Планетарная передача винт-гайка с длинными резьбовыми роликами
Изобретение относится к машиностроению и приборостроению, в частности к механическим передачам винт-гайка качения, и может быть использовано для точного преобразования вращательного движения в поступательное, например, в приводах подач станков, роботов, измерительных машин, грузоподъемных устройств. Планетарная передача винт-гайка содержит длинные резьбовые ролики (2), ходовую (3) и опорную (4) гайки. Зубчатые венцы (6, 7) на концах роликов (2) зацеплены с зубчатыми венцами (5) винта и эпициклами опорных гаек (4). Зубчатые зацепления выполнены с максимально допустимым модулем зубьев и с максимально допустимым по абсолютной величине отрицательным смещением зубьев на роликах (2) при обеспечении как во внешнем, так и во внутреннем зубчатых зацеплениях условий непрерывности зацепления и недопустимости подрезания ножек, заострения вершин и интерференции зубьев. Высота зубьев на винте, эпицикле опорной гайки и на одном из концов ролика, имеющего одинаковое число заходов резьбы на всей ее длине, выполнена полной, стандартной. Высота зубьев на другом конце ролика выполнена при условии, что диаметр вершин зубьев ролика не больше наружного диаметра его резьбы при пересечении зубьев ролика резьбой только на этом конце ролика. Такое выполнение повышает грузоподъемность и плавность работы передачи. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, в частности к механическим передачам винт-гайка качения, и может быть использовано для точного преобразования вращательного движения в поступательное, например, в приводах подач станков, роботов, измерительных машин, грузоподъемных устройств.
Известна планетарная передача винт-гайка с длинными резьбовыми роликами, содержащая винт, длинные резьбовые ролики, ходовую и опорную гайки [В.В.Козырев. Роликовинтовые передачи - перспективные наукоемкие компоненты общемашиностроительного применения // Приводная техника. 1997, №5, с.28-30. В.В.Козырев. Прецизионные роликовинтовые передачи как исполнительные механизмы электромеханических приводов с микропроцессорной системой управления: достижения научной школы ВлГУ. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2003, N10, с.21-22. Авторское свидетельство СССР N739289, кл. F16Н 1/34, 1976].
Для планетарных передач винт-гайка с резьбовыми роликами их грузоподъемность, долговечность и жесткость определяют, исходя из геометрических характеристик резьбовых сопряжений, числа точек контактов и неравномерности распределения нагрузки в резьбовых сопряжениях. Предполагается, что основное назначение зубчатых зацеплений в предотвращении перекоса роликов в касательной плоскости и в предотвращении проскальзывания сопряженных резьб.
Однако, как показывает опыт, динамические нагрузки на передачу при разгоне и остановке привода и реверсах, внешние ударные нагрузки могут привести к нарушению прочности зубьев. Планетарные передачи винт-гайка с резьбовыми роликами изготавливаются обычно с высокой твердостью поверхностей как резьбы, так и зубьев, порядка 60НRСЭ. Поэтому лимитирующей является не контактная прочность зубьев, а их прочность на изгиб [Иванов М.И. Детали машин. М.: Высшая школа, 1999]. Однако увеличение модуля зубьев снижает коэффициент перекрытия зубчатых зацеплений и может снизить плавность работы передачи [Иванов М.И. Детали машин. М.: Высшая школа, 1999].
В планетарных передачах винт-гайка с резьбовыми роликами для предотвращения потерь на трение в резьбовых сопряжениях необходимо выполнять условие равенства средних диаметров сопряженных резьб с начальными диаметрами соответствующих зубчатых венцов. Необходимость выполнения этого условия и необходимость навинчивания резьб гаек на резьбы роликов ограничивает высоту зубьев условием непревышения вершин зубьев над вершинами резьбы, что может дополнительно существенно снизить коэффициент перекрытия зубчатых зацеплений с повышенным модулем и снизить плавность работы передачи. Необходимость навинчивания резьб гаек на резьбы роликов приводит в традиционных передачах к выполнению пересечения резьбой обоих зубчатых венцов роликов, что снижает их прочность на изгиб.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является планетарная передача винт-гайка с длинными резьбовыми роликами [Авторское свидетельство СССР N739289, кл. F16Н 1/34, 1976 (прототип)]. Планетарная передача винт-гайка с длинными резьбовыми роликами состоит из винта, длинных резьбовых роликов, опорной и ходовой гаек. Угол подъема резьбы роликов равен по величине и направлению углу подъема резьбы опорной гайки и равен по величине и противоположен по направлению углу подъема резьбы винта. Угол подъема резьбы ходовой гайки отличается от угла подъема резьбы опорной гайки. Для предотвращения проскальзывания сопряженных резьб зубчатые венцы на концах роликов находятся во внешнем зацеплении с зубчатыми венцами винта и во внутреннем зацеплении с эпициклом опорной гайки.
Недостатком этой известной передачи является то, что удельная грузоподъемность ее резьбовых сопряжений, превышающая удельную грузоподъемность резьбовых сопряжений традиционных планетарных передач винт-гайка с короткими резьбовыми роликами, может быть ограничена грузоподъемностью зубчатых зацеплений, и вследствие этого преимущества в грузоподъемности передач с длинными резьбовыми роликами могут быть существенно снижены. Кроме того, в планетарных передачах винт-гайка с длинными резьбовыми роликами в отличие от традиционных планетарных передач винт-гайка с короткими резьбовыми роликами зубчатые венцы роликов одновременно находятся во внешнем зацеплении с зубчатыми венцами винта и во внутреннем зацеплении с зубчатыми эпициклами опорных гаек, что сужает область существования решений, обеспечивающих непрерывность зацеплений, и может приводить к снижению плавности работы передачи.
Задача изобретения - повышение грузоподъемности и плавности работы планетарных передач винт-гайка с длинными резьбовыми роликами.
Это достигается тем, что у планетарной передачи винт-гайка с длинными резьбовыми роликами, содержащей винт, длинные резьбовые ролики, ходовую и опорную гайки, зубчатые венцы на концах роликов, находящиеся во внешнем зацеплении с зубчатыми венцами винта и во внутреннем зацеплении с эпициклами опорных гаек, зубчатые зацепления выполнены с максимально допустимым модулем зубьев и с максимально допустимым по абсолютной величине отрицательным смещением зубьев на роликах при обеспечении как во внешнем, так и во внутреннем зубчатых зацеплениях условий непрерывности зацепления и недопустимости подрезания ножек, заострения вершин и интерференции зубьев, высота которых на винте, эпицикле опорной гайки и на одном из концов ролика, имеющего одинаковое число заходов резьбы на всей ее длине, выполнена полной, стандартной, а высота которых на другом конце ролика выполнена при условии, что диаметр вершин зубьев ролика не больше наружного диаметра его резьбы, при пересечении зубьев ролика резьбой только на этом конце ролика.
На чертеже показана предлагаемая передача с длинными резьбовыми роликами, состоящая из винта 1 с одинаковым числом заходов резьбы на всей ее длине, роликов 2 с одинаковым числом заходов резьбы на всей ее длине, ходовой гайки 3, которая для создания натяга может состоять из двух полугаек, и опорной гайки 4, которая для создания натяга может состоять из двух полугаек, зубчатых венцов 5 винта, зубчатых венцов 6 и 7 роликов и зубчатого венца 8 опорной гайки, сепаратора 9.
Высота зубьев венцов 5 и 8 выполняется полной, стандартной и может быть большей высоты резьбы. Высота зубьев венца на одном из концов ролика, например венца 6, выполняется полной, стандартной, а вершины зубьев на этом конце ролика могут превышать вершины резьбы. При этом зубья на этом конце ролика выполняются без пересечения их резьбой. Вершины зубьев венца на другом конце ролика, например венца 7, не должны превышать вершины резьбы. При превышении вершин зубьев стандартной высоты над вершинами резьбы вершины зубьев 7 сошлифовываются до вершин резьбы. Причем величина сошлифовки тем меньше, а следовательно, высота зубьев 7 тем больше, чем больше по абсолютной величине отрицательное смещение зубьев 7. Зубья 7 выполняются с пересечением их резьбой. При сборке передачи опорная и ходовая гайки навинчиваются на блок винта с роликами со стороны зубчатого венца с пересеченными резьбой зубьями 7.
Если число заходов резьбы на опорном участке длинного ролика отличается от числа заходов резьбы на ходовом участке этого ролика, то зубчатые венцы на обоих концах роликов пересекаются резьбой, а высота зубьев этих венцов выполняется с учетом того, что вершины зубьев не должны превышать вершины резьбы. При сборке передачи на блок винта с роликами навинчивается ходовая гайка со стороны ходовых участков роликов, а опорная гайка навинчивается со стороны опорных участков роликов.
При вращении винта 1 длинные резьбовые ролики 2 совершают планетарное движение, при котором ходовая гайка 3 перемещается поступательно в осевом направлении относительно опорной гайки 4. При этом зубчатые венцы 6 и 7 на концах роликов перекатываются по зубчатым венцам 5 винта и зубчатому эпициклу 8.
В передаче, имеющей одинаковое число заходов резьбы ролика на всей ее длине, выполнение зубчатых венцов 5, 6, 8 с повышенным модулем и с полной, стандартной высотой зубьев, а также выполнение зубьев роликов с максимально возможным по абсолютной величине отрицательным смещением, что повышает высоту зубьев 7 роликов, обеспечивает повышение грузоподъемности и плавности работы передачи. Выполнение зубьев 6 без пересечения резьбой также способствует повышению грузоподъемности передачи.
Планетарная передача винт-гайка с длинными резьбовыми роликами, содержащая винт, длинные резьбовые ролики, ходовую и опорную гайки, зубчатые венцы на концах роликов, находящиеся во внешнем зацеплении с зубчатыми венцами винта и во внутреннем зацеплении с эпициклами опорных гаек, отличающаяся тем, что зубчатые зацепления выполнены с максимально допустимым модулем зубьев и с максимально допустимым по абсолютной величине отрицательным смещением зубьев на роликах при обеспечении как во внешнем, так и во внутреннем зубчатых зацеплениях условий непрерывности зацепления и недопустимости подрезания ножек, заострения вершин и интерференции зубьев, высота которых на винте, эпицикле опорной гайки и на одном из концов ролика, имеющего одинаковое число заходов резьбы на всей ее длине, выполнена полной, стандартной, а высота которых на другом конце ролика выполнена при условии, что диаметр вершин зубьев ролика не больше наружного диаметра его резьбы при пересечении зубьев ролика резьбой только на этом конце ролика.
