DE1043003B

DE1043003B - Helical gear with a number of friction-reducing balls in a circular arrangement in the nut and screw

Info

Publication number: DE1043003B
Application number: DEB35809A
Authority: DE
Inventors: Reginald Bishop; Robert Henry Johnston; George Bernard Rex Whitlock
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1954-05-20
Filing date: 1955-05-20
Publication date: 1958-11-06

Description

Schraubengetriebe mit einer in kreisförmiger Anordnung in Mutter und Schraube liegenden Anzahl von reibungsmindernden Kugeln Die Erfindung bezieht sich auf Schraubengetriebe mit einer in kreisförmiger Anordnung in Mutter und Schraube liegenden Anzahl von reibungsmindernden Kugeln, die durch Relativbewegung zwischen Mutter und Schraubenteilen bewegt werden, wobei diese kreisförmige Anordnung einen Arbeitsweg für die Kugeln enthält, über dessen Länge die Kugeln zum Teil in den Gewindenuten der Schraube und zum Teil in einer Nut in der Mutter liegen, so daß sie einen axialen Druck auf eines der beweglichen Organe ausüben können, und ein Rückführungskanal für die Kugeln, auf dessen Länge sie völlig außer Eingriff mit wenigstens einem der Getriebeteile sind.Screw gear with one in a circular arrangement in nut and Screw lying number of friction-reducing balls The invention relates on screw gear with one in a circular arrangement in nut and screw lying number of friction-reducing balls, which by relative movement between Nut and screw parts are moved, this circular arrangement a Contains working path for the balls, over the length of which the balls are partly in the Thread grooves of the screw and partly in a groove in the nut so that they can exert an axial pressure on one of the movable organs, and a Return channel for the balls, along the length of which they are completely out of engagement with are at least one of the transmission parts.

Bei Schraubengetrieben bekannter Art war es üblich, die zwischen Gewindenuten gleicher Querschnittsfläche angeordneten Kugeln über einen Führungskanal zurückzuführen, der mit Fängern ausgestattet war, um die aus den Gewindenuten austretenden Kugeln in den Rückführungskanal einzuführen bzw. diese nach dem Durchlaufen des Führungskanals wieder in die Gewindenuten zurückzuleiten. Die Anordnung und Ausbildung solcher mit Fängern bzw. Führungsanschlüssen versehener Führungskanäle weist verschiedene Nachteile auf. Für die Herstellung dieser Rückführungskanäle sind besondere und komplizierte Bearbeitungsvorgänge erforderlich. Des weiteren beeinträchtigt ein nicht ganz exakt hergestellter oder bereits abgenutzter Fänger die Arbeitsweise dieser bekannten Schraubengetriebe vollständig.In the case of screw gears of the known type, it was customary to place the between thread grooves balls arranged with the same cross-sectional area via a guide channel, which was equipped with catchers to catch the balls emerging from the thread grooves to introduce into the return channel or this after passing through the guide channel to lead back into the thread grooves. The arrangement and training of such Guide channels provided with catchers or guide connections have different Disadvantages on. For the production of these return channels are special and complicated machining operations required. It also affects a not exactly manufactured or already worn catcher the working method this known helical gear completely.

Ein weiterer Vorschlag, der ebenfalls zur Einleitung der die Reibung zwischen Mutter und Schraube mindernden Kugeln in den Rückführungskanal Fänger aufweist, sieht eine Verbesserung der Arbeitsweise in der Ausgestaltung des Rückführungskanals in der Mutter als schraubenlinienförmigen Kanal vor.Another suggestion that is also used to initiate the friction between nut and screw has reducing balls in the return channel catcher, sees an improvement in the mode of operation in the design of the return channel in the nut as a helical channel.

Auch bei diesem Vorschlag sind die zu Störungen Anlaß gebenden Fänger vorhanden. Darüber hinaus verlangt die Ausgestaltung des Rückführungskanals als Schraubenlinie in der Wand der Mutter eine besondere Konstruktion derselben und einen besonderen komplizierten Arbeitsvorgang.In this proposal, too, the catchers that give rise to disturbances are available. In addition, the design of the return channel as required Helical line in the wall of the nut has a special construction of the same and a particularly complicated process.

Die Mängel, die den bekannten Schraubengetrieben anhaften, sollen durch das erfindungsgemäße Schraubengetriebe beseitigt werden, wobei insbesondere der Rückführungskanal für die Kugeln in einfacher Weise ohne spezialisierte Arbeitsvorgänge erzeugt werden kann.The shortcomings inherent in the well-known screw gears are supposed to be eliminated by the screw gear according to the invention, in particular the return channel for the balls in a simple manner without specialized operations can be generated.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ist ein Schraubengetriebe gedrängter Bauart zu schaffen, das einfach herzustellen ist, einen guten Wirkungsgrad aufweist und nicht wesentlich größer baut als entsprechende ohne Kugeln arbeitende Schraubengetriebe.The subject of the present invention is a helical gear unit To create a design that is easy to manufacture, has a good level of efficiency and is not much larger than the corresponding screw gears that work without balls.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, indem die entsprechenden Nutenquerschnitte in der Schraube und in der Mutter so geformt sind, daß bei Relativbewegung der beiden Getriebeteile eine resultierende Kraft auf die in den Nuten liegenden Kugeln erzeugt wird, wobei eine Kraftkomponente senkr @ht zur Schraubenachse vorhanden ist, die bewirkt, daß die Kugeln selbsttätig in den Rückführungskanal unter der Wirkung de@ adialen Komponente der resultierenden Kraft eintreten, die auf die Kugeln ausgeübt wird, wenn diese nacheinander an dem entsprechenden Ende des Arbeitsweges ankommen.The task at hand is achieved by adding the appropriate Groove cross-sections in the screw and in the nut are shaped so that with relative movement of the two gear parts a resulting force on the lying in the grooves Balls is created, with a force component perpendicular to the screw axis is, which causes the balls automatically in the return channel under the Effect of the @ adial component of the resulting force occurring on the balls is exercised when this is done one after the other at the corresponding end of the commute arrive.

Erfindungsgemäß wird die auf die Kugeln einwirkende Radialkomponente durch die Ausgestaltung der Nuten in der Mutter und der Schraube erreicht, indem entweder die Nut in der Mutter im wesentlichen rechteckig und die Nut in der Schraube V-förmig ausgestaltet ist oder bei Anordnung des Rückführungskanals der Kugeln in der Schraube umgekehrt ausgestaltet ist.According to the invention, the radial component acting on the balls becomes achieved by the design of the grooves in the nut and screw either the groove in the nut is essentially rectangular and the groove in the screw Is configured in a V-shape or when the return channel of the balls is arranged in the screw is designed in reverse.

Weitere Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die Zeichnung, die Ausführungsbeispiele zeigt, näher erläutert bzw. dargestellt.Further features of the invention are made with reference to the drawing, shows the exemplary embodiments, explained or illustrated in more detail.

Fig.1 bis 5 zeigen Querschnitte durchTeile der Schraube bzw. der Mutter mit den Nuten und darin befindlicher Kugel an verschiedenen Stellen in der Gewindenut bzw. die Kräfteeinwirkung auf die Kugel und die aus diesen resultierenden Kraftkomponenten senkrecht zur Schraubenachse.Figures 1 to 5 show cross-sections through parts of the screw and the nut, respectively with the grooves and the ball located therein at different points in the thread groove respectively. the forces acting on the ball and the resulting forces Force components perpendicular to the screw axis.

Fig.6 zeigt einen Schraubentrieb mit erfindungsgemäß ausgestalteten Nuten.6 shows a screw drive configured according to the invention Grooves.

Fig. 7 ist eine abgewickelte Ansicht der Nut in der Mutter.Figure 7 is a developed view of the groove in the nut.

Fig. 8 stellt einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII der Fig. 7 dar.FIG. 8 shows a section along the line VIII-VIII in FIG. 7.

Fig. 9 ist ein Schnitt längs der Linie IX-IX der Fig. 7. Fig. 10 stellt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schraubentriebes dar.Figure 9 is a section along line IX-IX of Figure 7. Figure 10 represents represents another embodiment of the screw drive according to the invention.

Fig. 11 zeigt eine abgewickelte Ansicht der Schraubennut, Fig. 12 ist ein Schnitt längs der Linie XII-XII der Fig. 11.FIG. 11 shows a developed view of the screw groove, FIG. 12 FIG. 11 is a section along the line XII-XII of FIG.

Fig. 13 ist ein Schnitt längs der Linie XIII-XIII der Fig. 11.FIG. 13 is a section along the line XIII-XIII in FIG. 11.

Fig.14 stellt eine weitere Ausführungsform eines Schraubengetriebes gemäß der Erfindung dar.Fig. 14 shows a further embodiment of a screw gear according to the invention.

Fig. 15 ist ein Schnitt längs der Linie XV-XV der Fig. 14. und Fig. 16 ist ein Schnitt längs der Linie XVI-XVI der Fig. 15.Fig. 15 is a section along the line XV-XV of Figs. 16 is a section along the line XVI-XVI of FIG. 15.

In den Fig. 1 bis 5 sind Teilschnitte eines Schraubengetriebes gezeigt mit Nuten in der Schraube und der Mutter, die einen kreisförmigen Arbeitsweg für die reibungsmindernden Kugeln darstellen. Die Nuten sind so geformt, daß bei einer Relativbewegung der beiden Getriebeteile eine resultierende Kraft auf die in den Nuten liegenden Kugeln erzeugt wird, die eine beträchtliche Kraftkomponente senkrecht zur Schraubenachse hervorruft. Die Mutter 1 ist mit einer schraubenförmigen Nut 3 und die Schraube 2 ebenfalls mit einer schraubenförmigen Nut 4 versehen. Beide Nuten haben gleiche Steigung. Die Nut 3 der Mutter 1 bildet fast einen vollständigen Gang. Die Enden derselben sind mit einer kurzen Nut von entgegengesetzter Gangrichtung und größerer Steigung verbunden, die die gleiche Querschnittsform wie die Nut 3 hat, jedoch etwas tiefer ausgebildet ist.In Figs. 1 to 5 partial sections of a screw gear are shown with grooves in the bolt and nut that have a circular travel for represent the friction-reducing balls. The grooves are shaped so that in one Relative movement of the two gear parts a resultant force on the in the Grooves lying balls are generated, which have a considerable force component perpendicularly to the screw axis. The nut 1 is with a helical groove 3 and the screw 2 also provided with a helical groove 4. Both Grooves have the same pitch. The groove 3 of the nut 1 forms almost a complete one Corridor. The ends of the same are with a short groove of opposite thread direction and larger pitch connected, which has the same cross-sectional shape as the groove 3 has, but is a little deeper developed.

Die Querschnittsform der Nut 3 wird, wie in Fig. 1 gezeigt, von einer flachen Grundfläche 3a und zwei unter einem Winkel von 105° zur Grundfläche stehenden Seitenflächen 3b und 3c gebildet. Ein Kreis mit dem Durchmesser der Kugel 5 liegt mit seinem Umfang tangential zu den Flächen der Nut, wenn sein Mittelpunkt innerhalb einer Linie liegt, die die freien Enden der Seitenflächen verbindet. Die Querschnittsform der Nut 4 ist V-förmig mit einem Öffnungswinkel von 105°.The cross-sectional shape of the groove 3, as shown in FIG. 1, of a flat base 3a and two standing at an angle of 105 ° to the base Side surfaces 3b and 3c formed. A circle with the diameter of the ball 5 lies with its perimeter tangential to the faces of the groove when its center point is inside lies a line that connects the free ends of the side surfaces. The cross-sectional shape the groove 4 is V-shaped with an opening angle of 105 °.

Wenn sich die Mutter 1 relativ zur Schraube 2 in Richtung des Pfeiles A (Fig. 1) bewegt, wird durch die Mutter 1 eine Kraft A 1 und durch die Schraube 2 eine Kraft A2 auf die Kugel 5 ausgeübt. Die Resultierende RA dieser Kräfte hat eine Komponente Re, die in radialer Richtung nach außen wirkt. Findet die Relativbewegung in Richtung des Pfeiles B statt, wirken die Kräfte B1 und B2 auf die Kugel und es entsteht eine Resultierende RB mit einer Komponenten Re, die ebenfalls in radialer Richtung von der Schraube 2 weg gerichtet ist.When the nut 1 is relative to the screw 2 in the direction of the arrow A (Fig. 1) moves, a force A 1 through the nut 1 and through the screw 2 a force A2 exerted on the ball 5. The resultant RA of these forces has a component Re, which acts outward in the radial direction. Finds the relative movement instead of in the direction of arrow B, the forces B1 and B2 act on the ball and it there arises a resultant RB with a component Re, which is also in radial Direction is directed away from the screw 2.

Es wirkt also immer eine beträchtliche Kraftkomponente auf die Kugel 5, die diese aus der Schraubennut 4 herausdrücken will. Da der Rückführungskanal für die Kugeln als tieferer Teil der Nut 3 in der Mutter 1 gebildet ist, wird eine Kugel (wenn diese an dem tieferen Teil der Nut ankommt) in den Rückführungskanal hineingedrückt, ohne daß besondere Fänger od. dgl. vorgesehen sein müssen. Die Fig. 2 und 3 zeigen den Anfang des Rückführungskanals, d. h. die sich mehr und mehr vertiefende Nut 3, und es ist zu erkennen, daß auch hier die resultierende Kraft RC immer noch auf die Kugel wirkt, um die Kugel aus der Nut 4 in den tieferen Rückführungskanal zu drücken. Fig.4 zeigt die Kugel in einem noch tieferen Teil des Rückführungskanals und auf Grund der entgegengesetzten Steigung des Rückführungskanals bereits relativ zur Nut 4 verlagert. Auch hier wirkt die resultierende Kraft noch auf die Kugel.So there is always a considerable force component acting on the ball 5, which this wants to push out of the screw groove 4. As the return channel is formed for the balls as the deeper part of the groove 3 in the nut 1, a Ball (if it arrives at the deeper part of the groove) into the return channel pressed in without special catchers od. The like. Must be provided. The fig. 2 and 3 show the beginning of the return channel, i.e. H. the more and more deepening Slot 3, and it can be seen that here too the resulting force RC is still acts on the ball to move the ball out of the groove 4 into the deeper return channel to press. 4 shows the ball in an even deeper part of the return channel and already relative due to the opposite slope of the return channel relocated to groove 4. Here, too, the resulting force still acts on the ball.

Durch die beschriebene und in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Anordnung kann die Kugel vermittels des in der Mutter 1 vorgesehenen Rückführungskanals das Feld des Gewindes der Schraube überqueren und in die Ausgangsstellung zurückgelangen. In ähnlicher Weise kann bei Anordnung des Rückführungskanals in der Schraube 2 die Kugel das Gewindefeld der Mutter überschreiten, um zum Ausgangspunkt ihres kreisförmigen Arbeitsweges zurückzukehren.By the arrangement described and shown in FIGS can the ball by means of the return channel provided in the nut 1 Cross the field of the screw thread and return to the starting position. Similarly, when the return channel is arranged in the screw 2, the Ball exceed the thread field of the nut to get to the starting point of her circular Return to work.

Ein Beispiel für ein Schraubengetriebe mit in der Mutter angeordnetem Rückführungskanal ist in den Fig. 6 bis 9 gezeigt. In diesem Fall weist die Schraube 2 eine mehrgängige Nut 4 auf. Die Mutter 1 ist mit einer Nut 3 versehen, die die gleiche Steigung wie die Schraubennut 4 hat. Die Nut 3 erstreckt sich fast über den gesamten inneren Umfang der Mutter und mündet mit ihren Enden in einem tieferen Rückführungskanal größerer und entgegengesetzter Steigung. Dieser Rückführungskanal stellt eine Nut dar, die in ihrem mittleren Abschnitt schnell an Tiefe gewinnt, so daß die Nut die Kugel 5 völlig aufnehmen kann und somit das Gewindefeld der Schraube übersteigen kann. Obgleich bisher in der Beschreibung immer nur von einer Kugel die Rede war, ist bei einem ausgeführten Getriebe die gesamte Länge der Nut 3 und der Rückführungskanal 6 mit Kugeln ausgefüllt. Der Weg des Mittelpunktes einer Kugel 5 um die Schraube herum ist durch die strichpunktierte Linie in Fig. 6 dargestellt.An example of a screw gear with arranged in the nut Return channel is shown in FIGS. 6-9. In this case the screw points 2 a multi-start groove 4. The nut 1 is provided with a groove 3 which the has the same pitch as the screw groove 4. The groove 3 extends almost over the entire inner circumference of the nut and ends with a deeper one Return channel of greater and opposite slope. This return channel represents a groove that quickly gains depth in its middle section, so that the groove can completely accommodate the ball 5 and thus the thread field of the screw can exceed. Although so far only from one ball in the description the talk was, the entire length of the groove 3 and is in a running gear the return channel 6 is filled with balls. The path of the center of a sphere 5 around the screw is shown by the dash-dotted line in FIG.

Die Fig. 10 bis 13 zeigen ein Schraubengetriebe, in dem sich der Rückführungskanal 6 in der Schraube 1 befindet. Die Mutter 2 weist mehrere Nutengänge 4 auf. Die Nut 6 in der Schraube 1 verbindet die Enden der Nut 3 miteinander.10 to 13 show a screw gear in which the return channel 6 is located in screw 1. The nut 2 has several grooves 4. The groove 6 in the screw 1 connects the ends of the groove 3 to one another.

Die Fig. 14 bis 16 zeigen eine Anordnung entsprechend der Ausführungsform gemäß den Fig. 6 bis 9; sie weisen eine kontinuierlich schraubenförmig verlaufende Nut 3 auf, welche in die Mutter 1 eingearbeitet ist. Der Rückführungskanal wird bei dieser Anordnung durch eine Ausnehmung 6a in der Mutter und Einfügung eines kanalartigen Teils 7 geschaffen, der an einem Ende der Wand 7a eine Auskehlung 8 aufweist und eine ähnliche Auskehlung 8 am entgegengesetzten Ende der anderen Wand 7 b. Diese Auskehlungen stimmen mit dem entsprechenden Ende des Arbeitsteils der Nut 3 in der Mutter überein, und der nicht ausgekehlte Teil der gegenüberliegenden Wand bildet ein Widerlager, welches die Nut 3 abschließt. Diese Ausführungsform ist einfach und billig herzustellen.14 to 16 show an arrangement according to the embodiment according to FIGS. 6 to 9; they have a continuously helical shape Groove 3, which is incorporated into the nut 1. The return channel will in this arrangement by a recess 6a in the nut and insertion of a channel-like part 7 is created which has a groove 8 at one end of the wall 7a and a similar groove 8 at the opposite end of the other wall 7 b. These cutouts agree with the corresponding end of the working part of the Groove 3 in the nut coincides, and the not fluted part of the opposite Wall forms an abutment which closes the groove 3. This embodiment is easy and cheap to manufacture.

Die innere Fläche 7c des Gehäuses des kanalartigen Teils 7 ist in Längsrichtung gekrümmt, um von der Mutter nach außen weg eine konvexe Form zu erhalten, und ist auch in Querrichtung gekrümmt, um sich der Krümmung der Oberfläche der Kuge15 anzupassen, so daß die Kugeln ohne Reibung durch den Rückführungskanal gelangen können, der durch die Ausnehmung der Nut in dem Teil 7 gebildet ist.The inner surface 7c of the housing of the channel-like part 7 is shown in FIG Curved lengthways to get a convex shape away from the nut, and is also curved in the transverse direction to match the curvature of the surface of the ball15 adapt so that the balls pass through the return channel without friction which is formed by the recess of the groove in the part 7.

Es ist vorteilhaft, den Winkel zwischen der Längsmittellinie des Teiles 7 und der Mittellinie der Nut 3 so auszuführen, daß er einen Winkel von ungefähr 135° bildet. Jedoch können andere Winkel - z. B. auch von 90° - gewählt werden.It is beneficial to set the angle between the longitudinal centerline of the part 7 and the center line of the groove 3 so that it forms an angle of approximately 135 ° forms. However, other angles - e.g. B. also of 90 ° - can be selected.

Obgleich nur ein Gewindegang in jedem der Beispiele gezeigt ist, kann die Nut 3 mit dem Rückführungskanal 6 in der Mutter oder der Schraube verdoppelt werden.Although only one thread is shown in each of the examples, the groove 3 with the return channel 6 is doubled in the nut or screw will.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Screw gear with a circular arrangement in nut and screw lying number of friction-reducing balls, which through Relative movement between nut and screw part are moved, this being circular Arrangement contains a work path for the balls, over the length of which the balls partly in the thread grooves of the screw and partly in a groove in the nut lie so that they exert an axial pressure on one of the movable organs can and a return channel for the balls on the length of which they completely except Are engagement with one of the gear parts, characterized in that the groove cross-sections in the screw and in the nut are shaped so that with relative movement of the two Gear parts generated a resulting force on the balls lying in the grooves which supplies a force component perpendicular to the screw axis, which causes that the balls automatically enter the return channel when they are consecutively arrive at the end of the commute.

2. Screw gear according to claim 1, characterized in that the groove (3) of the nut (1) has an approximately rectangular cross-section and the groove (4) in the screw (2) has a V-shaped cross section, or vice versa.

3. Screw gear according to claim 1 and 2, characterized in that the return channel (6) is arranged in the groove (3) of the nut (2) or screw (1).

4. helical gear according to claim 2, characterized in that the flanks of the grooves are concave in cross-section are.

5. Screw gear according to claim 1 and 2, characterized in that the return channel for the balls is formed in a special part (7) which is inserted into a recess (6a) machined into the nut (1). References considered: U.S. Patents Nos. 2,322,000, 2,502,066; Swiss patent specification No. 272 047.