в соответствии, например, с t и V дросселем 11, а затем ее работа осуществляется следующим образом.
Если подача рабочего органа станка, перемещаемого гайкой 7, не происходит, винт 6 не вращается, гайка 7 не двигается, насос 3 не работает, и масло в карманы 8 не нагнетается. В зоне сопряжения винта и гайки имеется некоторый начальный слой смазки, обусловленный предшествующей работой передачи.
При вращении винта 6 насос 3 тоже вращается, причем поскольку он реверсивный, то независимо от направления вращения винта 6 и соединенного с ним вала 13 насос нагнетает масло все время через канал 5 в карманы 8. Чем быстрее вращается винт 6, то есть чем больше подача рабочего органа (суппорта с инструментом) станка, тем больше сила  сопротивления перемещению гайки 7. Но приводной вал насоса 3 тоже в таком случае вращается быстрее, и смазка поступает в сопряжение винта и гайки более интенсивно. Чем меньше подача и чем медленнее вращается винт 6, тем меньше масло подает насос 3 в карманы 8 гайки 7, тем предотвращается излишнее поступление масла в карманы 8, тем меньше масла через отверстия 9 и канал слива масла 10 возвращается в гидробак 1. Передаточное число редуктора-мультипликатора 12, являющегося, по существу, повышающим редуктором, выбрано так, чтобы между скоростью вращения винта 6 и приводного вала 13 насоса 3 было соотношение, обеспечивающее всегда необходимое и достаточное поступление масла в карманы 8, то есть наиболее экономичное его нагнетание при различных режимах эксплуатации передачи. Наряду с этим имеет место и стабилизация толщины масляного слоя в передаче, что предотвращает превращение жидкостного трения в полусухое или сухое. А это и создает технический результат предложения, выражающийся в снижении износа передачи и повышении ее долговечности.