RU1796825C - Эксцентрична винтова передача - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к общему машиностроение , в частности к несиловым передаточным механизмам, и может быть использовано дл  преобразовани  вращательного движени  в возвратно-поступательное . Цель изобретени  - повышение надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношени . В направл ющих 1 установлен с возможностью вращени  корпус-водйло 3, в эксцентричной расточке которого размещена втулка 4 с эксцентричным .отверстием. Гайка 5 установлена во втулке 4 и предназначена дл  взаимодействи  с винтом 7. Резьба винта 7 выполнена с шагом, равным шагу гайки 5. Разность X между радиусами впадин (вершин ) резьбы гайки 5 и вершин (впадин) резьбы винта 7 выбирают из услови  X Е - х, где Е - величина эксцентриситета между ос ми гайки 5 и винта 7,0 х И. И.-осейое перемещение винта за один оборот корпуса 3,5 ил. .

Description

Изобретение относитс  к области обще- то машиностроени , в частности к несило- вым передаточным механизмам, и может быть использовано дл  преобразовани  вращательного движени  в возвратно-поступательное ,.

Известна планетарна  несоосна  винтова  передача, содержаща  корпус-водило с эксцентричной расточкой, гайку размещенную в ней с возможностью вращени  несоосНо винту, застопоренному от вращени . Недостатком данной передачи  вл етт с  непосто нство передаточного отношени  между корпусом-водилом и гайкой и соответственно неплавность поступательного осевого перемещени  винта. Это обусловлено тем, что гайка имеет специально спрофилированный криволинейный либо круговинтовой профиль дл  получени  точечного контакта на среднем радиусе резьбы винта. В св зи с тем, что средний радиус резьбы  вл етс  теоретическим неконтро- лирумым параметром, что практическое расположение контактных точек случайно, измен етс  от витка к витку передачи. Следовательно , имеет место неопределенность реального расположени  точек контакта, котора  неизбежно приводит к отклонению фактической величины передаточного отношени  от ее расчетного теоретического значени  уже. в начальный период работы, а также к неопределенным изменени м передаточного отношени  при эксплуатационном износе.: ...

Наиболее близкой по технической сущности к за вл емому изобретению  вл етс  эксцентрична  винтова  передача (см, авт.св. СССР № 1350420), содержаща  неподвижный корпус с направл ющими поступательного перемещени , установленный в нем с возможностью1 вращени  корпус-водило с эксцентричной расточкой, размещенную в ней с возможностью фиксированного поворота втулку с выполненным в ней эксцентричным отверстием, расположенную е нем с возможностью вращени  гайку и размещенный в направл ющих неподвижного корпуса с возможностью осевого перемещени  винт, ось которого параллельна и эксцентрична оси гаМи, а резьба выполнена с шагом, равным шагу гайки, причем соотношение углов профилей резьб гайки и винта выбрано из услови  аг Ч-10° «в 180°

или о,, + 10° Dr 180°, где «в -угол профил  резьбы винта, а «г -угол профил  резьбы гайки. В данной передаче имеет ме- сто заведома  определенность расположени  контактных точек, поэтому фактическа  величина передаточного отношени  в начальный период работы соответствует расчетному теоретическому значению. Вместе с тем, в процессе эксплуатационного износа в контактной зоне резьб винта и гайки неизбежно образуетс  зазор. Под действием нормальных и фрикционных сил, возникающих в контактной зоне при воздействии внешней осевой нагрузки, гайка может отжиматьс  от винта в пределах указанного

зазора, что сопровождаетс  неопределенным изменением радиуса точки контакта и передаточного отношени . Кроме того, возникающий зазор в рассматриваемой передаче - прототипе периодически

компенсируетс  поворотом эксцентричной втулки в эксцентричной расточке корпуса. При этом, естественно, измен етс  исходный эксцентриситет и соответственно передаточное отношение. Таким образом,

недостатком прототипа  вл етс  непосто нство передаточного отношени  при абразивном износе в зоне контакта винта и гайки. Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение степени посто нства передаточного отношени  при абразивном износе в зоне контакта винта и гайки.

Цель изобретени  - повышение надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в эксцентричной винтовой передаче, содержащей корпус, размещенную в нем с возможностью фиксированного поворота втулку с выполненным в ней эксцентричным

отверстием, размещенную в нем с возможностью вращени  гайку и размещенный в корпусе с возможностью осевого перемещени м взаимодействующий с гайкой винт. ось которого параллельна оси гайки, а резь6а выполнена с шагом, равным шагу гайки,

точки контакта расположены на внутреннем диаметре резьбы гайки при соотношении углов профилей резьбы гайки и винта

. Of 4- 10° SOe 180°, или на наружном диаметре резьбы винта при соотношении углов профилей резьбы винта и гайки

OB -f 10° Ј Ok 180° .где Oe - угол прсфи- л  резьбы винта, сь - угол профил  резьбы

гайки, кроме того, разность X между радиусами впадин (вершин) резьбы гайки и вершин (впадин) резьбы винта из услови  X Е - х, где Е - величина эксцентриситета между ос ми гайки и.винта, а 0 X И, И - осевое

перемещение винта за один оборот корпуса , ..

Если соотношение углов профилей

резьб выбрано из услови 

От 4-10° 5Ов 180, а радиусы впадин

резьбы гайки и вершин резьбы винта выполнены в соответствии с насто щим изобретением , то при создании несоосности в наладочном режиме реализуетс  контакт цилиндрических поверхностей, образован- ных радиусами впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта, причем между внешней границей поверхности резьбы гайки, определ емой радиусом вершин гайки, и боковой поверхностью резьбы винта (контактна  зона прототипа) имеет место малый гарантированный зазор. Величина зазора определ етс  разностью радиусов впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта . В начальный период работы передачи под нагрузкой при повороте ведущего корпуса водила на определенный угол, завис щий от величины зазора, в пределах первого оборота реализуетс  точечный контакт внешней границы поверхности резьба гайки и боковой поверхности резьбы винта. Таким образом, работа передачи происходит при контактировании внешней границы поверхности резьбы гайки и боковой поверхности резьбы винта (как и в прототипе), но одновременно имеет место обкатка цилиндрических поверхностей, образованных радиусами впадин резьбы гайки и вершин резьб.ы винта, поджатых с усилием, создаваемым эксцентричной втулкой.

Геометрическое скольжение, обусловленное внеполюсностью контакта, приводит к износу и образованию зазора в зоне взаимодействи  внешней границы поверхности работы гайки и боковой поверхности резьбы винта. Однако в отличие от прототипа цилиндрические поверхности, образованные радиусами впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта, обкатыва сь практически без износа (качение), создают упор, преп тствующий отжиму гайки от винта, изменению радиуса контактных точек при износе .

Таким образом, обеспечиваетс  рабочий контакт при первоначальных значени х эксцентриситета и радиусов контактных точек , что обуславливает значительное повышение степени посто нства передаточного отношени . По аналогичной схеме работают передачи при выборе соотношени  углов профилей резьб из услови 

Ов Ч- 10° Ог 180° и выполнении радиусов вершин резьбы гайки и впадин резьбы винта в соответствии с предлагаемым изобретением .

.На фиг.1 изображена эксцентрична  винтова  передача в продольном разрезе; на фиг.2 - условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при выполнении услови  аг + 10° ае 180° в за вл емом изобретении; на фиг.З - условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при выполнении услови 

аг + 10° ав 180° в.передаче - прототипе; на фиг.4 - условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при

вы полнении услови  ав + 10° 7Г 180° ; на фиг.5 - условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при выполнении услови  «в + 10° аг 180° в передаче прототипе.

Эксцентрична  винтова  передача содержит неподвижный корпус (на фиг. не по- казан) с направл ющими поступательного перемещени  1, в котором с возможностью вращени  на подшипниках 2 установлен корпус-водило 3 с эксцентричной расточкой , втулку 4 с эксцентричным отверстием, размещенную в расточке корпуса - водила 3, гайку 5, установленную во втулке 4 с возможностью вращени  на радиально-улор- ных подшипниках 6, винт 7, размещенный в направл ющих 1 с возможностью осевого перемещени , Резьба винта 7 выполнена с шагом, равным шагу гайки 5. Соотношение углов профилей резьб гайкой и винта 7 выбираетс  из услови  (1) или (2). Причем при условии (1) разность chr (фиг.2) между радиусом впадин резьбы гайки Rr и радиусом вершин резьбы винта RB выполн етс  меньше эксцентриситета dr (фиг.З}, необходимого дл  реализации контакта на радиусе вершин резьбы гайки Rr (точки Кг либо Кг на фиг.З), величину, не превышающую осевого перемещени  винта 7 за один оборот корпуса - водила 3. Если же углы профилей резьб передачи отвечают условию (2), то разность djb (фиг.4) между радиусом вершин резьбы гайки Rr и радиусом впадин резьбы винта RB выполн етс  меньше эксцентриситета da (фиг,5), необходимого дл  реализации контакта на радиусе вершин резьбы винта R8, на величину, не превышающую осевого перемещени  винта 7 за один оборот корпуса - водила 3. Дл  реализации окружного по- .ворота во втулке 4 выполнены отверсти  8. дл  ввода поворотного ключа, а в корпусе - водила 3 - окна 9. В необходимом положении втулка 4 фиксируетс  нажимными винтами 10. Сочетание эксцентриситетом отверсти  втулки 4 и расточки корпуса 3 подбираетс  таким образом,чтобы обеспечить требуема  несоосность при работе, а также соосность в исходном состо нии, На фиг. 1- 5 индексом а обозначена ось винта 7 и наружной поверхности корпуса - водила 3, эксцентричной расточки корпуса

водила 3 (наружной поверхности втулки 4), в - ось отверсти  втулки 4 и гайки 5.

Эксцентрична  винтова  передача работает следующим образом. В исходном положении эксцентрична  втулка 4 расположена в расточке корпуса - водила 3 таким образом, что ось а винта 7 и ось в гайки 5 совпадают, В ньладочном режиме окружным поворотом втулки 4 посредством . ввода поворотиого ключа в отверсти  8 через окна 9 производитс  поворот оси в гайки 5 в пространстве относительно оси б расточки, вследствие чего ось в гайки 5 смещаетс  относительно оси а винта 7. остава сь при этом параллельной послед- ией. При достижении необходимого эксцентриситета clir (фиг.2) либо die (фиг.4) между ос ми а и в реализуетс  первоначальный контакт винта 7 и гайки 5, Причем, если соотношение углов профилей резьб винта 7 и гайки. 5 выбрано из услови  (1), а радиусы впадин резьбы гайки Rr и вершин резьбы винта RB выполнены в соответствий в насто щим изобретением, то при создании несоосности dri (фиг.2) имеет место контакт цилиндрических поверхностей, образованных радиусами впадин резьбы гайки Rr и вершин резьбы винта Re (лини  КГо на фиг.2). При этом между внешней границей поверхности резьбы гайки, определ емой радиусом верш н тайки Rr и боковой поверхностью резьбы винта имеет место га- рэнтмровзнный зазор, величина которого определ етс  соотношением dri (фиг.2)и dr : (фиг.З). Как видно из сравнени  фиг,2 и 3, рассматриваемый зазор находитс  в рабочей контактной зоне прототип а (точка Ki или Кг, в зависимости от направлени  полезной осево.й нагрузки на фиг.З). Аналогично, если соотношение, углов профилей резьб винта 7 и гайки 5 выбрано из услови  (2), а радиусы вершин резьбы гайки Rr м впадин резьбы винта.RB I выполнены согласно насто щему изобретению, то при создании несоосности dm (фиг.4) реализуетс  контакт цилиндрических поверхностей образованных радиусами вершин резьбы гайки Rr и впадин резьбы винта Rn1 (лини  Квр на фиг.4). При этом между внешней границей поверхности резьбы винта, определ емой радиусом вер- ... шин винта RB, и боковой поверхностыд резьбы гайки ;имеет место .гарантированный .зазор; величина которого определ етс  соотношением die (фиг.4) и de (фиг.5). Как вид-. но из сравнени  фиг.4 и фиг.5 указанный зазор находитс  в рабочей контактной зоне .прототипа (на фиг.5 точка Кв либо Кв в зависимости от направлени  полезной осевой нагрузки). Поджатие цилиндрических поверхностей Rr и RB либо Rr и RB при необходимости может контролироватьс  тарированием момента на поворотном ключе. После реализации первоначального контакта с требуемым усилием поджатй , втулка 4 фиксируетс  в расточке корпуса - водила 3 нажимными винтами 10. Передача подготовлена к работе.

Основным рабочим режимом передачи  вл етс  поступательное перемещение винта против внешней осевой нагрузки поддей- ствием крут щего момента, приложенного к корпусу - водилу от привода вращательного движени  (на фиг, не показан). В начальный период работы за вл емой передачи под

нагрузкой при окружном повороте ведущего корпуса - водила 3 в пределах первого оборота на определенный угол, завис щий отвеличины зазора, и соответствующего окружного поворота гайки 5 реализуетс  точечный контакт винтовых поверхностей

винта 7 и гайки 5 в рабочей зоне, котора 

соответствует рабочей зоне протржпа ив

.. зависимости от выполнени  условий (1) или

(2) располагаетс  на внешней границе поверхнее™ резьбы гайки 6 (штрихпунктир- ный профиль резьбы гайки 5 и точка Кг на фиг.2), либо на:внешней границе поверхно- с-ти резьбы винта7 (штрихпунктирный профиль резьбы винта 7 и точка Кв на фиг.4).

Таким образом, pa6ofа передачи происходит при точечном рабочем контакте, кото-.

рый полностью идентичен рабочему контакту прототипа (точка Кг на фиг,2 и 3 либо точка К8 на фиг.4 и ;5) и определ ет

выходные кинематические параметры передачи , с одновременной обкаткой поджатых цилиндрических поверхностей (лини  Кго на фиг.2, либо лини  Кво на фиг,4), создающих упор. При вращении корпуса-водилаЗ гайка.

5 совершает планетарное движение относительно оси винта 7, заставл   последний

под действием нормальных и фрикционных сил в рабочей контактно й зоне перемещатьс  в осевом направлении/преодолева  по5 лезную осевую нагрузку.

В процессе эксплуатации геометрическое скольжение, обусловленное внеполюс- ностью контакта в точке К2 либо КВ, неизбежно приводит к износу и образова0 нию зазора в рабочей контактной зоне. Однако в отличие от прототипа упор. создаваемый обкатываемыми цилиндрическими поверхност ми (лини  Кго либо Кво), преп тствует отжиму в пределах указанного

5 зазора гайки 5 от винта 7 под действием нормальны/, и фрикционных сил. возникающих в контактной зоне -при воздействии внешней осевой нагрузки. Т.е. при наличии упора рабочий контакт обеспечиваетс  при первоначальных значени х эксцентриситета и радиусов контактных точек, работа передачи происходит с посто нным передаточным отношением. Так как при обжатии создающих упор цилиндрических поверхностейi по линии Кго либо Квр имеет место толь- ко трение качени  без скольжени  (полюсный контакт), а в качестве материалов винта и гайки в несоосных винтовых передачах используютс  закаленные стали со значительной поверхностной твердо- стью, то износ при обкатке пренебрежимо мал даже по сравнению с износом в рабочей контактной зоне, т.е. упор сохран етс  при наработке, значительно превышающей ресурс элементов передачи. При выборе меж- ду исходной разностью между радиусами впадин резьбы гайки Rr1 и вершин резьбы винта RB или радиусами вершин резьбы гайки Rr и впадин резьбы винта RB и эксцентриситетом , необходимым дл  реализации контакта соответственно на радиусе вершин резьбы гайки или винта нужно иметь . ввиду следующее. Допустимый зазор в рабочей контактной зоне ограничен сверху величиной перемещени  винта за один оборот корпуса - водила. Если зазор равен или больше величины перемещени , что при вращении корпуса - водила 3 винт 7 не совершает требуемого осевого перемеще

Claims (1)

1. Формулаизобретени 

   Эксцентрична  винтова  передача, содержаща  корпус, размещенную в нем с возможностью фиксированного поворота втулку с выполненным в ней эксцентричным отверстием, размещенную в нем с возможностью вращени  гайку и размещенный в корпусе с возможностью осевого перемещени  и взаимодействующий с гайкой винт, ось которого параллельна оси гайки, а резьба выполнена с шагом, равным шагу гайки, точки контакта расположены на внутреннем диаметре резьбы гайки при соотношении углов профилей резьбы гайки и винта Ог + 10° % 180°, или на наружном диаметре резьбы винта при соотношении углов профилей резьбы и гайки Оъ + W° Ог 180°,

   ни . В соответствии с этим указанное соотношение необходимо выбирать таким образом , чтобы первоначальный зазор в рабочей контактной зоне был минимальным (0,05 - 0,01 мм). Увеличение зазора при абразивном износе вплоть до верхнего предела не измен ет кинематических характеристик передачи, при этом только возрастает холостой поворот корпуса - водила в пределах первого оборота.

   За вл емые эксцентричные винтовые передачи целесообразно примен ть в качестве передаточных механизмов в линейном несиловом электромеханическом приводе при повышенных требовани х к посто нству величины передаточного отношени . Значительные усили  (свыше 10 кН) обуславливают повышенный износ в рабочей контактной зоне, зазор достигает критической величины при наработках меньших, чем требуетс  в соответствии с общемашиностроительными нормами. Работа за вл емой передачи в кинематических приводах при уровне усилий до 10 кН сопровождаетс  незначительным износом при высокой степени посто нства передаточного отношени , наработка на отказ эксцентричной винтовой пары не лимитирует долговеч: ность привода з целом.

   где огв - угол профил  резьбы винта ;«г - угол профил  резьбы гайхи, отличающа - с   тем, что, с целью повышени  надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношени , разность X между радиусами впадин (вершин) резьбы гайки и вершин (впадин) резьбы винта выбрана из услови ...

   ..Х- Е-х,

   где Е - величина эксцентриситета между ос ми гайки и винта;

   И - осевое перемещение винта за один оборот корпуса.

   А

   -м с

   I т т

   Я-R