CZ310045B6

CZ310045B6 - A motion threaded mechanism

Info

Publication number: CZ310045B6
Application number: CZ2022-314A
Authority: CZ
Inventors: VladimĂr AndrlĂk; CSc. Andrlík Vladimír doc. Ing.; Jan Ptáček; Jan Ing Ptáček; Matěj Sulitka; Sulitka Matěj Ing., Ph.D.; Petr KOLÁŘ; Kolář Petr doc. Ing., Ph.D.; Tomáš Krannich; Krannich Tomáš Ing., Ph.D.
Original assignee: České vysoké učení technické v Praze
Priority date: 2022-07-19
Filing date: 2022-07-19
Publication date: 2024-06-12
Also published as: CZ2022314A3

Abstract

The motion threaded mechanism containing a hollow shaft (1) with at least one external thread, on which there is a nut (2) with rolling elements (3.2) that are mounted in supporting structures (3.1) of spatially distributed pulleys (3), placed in the nut (2) surrounding the shaft (1). The rolling elements (3.2) of the pulley (3) have a truncated cone shape to achieve a non-slip direct contact with the side of the external shaft thread profile. The supporting structures (3.1) of the pulley (3) are in the nut (2) preferably provided with a pressure element (2.2) selected from the group of screw, pretensioned compression spring and pressurized liquid medium.

Description

Pohybový závitový mechanizmusMovement screw mechanism

Oblast technikyField of technology

Technické řešení se týká pohybového závitového mechanizmu obsahujícího hřídel se závity a maticí s valivými prvky.The technical solution concerns a movement threaded mechanism containing a shaft with threads and a nut with rolling elements.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

V současné době se velmi často používají v technické praxi kuličkové šrouby s uzavřeným oběhem kuliček. Kuličkový šroub se skládá ze šroubu, tvořeného závitovou tyčí a z matice. Uvnitř matice se nachází řada kuliček seřazených ve šroubovici, které jsou uspořádány do uzavřeného okruhu, díky čemuž mohou uvnitř matice donekonečna obíhat. Když se matice nasadí na šroub, tak se kuličky pohybují v závitu. Když se šroub otáčí, tak díky ubíhajícím kuličkám celá matice vykonává přímočarý pohyb ve směru osy šroubu. Kuličkové šrouby jsou efektivním konstrukčním prvkem pohybových strojů, který slouží k převodu rotačního pohybu na lineární, tj. přímočarý. Přesnost a účinnost převodu pohybu zajišťují valivé elementy - kuličky, umístěné v matici. Díky kuličkám v matici a možnému předpětí se kuličkové šrouby vyznačují i vysokou tuhostí a jsou vhodné pro velké množství aplikací. Velkou předností kuličkových šroubů je vysoká tuhost a odolnost použitých materiálů. Oběh kuliček, zejména u větších průměrů šroubů, však často není plynulý, chod bývá poměrně hlučný, dotýkající kuličky mají v místě styku protiběžný pohyb, dochází k trhavému pohybu. Problémem je rovněž realizace vyšších hodnot stoupání závitu, než je vnější průměr šroubu. Další nevýhodou je omezená délka šroubu, proto není možné toto řešení využít u aplikací, kde je potřeba vzdálenosti 6 m a více.Currently, ball screws with closed ball circulation are very often used in technical practice. A ball screw consists of a screw consisting of a threaded rod and a nut. Inside the matrix is a series of balls arranged in a helix, which are arranged in a closed circuit, allowing them to circulate endlessly inside the matrix. When the nut is put on the screw, the balls move in the thread. When the screw rotates, thanks to the running balls, the entire nut performs a rectilinear movement in the direction of the screw axis. Ball screws are an effective structural element of motion machines, which are used to convert rotary motion into linear, i.e. rectilinear. The accuracy and efficiency of movement transmission are ensured by rolling elements - balls, located in the matrix. Thanks to the balls in the nut and the possible preload, ball screws are characterized by high stiffness and are suitable for a large number of applications. A great advantage of ball screws is the high stiffness and durability of the materials used. However, the circulation of the balls, especially for larger diameter screws, is often not smooth, the operation tends to be quite noisy, the touching balls have counter-rotating movement at the point of contact, jerky movement occurs. Another problem is the realization of higher thread pitch values than the outer diameter of the screw. Another disadvantage is the limited length of the screw, so it is not possible to use this solution in applications where a distance of 6 m or more is needed.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny pohybovým závitovým mechanizmem obsahujícím dutou hřídel s alespoň jedním vnějším závitem, na kterém je matice s valivými prvky, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že valivé prvky jsou uloženy v opěrných konstrukcích prostorově rozložených kladek, umístěných v matici obklopující hřídel. Valivé prvky kladky mají tvar komolého kužele, pro dosažení bezprokluzového přímkového kontaktu s bokem profilu vnějšího závitu hřídele.The above-mentioned shortcomings are eliminated by a movement screw mechanism containing a hollow shaft with at least one external thread, on which there is a nut with rolling elements, according to the present invention. Its essence is that the rolling elements are stored in support structures of spatially distributed pulleys, located in a nut surrounding the shaft. The rolling elements of the pulley have the shape of a truncated cone, to achieve a non-slip straight contact with the side of the profile of the external thread of the shaft.

Opěrné konstrukce kladky jsou v matici s výhodou opatřeny dotlačovacím prvkem vybraným ze skupiny šroub, předepjatá tlačná pružina a přetlakové tekutinové médium.The support structures of the pulley are advantageously provided in the nut with a pressing element selected from the group of screw, pre-tensioned compression spring and positive pressure fluid medium.

Uvedené řešení využívá všech výhod kuličkových šroubů, přičemž oběh valivých prvků je plynulý. Úpravou povrchu valivých prvků a jejich uložení v opěrné konstrukci, je možné dosáhnout tichého a plynulého chodu. Valivé prvky jsou umístěny ve vzájemné vzdálenosti, proto se navzájem nijak negativně neovlivňují. Řešení umožňuje realizovat i vyšší hodnoty stoupání závitu, než je vnější průměr šroubu. Dutá hřídel šroubu umožňuje snadné chlazení závitového mechanizmu a snadné prodloužení šroubu v případě jeho extrémních délek, zejména od 6 m dále. Výroba takovéhoto pohybového závitového mechanizmu je relativně jednoduchá, přičemž lze použít aditivní technologie nebo kompozitní materiály.The mentioned solution uses all the advantages of ball screws, while the circulation of the rolling elements is smooth. By adjusting the surface of the rolling elements and placing them in the support structure, it is possible to achieve quiet and smooth running. The rolling elements are located at a distance from each other, so they do not affect each other negatively. The solution makes it possible to realize even higher thread pitch values than the outer diameter of the screw. The hollow shaft of the screw enables easy cooling of the threaded mechanism and easy extension of the screw in case of its extreme lengths, especially from 6 m onwards. The production of such a moving screw mechanism is relatively simple, and additive technologies or composite materials can be used.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Pohybový závitový mechanizmus podle tohoto technického řešení bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je znázorněn příkladný pohybový závitový mechanizmus v nárysu v podélném řezu. Na obr. 2a je schematickyThe movement screw mechanism according to this technical solution will be described in more detail on a specific example of execution with the help of the attached drawings, where Fig. 1 shows an example movement screw mechanism in a longitudinal cross-section. Fig. 2a shows schematically

- 1 CZ 310045 B6 znázorněn nárys a na obr. 2b bokorys rozmístění opěrných kladek v případě tříchodého šroubu pro jeden opěrný prstenec. Na obr. 3 je znázorněn příkladný závitový mechanizmus s vytvářením přítlaku kladek pomocí šroubu, na obr. 4 pomocí tlačných předepjatých pružin, na obr. 5 pomocí tekutinového media, tj. kapaliny.- 1 CZ 310045 B6 shown elevation and in Fig. 2b a side view of the layout of support rollers in the case of a three-way screw for one support ring. Fig. 3 shows an exemplary threaded mechanism with the pressure of the rollers using a screw, Fig. 4 using compression pre-tensioned springs, Fig. 5 using a fluid medium, i.e. liquid.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of implementing a technical solution

Na obr. 1 je znázorněn pohybový závitový mechanizmus, kde závitový mechanizmus tvoří samotný dutý hřídel 1ve tvaru šroubu a matice 2. V matici 2 jsou umístěny přítlačné kladky 3, skládající se z opěrné konstrukce 3.1 a samotných valivých prvků 3.2 tvaru komolého kužele. Kladky 3 jsou oboustranně přitisknuty k profilu závitu hřídele 1 silovým účinkem přítlačné síly 2.1. Kladky 3 jsou prostorově vhodně rozmístěné po celém vnitřním obvodu matice 2.Fig. 1 shows a movement screw mechanism, where the screw mechanism consists of a hollow shaft 1 itself in the shape of a screw and a nut 2. In the nut 2, pressure rollers 3 are placed, consisting of a support structure 3.1 and rolling elements 3.2 in the shape of a truncated cone. The pulleys 3 are pressed on both sides to the thread profile of the shaft 1 by the force effect of the pressure force 2.1. The pulleys 3 are spatially appropriately distributed around the entire inner circumference of the nut 2.

Na obr. 2 je znázorněno možné rozmístění přítlačných kladek 3 v případě tříchodého závitového profilu, tj. závitové profily A, B, C. Pro lepší názornost se zde jedná pouze o jeden opěrný prstenec znázorněný v příčném řezu.Fig. 2 shows the possible distribution of pressure rollers 3 in the case of a three-way threaded profile, i.e. threaded profiles A, B, C. For better illustration, only one support ring is shown in cross-section.

Na obr. 3 je znázorněné vytvoření přítlačné síly 2.1 na opěrnou konstrukci 3.1 pomocí šroubu, který je umístěn ve víku 2.2 matice 2.Fig. 3 shows the creation of a pressure force 2.1 on the support structure 3.1 by means of a screw located in the cover 2.2 of the nut 2.

Na obr. 4 je znázorněné vytvoření přítlačné síly 2.1 na opěrnou konstrukci 3.1 pomocí předepjaté pružiny, která se opírá o víko 2.2 matice 2.Fig. 4 shows the creation of a pressure force 2.1 on the support structure 3.1 by means of a pre-tensioned spring, which rests on the cover 2.2 of the nut 2.

Na obr. 5 je znázorněné vytvoření přítlačné síly 2.1 na opěrnou konstrukci 3.1 pomocí tlakové hydraulické kapaliny, která se nachází v uzavřeném prostoru pod víkem 2.2 matice 2.Fig. 5 shows the creation of a pressure force 2.1 on the support structure 3.1 by means of pressurized hydraulic fluid, which is located in a closed space under the cover 2.2 of the nut 2.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Pohybový závitový mechanizmus podle tohoto řešení najde široké uplatnění ve všech případech použití valivého uložení pohybového šroubu, včetně řízeného předepnutí tohoto závitového mechanizmu. Uplatnění nalezne ve všech případech použití současných pohybových šroubů s kluzným nebo valivým uložením, při přidané hodnotě, jako je velké oboustranné osové zatížení šroubu, vysoké posuvové rychlostí, tichý a plynulý chod.The movement screw mechanism according to this solution finds wide application in all cases of using the rolling bearing of the movement screw, including the controlled preloading of this screw mechanism. It finds application in all cases of using contemporary movement screws with sliding or rolling bearing, with added value, such as large two-sided axial load of the screw, high feed speed, quiet and smooth operation.

Claims

1. A moving threaded mechanism containing a hollow shaft with at least one external thread, on which there is a nut with rolling elements in the shape of a truncated cone, characterized by the fact that the rolling elements 5 (3.2) are stored in the support structures (3.1) of spatially distributed rollers (3) ) located in the nut (2) surrounding the shaft (1), which are provided with pressing elements (2.2) for double-sided pressing against the thread profile of the shaft (1) by the force effect of the pressing force (2.1) in the perpendicular direction to the thread profile.

2. Movement screw mechanism according to claim 1, characterized in that the pressing elements 10 (2.2) are selected from the group of a screw, a pre-tensioned compression spring and an overpressure fluid medium.