RU2791631C1

RU2791631C1 - Hydrostatic transmission screw-nut

Info

Publication number: RU2791631C1
Application number: RU2022127284A
Authority: RU
Inventors: Яков Львович Либерман; Богдан Дамирович Нигматуллин
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2023-03-13

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: hydrostatic screw-nut transmission consists of a hydraulic tank, throttles, a reversible gear hydraulic pump and an overflow valve, a screw with an external trapezoidal thread and a female nut with a similar female thread, on the side surfaces of which there are pockets connected through the throttles to the oil supply channel from the pump, and the diametral surfaces of which are made with holes connected to the oil drain channel into the hydraulic tank, equipped with an adjustable additional throttle included in the oil drain channel. The transmission is also equipped with an adjustable mechanical variator, the input of which is kinematically connected to the screw, and the output is connected to the input shaft of the hydraulic pump.

EFFECT: extended transmission fine tuning range and improved accuracy and reliability.

1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и предназначено для использования в механизмах подачи тяжелых металлорежущих станков и подобных им технологических машин.The present invention relates to the field of mechanical engineering and is intended for use in the feed mechanisms of heavy metal-cutting machine tools and similar technological machines.

В настоящее время передачи, аналогичные предлагаемой, известны. К ним относится, в частности, передача винт-гайка скольжения, описанная на сайте studref.com и изображенная на нем на рис. 92, а. Указанная передача состоит из винта с наружной трапецеидальной резьбой и охватывающей его гайки с такой же внутренней резьбой. В процессе использования передачи винт устанавливают на станке параллельно направляющим и соединяют с приводом. Гайку соединяют с суппортом станка, перемещаемым по направляющим. На суппорте закрепляют режущий инструмент, которым ведут обработку заготовки. С помощью привода винта создают движение подачи суппорта с инструментом, причем для увеличения подачи увеличивают скорость вращения винта, а для уменьшения подачи эту скорость снижают. Чем больше скорость, тем больше подача, но с ростом подачи увеличивается и сила сопротивления движению суппорта, а значит, и сила сопротивления движению гайки по винту. При больших подачах (они обычно обусловлены требованиями к производительности обработки) сила сопротивления может быть настолько велика, что в сопряжении поверхностей винта и гайки возникают задиры, и происходит повышенный износ. Для снижения износа передачу периодически смазывают, но этого не всегда достаточно.Currently, transfers similar to those proposed are known. These include, in particular, the sliding screw-nut transmission described on the studref.com website and shown on it in fig. 92, a. The specified gear consists of a screw with an external trapezoidal thread and a nut covering it with the same internal thread. In the process of using the gear, the screw is installed on the machine parallel to the guides and connected to the drive. The nut is connected to the caliper of the machine, which moves along the guides. A cutting tool is fixed on the caliper, which is used to process the workpiece. With the help of the screw drive, a feed movement of the caliper with the tool is created, and to increase the feed, the speed of rotation of the screw is increased, and to reduce the feed, this speed is reduced. The greater the speed, the greater the feed, but with an increase in feed, the force of resistance to the movement of the caliper also increases, and hence the force of resistance to the movement of the nut along the screw. At high feed rates (usually due to machining performance requirements), the resistance force can be so great that the mating surfaces of the screw and nut develop scuffing and increased wear occurs. To reduce wear, the gear is periodically lubricated, but this is not always enough.

Отмеченного недостатка в значительной степени лишена гидростатическая передача винт-гайка скольжения, описанная в книге «Станочное оборудование автоматизированного производства. В 2-х томах, Т. 1. - М.: Изд-во Станкин, 1993» (стр. 316-317, рис. 5.135, 5.136, б). Насколько можно судить из описания этой передачи и иллюстраций, она содержит гидробак, дроссели, нереверсивный гидронасос и переливной клапан, соединенный с выходным каналом гидронасоса и гидробаком. Винт так же, как и у аналога, рассмотренного выше, имеет наружную трапецеидальную резьбу, а гайка имеет подобную резьбу и охватывает винт. На боковой поверхности резьбы в гайке выполнены карманы, соединенные через дроссели с каналом подачи масла от гидронасоса. Диаметральные поверхности резьбы в гайке выполнены с отверстиями, соединенными с каналом слива масла в гидробак. Как следует из упомянутого описания и иллюстраций, приведенных в книге «Станочное оборудование автоматизированного производства. В 2-томах, Т. 1. - М.: Изд-во Станкин, 1993», гидронасос имеет свой привод, поэтому независимо от того, в каком направлении (в прямом или обратном) вращается винт (в каком направлении совершается подача при использовании передачи в механизме подачи станка) насос, вращаясь все время в одну сторону, подает масло в карманы, имеющиеся в резьбе гайки, масло попадает в зазор между поверхностями гайки и винта, постоянно смазывает эти поверхности и через отверстия, соединенные с каналом слива масла, поступает в гидробак.The noted disadvantage is largely devoid of the hydrostatic transmission of the sliding screw-nut, described in the book “Machine equipment for automated production. In 2 volumes, Vol. 1. - M .: Stankin Publishing House, 1993 "(pp. 316-317, fig. 5.135, 5.136, b). As far as can be judged from the description of this transmission and illustrations, it contains a hydraulic tank, throttles, an irreversible hydraulic pump and an overflow valve connected to the outlet channel of the hydraulic pump and the hydraulic tank. The screw, like the analogue discussed above, has an external trapezoidal thread, and the nut has a similar thread and covers the screw. On the side surface of the thread in the nut, there are pockets connected through throttles to the oil supply channel from the hydraulic pump. The diametrical surfaces of the thread in the nut are made with holes connected to the channel for draining oil into the hydraulic tank. As follows from the above description and illustrations given in the book “Machine equipment for automated production. In 2 volumes, V. 1. - M .: Stankin Publishing House, 1993 ", the hydraulic pump has its own drive, therefore, no matter in which direction (forward or reverse) the screw rotates (in which direction the feed is made when using gear in the feed mechanism of the machine) the pump, rotating all the time in one direction, supplies oil to the pockets in the thread of the nut, the oil enters the gap between the surfaces of the nut and the screw, constantly lubricates these surfaces and through the holes connected to the oil drain channel enters into the hydraulic tank.

Описанная гидростатическая передача винт-гайка работает с меньшим износом, чем упомянутая ранее передача, однако она не всегда обеспечивает требуемую точность обработки на станках с ее применением. Причина этого в том, что насос в ней работает с постоянной скоростью и подает жидкость с постоянным давлением. Поскольку при перемещении гайки по винту, например, по некоторой координате X, ей приходится преодолевать силу сопротивленияThe described hydrostatic screw-nut transmission operates with less wear than the previously mentioned transmission, however, it does not always provide the required machining accuracy on machines using it. The reason for this is that the pump in it operates at a constant speed and delivers liquid at a constant pressure. Since when moving the nut along the screw, for example, along a certain X coordinate, it has to overcome the resistance force

Р_х=10⋅С_р⋅t^x⋅S^y⋅V^z⋅K_p,P _x \u003d 10⋅С _p ⋅t ^x ⋅S ^y ⋅V ^z ⋅K _p ,

где С_р, х, у, z - коэффициент и показатели степени, зависящие от обрабатываемого материала и материала инструмента; K_p - коэффициент, учитывающий условия обработки; t и V - глубина и скорость резания; S - подача («Справочник технолого-машиностроителя. В 2-х томах. Т. 2, 1986», стр. 271-275), то при разных S, t и V и постоянном давлении, создаваемом насосом, толщина слоя смазки в передаче тоже оказывается разной. Если он становится слишком мал, то на сопряженных поверхностях гайки и винта возникают задиры и повышенный износ, как в описанной выше передаче - аналоге. Во избежание указанного явления давление, создаваемое насосом, при проектировании станка выбирают с запасом. Но в таком случае при малых S, V и t толщина слоя смазки может оказаться слишком большой, что снижает жесткость передачи и, как следствие, точность обработки на станке с ее применением. В связи с этим возникает проблема повышения жесткости передачи-прототипа и увеличения точности обработки на станках с ее применением.where C _p , x, y, z - coefficient and exponents, depending on the material being processed and the material of the tool; K _p - coefficient taking into account the processing conditions; t and V - depth and cutting speed; S - feed ("Handbook of the technologist-machine builder. In 2 volumes. T. 2, 1986", pp. 271-275), then at different S, t and V and constant pressure created by the pump, the thickness of the lubricant layer in the gear also turns out to be different. If it becomes too small, then scuffing and increased wear occur on the mating surfaces of the nut and screw, as in the analogue gear described above. To avoid this phenomenon, the pressure created by the pump is chosen with a margin when designing the machine. But in this case, at small S, V and t, the thickness of the lubricant layer may be too large, which reduces the rigidity of the transmission and, as a result, the accuracy of processing on the machine with its use. In this regard, there is a problem of increasing the rigidity of the prototype transmission and increasing the accuracy of processing on machines using it.

Устранить отмеченный недостаток можно путем стабилизации слоя смазки в передаче (сделать ее инвариантной по отношению к нагрузке). Это можно сделать так, как предложено в конструкции гидростатической передачи винт-гайка, защищенной Патентом на изобретение №2767381.The noted drawback can be eliminated by stabilizing the lubricant layer in the gear (making it invariant with respect to the load). This can be done as proposed in the design of the screw-nut hydrostatic transmission, protected by the Patent for invention No. 2767381.

Указанная передача, принятая нами за прототип, характеризуется тем, что она состоит из гидробака, дросселей, гидронасоса и переливного клапана, соединенного с выходным каналом последнего и гидробаком, содержит винт с наружной трапецеидальной резьбой и охватывающую его гайку с аналогичной внутренней резьбой, на боковых поверхностях которой выполнены карманы, соединенные через дроссели с каналом подачи масла от насоса, и диаметральные поверхности которой выполнены с отверстиями, соединенными с каналом слива масла в гидробак, при этом она снабжена регулируемым дополнительным дросселем, включенным в канал слива масла, и редуктором-мультипликатором, гидронасос выполнен шестеренным реверсивным, а винт через редуктор-мультипликатор кинематически связан с его приводным валом.The specified transmission, which we have adopted as a prototype, is characterized by the fact that it consists of a hydraulic tank, throttles, a hydraulic pump and an overflow valve connected to the outlet channel of the latter and a hydraulic tank, contains a screw with an external trapezoidal thread and a nut covering it with a similar internal thread, on the side surfaces which has pockets connected through throttles to the oil supply channel from the pump, and whose diametral surfaces are made with holes connected to the oil drain channel into the hydraulic tank, while it is equipped with an adjustable additional throttle included in the oil drain channel, and a multiplier gearbox, hydraulic pump made gear reversible, and the screw through the gearbox-multiplier is kinematically connected with its drive shaft.

Передача-прототип работает следующим образом. С увеличением подачи S, осуществляемой путем вращения винта, сила резания Р_х увеличивается, но увеличивается и скорость вращения приводного вала насоса. Смазка передачи увеличивается. При снижении подачи S происходит обратное явление. Таким образом толщина слоя смазки передачи винт-гайка более-менее стабилизируется. Если при этом еще меняется V (скорость резания) и t (глубина резания), то можно смазку подрегулировать с помощью дополнительного дросселя.The prototype pass works as follows. With an increase in the feed S, carried out by rotating the screw, the cutting force P _x increases, but the speed of rotation of the pump drive shaft also increases. Gear lubrication is increased. When the supply S is reduced, the opposite occurs. Thus, the thickness of the lubrication layer of the screw-nut transmission is more or less stabilized. If at the same time V (cutting speed) and t (cutting depth) still change, then the lubrication can be adjusted using an additional throttle.

Передача - прототип имеет более высокую надежность и жесткость, чем аналоги. Однако при широком диапазоне изменения V и t при использовании ее на станке, диапазон ее подрегулирования с помощью дополнительного дросселя бывает недостаточен. Он позволяет изменить уровень смазки передачи на 10-15%. Но режимы резания, а значит, и сила Р_х, могут измениться в 2-3 раза. Отсюда возникает проблема расширения диапазона регулирования толщины смазочного слоя в передаче при широком диапазоне изменения режимов резания и дальнейшего повышения ее надежности.Transmission - the prototype has a higher reliability and rigidity than analogues. However, with a wide range of changes in V and t when using it on the machine, the range of its adjustment with the help of an additional throttle is insufficient. It allows you to change the transmission lubrication level by 10-15%. But the cutting conditions, and hence the force P _x , can change by 2-3 times. This raises the problem of expanding the range of regulation of the thickness of the lubricating layer in the gear with a wide range of changes in cutting modes and further increasing its reliability.

Принципиально разрешение этой проблемы может быть осуществлено путем регулирования производительности насоса, использованного в передаче. Технически же это может быть реализовано путем того, что гидростатическая передача винт-гайка, состоящая из гидробака, дросселей, реверсивного шестеренного гидронасоса и переливного клапана, содержащая винт с наружной трапецеидальной резьбой и охватывающую его гайку с аналогичной внутренней резьбой, на боковых поверхностях которой выполнены карманы, соединенные через дроссели с каналом подачи масла от насоса, и диаметральные поверхности которой выполнены с отверстиями, соединенными с каналом слива масла в гидробак, снабженная регулируемым дополнительным дросселем, включенным в канал слива масла, отличается от прототипа тем, что она снабжена регулируемым механическим вариатором, вход которого кинематически соединен с винтом, а выход - со входным валом гидронасоса.In principle, the solution to this problem can be achieved by adjusting the performance of the pump used in the transmission. Technically, this can be implemented by the fact that the hydrostatic screw-nut transmission, consisting of a hydraulic tank, throttles, a reversible gear hydraulic pump and an overflow valve, containing a screw with an external trapezoidal thread and a nut enclosing it with a similar internal thread, on the side surfaces of which pockets are made , connected through throttles to the oil supply channel from the pump, and the diametral surfaces of which are made with holes connected to the oil drain channel into the hydraulic tank, equipped with an adjustable additional throttle included in the oil drain channel, differs from the prototype in that it is equipped with an adjustable mechanical variator, the input of which is kinematically connected to the screw, and the output - to the input shaft of the hydraulic pump.

Конструктивная схема предлагаемой передачи показана на фиг. 1, а одним из возможных вариаторов, использованных в ней - на фиг. 2.The structural diagram of the proposed transmission is shown in Fig. 1, and one of the possible variators used in it - in Fig. 2.

Состоит предлагаемая гидростатическая передача винт-гайка, из гидробака 1, дросселей 2, реверсивного шестеренного гидронасоса 3 и переливного клапана 4, содержит винт 5 с наружной трапецеидальной резьбой и охватывающую его гайку 6 с аналогичной внутренней резьбой, на боковых поверхностях которой выполнены карманы 7, соединенные через дроссели 8 с каналом 9 подачи масла от насоса, и диаметральные поверхности которой выполнены с отверстиями, соединенными с каналом 10 слива масла в гидробак. Она также снабжена регулируемым дополнительным дросселем 11, включенным в канал слива масла. Кроме того, она снабжена регулируемым механическим вариатором 12, вход 13 которого кинематически соединен с винтом 5, а выход - с входным валом 14 гидронасоса. Вариатор выполнен на основе двух конических катков 15 и 16 и имеет известную конструкцию. Он снабжен промежуточным цилиндрическим катком 17, зажатым между коническими катками с помощью пружины 18. Каток 17 может перемещаться маховичком 19, закрепляемым на винте 20, но при этом может свободно вращаться. Вращая маховичок 19, легко можно изменить скорость вращения катка 16 и, как следствие, скорость вращения и напор насоса 3.The proposed hydrostatic screw-nut transmission consists of a hydraulic tank 1, throttles 2, a reversible gear hydraulic pump 3 and an overflow valve 4, contains a screw 5 with an external trapezoidal thread and a nut 6 surrounding it with a similar internal thread, on the side surfaces of which there are pockets 7 connected through throttles 8 with channel 9 for supplying oil from the pump, and the diametral surfaces of which are made with holes connected to channel 10 for draining oil into the hydraulic tank. It is also equipped with an adjustable additional throttle 11 included in the oil drain channel. In addition, it is equipped with an adjustable mechanical variator 12, the input 13 of which is kinematically connected to the screw 5, and the output - with the input shaft 14 of the hydraulic pump. The variator is made on the basis of two conical rollers 15 and 16 and has a well-known design. It is equipped with an intermediate cylindrical roller 17, sandwiched between the conical rollers with the help of a spring 18. The roller 17 can be moved by the handwheel 19, fixed on the screw 20, but it can rotate freely. By turning the handwheel 19, you can easily change the speed of rotation of the roller 16 and, as a result, the speed of rotation and the pressure of the pump 3.

При использовании предлагаемой гидростатической передачи винт-гайка ее закрепляют на станке параллельно направляющим. Винт 5 кинематически соединяют с приводом подачи станка. Гайку 6 - с суппортом, перемещаемым по направляющим. В зависимости от расчетных режимов резания (значений V, S и t), с которыми должна вестись обработка, вычисляют величину Р_х и исходя из нее, регулируя дросселем 11 и маховичком 19 необходимый и достаточный слой смазки в передаче, производят ее первоначальную настройку. Далее проводят обработку пробной детали или партии деталей. После этого общеизвестными способами определяют температуру гайки и жесткость. Если они того требуют, то производят корректировку настройки. В дальнейшем передачу эксплуатируют, соблюдая межремонтные сроки.When using the proposed hydrostatic screw-nut transmission, it is fixed on the machine parallel to the guides. Screw 5 is kinematically connected to the machine feed drive. Nut 6 - with a caliper moving along the guides. Depending on the calculated cutting conditions (values V, S and t), with which the processing should be carried out, the value of P _x is calculated and based on it, by adjusting the throttle 11 and the handwheel 19, the necessary and sufficient lubricant layer in the gear, its initial adjustment is made. Next, a test part or a batch of parts is processed. Thereafter, the temperature of the nut and the stiffness are determined by well-known methods. If they require it, they make adjustments to the settings. In the future, the transmission is operated, observing the turnaround time.

Техническим результатом применения гидростатической передачи винт-гайка являются более широкие возможности ее качественной настройки и, как следствие, повышение ее надежности и точности.The technical result of the use of a hydrostatic screw-nut transmission is more opportunities for its high-quality adjustment and, as a result, an increase in its reliability and accuracy.

Claims

Hydrostatic screw-nut transmission, consisting of a hydraulic tank, throttles, a reversible gear hydraulic pump and an overflow valve, containing a screw with an external trapezoidal thread and a female nut with a similar female thread, on the side surfaces of which there are pockets connected through the throttles to the oil supply channel from the pump , and the diametral surfaces of which are made with holes connected to the oil drain channel into the hydraulic tank, equipped with an adjustable additional throttle included in the oil drain channel, characterized in that it is equipped with an adjustable mechanical variator, the input of which is kinematically connected to the screw, and the output - to the input hydraulic pump shaft.