RU2204070C1

RU2204070C1 - Планетарная роликовинтовая передача

Info

Publication number: RU2204070C1
Application number: RU2002103356/28A
Authority: RU
Inventors: Д.С. Блинов; ховский О.А. Р; О.А. Ряховский; П.А. Соколов; В.И. Ушаков
Original assignee: Блинов Дмитрий Сергеевич; Ряховский Олег Анатольевич; Соколов Павел Александрович; Ушаков Вячеслав Иванович
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2003-05-10

Abstract

Изобретение относится к машиностроению. Планетарная роликовинтовая передача (ПРВП) состоит из системы управления с блоком питания и управления работой пьезокерамических колец, основания с ограничителями прямого и обратного хода и опорными элементами, в которых установлен винт с двигателем и сборной гайкой. Гайка состоит из корпуса 13 с крышками 14. Между каждой базовой торцевой поверхностью и крышкой 14 установлены пьезокерамическое кольцо 16, полугайка 17 и кольцо 18 с внутренним зубчатым венцом 19. Резьбовые ролики 22 зацепляются витками резьбы с винтом 6 и полугайками 17. Резьбовые ролики зубчатыми венцами 24 зацепляются для синхронизации работы с венцами 19 колец 18. При работе ПРВП на рабочем ходу на пьезокерамические кольца подается напряжение и они, расширяясь, перемещают полугайки, за счет чего выбираются зазоры между витками полугаек и резьбовых роликов и витками последних и винтом и создается предварительное сжимающее усилие. Гайка точно и с высокой жесткостью перемещает исполнительный механизм в заданную точку пространства. На обратном (холостом) ходу пьезокерамические кольца, сжимаясь, принимают исходную форму и размеры. Технический результат - повышение КПД и долговечности передачи. 2 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве механической передачи для преобразования вращательного движения в поступательное.

Известна планетарная роликовинтовая передача (Решетов Д.Н. "Детали машин". Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов, 4-е изд., Москва, Машиностроение, 1989, стр.314), состоящая из винта, цельной гайки и установленных между ними резьбовых роликов. Ролики своими торцовыми шейками установлены в сепараторах и находятся в резьбовых зацеплениях с винтом и гайкой. Кроме того, для синхронности в работе и чтобы исключить самопроизвольное вывинчивание роликов, они дополнительно связаны по торцам с гайкой зубчатыми зацеплениями.

Основным недостатком данной планетарной роликовинтовой передачи (ПРВП) является то, что в конструкции предусмотрены сборочные зазоры между витками резьбы гайки и роликов и между витками резьбы роликов и винта. Без указанных зазоров собрать ПРВП невозможно. Однако из-за зазоров образуется осевой и радиальный люфт, который существенно снижает кинематическую точность передачи, являющуюся важнейшим ее параметром. Под действием рабочей нагрузки сначала выбирается люфт, затем начинается контакт микронеровностей сопрягаемых витков резьбы указанных деталей, который характеризуется низкой жесткостью. И только потом, когда контактировать начинают сопрягаемые витки, контактная жесткость повышается. То есть данная конструкция ПРВП обладает низкой жесткостью и точностью в работе.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемой передаче является планетарная роликовинтовая передача (Рекламный проспект АвтоВАЗа "Роликовинтовая пара", Тольятти, типография ВАЗа, 1989), которая выбрана в качестве прототипа. Данная конструкция ПРВП состоит также из винта, гайки, сепараторов и роликов, которые дополнительно связаны с гайкой зубчатыми зацеплениями. Гайка состоит из сборного корпуса с зубчатыми венцами, в котором установлены две полугайки и между ними компенсаторное кольцо. Полугайки позиционируются по угловой координате друг относительно друга с помощью шпонки, для чего каждая полугайка имеет осевой паз. Детали корпуса соединены с силовым механизмом, предназначенным для сжатия полугаек и компенсаторного кольца. После оборки ПРВП толщину компенсаторного кольца выбирают такой, чтобы после стяжки с помощью силового механизма указанного кольца и полугаек выбрались зазоры между витками резьбовых деталей и создалось предварительное сжимающее усилие. Предварительное усилие позволяет до приложения рабочей нагрузки деформировать микронеровности контактирующих витков, за счет чего повышается жесткость передачи. Таким образом, ПРВП-прототип по сравнению с предыдущей конструкцией ПРВП обладает большей жесткостью и имеет более высокую кинематическую точность.

Однако ПРВП-прототип обладает и целым рядом недостатков. Во-первых, сложными являются сборка и регулировка передачи. Во-вторых, у передачи-прототипа существенно ниже к.п.д., так как предварительное усилие на рабочем и холостом ходу гайки создает существенные потери на трение. По литературным источникам к. п.д. снижается с 90 до 60 - 75%. Кроме того, действие предварительного усилия приводит на рабочем и холостом ходу гайки к износу сопрягаемых витков резьбовых деталей ПРВП и, как следствие, к снижению жесткости и точности, а следовательно, к снижению долговечности передачи. Таким образом предварительное усилие играет положительную роль на рабочем ходу гайки и отрицательную роль на ее холостом ходу.

Задачей изобретения является повышение к.п.д. и долговечности планетарных роликовинтовых передач.

Поставленная задача достигается тем, что планетарная роликовинтовая передача снабжена двумя пьезокерамическими кольцами, их блоком питания и управления и дополнительной шпонкой, а в отверстии корпуса гайки в радиальном направлении к ее оси выполнен кольцевой уступ, имеющий с двух сторон базовые торцовые поверхности, причем каждое пьезокерамическое кольцо установлено между полугайкой и базовой торцовой поверхностью кольцевого уступа и соединено с блоком питания и управления. Последний соединен с системой управления ПРВП и с ограничителями прямого и обратного хода. При этом основная шпонка установлена в пазу одной полугайки, дополнительная шпонка установлена в пазу другой полугайки, и каждая шпонка выполнена направляющей для соответствующей полугайки.

Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, где:
- на фиг.1 показан общий вид планетарной роликовинтовой передачи;
- на фиг.2 - разрез по А - А на фиг.1.

Планетарная роликовинтовая передача, см. фиг.1, состоит из основания 1 с опорными элементами 2 и 3, оснащенными подшипниками качения (на чертежах не показаны), и ограничителями прямого 4 и обратного 5 хода гайки. В опорных элементах 2 и 3 основания 1 установлен винт 6 с гайкой 7, имеющей базовые элементы 8, предназначенные для соединения гайки ПРВП с исполнительным механизмом (на чертежах не показан). Винт 6 соединен с двигателем 9.

Система управления ПРВП, см. фиг.1, состоит из шкафа управления 10, который соединен с двигателем 9, ограничителями прямого 4 и обратного 5 хода гайки, датчиком угла поворота винта 11 и датчиком линейного перемещения гайки 12.

Гайка 7, см. фиг.2, представляет собой сборочный узел, состоящий из корпуса 13 с базовыми элементами 8 и крышками 14. В корпусе 13 выполнено отверстие "Б", в середине которого в радиальном направлении к оси гайки выполнен кольцевой уступ 15 с базовыми торцовыми поверхностями "В" и "Г". В отверстии "Б" с двух сторон от кольцевого уступа 15 установлены пьезокерамические кольца 16, а между каждым кольцом и соответствующей крышкой 14 - полугайки 17 и кольца 18, имеющие внутренние зубчатые венцы 19. Для угловой совместной ориентации полугаек 17 и колец 18 с зубчатыми венцами используются направляющие шпонки 20, которые установлены в пазах "Д" полугаек. Возможны и другие конструкции элементов фиксации полугаек и закрепления в корпусе 13 деталей с внутренними зубчатыми венцами.

В корпусе гайки, см. фиг.2, между полугайками 17 и винтом 6 в сепараторах 21 установлены резьбовые ролики 22, каждый из которых имеет на своих торцах шейки 23, входящие в отверстия сепараторов, и наружные зубчатые венцы 24, которые зацепляются с внутренними зубчатыми венцами 19 колец 18. При этом зубчатые венцы 24 изготавливаются прямо на резьбовой поверхности роликов 22.

Блок питания и управления 25, см. фиг.1, соединен с пьезокерамическими кольцами 16, а также с системой управления ПРВП и, в частности с ограничителями прямого 4 и обратного 5 хода гайки.

ПРВП собирается таким образом, чтобы расстояние от базовой торцовой поверхности "В" кольцевого уступа 15 до соответствующей крышки 14 было больше, чем высота L₁ пьезокерамического кольца 16 плюс длина L₂ полугайки 17 плюс длина L₃ кольца 18, см. фиг.2.

ПРВП работает следующим образом. Из шкафа управления 10, см. фиг.1, поступает сигнал на включение двигателя 9 для рабочего перемещения гайки 7. Параллельно из шкафа управления 10 поступает сигнал в блок питания и управления 25, которые подают напряжение на пьезокерамические кольца 16. Последние, см. фиг.2, расширяются и перемещают полугайки 17 по направлению к соответствующим крышкам 14. При этом выбираются люфты между витками полугаек 17 и резьбовых роликов 22 и между витками резьбовых роликов 22 и винта 6, а кроме того, создается предварительное усилие в местах сопряжения указанных витков гайки, резьбовых роликов и винта. ПРВП точно и жестко перемещает исполнительный механизм. Во время движения гайки на рабочем ходу к.п.д. ПРВП будет относительно низким, а сопрягаемые витки винта, резьбовых роликов и гайки будут изнашиваться под действием предварительного и рабочего усилия.

В конце рабочего хода, см. фиг.1, гайка 7 доходит до ограничителя прямого хода 4 и через шкаф управления 10 и блок питания и управления 25 с пьезокерамических колец снимается напряжение. Между пьезокерамическими кольцами и полугайками снимается предварительное усилие и образуется зазор, который перераспределяется между сопрягаемыми витками винта, резьбовых роликов и гайки. Поэтому на обратном (холостом) ходу гайка будет перемещаться с высоким к.п.д. и практически без износа витков упомянутых деталей.

Очень часто на практике возможен и другой вариант работы ПРВП. Например, когда такой передачей оснащен сварочный робот, для которого нужно, чтобы ПРВП переместила точно в нужную точку пространства исполнительный механизм (электрод) и жестко его зафиксировало. В этом случае подавать напряжение на пьезокерамические кольца можно не в начале рабочего хода гайки, а в его конце по сигналу датчика линейного перемещения гайки. В итоге за полный ход гайки (рабочий + обратный ход) к.п.д. ПРВП будет еще выше, а износ витков винта, резьбовых роликов и гайки - еще меньше.

Работу по растяжению-сжатию пьезокерамических колец, имеющих очень большое быстродействие, можно программировать различным образом. Например, чтобы гайку более просто можно было страгивать с места, нагрузка с пьезокерамических колец на полугайки может быть вибрирующей.

Заявляемая конструкция ПРВП позволяет работать во время обратного, холостого хода, а в ряде случаев и во время рабочего хода гайки без предварительной нагрузки между сопрягаемыми витками винта, резьбовых роликом и гайки. Отсюда существенно повышается к.п.д. предлагаемой ПРВП по сравнению с ПРВП-прототипом. Кроме того, в предлагаемой конструкции ПРВП существенно менее интенсивно будут изнашиваться сопрягаемые витки резьбовых деталей, а следовательно, ее долговечность будет повышаться.

Claims

Планетарная роликовинтовая передача, содержащая систему управления, основание с ограничителями прямого и обратного хода и опорными элементами, в которых установлен, соединенный с двигателем, винт с гайкой, состоящей из крышек, корпуса с базовыми элементами и двумя внутренними зубчатыми венцами, в отверстии которого установлены шпонка, две полугайки с пазами и в сепараторах - имеющие зубчатые венцы резьбовые ролики, витки каждого из которых по одной образующей зацепляются с витками полугаек, по противоположной образующей - с витками винта, а зубчатые венцы резьбовых роликов и корпуса тоже зацепляются, отличающаяся тем, что планетарная роликовинтовая передача снабжена двумя пьезокерамическими кольцами, их блоком питания и управления и дополнительной шпонкой, а в отверстии корпуса гайки в радиальном направлении к ее оси выполнен кольцевой уступ, имеющий с двух сторон базовые торцевые поверхности, причем каждое пьезокерамическое кольцо установлено между полугайкой и базовой торцевой поверхностью кольцевого уступа и соединено с блоком питания и управления, а последний соединен с системой управления и с ограничителями прямого и обратного хода, при этом основная шпонка установлена в пазу одной полугайки, дополнительная шпонка установлена в пазу другой полугайки и каждая шпонка выполнена направляющей для соответствующей полугайки.