CN108417281A - 一种用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，包括：多个滚轮组件、转子、丝杆；所述多个外滚轮组件均布设置在转子轴端方型槽内，沿圆周方向均匀布置，所述丝杆设置在转子内，多个滚轮组件围绕丝杆圆周方向均匀布置；所述滚轮组件中滚轮外圈外壁上的螺纹与丝杆外壁上的螺纹啮合；所述滚轮组件中滚柱上的螺纹与所述滚轮内圈外壁和滚轮外圈内壁上的螺纹螺距相同以实现啮合。相比于传统钢球支撑滚轮结构，本发明提供的用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副消除了干涉，具有更大的承载，寿命更长，更可靠。

Description

一种用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副

技术领域

本发明属于核机械技术领域，具体而言，涉及一种用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副。

背景技术

目前常用的滚轮结构是采用梯形牙型传递运动、钢球支撑，存在啮合干涉，寿命短。本发明核反应堆控制棒驱动机构滚轮结构既能承受径向载荷，又能承受轴向载荷，也可同时承受径向载荷和轴向载荷，与原有的梯形丝杠副结构相比，消除了干涉，行星滚轮与丝杆组合成可分合、不卡滞、大载荷、高可靠的丝杠副结构，大幅度提高了寿命和可靠性。

发明内容

本发明提供了一种用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，用于需要承载大载荷且高转速应用场景，相比于传统钢球支撑滚轮结构，本发明提供的行星滚轮丝杠副具有更大的承载动态载荷的能力，体积小，重量轻，且稳定性好，寿命更长。

一种用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，包括：转子、丝杆、多个滚轮组件；其中：

所述滚轮组件，包括：滚轮内圈、滚轮外圈、多个滚柱、两个行星架和支撑轴；

所述滚轮内圈外壁的两端设置有光轴台阶，两端的光轴台阶之间设置有螺旋升角为零的螺纹；

所述滚轮外圈内壁的两端设置有光轴台阶，两端的光轴台阶之间设置有螺旋升角为零的螺纹，所述滚轮外圈外壁也设置有螺纹，具有螺旋升角或者没有螺旋升角；

所述滚柱两端设置有光轴台阶，两端的光轴台阶之间设置有螺旋升角为零的螺纹，所述滚柱上的螺纹与所述滚轮内圈外壁和滚轮外圈内壁上的螺纹螺距相同以实现啮合；

所述行星架为圆环形，外圆周与所述滚轮外圈内壁上的光轴台阶配合，内圆周与所述滚轮内圈外壁上的光轴台阶配合，且均匀设置有光孔；

所述滚轮内圈嵌套在滚轮外圈内，所述两个圆环行星架分别位于滚轮内圈与滚轮外圈嵌套形成的环状空间两端，所述滚柱两端的光轴台阶插入所述圆环行星架的光孔内。

优选的，所述转子为空心结构，转子一端在圆周方向均匀设置有至少四个方形凹槽，所述方形凹槽垂直于转子轴线的两个对称内壁上均设置有支撑孔，所述滚轮组件设置在方形凹槽内，所述支撑轴穿过滚轮内圈，两端插入支撑孔内。

优选的，所述丝杆位于转子内，所述多个滚轮组件环绕丝杆均匀布置，所述滚轮组件的滚轮外圈外壁上的螺纹与丝杆外壁上的螺纹啮合。

优选的，所述滚柱的螺纹牙型截面和所述滚轮外圈外壁上的螺纹牙型截面的轮廓均为凸圆弧形轮廓，两圆弧面中径点切线夹角的范围是30度至150度，优选90度。

优选的，所述滚轮内圈外壁和所述滚轮外圈内壁上的螺纹牙型截面轮廓均为三角形轮廓。

优选的，所述用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副还包括两个钢丝挡圈，嵌在滚轮外圈两端光轴台阶上的弧形槽内。

优选的，所述丝杆外壁设置有螺纹，是直面三角形螺纹、凹面圆弧三角齿形螺纹或梯形螺纹中的任意一种。所述丝杆外壁设置的螺纹是梯形螺纹，经过在齿顶和齿根干涉部位特定修形后的梯形螺纹，以消除干涉。

多个滚轮组件随着转子围绕丝杆旋转时，多个滚轮组件中的滚轮外圈外壁上的螺纹与丝杆外壁上的螺纹啮合摩擦，带动滚轮外圈旋转，滚轮外圈内壁上的螺纹与数个滚柱上的螺纹啮合产生摩擦，带动数个滚柱自转，数个滚柱旋转时，滚柱上的螺纹与滚轮内圈外壁上的螺纹啮合，带动数个滚柱连同行星架同时在所述滚轮内圈外壁上旋转，形成数个滚柱的公转，滚轮内圈在支撑轴上相对支撑轴固定不动。

本发明的有益效果：

传统梯形丝杠副结构由于环境的恶劣、高温、螺母开合降低了重复定位精度、加工误差等多种因素导致的行星滚轮丝杠副的实际啮合位置与理论设计的啮合位置有偏离，产生干涉啮合，啮合位置有大的应力集中，导致快速摩损或擦伤，寿命短，例如常见的钢球轴承支撑结构承载能力低、寿命短。本发明将原滚轮外螺纹梯形结构的齿形改变为凸圆弧面三角形结构的齿形，消除干涉；比原梯形结构齿形具有小的螺距，增大螺纹槽的数量，增多了接触点，提高承载能力；将原钢球支撑轴承结构改变为行星滚柱支撑结构，将结构的使用寿命提高了8-10倍以上。

附图说明

图1为本发明提供的用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副的结构示意图。

图2为图1中滚轮组件的X部分示意图。

图3为图2中滚柱的螺纹牙型和滚轮内圈外壁上的螺纹牙型啮合部位A的放大示意图。

图4为图1中滚轮外圈外壁上的螺纹与丝杆外壁上的螺纹牙型啮合部位Y的放大示意图。

附图标记：

1-滚轮内圈；2-第一钢丝挡圈；3-第一行星架；4-滚轮外圈；5-滚柱；6-第二行星架；7-第二钢丝挡圈；8-支撑轴；9-转子；10-丝杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

如图1、2所示，一种用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，包括滚轮内圈1；第一钢丝挡圈2；第一行星架3；滚轮外圈4；滚柱5；第二行星架6；第二钢丝挡圈7；支撑轴8；转子9；丝杆10。

滚轮内圈1外壁的两端设置有光轴台阶，两端的光轴台阶之间设置有螺旋升角为零的螺纹。

滚轮外圈4内壁的两端设置有光轴台阶，两端的光轴台阶之间设置有螺旋升角为零的螺纹，滚轮外圈4外壁也设置有螺纹，可以具有螺旋升角或者没有螺旋升角。

所有滚柱5的两端设置有光轴台阶，两端的光轴台阶之间设置有螺旋升角为零的螺纹，滚柱5上的螺纹与滚轮内圈1外壁和滚轮外圈4内壁上的螺纹螺距相同以实现啮合。

如图2和3中所示，滚柱5的螺纹牙型截面和滚轮外圈4外壁上的螺纹牙型截面的轮廓均为凸圆弧形轮廓。滚轮内圈1外壁和滚轮外圈4内壁上的螺纹牙型截面轮廓均为三角形轮廓。

第一行星架3和第二行星架6为相同的圆环形盘片，外圆周与滚轮外圈4内壁上的光轴台阶配合，内圆周与滚轮内圈1外壁上的光轴台阶配合，圆环形盘片上均匀设置有光孔。

滚轮内圈1嵌套在滚轮外圈4内，第一行星架3和第二行星架6分别位于滚轮内圈1与滚轮外圈4嵌套形成的环状空间两端，滚柱5两端的光轴台阶分别插入第一行星架3和第二行星架6上的光孔内，支撑轴8插入滚轮内圈1。此外，第一钢丝挡圈2和第二钢丝挡圈7嵌在滚轮外圈4两端光轴台阶上的弧形槽内。

多个滚轮组件整体安装在转子9轴端的方形凹槽内，支撑轴8设置在转子9上的支撑孔内。

丝杆10设置在转子9空心内壁内，多个滚轮组件围绕着丝杆10圆周方向均匀设置，滚轮外圈4外壁上的螺纹与丝杆10外壁上的螺纹螺距相同且啮合，丝杆10直接联接负载。

工作原理：

多个滚轮组件随着转子9围绕丝杆10旋转时，多个滚轮组件中的滚轮外圈4外壁上的螺纹与丝杆10外壁上的螺纹啮合摩擦，带动滚轮组件中滚轮外圈4旋转时，滚轮外圈4内壁上的螺纹与数个滚柱5上的螺纹啮合产生摩擦，带动数个滚柱5自转，数个滚柱5旋转时，滚柱5上的螺纹与滚轮内圈1外壁上的螺纹啮合，带动数个滚柱5连同第一行星架3和第二行星架6同时在所述滚轮内圈外壁上旋转，形成数个滚柱5和一对行星架的公转，滚轮内圈1在支撑轴8上相对支撑轴8固定不动。转子9围绕丝杆10每旋转一圈，丝杆10作一个导程的上下直线运动，达到将直接联接在丝杆10上的负载送到指定点的目的。

以上例子结合附图本发明的实施方式做了说明。尽管只对本发明的一些具体实施方式和技术要点做出了描述，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨前提下做出各种变化。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (8)

1.一种用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，其特征在于，包括：转子、丝杆、多个滚轮组件；其中：

所述滚轮组件，包括：滚轮内圈、滚轮外圈、多个滚柱、两个行星架和支撑轴；

所述滚轮内圈外壁的两端设置有光轴台阶，两端的光轴台阶之间设置有螺旋升角为零的螺纹；

所述滚轮外圈内壁的两端设置有光轴台阶，两端的光轴台阶之间设置有螺旋升角为零的螺纹，所述滚轮外圈外壁也设置有螺纹，具有螺旋升角或者没有螺旋升角；

所述滚柱两端设置有光轴台阶，两端的光轴台阶之间设置有螺旋升角为零的螺纹，所述滚柱上的螺纹与所述滚轮内圈外壁和滚轮外圈内壁上的螺纹螺距相同以实现啮合；

所述行星架为圆环形，外圆周与所述滚轮外圈内壁上的光轴台阶配合，内圆周与所述滚轮内圈外壁上的光轴台阶配合，且均匀设置有光孔；

所述滚轮内圈嵌套在滚轮外圈内，所述两个圆环行星架分别位于滚轮内圈与滚轮外圈嵌套形成的环状空间两端，所述滚柱两端的光轴台阶插入所述圆环行星架的光孔内。

2.根据权利要求1所述的用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，其特征在于，所述转子为空心结构，转子一端在圆周方向均匀设置有至少四个方形凹槽，所述方形凹槽垂直于转子轴线的两个对称内壁上均设置有支撑孔，所述滚轮组件设置在方形凹槽内，所述支撑轴穿过滚轮内圈，两端插入支撑孔内。

3.根据权利要求2所述的用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，其特征在于，所述丝杆位于转子内，所述多个滚轮组件环绕丝杆均匀布置，所述滚轮组件的滚轮外圈外壁上的螺纹与丝杆外壁上的螺纹螺距相同且啮合。

4.根据权利要求3所述的用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，其特征在于，所述滚柱的螺纹牙型截面和所述滚轮外圈外壁上的螺纹牙型截面的轮廓均为凸圆弧形轮廓，两圆弧面中径点切线夹角的范围是30度至150度。

5.根据权利要求4所述的用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，其特征在于，所述两圆弧面中径点切线夹角为90度。

6.根据权利要求5所述的用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，其特征在于，所述滚轮内圈外壁和所述滚轮外圈内壁上的螺纹牙型截面轮廓均为三角形轮廓。

7.根据权利要求6所述的用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，其特征在于，所述用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副还包括两个钢丝挡圈，嵌在滚轮外圈两端光轴台阶上的弧形槽内。

8.根据权利要求7所述的用于核反应堆控制棒驱动机构的行星滚轮丝杠副，其特征在于，所述丝杆外壁设置有螺纹，是直面三角形螺纹、凹面圆弧三角齿形螺纹或梯形螺纹中的任意一种，其中，所述梯形螺纹是经过在齿顶和齿根干涉部位修形消除干涉的梯形螺纹。