RU2731193C1

RU2731193C1 - Roller-screw reducer

Info

Publication number: RU2731193C1
Application number: RU2020105245A
Authority: RU
Inventors: Виталий Алексеевич Иголкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория электроники "ФлексЛаб""
Priority date: 2020-02-04
Filing date: 2020-02-04
Publication date: 2020-08-31

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: roller-screw reduction gear contains input link containing two nuts of input link with internal multistart thread of different direction, fixed relative to each other, support link comprising two support links with multistart thread of different direction, fixed relative to each other, output link contains two nuts of output link with multistart thread of different direction, fixed relative to each other. Outlet nuts have number of threads different from number of turns of nuts of support link, rollers having one pair of sections with thread of different direction. Multistart thread of support link nuts and output link nuts is made on their outer surface, rollers are located around two nuts of the support link and two nuts of the output link, so that each section of the roller from one pair of sections of rollers interacts with one of the nut of the support link and the nut of the output link, and two nuts of input link are located around rollers so that one pair of sections of rollers interacts with nuts of input link.EFFECT: improved operational characteristics of the reduction gear.1 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Настоящее изобретение относится к планетарным механизмам для передачи вращательного движения, в частности к планетарным редукторам со ступенчатыми резьбовыми роликами, иными словами, к ролико-винтовым редукторам.The present invention relates to planetary gears for transmitting rotary motion, in particular to planetary gearboxes with stepped threaded rollers, in other words, to roller-helical gearboxes.

Уровень техникиState of the art

Ролико-винтовые редукторы (РВР) являются разновидностью планетарных редукторов и могут применяться для изменения крутящего момента. В частности, РВР может применяться в роботах, манипуляторах, силовых приводах, где требуется передавать большие моменты при ограничении габаритных размеров. Преимущество таких редукторов заключается в простоте конструкции и малом количестве компонентов; высокой кинематической точности, которая обеспечена короткой кинематической цепью и большим числом точек контакта; высокой плавности и малошумности работы; малых габаритах при высоких передаваемых моментах; возможности работы с большими скоростями вращения входного вала.Roller-helical gearboxes (PBR) are a type of planetary gearboxes and can be used to change the torque. In particular, RVR can be used in robots, manipulators, power drives, where it is required to transfer large moments with limited overall dimensions. The advantage of such gearboxes is the simplicity of the design and the small number of components; high kinematic accuracy, which is provided by a short kinematic chain and a large number of contact points; high smoothness and low noise of work; small dimensions with high transmitted torques; the ability to work with high speeds of rotation of the input shaft.

Из евразийской заявки EA 201500520 известен ролико-винтовой редуктор, который является наиболее близким аналогом настоящего изобретения и который содержит винт и резьбовые ролики, образующие планетарную передачу, а также гайки входного звена и гайки выходного звена, причем ролики расположены внутри гаек входного звена и гаек выходного звена. При этом гайки входного звена сопряжены с входными резьбами роликов, которые сопряжены с резьбами винта, а гайки выходного звена сопряжены с выходными резьбами роликов.From the Eurasian application EA 201500520, a roller-helical gearbox is known, which is the closest analogue of the present invention and which contains a screw and threaded rollers that form a planetary gear, as well as nuts of the input link and nuts of the output link, and the rollers are located inside the nuts of the input link and the nuts of the output link. In this case, the nuts of the input link are mated with the input threads of the rollers, which are mated with the screw threads, and the nuts of the output link are mated with the output threads of the rollers.

Однако согласно данному техническому решению гайки входного звена, расположенные по краям, должны быть зафиксированы от вращения и перемещения относительно друг друга, что может быть реализовано посредством механических элементов. В частности, эту функцию выполняет корпус редуктора. Так как пространство внутри гаек занято размещенными в них роликами, механические элементы могут быть расположены только снаружи. В этом случае указанные механические элементы будут мешать соединению гаек выходного звена с валом рабочего органа, если выполнять его, например, с помощью соосно расположенной муфты. Т.е. конструкция редуктора согласно известному техническому решению не обеспечивает возможность передачи полнооборотного вращения с выходного звена редуктора на рабочий орган без промежуточной передачи. При этом промежуточная передача может быть реализована с помощью зубчатого колеса, которое будет находиться внутри механических связей. В этом случае зубчатое колесо с одной стороны будет контактировать с ответным зубчатым колесом, посаженным на вал рабочего органа.However, according to this technical solution, the nuts of the input link located at the edges must be fixed against rotation and movement relative to each other, which can be realized by means of mechanical elements. In particular, this function is performed by the gearbox housing. Since the space inside the nuts is occupied by the rollers placed in them, the mechanical elements can only be located outside. In this case, these mechanical elements will interfere with the connection of the nuts of the output link with the shaft of the working member, if it is performed, for example, using a coaxially located coupling. Those. the design of the gearbox according to the known technical solution does not provide the possibility of transferring full-turn rotation from the output link of the gearbox to the working body without an intermediate gear. In this case, the intermediate gear can be realized using a gear wheel, which will be located inside the mechanical links. In this case, the gearwheel on one side will contact the counter gearwheel fitted on the shaft of the working body.

Зачастую возникает потребность в механизмах с выходным звеном, обеспечивающим соосное присоединение ответного механизма и передачу на него полнооборотного вращения, в т. ч. за счет насаживания предложенного механизма на входной вал ответного механизма. В частности, это необходимо в тех случаях, когда невозможно обеспечить соединение двух механизмов посредством промежуточной передачи или других элементов, например, по причине отсутствия пространства для размещения этих передач или элементов. Известная из EA 201500520 конструкция не может быть использована в качестве конструкции с выходным звеном, обеспечивающим соосное присоединение ответного механизма, т.к. пространство внутри гаек выходного звена занято другими элементами редуктора.Often there is a need for mechanisms with an output link that provides coaxial connection of the response mechanism and the transfer of full-turn rotation to it, including by fitting the proposed mechanism onto the input shaft of the response mechanism. In particular, this is necessary in cases where it is impossible to ensure the connection of two mechanisms by means of an intermediate gear or other elements, for example, due to the lack of space for placing these gears or elements. The structure known from EA 201500520 cannot be used as a structure with an output link providing coaxial connection of the response mechanism, because the space inside the nuts of the output link is occupied by other elements of the gearbox.

Задача настоящего изобретения заключается в создании конструкции ролико-винтового редуктора, обеспечивающего соосное присоединение ответного механизма и передачу на него полнооборотного вращения, благодаря которому редуктор может быть смонтирован непосредственно на требуемое оборудование без какой-либо промежуточной передачи.The objective of the present invention is to create a design of a roller-helical gearbox that provides coaxial connection of the response mechanism and the transmission of full-turn rotation to it, due to which the gearbox can be mounted directly on the required equipment without any intermediate gear.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Согласно одному из аспектов настоящего изобретения обеспечен ролико-винтовой редуктор, содержащий:According to one aspect of the present invention, there is provided a roller-helical gearbox comprising:

входное звено, содержащее две гайки входного звена с внутренней многозаходной резьбой разного направления, закрепленные относительно друг друга,input link containing two input link nuts with internal multi-thread threads of different directions, fixed relative to each other,

опорное звено, содержащее две гайки опорного звена с многозаходной резьбой разного направления, закрепленные относительно друг друга;support link containing two nuts of the support link with multiple threads of different directions, fixed relative to each other;

выходное звено, содержащее две гайки выходного звена с многозаходной резьбой разного направления, закрепленные относительно друг друга,output link containing two output link nuts with multi-thread threads of different directions, fixed relative to each other,

при этом гайки выходного звена имеют число заходов резьбы, отличное от числа заходов резьбы гаек опорного звена;in this case, the nuts of the output link have a number of thread starts that are different from the number of threads of the nuts of the support link;

ролики, имеющие одну пару участков с резьбой разного направления;rollers having one pair of sections with threads of different directions;

причем многозаходная резьба гаек опорного звена и гаек выходного звена выполнена на их наружной поверхности,moreover, the multi-start thread of the nuts of the support link and the nuts of the output link is made on their outer surface,

ролики расположены вокруг двух гаек опорного звена и двух гаек выходного звена таким образом, что каждый участок ролика из одной пары участков роликов взаимодействует с одной гайкой опорного звена и/или одной гайкой выходного звена, и две гайки входного звена расположены вокруг роликов таким образом, что одна пара участков роликов взаимодействует с резьбой гаек входного звена.rollers are located around two support link nuts and two output link nuts in such a way that each roller section from one pair of roller sections interacts with one support link nut and / or one output link nut, and two input link nuts are located around the rollers in such a way that one pair of roller sections interact with the thread of the input link nuts.

Таким образом, в заявленной конструкции выходное звено ролико-винтового редуктора расположено внутри относительно входного звена, в результате чего внешняя нагрузка может быть подсоединена непосредственно к выходному звену ролико-винтового редуктора без использования промежуточной передачи.Thus, in the claimed design, the output link of the roller-screw gearbox is located inside relative to the input link, as a result of which the external load can be connected directly to the output link of the roller-screw gearbox without using an intermediate gear.

При этом достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности передачи полнооборотного вращения с выходного звена редуктора без промежуточной передачи.In this case, the achieved technical result consists in providing the possibility of transferring full-turn rotation from the output link of the gearbox without an intermediate gear.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Ниже приведено подробное описание реализации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:Below is a detailed description of the implementation of the present invention with reference to the accompanying drawings, which shows the following:

на фиг. 1 показан вид сбоку в поперечном сечении ролико-винтового редуктора в сборе в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения;in fig. 1 is a cross-sectional side view of a roller-helical gear assembly in accordance with one embodiment of the present invention;

на фиг. 2 показан вид в перспективе ролико-винтового редуктора, изображенного на фиг. 1, на котором частично удален корпус и ролики;in fig. 2 is a perspective view of the roller-helical gearbox shown in FIG. 1 with the housing and rollers partially removed;

на фиг. 3 показан вид в перспективе ролико-винтового редуктора, изображенного на фиг. 1, на котором частично удален корпус.in fig. 3 is a perspective view of the roller-helical gearbox shown in FIG. 1 with the housing partially removed.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Согласно реализации настоящего изобретения, изображенному на фиг. 1, ролико-винтовой редуктор содержит корпус 1, в котором размещено входное звено редуктора, содержащее две гайки 2 входного звена, выходное звено, содержащее две гайки 3 выходного звена, опорное звено, содержащее две гайки 4 опорного звена, и ролики 5.In the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the roller-helical gearbox comprises a housing 1, in which an input link of the gearbox is located, containing two nuts 2 of the input link, an output link containing two nuts 3 of the output link, a support link containing two nuts 4 of the support link, and rollers 5.

Две гайки 3 выходного звена закреплены относительно друг друга от осевого перемещения посредством фиксирующих элементов, например, винтов 6, которые вставлены в специально предусмотренные пазы в гайках 3. Для исключения углового перемещения гаек 3 относительно друг друга предусмотрено их шлицевое соединение (не показано).Two nuts 3 of the output link are fixed relative to each other from axial movement by means of fixing elements, for example, screws 6, which are inserted into specially provided grooves in the nuts 3. To exclude the angular movement of the nuts 3 relative to each other, their spline connection is provided (not shown).

Согласно реализации, показанному на фиг. 1, 2, ролико-винтовой редуктор дополнительно содержит вал 7, проходящий внутри гаек 3 и прикрепленный к ним. Вал 7 может быть выполнен полым или сплошным. Во втором случае для подсоединения ответного механизма могут быть использованы промежуточные элементы, например муфты. Очевидно, что вместо вала могут использоваться другие элементы, обеспечивающие передачу вращения с выходного звена редуктора на ответный механизм.In the implementation shown in FIG. 1, 2, the roller-helical gearbox additionally contains a shaft 7 passing inside the nuts 3 and attached to them. Shaft 7 can be hollow or solid. In the second case, intermediate elements, such as couplings, can be used to connect the response mechanism. Obviously, instead of the shaft, other elements can be used that provide the transfer of rotation from the output link of the gearbox to the response mechanism.

Две гайки 4 опорного звена также расположены вокруг выходного вала 7 по бокам от гаек 3. При этом вал 7 опирается на гайки 4 опорного звена через подшипники 8. Гайки 4 зафиксированы от осевого перемещения относительно друг друга посредством крепежных элементов через корпус 1, например, винтов 9, размещенных в специально предусмотренных пазах в корпусе 1 и опорных гайках 5. Для исключения взаимного углового перемещения гаек 4 использовано шлицевое соединение с корпусом 1 (не показано).Two nuts 4 of the support link are also located around the output shaft 7 on the sides of the nuts 3. In this case, the shaft 7 is supported on the nuts 4 of the support link through bearings 8. Nuts 4 are fixed against axial movement relative to each other by means of fasteners through the housing 1, for example, screws 9, located in specially provided grooves in the housing 1 and support nuts 5. To exclude mutual angular movement of the nuts 4, a spline connection with the housing 1 (not shown) is used.

Вокруг гаек 3 и 4 расположены ролики 5, равномерно разнесенные по окружности указанных гаек. В рассматриваемом варианте реализации, каждый из роликов 5 содержит два участка с резьбой разного направления и с одинаковым диаметром. В данном варианте реализации резьба указанных двух участков роликов 5 симметрична относительно плоскости, перпендикулярной оси ролика и проходящей через его центр. При этом каждый из двух участков роликов 5 сопряжен с резьбами гаек 2, 3 и 4 для передачи входного момента от гаек 2 на ролики 5 и далее на гайки 4.Around the nuts 3 and 4 there are rollers 5, evenly spaced around the circumference of these nuts. In the considered embodiment, each of the rollers 5 contains two sections with threads of different directions and with the same diameter. In this embodiment, the thread of these two sections of the rollers 5 is symmetrical about a plane perpendicular to the axis of the roller and passing through its center. In this case, each of the two sections of the rollers 5 is mated with the threads of the nuts 2, 3 and 4 to transfer the input torque from the nuts 2 to the rollers 5 and further to the nuts 4.

Для обеспечения редукции ролико-винтового редуктора гайки 4 опорного звена имеют число заходов резьбы, отличное от числа заходов резьбы гаек 3 выходного звена.To ensure the reduction of the roller-helical gear, the nuts 4 of the support link have a number of thread starts that are different from the number of threads of the nuts 3 of the output link.

Ролико-винтовой редуктор содержит 24 ролика 5. Однако настоящее изобретение не ограничено рассматриваемым вариантом реализации и может быть использовано большее или меньшее количество роликов 5, которое определяется исходя из кинематического и прочностного расчетов редуктора. При этом за счет того, что ролики 5 вращаются вокруг гаек 4 опорного звена и гаек 3 выходного звена, а не внутри их, максимально количество роликов 5 будет превышать максимальное количество роликов в случае размещения их внутри указанных гаек. При этом очевидно, что при увеличении количества роликов увеличивается количество точек контакта роликов 5 с гайками и, следовательно, происходит более равномерное распределение нагрузки на элементах редуктора. Таким образом, увеличение количества роликов 5 позволяет повысить грузоподъемность и ресурс ролико-винтового редуктора.The roller-helical gearbox contains 24 rollers 5. However, the present invention is not limited to the considered embodiment, and more or fewer rollers 5 can be used, which is determined based on the kinematic and strength calculations of the gearbox. In this case, due to the fact that the rollers 5 rotate around the nuts 4 of the support link and the nuts 3 of the output link, and not inside them, the maximum number of rollers 5 will exceed the maximum number of rollers if they are placed inside these nuts. At the same time, it is obvious that with an increase in the number of rollers, the number of points of contact of rollers 5 with nuts increases and, therefore, a more uniform distribution of the load on the gearbox elements occurs. Thus, an increase in the number of rollers 5 makes it possible to increase the carrying capacity and the resource of the roller-helical gearbox.

Вокруг роликов 5 расположены гайки 2 входного звена, которые зафиксированы от осевого перемещения относительно друг друга и относительно входного зубчатого колеса 10, используемого в рассматриваемом варианте реализации для передачи вращения на входное звено, посредством фиксирующих элементов, например, винтов 11. Для исключения углового перемещения гаек 2 относительно друг друга предусмотрено их шлицевое соединение (не показано).Around the rollers 5 there are nuts 2 of the input link, which are fixed against axial movement relative to each other and relative to the input gear 10, which is used in the considered embodiment to transfer rotation to the input link by means of fixing elements, for example, screws 11. To exclude angular movement of the nuts 2, their spline connection is provided relative to each other (not shown).

Каждая из двух гаек 2 содержит внутреннюю резьбу, при этом указанные резьбы имеют разное направление. Кроме того, выполненные заодно целое гайки 2 могут иметь одну резьбу. В этом случае выполняется дополнительная фиксация элементов редуктора от осевого перемещения, которое возникает под действием осевой силы, компенсируемой двумя резьбами разного направления.Each of the two nuts 2 contains an internal thread, while these threads have a different direction. In addition, the integrally formed nuts 2 can have one thread. In this case, additional fixation of the gearbox elements from axial movement is performed, which occurs under the action of an axial force compensated by two threads of different directions.

Специалисту в рассматриваемой области техники очевидны и другие варианты фиксации гаек 2, 3 и 4, например, при помощи штифтов, шлицевого соединения и т.п., для предотвращения вращения и при помощи шпоночного соединения, штифтов и т.п. для предотвращения осевого перемещения.Other options for fixing nuts 2, 3 and 4, for example, by means of pins, splines, etc., to prevent rotation, and by means of a keyed connection, pins and the like will be obvious to the person skilled in the art. to prevent axial movement.

Для предотвращения выкатывания роликов 5 из гаек 2, 3 и 4 углы подъема резьбы участков роликов 5 равны по величине углам подъема резьбы гаек 2 и 4. При этом ролики 5 имеют направление резьбы, схожее с направлением резьб гаек 2 и противоположное направлению резьб гаек 3 и 4. Два участка с резьбами разного направления роликов 5 препятствуют проскальзыванию роликов 5 вдоль витков резьбы гаек 2, 3 и 4.To prevent rolling out of rollers 5 from nuts 2, 3 and 4, the angles of thread rise of the sections of rollers 5 are equal in magnitude to the angles of rise of the threads of nuts 2 and 4. In this case, the rollers 5 have a thread direction similar to the direction of the threads of the nuts 2 and opposite to the direction of the threads of the nuts 3 and 4. Two sections with threads of different directions of the rollers 5 prevent the rollers 5 from slipping along the threads of the nuts 2, 3 and 4.

Следует отметить, что ориентация резьб в каждой паре гаек входного звена, гаек опорного звена и гаек выходного звена должна быть строго зеркальной относительно вертикальной плоскости симметрии редуктора.It should be noted that the orientation of the threads in each pair of input link nuts, support link nuts and output link nuts must be strictly mirrored relative to the vertical plane of symmetry of the gearbox.

Ролико-винтовой редуктор настоящего изобретения работает следующим образом.The roller-helical gearbox of the present invention operates as follows.

Вращение на редуктор передается через входное зубчатое колесо 10 на гайки 2 входного звена, показанные на фиг. 1. При вращении гайки 2 с помощью резьбового зацепления передают на ролики 5 вращательный момент. Ролики 5 обкатываются по гайкам 4 опорного звена и приобретают конкретную скорость вращения вокруг оси гаек 3 и 4, а также вокруг своей оси, аналогично происходящему в планетарном механизме, когда наружное зубчатое колесо неподвижно, а вращается внутреннее зубчатое колесо.Rotation to the gearbox is transmitted through the input gear 10 to the nuts 2 of the input link shown in FIG. 1. When the nut 2 rotates, a torque is transmitted to the rollers 5 by means of a threaded engagement. The rollers 5 are rolled over the nuts 4 of the support link and acquire a specific speed of rotation around the axis of the nuts 3 and 4, as well as around their axis, similar to what occurs in the planetary mechanism when the outer gear is stationary, and the inner gear rotates.

Так как резьба на гайках 4 опорного звена и гайках 3 выходного звена отличается числом заходов, а два участка роликов 5 имеют одинаковые параметры, при повороте с некоторой угловой скоростью роликов 5 опорные гайки 4 и гайки 3 выходного звена будут вращаться с разной угловой скоростью.Since the thread on the nuts 4 of the support link and the nuts 3 of the output link differs in the number of starts, and the two sections of the rollers 5 have the same parameters, when turning at a certain angular speed of the rollers 5, the support nuts 4 and the nuts 3 of the output link will rotate at different angular speeds.

Таким образом, в рассмотренных варианты реализации ролико-винтового редуктора согласно настоящему изобретению предполагается размещение входного звена, а также роликов снаружи относительно выходного и опорного звеньев, что отличает предлагаемое техническое решение от известного технического решения согласно EA 201500520. Благодаря такому инвертированному, относительно известного технического решения, размещению элементов редуктора обеспечивается возможность непосредственного подсоединения внешнего механизма к выходному звену редуктора и передачи полнооборотного вращения без использования промежуточной передачи.Thus, in the considered embodiments of the roller-helical gearbox according to the present invention, it is assumed that the input link, as well as the rollers outside of the output and support links, is assumed, which distinguishes the proposed technical solution from the known technical solution according to EA 201500520. Due to such an inverted, relatively well-known technical solution , the arrangement of the gearbox elements provides the possibility of direct connection of the external mechanism to the output link of the gearbox and the transmission of full-turn rotation without using an intermediate gear.

Claims

Roller-helical gearbox containing

an input link containing at least two input link nuts with an internal multi-start thread of different directions, fixed relative to each other,

a support link containing at least two nuts of the support link with multi-thread threads of different directions, fixed relative to each other;

an output link containing at least two output link nuts with multiple threads of different directions, fixed relative to each other,

in this case, the nuts of the output link have a number of thread starts that are different from the number of threads of the nuts of the support link;

rollers having at least one pair of threaded portions of different directions;

moreover

multi-start thread of support link nuts and output link nuts is made on their outer surface,

rollers are disposed around at least two support link nuts and at least two output link nuts such that each roller portion of the at least one pair of roller portions interacts with at least one of the support link nut and output link nut, and

at least two nuts of the input link are located around the rollers in such a way that at least one pair of roller sections interacts with the threads of the nuts of the input link.