RU2292502C2

RU2292502C2 - Planet gear

Info

Publication number: RU2292502C2
Application number: RU2004120411/11A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Васильевич Козырев (RU); Вячеслав Васильевич Козырев
Original assignee: Вячеслав Васильевич Козырев
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2007-01-27
Also published as: RU2004120411A

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: planet gear comprises long threaded rollers whose traveling (4) and bearing (3) sections are provided with different numbers of thread entries. The rollers engage the screw with the corresponding number of thread entries in its traveling (2) and bearing (1) sections . The bearing of the gear is made of bearing nut (5) mounted at one of the ends of the gear or is made of two bearing nut members mounted at both ends of the gear. Grooves (10) are interposed between traveling (2) and bearing (1) thread sections. The width of the grooves exceeds that of the traveling nut members, and the depth of the grooves is lower than that of the thread hollows. The ends of the screw, long rollers, and bearing nuts may be provided with gearing rims or additional thread whose rising angle exceeds that of the thread in the traveling and bearing sections. The angles of rising and forms of the thread of the bearing sections of the screw, roller, and bearing nuts may be made so that to prevent gear wedging.

EFFECT: prolonged service life.

4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, в частности к механическим передачам винт-гайка качения, и может быть использовано для точного преобразования вращательного движения в поступательное, например, в приводах подач станков, роботов, измерительных машин, грузоподъемных устройств.The present invention relates to the field of mechanical engineering and instrumentation, in particular to mechanical gears, screw-nut rolling, and can be used to accurately convert rotational motion into translational, for example, in the feed drives of machines, robots, measuring machines, lifting devices.

Известна планетарная передача винт - гайка с длинными резьбовыми роликами, содержащая винт, длинные ролики с резьбой одной заходности на всей длине ролика, ходовую и опорную гайки [В.В.Козырев. Роликовинтовые передачи - перспективные наукоемкие компоненты общемашиностроительного применения // Приводная техника. 1997, №5, с.28-30; В.В.Козырев. Прецизионные роликовинтовые передачи как исполнительные механизмы электромеханических приводов с микропроцессорной системой управления: достижения научной школы ВлГУ. // Мехатроника, автоматизация, управление. N10, 2003, с.21-22. Авторское свидетельство СССР N 739289, кл. F 16 Н 1/34, 1976 (прототип)].Known planetary gear screw - nut with long threaded rollers, containing a screw, long rollers with a thread of the same thread along the entire length of the roller, running and bearing nuts [V.V. Kozyrev. Rollerscrews - promising high-tech components of general engineering applications // Drive technology. 1997, No. 5, p. 28-30; V.V. Kozyrev. Precision roller screw drives as actuators of electromechanical drives with microprocessor control system: achievements of the VlSU scientific school. // Mechatronics, automation, control. N10, 2003, pp. 21-22. USSR author's certificate N 739289, cl. F 16 H 1/34, 1976 (prototype)].

Однако условия сборки, то есть необходимость одновременного размещения длинных резьбовых роликов в ходовой и опорной гайках, накладывают ограничения на параметры передачи:However, the conditions of the assembly, that is, the need to simultaneously place long threaded rollers in the drive and bearing nuts, impose restrictions on the transmission parameters:

где z₁, z₃, z₃₀ - числа заходов резьб на винте, ходовой и опорной гайках, n_р - числа роликов, Е, E₀ - целые числа.where z ₁ , z ₃ , z ₃₀ - the number of visits of threads on the screw, running and support nuts, n _p - the number of rollers, E, E ₀ - integers.

Поэтому при роликах с одинаковой резьбой на всей их длине величина перемещения гайки за оборот винта S≥(1...0,5)Р (где Р - шаг резьбы), то есть ограничивается возможность повышения редукции, передаточного отношения. Вместе с тем во многих приводах, в особенности в приводах с высокой разрешающей способностью (высокой чувствительностью), необходимость повышения передаточного отношения обеспечивается за счет установки промежуточного редуктора (зубчатого или червячного), что приводит согласно принципу кратчайшей размерной или кинематической цепи к снижению кинематической точности и плавности работы привода, снижению его надежности, повышению веса, габаритов и стоимости.Therefore, with rollers with the same thread along their entire length, the amount of movement of the nut per screw rotation S≥ (1 ... 0.5) P (where P is the thread pitch), that is, the possibility of increasing the reduction, gear ratio is limited. At the same time, in many drives, especially in drives with high resolution (high sensitivity), the need to increase the gear ratio is ensured by installing an intermediate gear (gear or worm), which leads, according to the principle of the shortest dimensional or kinematic chain, to a decrease in kinematic accuracy and the smooth operation of the drive, reducing its reliability, increasing weight, dimensions and cost.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является планетарная передача винт-гайка с длинными резьбовыми роликами [Авторское свидетельство СССР N 739289, кл. F 16 Н 1/34, 1976 (прототип)]. Такая конструкция обеспечивает передаточное отношение при S≥0,5P и максимальное число роликов n_р≤4 по условию сборки.The closest analogue to the present invention is a planetary gear screw-nut with long threaded rollers [USSR Author's Certificate N 739289, class. F 16 H 1/34, 1976 (prototype)]. This design provides a gear ratio at S≥0.5P and a maximum number of rollers n _p ≤4 according to the assembly condition.

Недостатком этой известной передачи является ограниченная грузоподъемность, долговечность и жесткость, что обусловлено невозможностью размещения более четырех роликов. К тому же ограниченная редукция при S≥0,5P (обычно S=P) не всегда позволяет обойтись без промежуточного редуктора, а промежуточный редуктор удлиняет кинематическую цепь и снижает кинематическую точность.The disadvantage of this known transmission is the limited carrying capacity, durability and rigidity, due to the inability to accommodate more than four rollers. Moreover, the limited reduction at S≥0.5P (usually S = P) does not always make it possible to do without an intermediate gear, and the intermediate gear lengthens the kinematic chain and reduces the kinematic accuracy.

Задача изобретения - повышение грузоподъемности, долговечности и жесткости передачи при высокой кинематической точности и плавности ее работы.The objective of the invention is to increase the carrying capacity, durability and rigidity of the transmission with high kinematic accuracy and smoothness of its operation.

Это достигается тем, что ролики выполнены с разными числами заходов резьб на ходовом и опорном участках и сопряжены с винтом с соответствующими числами заходов резьб на его ходовом и опорном участках при условии сборкиThis is achieved by the fact that the rollers are made with different numbers of thread starts on the running and supporting sections and are coupled with a screw with the corresponding number of thread running on its running and supporting sections, subject to assembly

где n_р - число роликов, z₁, z₁₀, z₃, z₃₀ - числа заходов резьб на ходовом и опорном участках винта и ходовой и опорной гайках, Е, Е₀ - целые числа, причемwhere n _p is the number of rollers, z ₁ , z ₁₀ , z ₃ , z ₃₀ are the number of threads in the running and bearing sections of the screw and the running and supporting nuts, E, E ₀ are integers, and

или опора передачи выполнена в виде опорной гайки на одном из концов передачи, а на концах винта, длинных роликов и опорных гаек выполнены зубчатые венцы,or the transmission support is made in the form of a support nut at one of the ends of the transmission, and gear rims are made at the ends of the screw, long rollers and support nuts,

или опора передачи выполнена в виде двух опорных полугаек на обоих концах передачи, ходовая гайка выполнена в виде двух полугаек при проточках между ходовым и опорными участками резьбы роликов с шириной, превышающей ширину ходовой полугайки, и с глубиной ниже глубины впадин резьбы, а на концах винта, длинных роликов и опорных гаек выполнены зубчатые венцы,or the transmission support is made in the form of two supporting half-nuts at both ends of the transmission, the running nut is made in the form of two half-nuts with grooves between the running and supporting sections of the thread of the rollers with a width exceeding the width of the half-nut and with a depth below the depth of the troughs of the thread, and at the ends of the screw , long rollers and bearing nuts made gear rims,

или опора передачи выполнена в виде двух опорных полугаек на обоих концах передачи, ходовая гайка выполнена в виде двух полугаек при проточках между ходовым и опорными участками резьбы роликов с шириной, превышающей ширину ходовой полугайки, и с глубиной ниже глубины впадин резьбы, а на концах винта, длинных роликов и опорных гаек выполнена дополнительная резьба с углом подъема, превышающим угол подъема резьбы на ходовом и опорном участках,or the transmission support is made in the form of two supporting half-nuts at both ends of the transmission, the running nut is made in the form of two half-nuts with grooves between the running and supporting sections of the thread of the rollers with a width exceeding the width of the half-nut and with a depth below the depth of the troughs of the thread, and at the ends of the screw , long rollers and bearing nuts, an additional thread is made with a lifting angle exceeding the angle of the thread in the running and supporting sections,

или опора передачи выполнена в виде двух опорных полугаек на обоих концах передачи, ходовая гайка выполнена в виде двух полугаек при проточках между ходовым и опорными участками резьбы роликов с шириной, превышающей ширину ходовой полугайки, и с глубиной ниже глубины впадин резьбы, а опорные участки резьбы винта, роликов и опорных гаек выполнены с величинами углов подъема и профиля резьб, предотвращающими заклинивание передачи.or the transmission support is made in the form of two supporting half nuts at both ends of the transmission, the running nut is made in the form of two half nuts with grooves between the running and supporting sections of the thread of the rollers with a width exceeding the width of the running half nut and with a depth below the depth of the hollows of the thread, and the supporting sections of the thread screws, rollers and bearing nuts are made with the values of the elevation angles and the thread profile, preventing the transmission from jamming.

Например, при z₁₀=-3, z₃₀=9, z₁=-1, z₃=2 число роликов n_р=3 и условие сборки выполняются, а величина перемещения ходовой гайки за оборот винтаFor example, with z ₁₀ = -3, z ₃₀ = 9, z ₁ = -1, z ₃ = 2, the number of rollers n _p = 3 and the assembly condition are satisfied, and the amount of movement of the spindle nut per revolution of the screw

при k=1, z₂=1 равнаfor k = 1, z ₂ = 1 is equal to

Или при z₁₀=-5, z₃₀=15, z₁=-1, z₃=4 число роликов n_р=5 и условие сборки выполняются, а величина перемещения ходовой гайки за оборот винта при k=1, z₂=1Or at z ₁₀ = -5, z ₃₀ = 15, z ₁ = -1, z ₃ = 4, the number of rollers n _p = 5 and the assembly condition are satisfied, and the amount of movement of the spindle nut per revolution of the screw at k = 1, z ₂ = one

На чертежах (фиг.1, 2, 3, 4) представлены общие виды четырех вариантов конструкции предлагаемой передачи.In the drawings (figures 1, 2, 3, 4), general views of four design options of the proposed transmission are presented.

На фиг.1 показана передача с длинными резьбовыми роликами (РВПД), состоящая из винта с опорным участком 1 и ходовым участком 2, резьбовых роликов с опорным участком 3 и ходовым участком 4, опорной гайки 5, которая для создания натяга может состоять из двух полугаек, и ходовой гайки 6, которая для создания натяга может состоять из двух полугаек, зубчатых венцов 7 винта, зубчатых венцов 8 роликов и зубчатого венца 9 опорной гайки, сепаратора 10.Figure 1 shows the transmission with long threaded rollers (RVPD), consisting of a screw with a support section 1 and a running section 2, threaded rollers with a supporting section 3 and a running section 4, a supporting nut 5, which can be composed of two half nuts to create an interference fit , and a driving nut 6, which for creating an interference fit can consist of two half nuts, gear rims 7 of a screw, gear rims 8 of rollers and a gear rim 9 of a support nut, a separator 10.

Число заходов резьбы на опорном участке 1 винта отличается от числа заходов резьбы на ходовом участке 2 винта, а число заходов резьбы на опорном участке 3 ролика отличается от числа заходов резьбы на ходовом участке 4 ролика. Резьба пересекает зубчатые венцы роликов. Если максимальная длина перемещения ходовой гайки не превышает ее ширины, то сепаратор может быть исключен.The number of thread starts on the bearing portion 1 of the screw differs from the number of thread starts on the running portion 2 of the screw, and the number of thread starts on the bearing portion 3 of the roller differs from the number of thread starts on the running portion 4 of the roller. The thread crosses the gear rims of the rollers. If the maximum travel length of the travel nut does not exceed its width, then the separator may be excluded.

При сборке передачи на блок винта с роликами навинчивается ходовая гайка со стороны ходовых участков роликов. Опорная гайка (без своего зубчатого венца) навинчивается со стороны опорных участков роликов, а затем устанавливается венец в опорной гайке.When assembling the transmission onto the screw block with rollers, the running nut is screwed on the side of the running sections of the rollers. The support nut (without its gear ring) is screwed on the side of the supporting sections of the rollers, and then the crown is installed in the support nut.

При вращении винта резьбовые ролики совершают планетарное движение, при котором ходовая гайка перемещается поступательно в осевом направлении относительно опорной гайки.When the screw rotates, the threaded rollers perform a planetary motion, in which the travel nut moves axially relative to the support nut.

На фиг.2 показана РВПД, состоящая из винта с двумя опорными участками 1 на его концах и ходовым участком 2, резьбовых роликов с двумя опорными участками 3 на их концах и ходовым участком 4, опорной гайки 5 из двух полугаек, ходовой гайки 6 из двух полугаек, зубчатых венцов 7 винта, зубчатых венцов 8 роликов и зубчатых венцов 9 опорных гаек, двух проточек 11 с шириной, превышающей ширину одной ходовой полугайки, и с глубиной ниже глубины впадины резьбы.Figure 2 shows the RPPD, consisting of a screw with two supporting sections 1 at its ends and a running section 2, threaded rollers with two supporting sections 3 at their ends and a running section 4, a supporting nut 5 of two half nuts, a driving nut 6 of two half nuts, gears 7 screws, gears 8 rollers and gears 9 bearing nuts, two grooves 11 with a width exceeding the width of one running half-nut, and with a depth below the depth of the thread depression.

Число заходов резьбы на опорных участках 1 винта отличается от числа заходов резьбы на ходовом участке 2 винта, а число заходов резьбы на опорных участках 3 ролика отличается от числа заходов резьбы на ходовом участке 4 ролика. Резьба пересекает зубчатые венцы роликов.The number of threads in the bearing sections of the 1 screw differs from the number of threads in the bearing in the section of 2 screws, and the number of threads in the bearing sections of the 3 roller is different from the number of threads in the running section of the 4 rollers. The thread crosses the gear rims of the rollers.

При сборке передачи длинные резьбовые ролики равномерно располагаются своими проточками в ходовых полугайках. Внутри между роликами вставляется винт. Ходовые полугайки навинчиваются на ходовые участки роликов. Затем опорные полугайки навинчиваются на опорные участки роликов, после чего в опорные гайки устанавливаются зубчатые венцы.When assembling the transmission, long threaded rollers are evenly spaced by their grooves in the running nuts. A screw is inserted between the rollers. Running half nuts are screwed onto the running sections of the rollers. Then the supporting half-nuts are screwed onto the supporting sections of the rollers, after which the gear crowns are installed in the supporting nuts.

При вращении винта резьбовые ролики совершают планетарное движение, при котором ходовая гайка перемещается поступательно в осевом направлении относительно опорных гаек.When the screw rotates, the threaded rollers perform a planetary motion, in which the travel nut moves axially relative to the support nuts.

На фиг.3 показана РВПД, состоящая из винта с двумя опорными участками 1 на его концах и ходовым участком 2, резьбовых роликов с двумя опорными участками 3 на их концах и ходовым участком 4, опорной гайки 5 из двух полугаек, ходовой гайки 6 из двух полугаек, дополнительной резьбы 12 на концах винта, дополнительной резьбы 13 на концах роликов и дополнительных полугаек 14, жестко связанных с опорными полугайками, проточек 11 с шириной, превышающей ширину одной ходовой полугайки, и с глубиной ниже глубины впадины резьбы.Figure 3 shows the RVPD, consisting of a screw with two supporting sections 1 at its ends and a running section 2, threaded rollers with two supporting sections 3 at their ends and a running section 4, a supporting nut 5 of two half nuts, a driving nut 6 of two half-nuts, additional thread 12 at the ends of the screw, additional thread 13 at the ends of the rollers and additional half-nuts 14, rigidly connected to the supporting half-nuts, grooves 11 with a width exceeding the width of one running half-nut, and with a depth below the depth of the thread depression.

Число заходов резьбы на опорных участках 1 винта отличается от числа заходов резьбы на ходовом участке 2 винта, а число заходов резьбы на опорных участках 3 ролика отличается от числа заходов резьбы на ходовом участке 4 ролика.The number of threads in the bearing sections of the 1 screw differs from the number of threads in the bearing in the section of 2 screws, and the number of threads in the bearing sections of the 3 roller is different from the number of threads in the running section of the 4 rollers.

Угол подъема резьбы дополнительной полугайки равен углу подъема дополнительной резьбы на концах роликов. Угол подъема дополнительной резьбы на концах винта равен по величине и противоположен по направлению углу подъема дополнительной резьбы на концах роликов. Угол подъема дополнительных резьб превышает углы подъема резьб на ходовых и опорных участках.The angle of the thread of the additional half nut is equal to the angle of the thread of the additional thread at the ends of the rollers. The angle of the additional thread at the ends of the screw is equal in magnitude and opposite in direction to the angle of the additional thread at the ends of the rollers. The angle of elevation of the additional threads exceeds the angles of elevation of the threads on the running and supporting sections.

При сборке передачи длинные резьбовые ролики равномерно располагаются своими проточками в ходовых и опорных полугайках. Внутри между роликами вставляется винт. Ходовые полугайки навинчиваются на ходовые участки роликов. Опорные полугайки навинчиваются на опорные участки роликов. Дополнительные полугайки навинчиваются на дополнительные резьбовые участки на концах роликов.When assembling the transmission, long threaded rollers are evenly spaced by their grooves in the running and supporting half nuts. A screw is inserted between the rollers. Running half nuts are screwed onto the running sections of the rollers. The supporting half-nuts are screwed onto the supporting sections of the rollers. Additional half nuts are screwed onto additional threaded sections at the ends of the rollers.

При вращении винта резьбовые ролики совершают планетарное движение, при котором ходовая гайка перемещается поступательно в осевом направлении относительно опорных и дополнительных гаек.When the screw rotates, the threaded rollers perform a planetary motion in which the travel nut moves axially relative to the support and additional nuts.

На фиг.4 показана РВПД, состоящая из винта с двумя опорными участками 1 на его концах и ходовым участком 2, резьбовых роликов с двумя опорными участками 3 на их концах и ходовым участком 4, опорной гайки 5 из двух полугаек, ходовой гайки 6 из двух полугаек, проточек 11 с шириной, превышающей ширину одной ходовой полугайки, и с глубиной ниже глубины впадины резьбы.Figure 4 shows the RVPD, consisting of a screw with two supporting sections 1 at its ends and a running section 2, threaded rollers with two supporting sections 3 at their ends and a running section 4, a supporting nut 5 of two half nuts, a driving nut 6 of two half-nuts, grooves 11 with a width exceeding the width of one running half-nuts, and with a depth below the depth of the thread depression.

Опорные участки резьбы винта, роликов и опорных гаек выполнены с величинами углов подъема и профиля резьбы, предотвращающими заклинивание передачи.The supporting sections of the thread of the screw, rollers and bearing nuts are made with the values of the elevation angles and the thread profile, preventing the transmission from jamming.

При сборке передачи длинные резьбовые ролики равномерно располагаются своими проточками в ходовых полугайках. Внутри между роликами вставляется винт. Ходовые полугайки навинчиваются на ходовые участки роликов. Опорные полугайки навинчиваются на опорные участки роликов.When assembling the transmission, long threaded rollers are evenly spaced by their grooves in the running nuts. A screw is inserted between the rollers. Running half nuts are screwed onto the running sections of the rollers. The supporting half-nuts are screwed onto the supporting sections of the rollers.

В предлагаемой передаче резьбовые сопряжения роликов с винтом как на ходовых, так и на опорных участках увеличивают число параллельно работающих контактов резьб, а высокая редукция предложенной передачи позволяет создавать приводы с непосредственным соединением двигателя и передачи без промежуточного редуктора, то есть сокращать число звеньев кинематической цепи. Использование резьбовых участков с повышенными углами подъема резьб вместо зубчатых венцов увеличивает число точек контактов, воспринимающих осевую нагрузку, а точечное сопряжение резьбовых поверхностей по сравнению с эвольвентным зубчатым зацеплением увеличивает плавность работы передачи. Все это обеспечивает повышение грузоподъемности, долговечности, жесткости, точности и плавности работы предлагаемой передачи по сравнению с прототипом.In the proposed transmission, the threaded coupling of the rollers with the screw both on the running and on the supporting sections increases the number of parallel running contacts of the threads, and the high reduction of the proposed transmission allows the creation of drives with direct connection of the engine and transmission without an intermediate gearbox, that is, to reduce the number of links of the kinematic chain. The use of threaded sections with increased elevation angles of the threads instead of gear rims increases the number of contact points that perceive axial load, and the point mate of the threaded surfaces in comparison with involute gear engagement increases the smoothness of the transmission. All this provides an increase in carrying capacity, durability, rigidity, accuracy and smoothness of the proposed transmission compared with the prototype.

Claims

Planetary gear screw - nut with long threaded rollers, characterized in that the rollers are made with different numbers of thread starts on the running and supporting sections and are coupled to a screw with the corresponding number of thread running on its running and supporting sections subject to assembly

(z ₃ -z ₁ ) / E = (z ₃₀ -z ₁₀ ) / E ₀ = n _p ,

where n _p is the number of rollers,

z ₁ , z ₁₀ , z ₃ , z ₃₀ - the number of threads in the running and supporting sections of the screw and the running and supporting nuts,

E, E ₀ are integers,

moreover, either the transmission support is made in the form of a support nut at one of the ends of the transmission, and gear crowns are made at the ends of the screw, long rollers and support nuts, or the transmission support is made in the form of two supporting half-nuts at both ends of the transmission, the running nut is made in the form of two half-nuts when grooves between the running and supporting sections of the thread of the rollers are wider than the width of the half-nut and the depth is lower than the depth of the hollows of the thread, and gear crowns are made at the ends of the screw, long rollers and bearing nuts, or the transmission support is made in the form of two supporting half-nuts at both ends of the transmission, the running nut is made in the form of two half-nuts with grooves between the running and supporting sections of the thread of the rollers with a width exceeding the width of the half-nut and a depth below the depth of the hollows of the thread, and at the ends of the screw, long rollers and bearing nuts an additional thread is made with a lifting angle exceeding the angle of thread rise on the running and supporting sections, or the transmission support is made in the form of two supporting half-nuts at both ends of the transmission, the running nut is made in the form of two half-nuts Annular groove between the navigation support portions and the thread roller a width exceeding the width of the running half-nuts, and a depth below the depth of troughs of the thread, and the support portions of the screw thread, the rollers and the support nuts are made with the values lifting angles and thread preventing jamming transmission.