Эксцентричная винтовая передача

 

Изобретение относится к общему машиностроение , в частности к несиловым передаточным механизмам, и может быть использовано для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное . Цель изобретения - повышение надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношения. В направляющих 1 установлен с возможностью вращения корпус-водйло 3, в эксцентричной расточке которого размещена втулка 4 с эксцентричным .отверстием. Гайка 5 установлена во втулке 4 и предназначена для взаимодействия с винтом 7. Резьба винта 7 выполнена с шагом, равным шагу гайки 5. Разность X между радиусами впадин (вершин ) резьбы гайки 5 и вершин (впадин) резьбы винта 7 выбирают из условия X Е - х, где Е - величина эксцентриситета между осями гайки 5 и винта 7,0 х И. И.-осейое перемещение винта за один оборот корпуса 3,5 ил. .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g))g F 16 Н 25/22

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

ta

Ъ

1 (21) 4870893/28 (22) 21.06.90 (46) 23.02.93. Бюл. ¹ 7 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт технологии злектромашиностроения и Харьковский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (72) Ы.Б.Сикар и Г.В.Гонский (56) Бушенин Д.В. Несоосные винтовые механизмы. — С.: Машиностроение, 1985, с.24 — 25.

Авторское свидетельство СССР № 1350420,кл, Р 16 Н 25/22, 1986. (54). ЭКСЦЕНТРИЧНАЯ ВИНТОВАЯ ПЕРЕДАЧА (57) Изобретение относится к общему машиностроение, в частности к несиловым передаточным механизмам, и может быть

„„Я2„, 1796825 А1

2 использовано для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Цель изобретения — повышение надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношения. В направляющих 1 установлен с возможностью вращения корпус- водило.3, в эксцентричной расточке которого размещена втулка 4 с эксцентричным отверстием. Гайка 5 установлена во втулке 4 и предназначена для взаимодействия с винтом 7. Резьба винта 7 выполнена с шагом, равйым шагу гайки 5.

Разность Х между радиусами впадин (вершин) резьбы гайки 5 и вершин (впадин) резьбы винта 7 выбирают иэ условия Х - Š— х, где Š— величина эксцентриситета между осямигайки5ивинта7,0< х(И,И.— осевое перемещение винта за один оборот корпуса

3. 5 ил. а я

1796825

Изобретение относится к области общего машиностроения, в частности к несиловым передаточным механизмам, и может быть использовано для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, Известна планетарная несоосная винтовая передача, содержащая корпус-водило с эксцентричной расточкой, гайку размещенную в ней с возможностью вращения несоосно винту, застопоренному от вращения. Недостатком данной передачи являет-. ся непостоянство передаточного отношения между корпусом-водилом и гайкой и соответственно неплавность поступательного осевого перемещения винта, Это обусловлено тем, что гайка имеет специально спрофилированный криволинейный либо круговинтовой профиль для получения точечного контакта на среднем радиусе резьбы винта. В ссввяяззи и с с ттеемм, что средний радиус резьбы является теоретическим неконтролирумым параметром, что практическое расположение контактных точек случайно, изменяется от витка к витку передачи. Следовательно, имеет место неопределейность реального расположения точек контакта, ко. торая неизбежно приводит к отклонению фактической величины передаточного отношения от ее расчетного теоретического значения уже в начальный период работы, а также к неопределенным изменениям передаточного отношения при эксплуатационном износе.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является эксцентричная винтовая передача (см. авт.св.

СССР N. 1350420), содержащая неподвижный корпус с направляющими поступательного перемещения, установленный в нем с возможностью вращения корпус-водило с эксцентричной расточкой, размещенную в ней с возможностью фиксирован ного поворота втулку с вы пол ненным в ней эксцентричным отверстием, расположенную в нем с возможностью вращения гайку и размещенный в направляющих неподвижного корпуса с возможностью осевого перемещения винт, ocb которого параллельна и эксцентрична оси гайки, а резьба выполнена с шагом, равным шагу гайки, причем соотношение углов профилей реэьб гайки и винта выбрано из условия а +100 а <180 или 64+10 0г <180, где а -угол профиля резьбы винта, а а, -угол профиля резьбы гайки. В данной передаче имеет место заведомая определенность расположения контактных точек, поэтому фактическая величина передаточного отношения в начальный период работы соответствует расчетному теоретическому значению. Вместе с тем, в процессе эксплуатационного износа в контактной зоне резьб винта и гайки неизбежно образуется зазор. Под действием нормальных и фрикционных сил, возникающих в контактной зоне при воздействии внешней осевой нагрузки, гайка может отжиматься от винта в пределах указанного

"0 зазора, что сопровождается неопределенным изменением радиуса точки контакта и передаточного отношения. Кроме того, возникающий зазор в рассматриваемой передаче — прототипе периодически

15 компенсируется поворотом эксцентричной втулки в эксцентричной расточке корпуса.

При этом, естественно; изменяется исходный эксцентриситет и соответственно передаточное отношение. Таким образом, 20 недостатком прототипа является непостоянство передаточного отношения при абразивном износе в зоне контакта винта и гайки. Целью настоящего изобретения является повыщение степени постоянства пере25 даточного отношения при абразивном износе в зоне контакта винта и гайки, Цель изобретения — повышение надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношения, З0 Поставленная цель достигается тем, что в эксцентричной винтовой передаче. содержащей корпус, размещенную в нем с возможностью фиксированного поворота втулку с выполненным в ней эксцентричным 5 отверстием, размещенную s нем с возможностью вращения гайку и размещенный в .корпусе с возможностью осевого перемещения,и взаимодействующий с гайкой винт, ось которого параллельна оси гайки, а резь40 ба выполнена с шагом, равным шагу гайки, точки контакта расположены на внутреннем диаметре резьбы гайки при соотношении углов профилей резьбы гайки и. винта

45 .п +10О ":-а, с180, или на наружном диаметре резьбы винта при соотношении углов профилей резьбы винта и гайки ц + 10о, гг < 18®0o где а — óäó профи ля резьбы винта, а —. угол профиля резьбы

50 гайки, кроме того, разность Х между радиусами впадин (вершин) резьбы гайки и вершин (впадин) резьбы винта из условия Х Е

- х, где Š— величина эксцентриситета между осями гайки vi вeи нHтTаe, а О < Х < И, И вЂ” осевое

55 перемещение винта за один оборот корпуса.

Если соотношение углов профилей резь 6 выбрано иэ условия а, +10О «Ла <180, а радиусы впадин

17Я8825 резьбы гайки и вершин резьбы винта выполнены в соответствии с настоящим изобретением, то при создании несоосности в наладочном режиме реализуется контакт цилиндрических поверхностей, образованных радиусами впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта, причем между внешней границей поверхности резьбы гайки, определяемой радиусом вершин гайки, и боковой поверхностью резьбы винта (контактная эона прототипа) имеет место малый гарантированный зазор. Величина зазора определяется разностью радиусов впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта, В начальный период работы передачи под нагрузкой при повороте ведущего корпуса — водила на определенный угол, зависящий от величины зазора, в пределах первого оборота реализуется точечный контакт внешней границы поверхности резьба гайки и боковой поверхности резьбы винта, Таким образом, работа передачи происходит при контактировании внешней границы поверхности резьбы гайки и боковой поверхности резьбы винта (как и в прототипе), но одновременно имеет место обкатка цилиндрических поверхностей. образованных радиусами впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта, поджатых с усилием, создаваемым эксцентричной втулкой, Геометрическое скольжение, обусловленное внеполюсностью контакта, приводит к износу и образованию зазора в зоне взаимодействия внешней границы поверхности работы гайки и боковой поверхности резьбы винта. Однако в отличие от прототипа цилиндрические поверхности, образованные радиусами впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта, обкатываясь практически без износа (качение), создают упор, препятствующий отжиму гайки от винта, изменению радиуса контактных точек при износе.

Таким образом, обеспечивается рабочий контакт при первоначальных значениях эксцентриситета и радиусов контактных точек, что обуславливает значительное повышение степени постоянства передаточного отношения. По аналогичной схеме работают передачи при выборе соотношения углов профилей резьб из условия + 10О < а, < 180О и выполнении радиусов вершин резьбы гайки и впадин резьбы винта в соответствии с предлагаемым изобретением.

На фиг.1 изображена эксцентричная винтовая передача в продольном разрезе: на фиг,2 - условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при выполнении условия аг + 10" < а, < 180" в заявляемом изобретении; на фиг.3 — условное изображение контакта профилей реэьб винта и гайки при выполнении условия

o. о а, + 10 Ы а, < 180 о передаче — прототипе; на фиг.4 — условное изображение контакта профилей реэьб винта и гайки при выполнении условия а + 10 < аг < 180" ;

10 на фиг.5 — условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при выполнении условия а + 10 < аг < 180 в передаче прототипе.

Зксцентричная винтовая передача сОдержит неподвижный корпус (на фиг. не по- . казан) с направляющими поступательного перемещения 1, в котором с воэможностью вращения на подшипниках 2 установлен корпус-водило 3 с эксцентричной расточкой, втулку 4 с эксцентричным отверстием, размещенную в расточке корпуса — водила

3, гайку 5, установленную во втулке 4 с возможностью вращения на радиально-упорных подшипниках б, винт 7, размещенный в направля ощих 1 с возможностью осевого перемещения, Резьба винта 7 выполнена с шагом, равным шагу гайки 5. Соотношение углов профилей резьб гайкой и винта 7 вы, бирается иэ условия (1) или (2). Причем при

30 условии (1) разность d1ð (фиг.2) между радиусом впадин резьбы гайки R< и радиусом вершин резьбы винта R> выполняется меньше эксцентриситета dr (фиг.3); необходимо35 го для реализации контакта на радиусе вершин резьбы гайки Rã(точки К, либо Кl Hà фиг.3), величину, не превышающую осевого перемещения винта 7 за один оборот корпуса — водила 3. Если же углы профилей резьб

40 передачи отвечают условию (2), то разность

d>b (фиг.4) между радиусом вершин резьбы гайки Ri и радиусом впадин резьбы винта Rq выполняется меньше эксцентриситета д (фиг,5), необходимого для реализации контакта на радиусе вершин резьбы винта RB, на величину, не превышающую осевого перемещения винта 7 за один оборот корпуса — водила З.цля реализации окружного по.ворота оо втулке 4 выполнены отверстия 8 для овода поворотного ключа, а в корпусе— водила 3 — окна 9. В необходимом положении втулка 4 фиксируется нажимными винтами 10. Сочетание эксцентриситетом отверстия втулки 4 и расточки корпуса 3 подбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемая несоосность при работе, а также соосность в исходном состоянии, HB фиг.1 -5 индексом "а" обозначена ось винта

7 и наружной поверхности корпуса — водила

3, "б" — ось эксцентричной расточки корпуса

1796825 ввода поворотного ключа в отверстия 8 че- 10

40

50 — водила 3 (наружной поверхности втулки 4), "e" — ась отверстия втулки 4 и гайки 5.

Зксцентричная винтовая передача работает следующим образом. В исходном полажении эксцентричная втулка 4 расположена в рэсточке корпуса — водила 3 такйм образам, что ось ".а" винта 7 и ось "в" гайки 5 совпадают. В н :ладочнам режиме окружным поворотам втулки 4 посредством реэ окна 9 производится поворот аси "e" гайки 5 в пространстве относительна оси "б" расточки, вследствие чего ась "в" гайки 5 смещается относительно оси "а" винта 7, оставаясь при этом параллельной послед. ней; При дасти>кении необходимого эксцентриситета с11г (фиг.2) либо б1в (фиг.4) между осями "а" и "в" реализуется первоначальный контакт винта 7 и гайки 5, Причем, если соотношение углов профилей резьб винта 7 и гайки 5 выбрана из условия (1), а радиусы

ВПадИ11 рЕЗьбЫ ГайКИ R< И ВЕРШИН рЕЗЬбЫ

1 винта R выполнены в соответствий в настоящим изобретением, та при созданйи несоаснасти d<1 (фиг.2) имеет место контакт цилиндрических поверхностей, образованных радиусами впадин резьбы гайки Rt u

1 вершин резьбы винта В (линия Кro на фиг,2).

При этом между внешней границей поверхности резьбы гайки, определяемой радиусам вершин. гайки R1. и боковой поверхностью резьбы винта имеет место гарантиравайный зазор, величина которого определяется соотношением dr1 (фиг.2) и dr (фиг,3), Как видна из сравнения фиг.2 и 3, рассматриваемый зазор находится в рабочей контактной зоне прототипа (тачка К1 или

Кг, в зависимости ат направления полезной осевой нагрузки на фиг,3). Аналогично, если соотношение углов профилей резьб винта 7 и гайки 5 выбрана иэ условия (2), а радиусы вершин резьбы гайки R и впадин резьбы винта В1 выполнены согласно настоящему изобретению; та при создании несаасйости б1в(фиг.4) реализуется контакт цилиндрических поверхностей, образованных радиусами вершин реэьбй гайки Br и впадин резьбы винта R (линия Кво на фиг.4). При этом

1 между внешней границей поверхности резьбы винта, определяемой радиусам вершин винта R<, и боковой поверхность1а резьбы гайки имеет место гарантированный зазор, величина которого определяется соотношением 01в (фиг.4) и d> (фиг,5). Как видна из сравнения фиг.4 и фиг,5 указанный зазор находится в рабочей контактной зоне .прототипа (на фиг.5 точка К либо Кв в за 1 висимасти от направления полезной осевой нагрузки).. Поджатие цилиндрических поверхностей Rr u Rg либо Rr u Re при неаб1 ходимости может контролироваться та рированием момента на поворотном ключе. После реализации первойачальнаго контакта с требуемым усилием поджатия, втул ка 4 фи ксируется в расточке корпуса — водила 3 нажимными винтами 10. Передача подга.говлена к работе.

Основным рабочим режимом передачи является поступательное перемещение винта против внешней осевой нагрузки под действием крутящего момента, прилаженного к корпусу — водилу от привода вращательного движения (на фиг, не показан). В начальный период работы заявляемой передачи под нагрузкой прй окружном повороте ведущего корпуса — водила 3 в пределах первого оборота на определенный угол, зависящий от величины зазора, и соответствующего окружного поворота гайки 5 реализуется точечный контакт винтовых поверхностей винта 7 и гайки 5 в рабочей зоне, которая соответствует рабочей зоне прототипа и в . зависимости от выполнения условий (1) или (2) располагается на внешней границе поверхности резьбы гайки 5 (штрихпунктирный профиль резьбы гайки 5 и точка К на фиг.2), либо на внешней границе поверхноcTvt резьбы винта 7 (штрихпунктирный проф- . иль резьбы винта 7 и точка К на фиг,4).

Таким образом, работа передачи происходит при точечном рабочем контакте, который полностью идентичен рабочему контакту прототипа (точка Кг на фиг,2 и 3 либо тачка Ка на фиг.4 и 5) и определяет выходные кинематические параметры пере- . дачи, с одновременной обкаткой поджатых цилиндрических поверхностей (линия KyQ на фиг.2, либо линия Као на фиг,4), создающих упор. При вращении корпуса-водила 3 гайка

5 совершает планетарное движение относительно оси. винта 7, заставляя последний

- под действием нормальных и фрикцианных сил в рабочей койтактнай зоне перемещаться в осевом направлении, преодолевая па5 лезную осевую нагрузку.

В процессе эксплуатации геометрическое скольжение, обусловленное внепалюсностью контакта в точке Кг либо Кв, неизбежно приводит к износу и образованию зазора в рабочей контактной зоне. Однако в отличие от прототйпа упор. создаваемый обкатываемыми цилиндриче-. скими поверхностями {линия Kro либо KsQ), препятствует отжиму в пределах указайного

5 зазора гайки 5 ат винта 7 пад действием нормальны;: и фрикционных сил, возникающих в контактной зоне при воздействии внешней осевой нагрузки. Т.е. при наличии упора рабочий контакт обеспечивается при первоначальных значениях эксцентрисите1796825

Формула изобретения где а, — угол профиля резьбы винта дугол профиля резьбы гайки, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношения, разность Х между радиусами впадин (вершин) резьбы гайки и вершин (впадин) резьбы винта выбрана из условия

Эксцентричная винтовая передача, содержащая корпус, размещенную в нем с возможностью фиксированного поворота втулку с выполненным в ней эксцентричным отверстием, размещенную в нем с возможностью вращения гайку и размещенный в корпусе с возможностью осевого перемещения и. взаимодействующий с гайкой винт, ось которого параллельна оси гайки, а резьба выполнена с шагом, равным шагу гайки, точки контакта расположены на внутреннем диаметре резьбы гайки при соотношении углов профилей резьбы гайки и винта o +

1G < ав < 180О, или на наружном диаметре резьбы винта при соотношении углов ripoфилей резьбы и гайки а, + 10 а,< 180, Х=Š— х, где Š— величина эксцентриситета между осями гайки и винта;

0<х< И, И вЂ” осевое перемещение винта за один оборот корпуса. та и радиусов контактных точек, работа пе- ния. В соответствии с этим указанное соотредачи происходит с постоянным переда- ношение необходимо выбирать таким обраточным отношением, Так как при обжатии зом,чтобы первоначальный зазор в рабочей создающихупорцилиндрических поверхно- контактной зоне был минимальным (0,05— стейполинии К олибо Кцоимеетместотоль- 5 0,01 мм). Увеличение зазора при абразивко трение качения без скольжения ном износе вплоть до верхнего предела не (полюсный контакт), а в качестве материа- изменяет кинематических характеристик RGB винта и гайки в несоосных винтовых передачи, при этом только возрастаетхолопередачах используются закаленные стали . стой поворот корпуса — водила в пределах со значительной поверхностной твердо- 10 первого оборота. стью, то износ при обкатке пренебрежимо Заявляемые эксцентричные винтовые мал даже по сравнению с износом в рабочей передачи целесообразно применять в качеконтактной зоне, т.е. упор сохраняется при, стве передаточных механизмов в лийейном наработке, значительно превышающей ре- несиловом электромеханическом приволье сурс элементов передачи. Ори выборе меж- 15 при повышенных требованиях к постоянстду исходной разностью между радиусами ву величины передаточного отношения. впадин резьбы гайки Йг и вершин резьбы Значительные усилия (свыше 10 кН) обус1 вийтаReилирадиусами вершиноезьбыгай- лавливают повышенный износ в рабочей ки Й и впадин резьбы винта R> и эксцент- контактной зоне, зазор достигает критичериситетом, необходимым для реализации 20 ской величины при наработках меньших, контакта соответственно на радиусе вер- чем требуется в соответствии с общемашишин резьбы гайки или винта нужно иметь ностроительными нормами. Работа заявляввиду следующее. Допустимый зазор в ра- емой передачи в кинематических приводах бочей контактной зоне ограничен сверху ве- при уровне усилий до 10 кН сопровождается личиной перемещения винта за один оборот 25 незначительным износом при высокой стекорпуса — водила, Если зазор равен или пени постоянства передаточного отношебольше величины перемещения, что при ния, наработка на отказ эксцентричной . вращении корпуса — водила 3 винт 7 не винтовой пары не лимитирует долговечсовершает требуемого осевого перемеще- ность привода в целом.

1796825

1796825

2 .,- В о

Ю 2 ) hugo

Фf:2.

Составитель М.Сикар

Техред М,Моргентал

Корректор Н,Слободя

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 639 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5