Устройство регулирования шага винтовой передачи и способ регулирования шага винтовой передачи

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам и способам регулирования винтовых передач. Винт 1 и гацка 2 выполнены в виде сильфонов 5 и 6 со спиральными гофрами 7 и 8, образующими замкнутые полости 3 и 4. Гайка установлена эксцентрично оси винта. В полостях 3 и4 винта и гайки установлены 13,14 в виде цилиндрических пружин 15,16 и закреплены на торцах 36,38 гайки 2 и на торцах 37,39 винта 1. В в корпусе 33 установлен подшипник 11, внутреннее кольцо 10 которого предназначено для крепления торца 36 гайки 2. Промежуточное эксцентричное кольцо 30 установлено между кольцом подшипника 11 и корпусом 33 и связано с приводом 23. В замкнутые полости 3,4 упругодеформируемых винта 1 и гайки 2 подают под давлением электрореологическую суспензию 17 и при достижении заданного шага резьбы t винта 1 и гайки 2 между электродами 13,14 создает разность потенциалов до отвердевания электрореологической суспензии 17, 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам и способам регулирования винтовых передач.

Известно устройство регулирования шага винтовой передачи и способ его использования, в котором устройство состоит из винта и взаимодействующих с нарезанной в нем винтовой канавкой шариков - части эксцентрично установленных подшипников, взаимодействующих с шайбами, а способ заключается в том, что настройку винтовой передачи на требуемый шаг осуществляют путем перестановки шарикоподшипников с помощью замены шайб различной толщины [1].

Устройство регулирования шага содержит шайбы, не регулируемые по толщине, взаимодействующие с крепежными винтами, поэтому не обеспечивает плавности регулирования и точности настройки шага, диапазон регулирования мал. Способ настройки винтовой передачи на заданный шаг имеет те же недостатки и является трудоемким.

Следовательно, аналог делает регулирование шага трудоемким, не обеспечивает плавность регулирования и точность настройки шага, дает узкий диапазон его регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является принятое в качестве прототипа устройство, содержащее корпус, установленные в нем винт, взаимодействующую с ним гайку с упругодеформируемым элементом и гидросистему подачи рабочей жидкости, а также принятый в качестве прототипа способ регулирования шага винтовой передачи, включающий упругое деформирование элемента гайки за счет подачи под давлением рабочей жидкости [2].

Недостаток прототипа-устройства состоит в том, что гайка выполнена состоящей из двух жестких частей, соединенных упругим элементом в виде сильфона, а винт - в виде сплошного тела. При соосном расположении гайки с винтом ее упругий элемент с винтом не контактирует, образуя кольцевую полость для рабочей жидкости, а торец гайки жестко соединен с корпусом. Для регулирования шага винтовой передачи с помощью такого устройства деформируют упругий элемент, подавая в полость рабочую жидкость, при этом изменяется лишь шаг резьбы упругого элемента и расстояние между жесткими частями, меняя зазор в винтовой паре. Но шаг винтовой передачи регулируется в узком диапазоне. Сохранение зазора в резьбе снижает плавность регулирования и точность настройки шага.

Недостаток прототипа-способа состоит в том, что рабочую жидкость подают в полость между упругим элементом гайки и корпусом, а возврат гайки в исходное положение осуществляют при снятии давления в полости под действием упругости сильфона, причем рабочая жидкость обладает постоянной вязкостью. Давление рабочей жидкости в такой полости ведет к прогибу сильфона к поверхности винта, нарушая исходную геометрию гайки, вызывая ее перекос, что снижает плавность регулирования и точность настройки шага. Ограничение допустимого давления рабочей жидкости снижает диапазон регулирования. Упругость сильфона мала для точного возврата гайки в исходное положение, а неизменная вязкость рабочей жидкости создает предпосылки для ее затекания в зазоры между деталями винтовой пары, ухудшая показатели точности ее работы.

Следовательно, прототип имеет низкую точность, плавность, узкий диапазон регулирования шага винтовой передачи и ненадежен в работе.

Цель изобретения - повышение точности, плавности и расширение диапазона регулирования шага винтовой передачи, а также повышение надежности ее работы.

Это достигается тем, что в известном устройстве регулирования шага винтовой передачи, содержащем корпус, установленные в нем винт, взаимодействующую с ним гайку с упругодеформируемым элементом, и гидросистему подачи рабочей жидкости, винт и гайка выполнены в виде сильфонов со спиральными гофрами, образующими замкнутую полость, гайка установлена эксцентрично оси винта, устройство снабжено диэлектрической опорой, предназначенной для крепления одного из концов винта, электродами в виде цилиндрических пружин, установленными в соответствующих полостях винта и гайки и закрепленными на их торцах, расположенным в корпусе подшипником, внутреннее кольцо которого предназначено для крепления одного из торцов гайки, промежуточным эксцентричным кольцом, установленным между кольцом подшипника и корпусом, и приводом, связанным с промежуточным эксцентричным кольцом.

Поставленная цель достигается также тем, что в известном способе регулирования шага винтовой передачи, включающем упругое деформирование элемента гайки за счет подачи под давлением рабочей жидкости, в замкнутые полости упругодеформируемых винта и гайки подают под давлением электрореологическую суспензию и при достижении заданного шага резьбы винта и гайки между электродами создают разность потенциалов до отвердевания электрореологической суспензии.

На фиг. 1 изображено устройство, реализующее способ регулирования шага винтовой передачи; на фиг. 2 - расположение винта и гайки в поперечном сечении.

Устройство содержит винт 1, гайку 2, замкнутые полости 3, 4, сильфоны 5, 6, гофры 7, 8, оси 9, внутреннее кольцо 10, подшипники 11, планетарный механизм 12, электроды 13, 14, цилиндрические пружины 15, 16, электрореологическую суспензию 17, насос 18, дроссели 19, 20, диоды 21, 22, привод 23, шариковые направляющие 24, опоры 25, 26, шток 27, бак 28, трубопровод 29, эксцентричное кольцо 30, шестерню 31, подшипники 32, корпус 33, перепускной клапан 34, электрические контакты 35, неподвижные торцы 36, 37, подвижные торцы 38, 39, эксцентриситет е, шаг резьбы t.

Указанные элементы взаимосвязаны следующим образом. Гайка 2 охватывает винт 1 и установлена относительно него с эксцентриситетом е осей 9. Винт 1 содержит замкнутую полость 3, а гайка 2 - замкнутую полость 4. Винт и гайка выполнены в виде упругодеформируемых элементов - сильфонов 5, 6, имеющих спиральные соответственно гофры 7, 8 с шагом t.

Неподвижный торец 36 гайки 2 закреплен на внутреннем кольце 10 планетарного механизма 12. В замкнутых полостях 3, 4 установлены электроды 13, 14, выполненные в виде цилиндрических пружин 15, 16. Замкнутые полости 3, 4 заполнены электрореологической суспензией 17 и соединены с помощью гидросистемы подачи рабочей жидкости, состоящей из трубопровода 29 с встроенными в нем перепускным клапаном 34 и дросселями 19, 20 с насосом 18 и баком 28.

Планетарный механизм 12 взаимодействует с приводом 23 и состоит из корпуса 33 с установленными в нем подшипниками 32, в которых закреплено эксцентричное кольцо 30 с торцовой шестерней 31, а в последнем установлены подшипники 11 с внутренним кольцом 10. Корпус 33 расположен на шариковых направляющих 24.

Неподвижный торец 37 винта 1 закреплен на диэлектрической опоре 25, а подвижный торец 39 соединен со штоком 27, установленным в диэлектрической опоре 26. К неподвижным торцам 36, 37, подведены электрические контакты 35 и трубопровод 29. Подвижные торцы 38, 39 и неподвижные торцы 36, 37 соответственно винта 1 и гайки 2 замыкают полости 3, 4. Переменный ток приобретает одно направление с помощью диодов 21, 22.

Устройство регулирования шага винтовой передачи работает следующим образом. Из бака 28 насосом 18 в замкнутые полости 3, 4 винта 1 и гайки 2 закачивают электрореологическую суспензию 17 под давлением. При этом винт 1 и гайка 2, имея конструкцию сильфонов 5, 6 с гофрами 7, 8 спиральной формы, упруго растягиваются внутренним давлением с перемещением подвижных торцов 38, 39 и штока 27 в опоре 26, исключая прогиб винта со стороны подвижного торца 39. Гайка устанавливается на винте при небольшом осевом смещении за счет качения по шариковым направляющим 24.

Вместе с винтом и гайкой растягиваются также цилиндрические пружины 15, 16 электродов 13, 14. Процесс растяжения и подачу электрореологической суспензии 17 прекращают, как только шаг резьбы t достигнет своего заданного значения, что можно определить, например, по положению подвижного торца 39 винта или непосредственным измерением шага резьбы t.

Затем через винт 1, гайку 2 и электроды 13, 14, пропуская через диоды 21, 22, подают ток, создавая разность потенциалов. Под действием тока электрореологическая суспензия 17 затвердевает, придавая винту 1 и гайке 2 высокую жесткость и фиксируя шаг резьбы t винтовой передачи. Эксцентричное расположение винта и гайки с эксцентриситетом е обеспечивает их односторонний контакт на малой площади и исключает возможность заклинивания винтовой передачи при упругой деформации винта и гайки по диаметру от давления электрореологической суспензии 17.

После отвердевания суспензии включают вращение привода 23, которое передается эксцентричному кольцу 30, обеспечивая обкаточное движение внутреннего кольца 10 с закрепленным на нем сильфоном 6 гайки 2 по винту 1 без скольжения по нему гайки 2. Гайка 2 перемещается вдоль оси 9 винта 1 в шариковых направляющих 24 вместе с приводом 23. При необходимости уменьшить шаг резьбы t открывают перепускной клапан 34, снимая давление в полостях 3, 4, выключают ток. Электрореологическая суспензия 17 при отсутствии разности потенциалов между винтом 1 и гайкой 2 и электродами 13, 14 переходит в жидкое состояние и сливается в бак 28 через перепускной клапан 34 под действием силы сжатия при упругом восстановлении сильфонов 5, 6 и цилиндрических пружин 15, 16.

Скорость подачи и слива электрореологической суспензии 17 регулируется с помощью дросселей 19, 20, соответственно регулируется скорость растяжения - сжатия винта 1 и гайки 2. Изменяя силу тока и разность потенциалов, можно управлять твердостью электрореологической суспензии 17 и жесткостью винтовой передачи, например, для борьбы с вибрациями от переменных нагрузок, действующих на гайку 2, от исполнительных механизмов.

Способ регулирования шага винтовой передачи осуществляется следующим образом. В замкнутые полости 3, 4 винта 1 и гайки 2 с помощью насоса 18 нагнетают электрореологическую суспензию 17, вызывая их упругое растяжение. При достижении на винте и гайке заданного шага резьбы t между электродами 13, 14 создают разность потенциалов до отвердевания электрореологической суспензии. Электрический ток вызывает отвердевание электрореологической суспензии, винт и гайка становятся по всему объему твердыми телами высокой жесткости, готовыми к работе в составе винтовой передачи. При необходимости уменьшить шаг резьбы t отключают ток и ставшую жидкой электрореологическую суспензию стравливают через перепускной клапан 34 и дроссели 19, 20 в бак 28. Соответственно сильфоны 5, 6 винта 1 и гайки 2 укорачиваются до требуемых размеров.

Выполнение винта 1 и гайки 2 в виде сильфонов 5, 6 со спиральными гофрами 7, 8 упрощает в сравнении с прототипом регулирование шага резьбы t, делает этот процесс нетрудоемким, плавным. Регулирование обеспечивается в широком диапазоне значений шага резьбы t. Заполненные отвердевшей электрореологической суспензией 17 винт 1 и гайка 2 являются жесткими, контактируют на большой длине. Закрепление гайки 2 на планетарном механизме 12 обеспечивает обкаточное движение по винту с малым трением, снижает вероятность заклинивания винтовой передачи. Электроды 13, 14, выполненные в виде цилиндрических пружин 15, 16, повышают жесткость винта и гайки, увеличивают диапазон и плавность регулирования шага резьбы t. Регулирование путем подачи под давлением электрореологической суспензии 17 является нетрудоемким процессом, а отверждение электрореологической суспензии при достижении заданного шага резьбы делает винтовую передачу точной и жесткой. Подача электрореологической суспензии в замкнутые полости 3, 4 обеспечивает равномерную деформацию винта 1 и гайки 2, сохраняя их относительное угловое расположение.

Таким образом, устройство регулирования шага винтовой передачи и способ для его осуществления обеспечивают повышение точности, плавности и расширение диапазона регулирования, а также повышение надежности работы винтовой передачи.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ШАГА ВИНТОВОЙ ПЕРЕДАЧИ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ШАГА ВИНТОВОЙ ПЕРЕДАЧИ.

1. Устройство регулирования шага винтовой передачи, содержащее корпус, установленные в нем винт, взаимодействующую с ним гайку с упругодеформируемым элементом, и гидросистему подачи рабочей жидкости, отличающееся тем, что винт и гайка выполнены в виде сильфонов со спиральными гофрами, образующими замкнутую полость, гайка установлена эксцентрично оси винта, устройство снабжено диэлектрической опорой, предназначенной для крепления одного из концов винта, электродами в виде цилиндрических пружин, установленными в соответствующих полостях винта и гайки и закрепленными на их торцах, установленным в корпусе подшипником, внутреннее кольцо которого предназначено для крепления одного из торцов гайки, промежуточным эксцентричным кольцом, установленным между кольцом подшипника и корпусом, и приводом, связанным с промежуточным эксцентричным кольцом.

2. Способ регулирования шага винтовой передачи, включающий упругое деформирование элемента гайки путем подачи под давлением рабочей жидкости, отличающийся тем, что в замкнутые полости упругодеформируемых винта и гайки подают под давлением электрореологическую суспензию и по достижении заданного шага резьбы винта и гайки между электродами создают разность потенциалов до отвердевания электрореологической суспензии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2