RU2104425C1

RU2104425C1 - Planetary roller helical gear train

Info

Publication number: RU2104425C1
Application number: RU96112582A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Сергеевич Блинов; Василий Николаевич Богачев; Олег Анатольевич Ряховский; Павел Александрович Соколов; Владимир Игоревич Фетисов
Original assignee: Дмитрий Сергеевич Блинов; Василий Николаевич Богачев; Олег Анатольевич Ряховский; Павел Александрович Соколов; Владимир Игоревич Фетисов
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-02-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: automatic control and taking-up of backlash between screw, rollers and nut are effected due to radial deformation of pliable element of nut. To this end, nut is provided with circular hermetic cavity filled with liquid or plastic agent, for example, PVC paste. Inner wall of this cavity is made in form of thin-walled cylindrical envelope which is deformed radially under action of pressure crated in this cavity. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве передачи для преобразования вращательного движения в поступательное. The invention relates to mechanical engineering and can be used as a transmission for converting rotational motion into translational.

Известна планетарная роликовинтовая передача, основными деталями которой являются винт, винтовые ролики и цельная гайка [1, с. 314, рис. 1] . Кроме того, ролики разделяют сепараторами, расположенными по торцам гайки, а между гайкой и роликами имеется дополнительная связь, предотвращающая ролики от вывинчивания. Эта связь осуществляется зацеплением зубьев, выполненных на роликах, с внутренними зубчатыми венцами гайки. Для обеспечения сборки на размеры основных деталей передачи даются такие допуска, что между этими деталями имеются зазоры [1, рис.1]. Данные зазоры приводят к снижению жесткости передачи и точности ее работы, особенно в рабочем осевом направлении. Known planetary roller screw transmission, the main details of which are a screw, screw rollers and a solid nut [1, p. 314, fig. one] . In addition, the rollers are separated by separators located at the ends of the nut, and there is an additional connection between the nut and the rollers preventing the rollers from unscrewing. This connection is carried out by the engagement of the teeth made on the rollers with the internal gear rims of the nut. To ensure assembly to the dimensions of the main transmission parts, such tolerances are given that there are gaps between these parts [1, Fig. 1]. These gaps reduce the rigidity of the transmission and the accuracy of its operation, especially in the working axial direction.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является планетарная роликовинтовая пара (передача) [2] , состоящая из тех же основных деталей, что и описанный выше аналог. Однако гайка в передаче-прототипе выполнена сборной и состоит из двух полугаек, между которыми установлен компенсатор [2, рис. 2]. При этом совместная длина двух полугаек и компенсатора меньше, чем если бы гайка была целой [2, рис. 1 и 2]. Поэтому при приложении усилия преднатяга, стягивающего две полугайки, винтовые ролики перемещаются к винту. Толщина компенсатора точно регулируется за счет последовательных сборок-разборок и подшлифовки компенсатора, в результате чего зазоры между основными деталями передачи выбираются и она становится существенно более жесткой и точной, чем передача-аналог. Однако:
- процесс регулировки долгий и трудоемкий;
- снижена нагрузочная способность передачи в месте контакта гайки с роликами за счет уменьшения рабочей высоты профиля;
- до приложения рабочей нагрузки ролики и обе полугайки нагружены осевым усилием преднатяга, совпадающим по направлению с рабочим усилием, т.е. при работе указанные усилия складываются;
- при приложении рабочей нагрузки в контакт с роликами вступает только одна полугайка;
- сборная гайка имеет меньшую осевую жесткость, чем цельная;
- усилие преднатяга снижается во времени из-за износа контактирующих поверхностей деталей передачи и релаксации напряжений в деталях механизма, осуществляющего преднатяг.Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed device is a planetary roller-screw pair (gear) [2], consisting of the same basic parts as the analogue described above. However, the nut in the prototype gear is made by the national team and consists of two half nuts, between which a compensator is installed [2, Fig. 2]. In this case, the joint length of two half nuts and a compensator is less than if the nut was intact [2, Fig. 1 and 2]. Therefore, when a preload is applied to tighten two half nuts, the screw rollers move to the screw. The thickness of the compensator is precisely controlled by successive assembly-disassembly and grinding of the compensator, as a result of which the gaps between the main parts of the transmission are selected and it becomes significantly more rigid and accurate than the analogue transmission. But:
- the adjustment process is long and laborious;
- reduced loading ability of the transmission at the point of contact of the nut with the rollers by reducing the working height of the profile;
- before applying the work load, the rollers and both half nuts are loaded with the axial preload force, which coincides in the direction with the work force, i.e. during operation, these forces add up;
- when a workload is applied, only one half nut comes into contact with the rollers;
- a combined nut has a lower axial stiffness than a solid one;
- the preload force decreases in time due to wear of the contacting surfaces of the transmission parts and stress relaxation in the parts of the preload mechanism.

Задачей изобретения является повышение осевой жесткости и точности работы планетарной роликовинтовой передачи, повышение нагрузочной способности, а также обеспечение автоматического регулирования во времени этих характеристик и упрощение регулировки передачи. The objective of the invention is to increase the axial stiffness and accuracy of the planetary roller screw transmission, increase the load capacity, as well as provide automatic control over time of these characteristics and simplify gear adjustment.

Поставленная задача достигается тем, что в гайке выполнена кольцевая герметичная полость, заполненная введенным в передачу жидким или пластичным веществом, а передача снабжена механизмом создания давления в последнем, при этом внутренняя стенка кольцевой герметичной полости выполнена в виде тонкостенной цилиндрической оболочки, а упомянутый механизм размещен в гайке или соединен с нею. The problem is achieved by the fact that the nut has an annular tight cavity filled with a liquid or plastic substance introduced into the transmission, and the transmission is equipped with a pressure generating mechanism in the latter, while the inner wall of the annular tight cavity is made in the form of a thin-walled cylindrical shell, and the said mechanism is placed in nut or connected to it.

На фиг. 1 показан общий вид передачи; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows a general view of a transmission; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 2.

Основание 1 имеет направляющую 2 и опоры 3 и 4, в которых с возможностью поворота установлен винт 5. Со стороны одного торца винт 5 соединен с двигателем 6. На винте 5 установлена гайка 7, имеющая цапфы А, предназначенные для соединения с исполнительным механизмом, и паз Б, сопрягаемый с направляющей 2, см. фиг. 1 и 2. The base 1 has a guide 2 and supports 3 and 4, in which the screw 5 is mounted rotatably. From the side of one end, the screw 5 is connected to the engine 6. On the screw 5 there is a nut 7 having pins A designed to be connected to the actuator, and the groove B mating with the guide 2, see FIG. 1 and 2.

Гайка 7 выполнена сборной и состоит из корпуса 8, детали 9 с внутренней резьбой, втулок 10 с внутренней зубчатой нарезкой В и крышек 11 (см. фиг. 3). Деталь 9 выполнена в виде тонкостенной оболочки вращения, а между корпусом 8 и деталью 9 образуется кольцевая герметичная полость Г, заполненная жидким или пластичным веществом, например гидропластом 12. При этом деталь 9 является внутренней стенкой полости Г. The nut 7 is made by the national team and consists of a housing 8, a part 9 with internal thread, bushings 10 with internal gear cutting B and covers 11 (see Fig. 3). Part 9 is made in the form of a thin-walled shell of revolution, and between the body 8 and part 9 an annular sealed cavity G is formed, filled with a liquid or plastic substance, for example, hydroplast 12. In this case, part 9 is the inner wall of cavity G.

Механизм создания давления в упомянутом веществе может быть размещен в гайке или соединен с ней. В исполнении, приведенном на фиг. 3, механизм создания давления состоит из плунжера 13, нажимного винта 14 и стопорной гайки 15, а в корпусе 8 гайки выполнено ступенчатое отверстие Д для размещения указанного механизма. The pressure generating mechanism in said substance can be placed in a nut or connected to it. In the embodiment of FIG. 3, the pressure generating mechanism consists of a plunger 13, a pressure screw 14 and a lock nut 15, and a stepped hole D is made in the body of the nut 8 to accommodate this mechanism.

Между винтом 5 и гайкой установлены резьбовые ролики 16, отделенные друг от друга сепараторами 17 (см. фиг. 3). Ролики 16 имеют дополнительную связь в виде зубчатых зацеплений В с гайкой для предотвращения вывинчивания роликов из гайки. Between the screw 5 and the nut, threaded rollers 16 are installed, separated from each other by separators 17 (see Fig. 3). The rollers 16 have an additional connection in the form of gears B with a nut to prevent the unscrewing of the rollers from the nut.

При сборке передачи давление p в полости Г должно быть равным нулю, т.к. между винтом, роликами и гайкой необходимо иметь конструктивные зазоры, чтобы упростить процесс сборки. When assembling the transmission, the pressure p in the cavity Г should be equal to zero, because There must be structural clearances between the screw, rollers and nut in order to simplify the assembly process.

При подготовке передачи к работе поворачивают нажимной винт 14. При этом плунжер 13, вдавливаясь в гидропласт, создает в нем давление p>0, под действием которого внутренняя стенка полости Г (деталь 9) деформируется в радиальном направлении и выбирает таким образом радиальные зазоры между основными деталями передачи. После создания необходимого давления нажимной винт 14 фиксируется стопорной гайкой 15. When preparing the gearbox for operation, turn the pressure screw 14. In this case, the plunger 13, pressing into the hydroplast, creates a pressure p> 0 in it, under the influence of which the inner wall of the cavity G (detail 9) is deformed in the radial direction and thus selects the radial gaps between the main transmission details. After creating the necessary pressure, the pressure screw 14 is fixed with a lock nut 15.

Передача работает следующим образом. Цапфы А гайки 7 соединяются с исполнительным механизмом, например со столом металлорежущего станка. Во время работы станка при включении двигателя 6 винт 5 поворачивается на требуемый угол в опорах 3 и 4. При этом гайка 7, соединенная с направляющей 2 основания 1, совершает поступательное движение в осевом направлении вместе со столом станка. Перемещение стола станка соответствует углу поворота винта 5, а точность указанного перемещения зависит от наличия зазоров между деталями передачи и жесткости опор и деталей передачи. The transfer works as follows. Axles A of nut 7 are connected to an actuator, for example, to a table of a metal cutting machine. During operation of the machine, when the engine 6 is turned on, the screw 5 rotates by the required angle in the supports 3 and 4. At the same time, the nut 7 connected to the guide 2 of the base 1 performs translational movement in the axial direction together with the machine table. The movement of the machine table corresponds to the angle of rotation of the screw 5, and the accuracy of this movement depends on the presence of gaps between the transmission parts and the rigidity of the bearings and transmission parts.

Выборку радиальных зазоров между основными деталями передачи производят за счет деформирования гайки в радиальном направлении. Для этого гайка должна быть выполнена в виде оболочки. Под оболочкой, как известно, понимают тело, одно из измерений которого (толщина) значительно меньше двух других [3, с. 295]. The selection of the radial gaps between the main parts of the transmission produced by deformation of the nut in the radial direction. For this, the nut must be made in the form of a shell. Under the shell, as you know, understand the body, one of the dimensions of which (thickness) is much less than the other two [3, p. 295].

Для того чтобы ролики могли перекатываться по гайке в виде оболочки, ее деформация должна быть одинаковой для любого углового положения. А это значит, что гайка должна быть выполнена в виде оболочки вращения, для которой осесимметричная нагрузка дает осесимметричную деформацию [3, с. 295, 318]. In order for the rollers to be able to roll over the nut in the form of a shell, its deformation must be the same for any angular position. And this means that the nut should be made in the form of a shell of rotation, for which the axisymmetric load gives an axisymmetric deformation [3, p. 295, 318].

Деформация оболочки должна быть такой по величине, что бы за счет этой деформации гарантировано были выбраны все радиальные зазоры между гайкой и роликами и винтом и роликами. А это значит, что оболочка должна быть тонкостенной. Понятие "тонкостенная оболочка" дается в работе [4, с. 435], а соотношение размеров для такой оболочки в работах [5, с. 631 и 6, с. 200, 201]. The deformation of the casing must be such that, due to this deformation, all radial clearances between the nut and the rollers and the screw and rollers are guaranteed to be selected. And this means that the shell must be thin-walled. The concept of “thin-walled shell” is given in [4, p. 435], and the size ratio for such a shell in [5, p. 631 and 6, p. 200, 201].

Использование заявляемой планетарной роликовинтовой передачи позволяет получить следующие преимущества по сравнению с прототипом. Using the inventive planetary roller screw transmission allows you to get the following advantages compared to the prototype.

а). Повысить нагрузочную способность и осевую жесткость передачи за счет:
- восприятия рабочей нагрузки витками всей гайкой;
- отсутствия первоначальной осевой силы преднатяга;
- контакта витков гайки с витками роликов по максимально возможной рабочей высоте профиля;
- отсутствия в предлагаемой конструкции стыков между компенсатором и двумя полугайками, а также податливости соединительных элементов;
- более равномерного распределения рабочей осевой нагрузки между роликами из-за радиальной податливости гайки;
- более равномерного распределения нагрузки между витками ролика; из-за особенности деформации гайки ее крайние витки первоначально менее нагружены, а со стороны винта на ролик действуют усилия, которые смещены относительно осевой плоскости, следствием чего является появление момента, пытающегося развернуть ролик относительно указанной плоскости; в предлагаемой конструкции ролик имеет большую возможность такого разворота, следствием чего является более равномерное распределение нагрузки по виткам ролика.a). To increase the load capacity and axial stiffness of the transmission due to:
- perception of the workload by turns of the whole nut;
- lack of initial axial force of the preload;
- the contact of the turns of the nut with the turns of the rollers at the maximum possible working height of the profile;
- the absence in the proposed design of joints between the compensator and two half nuts, as well as the flexibility of the connecting elements;
- a more uniform distribution of the working axial load between the rollers due to the radial flexibility of the nut;
- more uniform load distribution between the turns of the roller; due to the peculiarity of the nut deformation, its extreme turns are initially less loaded, and from the screw side the forces acting on the roller are displaced relative to the axial plane, resulting in the appearance of a moment trying to rotate the roller relative to the specified plane; in the proposed design, the roller has a greater possibility of such a reversal, which results in a more uniform distribution of the load along the turns of the roller.

б). Упростить сборку и регулировку передачи, т.к. исключаются операции по подшлифовке компенсатора и соответствующая разборка-сборка гайки. b) Simplify assembly and gear adjustment, as operations on grinding the compensator and corresponding disassembly-assembly of the nut are excluded.

в). Гайка предлагаемой конструкции, аккумулируя энергию деформации, малочувствительна к увеличению первоначальных зазоров между основными деталями передачи из-за их износа. in). The nut of the proposed design, accumulating deformation energy, is insensitive to an increase in the initial gaps between the main transmission parts due to their wear.

г). За счет использования упругой гайки предлагаемая передача хорошо демпфирует колебания нагрузки. d). Due to the use of an elastic nut, the proposed transmission damps load fluctuations well.

Источники информации
1. Решетов Д.Н. Детали машин. Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. 4-е изд. , перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1989.Sources of information
1. Reshetov D.N. Machine parts. A textbook for students of engineering and mechanical specialties of universities. 4th ed. , reslave. and add. -M .: Engineering, 1989.

2. Роликовинтовая пара. Рекламный проспект АВТОВАЗа. Тольятти, тип. ВАЗа, 1989 - прототип. 2. Roller screw pair. Advertising brochure of AvtoVAZ. Togliatti, type. VAZ, 1989 - a prototype.

3. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. -М.: Наука, 1964. 3. Feodosiev V.I. Strength of materials. -M .: Science, 1964.

4. Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела. -М.: Наука, 1979. 4. Rabotnov Yu. N. Mechanics of a deformable solid. -M.: Science, 1979.

5. Прочность, устойчивость, колебания. Справочник в 3-х томах. Том 1. -М.: Машиностроение, 1968. 5. Strength, stability, fluctuations. Reference book in 3 volumes. Volume 1.-M.: Mechanical Engineering, 1968.

6. Толоконников Л.А. Механика деформируемого твердого тела. -М.: Высшая школа, 1972. 6. Tolokonnikov L.A. Mechanics of a deformable solid. -M .: Higher school, 1972.

Claims

A planetary roller screw drive containing a screw, a nut installed in the base supports with the possibility of rotation, and threaded rollers engaged with them, separated by separators and additionally connected with a nut, characterized in that the nut has an annular tight cavity filled with a liquid or plastic substance introduced into the transmission, and the transmission is equipped with a mechanism for creating pressure in the latter, while the inner wall of the annular sealed cavity is made in the form of a thin-walled cylindrical shell, and mentioning The attached mechanism is located in the nut or connected to it.