Oblast techniky
Vynález se týká šroubového spoje, který využívá konstrukci odvalovací matice. Odvalovací šroubové spoje realizují přenos výkonu mezi šroubem a odvalovací maticí při možných kombinacích rotačního s posuvným pohybem součástí tohoto šroubového spoje.
Dosavadní stav techniky
Pohybový šroubový převod převádí rotační pohyb závitového šroubu na přímý podélný posuv matice vůči šroubu nebo naopak. Tento převod se používá například u vodicích šroubů soustruhů, u vřeten lisů, ventilů a šoupátek, šroubových zvedáků a stahováků. Tvoří jej tříčlenná soustava tvořená šroubem, maticí a rámem. Závity matice u tohoto šroubového převodu dosedající na závity šroubu vyvolávají při šroubování pasivní třecí odpor, který se projevuje třecí silou tečnou k povrchu závitu, která na rameni vůči rotační ose šroubového spoje vytváří pasivní třecí moment.
V pohybových ústrojích se často používají kuličkové šrouby převádějící s vysokou účinností rotační pohyb na přímočarý. Vyznačují se vysokou tuhostí, přesností a trvanlivostí. Přesnost a účinnost převodu pohybu u nich zajišťují valivé elementy - například kuličky, umístěné ve speciální matici. Protože kuličky matice se v závitech hřídele tohoto převodu odvalují, má tento šroubový pohybový převod především valivé pasivní odpory, které jsou v principu menší než pasivní třecí odpory klasického šroubového převodu, u kterého se závity matice a šroubu po sobě s třením posouvají. Matice kuličkových šroubů jsou výrobně náročné a závit vodícího šroubu musí být přizpůsoben velikostí a tvarem kuličkám matice, proto musí mít závit poměrně velké stoupání.
Matice podle dokumentu WO 2004/113762 B1 má vnitřní šroubovicový závit vytvořený na vnitřním kroužku ložiska většího průměru než s ním lícují závit šroubu, na kterém je tělo matice centrováno dvojicí vodicích ložisek o vnitřním průměru lícujícím s vnějším průměrem šroubu. Při otáčení matice po šroubu se její závity s excentrickou osou vůči ose šroubu po závitech šroubu odvalují a současně se tím vnitřní kroužky vodicích ložisek matice po povrchu šroubu osově posouvají, čímž kromě tření při odvalování závitů po sobě vzniká navíc tření posuvem dodatečných vodicích ložisek matice po povrchu šroubu, což zvyšuje třecí odpory šroubového spoje při užití této konstrukce matice.
Matice podle dokumentů US S3614900 A, nebo DE 3417056 Al a EP 0247417 B1 užívají konstrukci prstencovitého kroužku, který má vnitřní část průřezu ve tvaru mezery mezi závity šroubu a současně vnitřní průměr kroužkuje větší než je vnitřní průměr závitu šroubu, do kterého je prstencovitý kroužek lícujícím průřezem v závitové mezeře vložen, přičemž je kroužek natočen vůči ose šroubu ve směru stoupání závitu šroubu, po kterém se při otáčení šroubem okolo jeho osy kroužek po šroubu odvaluje, neboť kroužek je vnějším průměrem uložen do vnitřního kroužku ložiska, jehož osa i s osou kroužku je vůči ose šroubu mimoběžná. Vnější kroužek tohoto ložiska je uložen do vnitřního lícovacího průměru vložky, který je vůči jejímu vnějšímu lícovacímu průměru mimoběžný, přičemž vnější průměr této vložky je uložený ve válcovém vnitřním průměru těla matice, čímž je docíleno centrování osy šroubu vůči ose těla matice. Z těla matice může být přítlak kroužku do šroubu regulován stavěcími šrouby. Tělo matice může být opatřeno několika těmito konstrukcemi kroužků a může být centrováno vůči vnějšímu povrchu šroubu s ním lícujícími souosými vodícími pouzdry, čímž kromě tření při odvalování kroužků po závitech šroubu vzniká navíc tření posuvem dodatečných vodicích pouzder matice po povrchu šroubu, což též zvyšuje třecí odpory tohoto šroubového spoje. Dokument DE 4 002151 Al uvádí dva principy konstrukce matice. Jednak jednoduchou závitovou matici uvedenou již též podle
- 1 CZ 307605 B6 dokumentu WO 2004/113762 Bia shodně s ním konstruovanou s jedním excentrickým ložiskem opatřeným vnitřním závitem nebo sestavenou z několika jednoduchých matic, ve kterých je ložisko jištěno pojistným kroužkem a jednoduché matice jsou po ose šroubu posunuty a vzájemně okolo šroubu pootočeny, přičemž i tuto možnost konstrukce dokument WO 2004/113762 B1 také uvádí. Dále dokument DE 4 002 151 AI uvádí princip matice shodný podle dokumentů US S3614900 A, nebo DE 3417056 AI a EP 0247417 Bl, které užívají prstencové kroužky vložené do závitu šroubu.
Podstata vynálezu
Účelem tohoto vynálezu je vytvořit výrobně jednoduchou a energeticky efektivní konstrukci pohybového šroubového spoje vhodného pro převod rotačního pohybu závitového hřídele na přímočarý pohyb odvalovací matice nainstalované na závitovém hřídeli nebo též i opačně. Vnitřní šroubovicový závit matice je tvořen vzájemně oddělenými úseky závitu, které v této konstrukci mají větší průměr než vnější šroubovicový závit hřídele. Protože závity matice se závitem šroubu mají shodný úhel stoupání a lícují spolu, pak při zasunutí jednoho z úseků závitu matice do závitu hřídele se spolu hřídel s maticí povrchy v místě závitů dotýkají a okolo místa jejich dotyku je možno je po sobě na válcových površích relativním pootočením odvalit, čímž se současně také úsek šroubovicového závitu matice po šroubovicovém závitu hřídele relativně posune ve směru společné osy závitového hřídele a těla matice. Proto, aby se úsek závitu matice mohl při otáčení po šroubu odvalovat, je každý úsek závitu matice uložen ve vnitřním kroužku ložiska souose s tímto ložiskem a vnější kroužek tohoto ložiska je svojí osou v těle matice uložen vůči ose těla matice rovnoběžně a současně excentricky, což je dáno rozdílem průměrů úseků závitů matice a průměru závitu závitového hřídele. Úseky závitu matice jsou na hřídeli řazeny sériově vedle sebe a současně jsou jejich kontaktní místa v závitu hřídele vůči sobě po obvodě hřídele pootočena, čímž je tělo matice vůči ose závitového hřídele sevřeného úseky závitu matice souose centrováno. Umožníme-li posuv matice po hřídeli v přímém směru, pak při otáčení hřídele nastane odvalování úseků závitů v závitech závitového hřídele okolo míst jejich vzájemného kontaktu provázené otáčením vnitřních kroužků ložisek, přičemž úseky závitů a tím i celá matice se po hřídeli posouvají.
Konstrukce těla matice podle tohoto vynálezu je v principu jednak segmentová nebo objímková, které umožňují variabilní stavebnicové uspořádání úseků závitů matice.
Unifikovaný segment má osu shodnou s osou závitového hřídele, se kterým matice lícuje. Přední stranu segmentu tvoří centrický válcový otvor a zadní stranu segmentu tvoří centrický válec, který lícuje s válcovým otvorem na přední straně segmentu, takže sousední segmenty lze do sebe vnějším válcem do vnitřního válce zasunout. V přední straně segmentu je excentricky vůči ose segmentu vytvořen válcový otvor, ve kterém je uložen vnější kroužek ložiska, které má vnitřní kroužek opatřen úsekem závitu. Axiálně je v segmentu ložisko zajištěno zasunutím vnějšího válce sousedního segmentu do vnitřní válcové plochy segmentu, přičemž poslední ze segmentů tvoří uzavírací čelo matice, které již nemá namontované ložisko. Segment má po obvodě rovnoběžně s osou segmentu průchozí otvory, které slouží pro pevné propojení sady segmentů do matice šrouby. Při sestavování odvalovací matice lze segmenty s ložisky vůči sobě osově pootáčet a tím vhodně po obvodě závitového hřídele rozmístit kontakty úseků závitů segmentů, což zajišťuje centrování odvalovací matice kontakty v závitech s hřídelem. Tyto unifikované segmenty umožňují variabilitu konstrukcí odvalovacích matic, nutnou pro tvorbu unifikované velikostní řady odvalovacích matic, aby tyto odvalovací matice vyhovovaly na ně kladeným požadavkům, například velikosti zatížení spoje nebo relativním otáčkám matice vůči hřídeli.
U objímkové matice tvoří tělo matice objímka s vnitřním podélným otvorem o průřezu tvořeným alespoň třemi excentrickými válcovými otvory, do nichž jsou excentricky vůči ose objímky vedle sebe uložena vnějším kroužkem ložiska s vnitřním kroužkem opatřeným úsekem závitu. Tato ložiska lze při sestavování odvalovací matice do válcových otvorů objímky matice ukládat jejich
-2CZ 307605 B6 vnějšími kroužky vhodně střídavě a současně je zajistit v polohách stavěcími šrouby. Tím lze docílit vhodné rozmístění kontaktů úseků závitů matice vůči závitu hřídele, což zajišťuje centrování odvalovací matice kontakty v závitech s hřídelem. Využití této konstrukce objímky umožňuje variabilitu konstrukcí odvalovacích matic volbou počtu a umístění ložisek v objímce, aby tyto odvalovací matice vyhovovaly na ně kladeným mechanickým požadavkům, například velikosti zatížení spoje nebo relativním otáčkám matice vůči hřídeli.
Objasnění výkresů
Vynález odvalovacího šroubového spoje, u kterého je matice složena stavebnicově ze segmentů, je dále blíže popsán pomocí přiloženého výkresu na obr. 1, na kterém jsou uvedeny pohledy na sestavu konstrukce z obou stran závitového hřídele. Na obr. 2 je zobrazen montážní rozklad tohoto segmentového typu technického řešení na jeho konstrukční prvky a obr. 3 zobrazuje složení elementů v jednom ze segmentů tvořících matici. Na obr. 4 je uveden v pohledech z obou stran závitového hřídele vynález odvalovacího šroubového spoje, u kterého je tělo matice vytvořeno sjednocující objímkou, ve které jsou uvnitř excentricky uložena ložiska, která jsou opatřena úseky závitů matice. Obr. 5 zobrazuje rozklad na konstrukční prvky této sestavy odvalovacího šroubového spoje a obr. 6 přibližuje polohu úseků závitů matice vůči závitovému hřídeli.
Příklady uskutečnění vynálezu
Provedení vynálezu segmentového pohybového odvalovacího šroubového spoje uvedené na obr. 1, obr. 2 a obr. 3, které tvoří závitový hřídel 3, na kterém je uložena matice složená ze segmentů 6, které jsou spolu propojeny šrouby 1 zašroubovanými do čela 7, jež ukončuje matici. V každém segmentu 6 je excentricky vůči ose závitového hřídele 3 uloženo vnějším kroužkem pevně ložisko 2, v jehož vnitřním kroužku je pevně připojen úsek závitu 5, nebo je uvnitř vnitřního kroužku ložiska 2 uloženo pouzdro 4, které je na vnitřním povrchu opatřeno pevně připojeným úsekem závitu 5. Úsek závitu 5 je v pouzdře 4 buď přímo vyroben, neboje do pouzdra 4 vložen a pevně k němu připojen. Úsek závitu 5 je valivě uložen v závitu závitového hřídele 3. Způsob lícování úseků závitů 5 matice a jejich vzájemné pootočení v závitech závitového hřídele 3 nebo na dříku 8 závitového hřídele 3 uvádí obr. 6. Zde ložiska 2 opatřená úseky závitů 5 jsou na závitovém hřídeli 3 vůči jeho ose umístěna sériově vedle sebe a současně svými osami excentricky podle polohy příslušných úseků závitů 5.
Provedení vynálezu objímkového pohybového odvalovacího šroubového spoje je zobrazeno na obr. 4 v pohledech z obou stran závitového hřídele 3. Tělo objímkové matice tvoří objímka 11 s vnitřním podélným osovým otvorem o průřezu tvořeném alespoň třemi excentrickými válcovými otvory o průměru shodném s vnějším průměrem ložisek 2 a s osami rovnoběžnými s osou objímky 11. Do těchto válcových otvorů objímky 11 jsou excentricky vůči ose objímky vedle sebe uložena vnějším kroužkem ložiska 2 upevněná stavěcími šrouby 9, přičemž osově jsou ložiska 2 zajištěna v objímce 11 oboustranně pojistnými kroužky 10. Podle obr. 5 je do každého z vnitřních kroužků ložisek 2 pevně uložen úsek závitu 5 nebo je podle obr. 2 do každého z vnitřních kroužků ložisek 2 pevně vloženo pouzdro 4, které je na vnitřním povrchu opatřeno pevně připojeným úsekem závitu 5. Úsek závitu 5 je v pouzdře 4 buď přímo vyroben, nebo je do pouzdra 4 vložen a pevně k němu připojen. Kontakty úseků závitů 5 jsou na závitovém hřídeli 3 valivě uloženy sériově vedle sebe a vůči sobě po obvodě závitového hřídele 3 pootočeny tím, že jsou vnější kroužky ložisek 2 uloženy ve vzájemně pootočených válcových otvorech průřezu objímky 11, takže závitový hřídel 3 je kontakty úseků závitů 5 podle obr. 6 centrován v maticové objímce 11. Využití této konstrukce objímky 11 umožňuje variabilitu konstrukcí odvalovacích matic volbou počtu a umístění ložisek 2.
-3CZ 307605 B6
Průmyslová využitelnost
Pohybový odvalovací šroubový spoj podle tohoto vynálezu má univerzálnější vlastnosti než stávající konstrukce, neboť v principu jej tvoří stavebnicové řešení, které využívá standardní ložiska umístěná v objímce a převod lze vhodně doplňovat. Úseky vnitřních závitů matice u tohoto odvalovacího šroubového spoje lícují se závity šroubu a při šroubování se po povrchu šroubu odvalují, proto způsobují menší pasivní odpor proti relativnímu pohybu matice vůči závitovému hřídeli, než je tomu u klasického šroubového převodu, u kterého se při šroubování závit matice posouvá po závitu šroubu, což vytváří pasivní třecí odpory, které jsou větší než pasivní opory vyvolané odvalováním. Proto lze tento pohybový odvalovací šroubový spoj aplikovat například u vodicích šroubů, u vřeten lisů, ventilů a šoupátek a může být vhodnou alternativou v aplikacích, kde se využívá kuličkový šroub.