HU188244B - Ball screw drive - Google Patents

Description

(57) KIVONAT

A golyós csavarmenetes hajtások különböző megoldásainál bebizonyosodott, hogy az egymás után következő menetek terhelése egyenlőtlen az anya falának terhelés hatására fellépő rugalmas deformációja következtében. Ezért az élettartam növelésére a találmány feladata egyszerűen előállítható szerkezeti alakkal, játékmentes golyós csavarmenetes hajtás biztosítása olymódon, hogy az anya menet-emelkedése a rugalmas alakváltozásnak megfelelő értékkel kisebb, mint az orsó menet emelkedése. így a tervezett terhelési tartományban a golyók mindig játékmentesen helyezkednek el a menetek érintővonalai között, a terhelésátadás egyenletes és az élettartam nagyobb.

188 244

A találmány golyós csavarmenetes hajtásra vonatkozik, egyenként két érintővonallal rendelkező olyan anyaoldali és orsóoldali menetprofillal, amelyek között azonos átmérőjű golyók vannak.

A golyós csavarmenetes hajtásoknak az elmúlt években elterjedő alkalmazása volt az indítéka annak a kutatási törekvésnek, amely számítógépes programrendszert dolgozott ki ezért, hogy a golyós csavarmenetes hajtás konstrukciós kialakítását az alkalmazás céljának megfelelően optimálissá tegye. A golyós csavarmenetes hajtás optimális kialakításához ezek szerint a következő feltételeknek kell teljesülni (lásd: Fertigungstechnische Berichte, Bd.

11, 1978, S. 10, 1-3, Technischer Verlag Resch KG, Grafelfing b. München):

1. Valamennyi golyó egyformán érintkezik, a golyók között nincs jellemző átmérőkülönbség.

2. Nincs az orsómenet, illetve az anyamenet között emelkedés különbség.

3. A menet hossza mentén a profil-geometria állandó és ez azonos érintkezést tételez fel egy alkatrészen belül.

Ezek a feltételek - az egyenletes anyagminőségtől eltekintve - a gyártás részére a lehető legnagyobb pontosság betartását jelentik a kialakítás során, amihez különösképpen a profilgeometria és menet emelkedési pontossága tartozik hozzá.

A gyakorlatban azonban kiderült, hogy az anyán az egymás után következő menetek nem teljesen egyenletesen vannak terhelve, hanem egyenlőtlenül, mert az anyára ható tengelyirányú terhelés az anya falazatának rugalmas deformálódását - különösképpen hosszanti változását - eredményezi (lásd: Fertigungstechnische Berichte i.h. 79. old., 5.3.1). A golyós csavarmenetes hajtás lehető legnagyobb élettartamát azonban csak úgy lehet elérni, ha valamennyi, a menetek közt lévő golyó egyformán érintkezik.

Ennek a rugalmas deformációnak a kiegyenlítésére, ami az egyes menetes egyenlőtlen terhelését eredményezi, a kutatási beszámoló (lásd az idézett helyen 94. old. 5.4—tói 100. old. 5.5-ig) a következőket javasolja az egyenletes menetterhelés megvalósítására:

1. Az anya külső átmérőjének keresztmetszet változtatása

2. menetről - menetre változóan növekvő profilköszörülés, hogy az egyes menetek hajlítási szilárdságát befolyásoljuk,

3. az egyes menetekhez a golyók átmérőjének változtatása, mint kedvező költségű módszer egyedi menetekkel ellátott anyák részére.

Magától értetődik, hogy a javasolt megoldások összességükben is csak korlátozott terhelési tartományban lennének jó hatásúak, miközben a kutatási beszámoló a következőket állapítja meg (lásd az i.h. 99. old. és 100. old. 5.5 „Programmergebnisse” c. rész):

„A bemutatott számítási algoritmust program rendszerbe foglaltuk össze és dialóg-üzemben a felhasználásnak megfelelő alkalmazást kapunk. Kiindulva a betáplált adatokból - a golyó- és az anya külső átmérőjét, valamint a menetek kiköszörülését minden menetre külön betápláljuk - egyrészt a terhelés eloszlását lehet kiszámítani, illetve a megfe2 lelő vezérszámok előírásával egyenletes terhelést megadni...” „Mivel a fellépő terheléseloszlásoknál, ideális orsó- és anyageometriát feltételezve, csak kismértékű eltérés lép fel a közepes terheléshez képest, a kialakított program rendszer jelentősége az anyában a gyártástechnika következtében meghatározott hiba tekintetében nő. Ez lehetővé teszi úgy az emelkedési hiba hatásának, mint az egyes eltérő rendszerekben a golyók méreteltéréseinek kiszámítását is és ilymódon a megváltozott élettartam következtében a lehetséges alkalmazás megítélésének elérését.”

Kiindulva a bevezetésben leírt, a köztudomású alkalmazásoknál ismertté vált tárgybeli golyós csavarmenetes hajtásból, a találmány feladata az, hogy mindkét mozgásirányban, lehetőség szerint legnagyobb élettartamú és egyidejűleg egyszerűen előállítható szerkezeti alakkal, pontos pozíciójú golyós csavarmenetes hajtást szolgáltasson. A találmánynak megfelelően ez a feladat azáltal oldható meg, hogy az anya menetemelkedése bizonyos értékkel kisebb, mint az orsó menetemelkedése, ez az érték pedig az anya méreténél a rugalmas megváltozásnak felel meg a tervezett megengedhető terhelési tartományban fellépő terhelésátadás esetén és a golyók a megengedhető terhelési tartományban mindig játékmentesen helyezkednek el a menet érintővonalai között.

A találmány szerinti golyós csavarmenetes hajtás az előzőkben fent bemutatott megoldásoknak megfelelően kiküszöböli különösen a bonyolult megmunkálást és ezzel kapcsolatban a gondos megmunkálásnál a golyós csavarmenetes hajtás elkerülhetetlen, gyártástechnikai okokból adódó hibáit is.

A találmánnyal kapcsolatos előnyöket a továbbiakban a találmány szerinti előnyös kiviteli példán kétféle ábrázolás kapcsán írjuk le közelebbről. Ezek a következők:

1. ábra: a terheletlen golyós csavarmenetes hajtás hosszanti fél keresztmetszete vázlatosan ábrázolva,

2. és 3. ábra: hasonló fél hosszanti keresztmetszet a terhelt golyós csavarmenetes hajtás esetében.

Az ábrákon a golyós csavarmenetes hajtást öszszességében mindig a 10 hivatkozási jel jelöli. A 10 golyós csavarmenetes hajtás lényegében a 11 anyából és a 12 orsóból áll.

A 11 anyán csavaralakban körbefutó menet öszszességében a 13 hivatkozási számmal, a 12 orsón ugyancsak csavaralakban körbefutó menet pedig a 14 hivatkozási számmal van jelölve. Úgy a Banyaoldali menetnek, mint a 14 orsóoldali menetnek is csúcsíves profilja van, amelyet „gótikus profilnak” is neveznek.

Mindkét 13 és 14 menetnek a 15 golyók megtámasztására két érintővonala van, amelyek áthaladnak a 13 és 14 menetek, valamint a 15 golyók közötti eröátadási, illetve érintési helyeken. A 13 anyaoldali menet két érintővonala az Α,-el és A₂vel jelölt nyilak hegyénél, a 14 orsóoldali menet két érintövonala pedig a Β,-el és B₂-vel jelölt nyilak hegyénél van; a nyilak a 11 anyáról és a 12 orsóról a 15 golyókra ható erőt kívánják szimbolizálni.

A 10 golyós csavarmenetes hajtásnál a két 13 és .188 244 menet menetprofiija pontosan egybevágó. A 13 és 14 menetekben körbe haladó 15 golyóknak a z-vel jelölt hosszanti tengely irányában nincs játéka. Ezért a 15 golyók mindig mindkét érintövonalat érintik az Ai és A₂-vel, valamint a B, és B₂-vel ⁵ jelölt nyilak hegyénél.

A találmány céljára nemcsak a rajzokon feltüntetett „gótikus” menetprofil alkalmazható. Sőt inkább minden más menetprofil is alkalmazható, amelyek, hasonlóan mint a „gótikus” profil, kifeje- ¹⁰ zett érintővonallal vannak kiképezve.

A gondos gyártásnál elérhető támolygó hiba, illetve emelkedési hiba menetenként és emelkedésenként 0 és 4 pm között van és ezt felveszi a golyók futópályájának és a golyóknak a rugalmas defor- ¹⁵ málódása az érintővonal mentén.

A rajzon nem ábrázolható - de elképzelhető - az, hogy az anyaoldali menet (13 menet) és az orsóoldali menet (14 menet) között csekély emelkedési különbség van. A bemutatott kiviteli példánál az ²θ anyaoldali menetemelkedés h_M = 9,998 mm, míg az orsóoldali emelkedés h_s = 10 mm. Amint szokásos, a h emelkedés azt az úthosszt jelenti, amelyet a 11 anya, illetve a 12 orsó a z tengely irányában egy körülfordulás során megtesz. ²³

Az anyaoldali h_M menetemelkedés és az orsóoldali h_s menetemelkedés közötti Ah = 0,002 mm különbség a 13 és 14 menetek között lévő 15 golyókat terhelés mentes állapotban (Terhelés = P = 0) a nyilakkal jelölt A_t és A₂, valamint a B, és B₂ erőknek megfelelően minden érintővonalnál összeszorítja. Ha a 12 orsót a 11 anyához képest terhelés mentes állapotban forgatjuk, akkor ennek megfelelően a 15 golyók nehezen mozognak.

Az 1, 2 vagy 3 ábrával kapcsolatban meg kell említeni, hogy az orsónak a z tengely irányában el nem tolhatóan kell csapágyazottnak lenni, tehát csak a z tengely körül végezhet forgó mozgást. Ezen kívül fel kell tételezni azt, hogy a 11 anya sugárirányú tágulási lehetősége terhelés hatására elhanyagolhatóan kicsi, vagy a beépítés körülményei következtében, vagy az elegendően nagy falvastagság miatt. Hasonlóan azt is fel kell tenni, hogy a találmánnyal összhangban a számításba vett terhelés esetében a 12 orsó úgy van méretezve, hogy ennek ⁴⁵ a terheléstől függő tengelyirányú és sugárirányú alakváltozása ugyancsak elhanyagolhatóan kicsiny.

Amint a 2. és 3. ábrának megfelelően a 10 golyós menetes hajtásra Pi és R_r terhelés hat, akkor, amint 50 a 2. és 3. ábrán fel van tüntetve, egyenletes, de egyidejűleg játékmentes terhelés hat a 15 golyók és a 13, illetve 14 menetek között az egymással kapcsolatban álló menetszakasz egész tengelymenti hosszán. Terhelés alatt ezek szerint egyrészt a 15 ⁵⁵ golyók között, másrészt az orsóoldali és anyaoldali 13 és 14 menetek között a súrlódás kisebbé válik, ami a találmány szerinti 120 golyós menetes hajtás nagy élettartamát biztosítja. A találmányt ezért úgy értelmezhetjük, hogy a 15 golyók úgy a terheletlen állapotban (1. ábra), mint a terhelt állapotban (2. és 3. ábra) is bizonyos mértékben elő vannak feszítve és ezért mindig fennáll az, hogy a nagy pontossággal meghatározott helyzetű golyós csavarmenetes hajtás megvalósításához egyidejűleg érintkeznek valamennyi érintővonal mentén, megfelelően az A, és A₂, illetve B, és B₂ nyilaknak. Magyarázatul hozzáfűzhetjük, hogy terheletlen állapotban az 1. ábrának megfelelően az anyaoldali és az orsóoldati 13 és 14 menetek közötti Ah emelkedés különbség által a golyókra gyakorolt nyomás nagyobb, mint a 2. és 3. ábra szerinti terhelt állapotban, úgyhogy - amint ezt már előzőleg fentebb említettük - az 1. ábrának megfelelő terheletlen esetben a 15 golyók nehezen mozognak. Megfelelő terhelés esetén is, az anya arányosan, azaz a Hooke-féle egyenesnek megfelelő rugalmas tartományban megnyúlik. Ennek megfelelően a 2. és 3. ábrán látható, hogy a megengedhető terhelés (ez lenne egyidejűleg az ideális eset) határán lényegében már csak a 15 golyókra ható A! és B₂, illetve A₂ és B, erő érvényesül, az A₂ és B,, illetve az A, és B₂ erők azonban nulla felé csökkennek - de mindenesetre a 15 golyók és az A₂ és B_p illetve az A, és B₂ jelű nyilakkal az 1. ábrán jelölt helyek között az érintkezés megmaradása mellett.

Amint említettük, a h_M anyaoldali menetemelkedés és a h_s orsóoldali menetemelkedés közötti különbség értéke Ah = 0,002 mm. A 2. és. 3. ábra szerinti terhelési példa alapján megnövelt léptékben az egyes méretvonalak segítségével nyilvánvalóvá vált, hogy a 11 anyának a terhelés következtében létrejövő összes megnyúlása négy menetemelkedéskülönbségnek felel meg, tehát ha Ah = 0,002 mm, akkor összesen 0,008 mm.

Mihelyt a 2. vagy 3. ábra szerinti rendszer tehermentessé válik, növekszik ugyan a súrlódási veszteség aránya, azonban a 10 orsó-anya rendszer játékmentessége az előzőleg említett okokból megmarad.

Nyilvánvaló, hogy a találmány szerinti rendszerre nincs hatása a terhelés irányának. A találmány szerinti 10 golyós csavarmenetes hajtásnak ezért még az a további előnye is megvan, hogy az a szokásos felépítésű, sokkal bonyolultabb és térben nagyobb kettős anyarendszernek („Fertigungstechnische Berichte”, i.h. 25. oldal) úgy az „X”, mint a „0” előfeszítését is helyettesíti.

Szabadalmi igénypont

Claims (1)

1. Golyós csavarmenetes hajtás két érintővonallal rendelkező olyan anyaoldali és orsóoldali menetprofillal, amelyek között azonos átmérőjű golyók vannak, azzal jellemezve, hogy az anya (11) menetemelkedése (h_M) bizonyos értékkel (Ah) kisebb, mint az orsó (12) menet-emelkedése (h_s) olyképp, hogy ez az érték (Ah) a megengedett terhelési tartományon belüli terhelésátadás esetén megfelel az anya hosszanti méretében bekövetkező rugalmas alakváltozásnak, továbbá olyképp, hogy a golyók (15) a megengedett terhelési tartományon belül mindig játékmentesen helyezkednek el a menetek érintő vonalai között (az Aj és A₂, illetve B, és B₂ jelű nyilaknál).

   Kiadja az Országos Találmányi Hivatal A kiadásért felel: Himer Zoltán osztályvezető Szedte a Nyomdaipari Fényszedő Üzem (877357/09)

   1 oldal rajz