DE1450848A1

DE1450848A1 - Verbesserung an Schrauben-Schraubmutter-Systemen von Rollenlagern

Info

Publication number: DE1450848A1
Application number: DE19621450848
Authority: DE
Inventors: Herve Perrin
Original assignee: TECH INTEGRAL SA
Current assignee: TECH INTEGRAL SA
Priority date: 1961-08-28
Filing date: 1962-08-27
Publication date: 1969-04-30
Also published as: NL282325A; FR1306052A; DE1450848B2; BE621167A

Description

PATENTANWALT^ ^^-*

MÜNCHJ&fT22

. TELEFON 222530

A 36362 ^^ \ ' J>*^ 27. August 1962

Dr. EM/Mü/Mei.

La TecnWilfue Integrale, Societe Anonyme, 18-bis, rue d'Anjou, Paris/Frankreich

Verbesserung an Schrauben - Schraubmutter Systemen von Rollenlagern.

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen hoher Leistungsfähigkeit aus einer Schraube und einer Schraubmutter, bei denen zwischen einer mit einem Gewinde versehenen Schraube und einer ebenfalls mit einem Gewinde versehenen Mutter bzw. Hülse Walzen vorgesehen sind, die ein Gewinde aufweisen, dessen Gewindeflanken gewölbt sind, wobei die Gewindegänge der Walzen mit den Gewindegängen der Hülse und denen der Schraube in Eingriff stehen. Diese Vorrichtungen übersetzen mit hohem Nutzfaktor Rotationsbewegungen in Trans1ationsbewegungen und umgekehrt.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf solche Vorrichtungen, bei denen die Schraubengänge der Walzen die gleiche Steigung aufweisen wie die Schraubengänge eines der beiden Teile (Schraube oder Hülse), zwischen denen die Planetenwalzen angeordnet sind, derart,

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Sparta«· Sdmmbwe BenUun» foul Kapff, Stuttgart PoWkW;. Stuttgart 73291 MOndtan IS3B41 T.l.grammadr.n«. PaKnIMnIOr

dass sie gegenüber diesem Teil keiner Längsverschiebung unterworfen sind. Die Planetenwalzen drehen sich um sich selbst, d.h. rund um ihre eigenen Achsen und ihre Achsen wiederum drehen sich um die gemeinsame Achse von Schraube und Hülse.

Bs sind deshalb zwei Arten von Bewegungen zu unterscheiden:

1. Eine reine Berührungs-Rollbewegung der Walzen bezüglich demjenigen Teil, dessen G-ewindegänge die gleiche Steigung aufweisen wie die Gewindegänge der Walzen, und

2. die Bewegung der Walze bezüglich demjenigen Teil, dessen Gewindegänge eine andere Steigung aufweisen als die 'Falzen, wobei sich diese Bewegung aufgrund der auftretenden Gleitreibung aus einer Drehung und einer Rollbewegung zusammensetzt.

Gemäss der Erfindung wurde festgestellt, dass es möglich ist, das Gleiten der Walzen auf dem eine andere Steigung als die Walzen aufweisenden Teil dadurch zu vermindern, dass die Krümmungsradien der ge-

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wölbten Gewindeflanken geeignet bemessen sind.

Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemässe Vorrichtung zum übersetzen einer Rotationsbewegung in eine Tranelationsbewegung Planetenwalzen auf, die zwischen einer Schraube und einer eine Schraubmutter darstellenden Hülse angeordnet sind, wobei die Gewindegänge der Walzen die gleichen Steigungswinkel aufweisen wie die Gewindegänge eines der beiden Teile, Schraube oder Hülse, zwischen denen die Planetenwalzen angeordnet sind, derart, dass sie bezüglich diesem Teil keiner Längsverschiebung unterworfen sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aue, dass der Radius r des gewölbten Walzengewind eprofile gemäss den Lösungen der folgenden Gleichungen gewählt ists

fn

	27Γυ	+ r (Cos u -	VX )
Ootg	u » ^{ein p}		2
	ein q.	sin (p+q) 3
	Y= ^D3	0286
	2
ein :	L₁- ^{2 Y}
	D₁ + D
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i « TT- (p+d) - I₁
υ D1 + D5 sin i

2 sin (p+q)

D2 ₊ D2 Y . sin² q. + gps² ρ _ _Q

D1 D3 X sin ρ cos (p+g.) + cos ρ cos q

D'1 = 2X - ^fn i - ^fN¹ i- -2r sin ^u + r V~2

Dabei sind D1 der Flankendurchmesser der Schraube, D2 der Flankendurchmesser der Hülse, D3 de^lankendurchmesser der Walze, D'1 das Bearbeitungsmass (cote dMisinage) der Schraube, und X, Y, i, i1, p, q. und u,o Berechnungsparameter. Daraus ergibt sich, dass die Gleitung der Walzen auf demjenigen Teil, dessen Windungen eine andere Steigung aufweisen als die Windungen der Walzen praktisch Null ist.

Somit ist die Gleitreibung bezüglich der Bewegung der Walzen auf dem Teil mit gegenüber dem Walzengewinde unterschiedlicher Steigung durch geeignet gewölbte Flanken der Schraubengänge beträchtlich vermindert, so dass eine Vorrichtung entsteht, die eine hohe WiderstandsJfLähigkeit gegenüber Abnützung und einen erhöhten Nutzfaktor aufweist, wenn Material gleicher Qualität wie bisher verwendet wird.

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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen. Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt und zwar zeigen»

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rollwalzenvorrichtung bekannten Typs, auf welche die Erfindung angewendet werden soll, und

Pig. 2 zum Zweck der Erläuterung eine geometrische Abwicklung, welche die Projektionen© der Schraubenflanken einer der Yfalzen und der Hülse auf eine horizontale Ebene sowie auf eine vertikale Ebene darstellt, wobei die vertikale Ebene durch die Achsen der Schraube und der als vertikal angenommenen Walze hindurchgeht.

Auf Fig. 1 ist eine Rollwalzenvorrichtung bekannten Typs dargestellt, auf welche die Erfindung angewendet wird. Die Abrollung erfolgt spiralförmig und die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einer Schraube 1, einer Schraubmutter oder hülse 2, die konzentrisch zur Schraube verläuft und einen Innendurohmeeser aufweist, der beträchtlich grosser ist

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als derjenige der Schraube,sowie ferner eine !»stimmte Anzahl von mit Gewinde versehenen Walzen 3_S die zwischen der Schraube 1 und der Hülse 2 angeordnet sind. Die Walzen 3 sind an ihren Enden gelagert, und zwar mit Hilfe von Zahnungen 4₉ die sich in Eingriff mit in die Hülse eingeschnittenen Zahnungen 5 befinden.

Zur Erleichterung des Verständnisses der folgenden Beschreibung soll angenommen werden, dass die Gewindegänge der Walzen 3 an dem Berührungspunkt mit den Gewindegängen der Hülse 2 den gleichen Steigungswinkel a wie das Hülsengewinde aufweisen. Weiterhin wird angenommen, dass der Steigungswinkel a der Walzengewinde gegenüber dem Steigungswinkel b des Gewindes der Schraube unterschiedlich ist«,

In diasem Pail ist die Bewegung der Walzen 3 bezüglich der Hülse 2 eine reine Rollbewegung, da die Schraubengänge der Walzen die gleiche Steigung wie die Schraubengänge der Hülse aufweisen. Dagegen erfolgt die Bewegung der Walzen 3 bezüglich der Schraube 1, deren Schraubengänge eine Steigung b aufweisen, die unterschiedlich gegenüber der Steigung a der Walzengänge ist, mit Hilfe einer Gleitreibung, und sie setzt sich aus einer Drehbewegung und einer Rollbewegung zusammen.

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Auf Flg. 2 let die Methode dargestellt, die gestattet, den Krümmungsradius r der gewölbten Gewindeflanken der Walzen 3 derart zu wählen, dass die Gleitbewegung der Walzen auf dem Teil mit unterschiedlicher Gewindesteigung, d.h. in diesem Fall auf der Schraube 1, im wesentlichen Null ist. Der Abschnitt oberhalb der Achse 01 y1 von Fig. 2 stellt die Projektion, und zwar in vergrössertem Masstab, eines Teils des Profile der Schraube 1, der Walze 3 und der Hülse 2 in die Vertikalebene dar. Der auf der Fig. 2 unterhalb der Achse 01 y1 gezeichnete Abschnitt stellt die Projektion auf eine Horizontalebene dar. Die Schraube 1 und die Hülse 2 weisen die gleiche Achse 01 z1 auf, während die Achse der Walze 3 mit Oz bezeichnet ist.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass die Schraubenflanken der Schraube 1 geradlinig verlaufen und einen Flankenwinkel von 90° aufweisen, ebenso wie die Hülse 2. Sie Elemente, welche die Schraube 1 bestimmen sind ihr Flankendurchmesser BI, die Ganghöhe des Gewindes f, die Gangzahl N1 (wobei N mit + für ein Reohtsgewinde und mit - für ein Linksgewinde versehen ist) und auseerdem durch die Gewindehöhe (pas) der Schraube P1 = H1·ί.

Die Elemente, welche die Hülse Istimmen, sind 909818/0286

8AD ORIGINAL

ihr Flankendurchmesser D2, die Ganghöhe des Gewindes f, die Gangzahl N2 (wobei IT für ein Rechtsgewinde mit + und für ein Linksgewinde mit - versehen ist) und die Gewindehöhe der Hülse B2 = N2 · f.

Die Elemente schliesslich, welche die Walze bestimmen, sind ihr Flankendurchmesser D3t die Ganghöhe des Gewindes f, die Gangzahl n_ (wobei η für ein Rechtsgewinde mit + und für ein Linksgewinde mit - versehen ist), der Krümmungsradius r des gewölbten Profils des Gewindes und die Gewindehöhe der Walze ρ = f . n.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die Tangentialebeneäer Walze einen Winkel von 45° mit der Walzenachse Oz einschliesst.

Unter der Voraussetzung, dass der Steigungswinkel der Schraubengänge der Walze 3 (Pig· 1) gleich ist demjenigen der Schraubengänge der Hülse 2 ergibt sich infolge der Gleichheit der Steigungen die folgende

Relation» ο

-¹ D2 = N2

Ϊ D3 η

ο ro αο

^m Ein eingehendes Studium der ^Vorrichtung hat ergeben, dass sich aufgrund der Bewegung der Walze 3 auf der

Schraube 1 die Berührungspunkte zwischen den Gewinden nicht in der Symmetrieebene befinden, in welcher die Achsen 01 z1 der Schraube und Oz der Walze liegen. Dies ist auf der Fig. 2 angezeigt, aus der klar hervorgeht, dass der Berührungspunkt zwischen den Walzengewinden und denjenigen der Schraube, welche durch ihre zwei Or t^fogonalpro Sektionen m1 und m2 definiert sind, sich nicht innerhalb der Ebene der Achsen 01 z1 und Oz befindet. Dieser Berührungspunkt m1, m2 zwischen der Walze und der Schraube beschreibt auf der Schraube eine Spirale H1, derer Projektion in die Horizontalebene einen A.reis mit dem Durchmesser X ergibt und deren Gewindehöhe f · FI ist.

Ebenfalls beschreibt der Berührungspunkt m1, m2 auf der Walze 3 eine Spirale H3, deren Projektion in die Horizontalebene ein Kreis mit dem Durchmesser Y ist, wobei die Spiralhöhe f · η ist.

Unter diesen Gegebenheiten zeigt die Berechnung, dass zur praktischen Ausschaltung einer Gleitbewegung der Walze 3 auf der Schraube 1 der Radius r der gewölbten Planken der Walze entsprechend der lösung des folgenden Gleichungssysteme gewählt werden soll»

9098 18/0286 ™> ^oMft*^L

- ίο- ■ 145084a

f N1 Cos ρ = to _sin

Ootg u = si" P sin q.

+ r (Cos u- V~2~

sin i^ = 2Y sin (p+q.) D1 + D3

_ D1 + D3 sin i

2 sin (ρ + q) + D2 Y . sin² q + cos² ρ

D1 D3 X sin q. cos (p+q) + cos ρ cos q. DM = 2X - fn ,

_± _ _fH1

Wenn der Radius r der gewölbten Planken der Walze entsprechend den obigen Gleichungen gewählt ist, wird eine Bewegung erhalten, die eine resultierende Steigung (bzwl Anstieg pro Umdrehung) aufweist, welche die gleiche ist, wie diejenige, die bei den Rotationsbewegungen der Planetenacheen entsprechend der Formel von "Willis¹¹ erhalten wird. Aus diesem Grund sind die

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auf die Verzahnungen übertragenen Belastungen, ebenso wie die Reibung an den Berührungspunkten von Walze und Schraube auf ein Minimum reduziert. Dies gilt beispielsweise ebenso für eine Rollbewegung mit differentieller Steigung des Typs RHD 14-4-20, bei welcher»

D1 = 14 mm

N1 =4

N2 = -4

f = 1.5 mm

D3 = 7 mm

η = -1

Dabei ergibt sich für einen Wert r = 2,914· mm ein Wert von P = 2 um (resultierende Steigung).

In diesem Pail ist der Wert der resulierenden Steigung der gleiche wie derjenige der erhalten wird, wenn die Berührungspunkte zwischen Walze und Schraube in der Ebene der Achsen von Walze und Schraube liegen.

Folglich kann eine Rollvorrichtung mit konstanter und genauer differentieller Steigung erzielt werden, weil die feste Verbindung durch die Zahnung zwischen den Walzen und der Schraube nur geringen Belastungen

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ausgesetzt ist und die Gleitung bei Abrollen der Walzengewinde auf dem Gewinde der Schraube auf ein kinematisches Minimum reduziert ist.

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Claims

PATENTANSPRUCH

1. Vorrichtung zum Übersetzen einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung, bei der Planetenwalzen zwischen einer Schraube und einer eine Schraubmutter darstellenden Hülse angeordnet sind, wobei die Schraubengänge der Walzen die gleiche Steigung wie die Schraubengänge eines der beiden anderen Teile, entweder der Schraube oder der Hülse, aufweisen, zwischen denen die Planetenwalzen angeordnet sind, so dass sie gegenüber diesem Teil keiner Longitudinalverschiebung unterworfen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius r der gewölbten Gewindeflanken der Walzen gemäss der lösung des folgenden Grleichungssystems gewählt ist.

tgq = 2/Tx
f N1

Cos ρ = fn sin q

Cotg u = sin ρ

sis q

+ r (Cos u-

2 2

^{sin 1}I = ^{2 Y} sin (p+q)

D1 + D3

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= J1 + Ί)3 sin i

2 sin (p+q.)

D2 ₊ D2 Y . sinjj q + cos²p _

D1 D3 X sin q. cos (p+q) + cos ρ cos q.

D'1=2X - fn i - fin, i-- -2r sin u + τVlT

TC TC

wobei D1 der Planlcendurchmesser der Schraube, D2 der Plankendurchmesser der Hülse, D3 der Flankendurchmesser der Walzen, DM das Bearbeitungsmass der Schraube und X, Y, i, i1, p, q sowie u Parameter sind, so dass die Gleitbewegung der Walzen auf demjenigen Teil, dessen Gewindegänge eine gegenüber den Gewindegängen der Walzen unterschiedliche Steigung aufweisen, im wesentlichen Hull ist.

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