Эксцентричная винтовая передача Советский патент 1993 года по МПК F16H25/22 

Изобретение относится к области обще- то машиностроения, в частности к несило- вым передаточным механизмам, и может быть использовано для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное,.

Известна планетарная несоосная винтовая передача, содержащая корпус-водило с эксцентричной расточкой, гайку размещенную в ней с возможностью вращения несоосНо винту, застопоренному от вращения. Недостатком данной передачи являетт ся непостоянство передаточного отношения между корпусом-водилом и гайкой и соответственно неплавность поступательного осевого перемещения винта. Это обусловлено тем, что гайка имеет специально спрофилированный криволинейный либо круговинтовой профиль для получения точечного контакта на среднем радиусе резьбы винта. В связи с тем, что средний радиус резьбы является теоретическим неконтро- лирумым параметром, что практическое расположение контактных точек случайно, изменяется от витка к витку передачи. Следовательно, имеет место неопределенность реального расположения точек контакта, которая неизбежно приводит к отклонению фактической величины передаточного отношения от ее расчетного теоретического значения уже. в начальный период работы, а также к неопределенным изменениям передаточного отношения при эксплуатационном износе.: ...

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является эксцентричная винтовая передача (см, авт.св. СССР № 1350420), содержащая неподвижный корпус с направляющими поступательного перемещения, установленный в нем с возможностью1 вращения корпус-водило с эксцентричной расточкой, размещенную в ней с возможностью фиксированного поворота втулку с выполненным в ней эксцентричным отверстием, расположенную е нем с возможностью вращения гайку и размещенный в направляющих неподвижного корпуса с возможностью осевого перемещения винт, ось которого параллельна и эксцентрична оси гаМи, а резьба выполнена с шагом, равным шагу гайки, причем соотношение углов профилей резьб гайки и винта выбрано из условия аг Ч-10° «в 180°

или о,, + 10° Dr 180°, где «в -угол профиля резьбы винта, а «г -угол профиля резьбы гайки. В данной передаче имеет ме- сто заведомая определенность расположения контактных точек, поэтому фактическая величина передаточного отношения в начальный период работы соответствует расчетному теоретическому значению. Вместе с тем, в процессе эксплуатационного износа в контактной зоне резьб винта и гайки неизбежно образуется зазор. Под действием нормальных и фрикционных сил, возникающих в контактной зоне при воздействии внешней осевой нагрузки, гайка может отжиматься от винта в пределах указанного

зазора, что сопровождается неопределенным изменением радиуса точки контакта и передаточного отношения. Кроме того, возникающий зазор в рассматриваемой передаче - прототипе периодически

компенсируется поворотом эксцентричной втулки в эксцентричной расточке корпуса. При этом, естественно, изменяется исходный эксцентриситет и соответственно передаточное отношение. Таким образом,

недостатком прототипа является непостоянство передаточного отношения при абразивном износе в зоне контакта винта и гайки. Целью настоящего изобретения является повышение степени постоянства передаточного отношения при абразивном износе в зоне контакта винта и гайки.

Цель изобретения - повышение надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношения.

Поставленная цель достигается тем, что в эксцентричной винтовой передаче, содержащей корпус, размещенную в нем с возможностью фиксированного поворота втулку с выполненным в ней эксцентричным

отверстием, размещенную в нем с возможностью вращения гайку и размещенный в корпусе с возможностью осевого перемещениям взаимодействующий с гайкой винт. ось которого параллельна оси гайки, а резь6а выполнена с шагом, равным шагу гайки,

точки контакта расположены на внутреннем диаметре резьбы гайки при соотношении углов профилей резьбы гайки и винта

. Of 4- 10° SOe 180°, или на наружном диаметре резьбы винта при соотношении углов профилей резьбы винта и гайки

OB -f 10° Ј Ok 180° .где Oe - угол прсфи- ля резьбы винта, сь - угол профиля резьбы

гайки, кроме того, разность X между радиусами впадин (вершин) резьбы гайки и вершин (впадин) резьбы винта из условия X Е - х, где Е - величина эксцентриситета между осями гайки и.винта, а 0 X И, И - осевое

перемещение винта за один оборот корпуса, ..

Если соотношение углов профилей

резьб выбрано из условия

От 4-10° 5Ов 180, а радиусы впадин

резьбы гайки и вершин резьбы винта выполнены в соответствии с настоящим изобретением, то при создании несоосности в наладочном режиме реализуется контакт цилиндрических поверхностей, образован- ных радиусами впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта, причем между внешней границей поверхности резьбы гайки, определяемой радиусом вершин гайки, и боковой поверхностью резьбы винта (контактная зона прототипа) имеет место малый гарантированный зазор. Величина зазора определяется разностью радиусов впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта. В начальный период работы передачи под нагрузкой при повороте ведущего корпуса водила на определенный угол, зависящий от величины зазора, в пределах первого оборота реализуется точечный контакт внешней границы поверхности резьба гайки и боковой поверхности резьбы винта. Таким образом, работа передачи происходит при контактировании внешней границы поверхности резьбы гайки и боковой поверхности резьбы винта (как и в прототипе), но одновременно имеет место обкатка цилиндрических поверхностей, образованных радиусами впадин резьбы гайки и вершин резьб.ы винта, поджатых с усилием, создаваемым эксцентричной втулкой.

Геометрическое скольжение, обусловленное внеполюсностью контакта, приводит к износу и образованию зазора в зоне взаимодействия внешней границы поверхности работы гайки и боковой поверхности резьбы винта. Однако в отличие от прототипа цилиндрические поверхности, образованные радиусами впадин резьбы гайки и вершин резьбы винта, обкатываясь практически без износа (качение), создают упор, препятствующий отжиму гайки от винта, изменению радиуса контактных точек при износе.

Таким образом, обеспечивается рабочий контакт при первоначальных значениях эксцентриситета и радиусов контактных точек, что обуславливает значительное повышение степени постоянства передаточного отношения. По аналогичной схеме работают передачи при выборе соотношения углов профилей резьб из условия

Ов Ч- 10° Ог 180° и выполнении радиусов вершин резьбы гайки и впадин резьбы винта в соответствии с предлагаемым изобретением.

.На фиг.1 изображена эксцентричная винтовая передача в продольном разрезе; на фиг.2 - условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при выполнении условия аг + 10° ае 180° в заявляемом изобретении; на фиг.З - условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при выполнении условия

аг + 10° ав 180° в.передаче - прототипе; на фиг.4 - условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при

вы полнении условия ав + 10° 7Г 180° ; на фиг.5 - условное изображение контакта профилей резьб винта и гайки при выполнении условия «в + 10° аг 180° в передаче прототипе.

Эксцентричная винтовая передача содержит неподвижный корпус (на фиг. не по- казан) с направляющими поступательного перемещения 1, в котором с возможностью вращения на подшипниках 2 установлен корпус-водило 3 с эксцентричной расточкой, втулку 4 с эксцентричным отверстием, размещенную в расточке корпуса - водила 3, гайку 5, установленную во втулке 4 с возможностью вращения на радиально-улор- ных подшипниках 6, винт 7, размещенный в направляющих 1 с возможностью осевого перемещения, Резьба винта 7 выполнена с шагом, равным шагу гайки 5. Соотношение углов профилей резьб гайкой и винта 7 выбирается из условия (1) или (2). Причем при условии (1) разность chr (фиг.2) между радиусом впадин резьбы гайки Rr и радиусом вершин резьбы винта RB выполняется меньше эксцентриситета dr (фиг.З}, необходимого для реализации контакта на радиусе вершин резьбы гайки Rr (точки Кг либо Кг на фиг.З), величину, не превышающую осевого перемещения винта 7 за один оборот корпуса - водила 3. Если же углы профилей резьб передачи отвечают условию (2), то разность djb (фиг.4) между радиусом вершин резьбы гайки Rr и радиусом впадин резьбы винта RB выполняется меньше эксцентриситета da (фиг,5), необходимого для реализации контакта на радиусе вершин резьбы винта R8, на величину, не превышающую осевого перемещения винта 7 за один оборот корпуса - водила 3. Для реализации окружного по- .ворота во втулке 4 выполнены отверстия 8. для ввода поворотного ключа, а в корпусе - водила 3 - окна 9. В необходимом положении втулка 4 фиксируется нажимными винтами 10. Сочетание эксцентриситетом отверстия втулки 4 и расточки корпуса 3 подбирается таким образом,чтобы обеспечить требуемая несоосность при работе, а также соосность в исходном состоянии, На фиг. 1- 5 индексом а обозначена ось винта 7 и наружной поверхности корпуса - водила 3, эксцентричной расточки корпуса

водила 3 (наружной поверхности втулки 4), в - ось отверстия втулки 4 и гайки 5.

Эксцентричная винтовая передача работает следующим образом. В исходном положении эксцентричная втулка 4 расположена в расточке корпуса - водила 3 таким образом, что ось а винта 7 и ось в гайки 5 совпадают, В ньладочном режиме окружным поворотом втулки 4 посредством . ввода поворотиого ключа в отверстия 8 через окна 9 производится поворот оси в гайки 5 в пространстве относительно оси б расточки, вследствие чего ось в гайки 5 смещается относительно оси а винта 7. оставаясь при этом параллельной послед- ией. При достижении необходимого эксцентриситета clir (фиг.2) либо die (фиг.4) между осями а и в реализуется первоначальный контакт винта 7 и гайки 5, Причем, если соотношение углов профилей резьб винта 7 и гайки. 5 выбрано из условия (1), а радиусы впадин резьбы гайки Rr и вершин резьбы винта RB выполнены в соответствий в настоящим изобретением, то при создании несоосности dri (фиг.2) имеет место контакт цилиндрических поверхностей, образованных радиусами впадин резьбы гайки Rr и вершин резьбы винта Re (линия КГо на фиг.2). При этом между внешней границей поверхности резьбы гайки, определяемой радиусом вершян тайки Rr и боковой поверхностью резьбы винта имеет место га- рэнтмровзнный зазор, величина которого определяется соотношением dri (фиг.2)и dr : (фиг.З). Как видно из сравнения фиг,2 и 3, рассматриваемый зазор находится в рабочей контактной зоне прототип а (точка Ki или Кг, в зависимости от направления полезной осево.й нагрузки на фиг.З). Аналогично, если соотношение, углов профилей резьб винта 7 и гайки 5 выбрано из условия (2), а радиусы вершин резьбы гайки Rr м впадин резьбы винта.RB I выполнены согласно настоящему изобретению, то при создании несоосности dm (фиг.4) реализуется контакт цилиндрических поверхностей образованных радиусами вершин резьбы гайки Rr и впадин резьбы винта Rn1 (линия Квр на фиг.4). При этом между внешней границей поверхности резьбы винта, определяемой радиусом вер- ... шин винта RB, и боковой поверхностыд резьбы гайки ;имеет место .гарантированный .зазор; величина которого определяется соотношением die (фиг.4) и de (фиг.5). Как вид-. но из сравнения фиг.4 и фиг.5 указанный зазор находится в рабочей контактной зоне .прототипа (на фиг.5 точка Кв либо Кв в зависимости от направления полезной осевой нагрузки). Поджатие цилиндрических поверхностей Rr и RB либо Rr и RB при необходимости может контролироваться тарированием момента на поворотном ключе. После реализации первоначального контакта с требуемым усилием поджатйя, втулка 4 фиксируется в расточке корпуса - водила 3 нажимными винтами 10. Передача подготовлена к работе.

Основным рабочим режимом передачи является поступательное перемещение винта против внешней осевой нагрузки поддей- ствием крутящего момента, приложенного к корпусу - водилу от привода вращательного движения (на фиг, не показан). В начальный период работы заявляемой передачи под

нагрузкой при окружном повороте ведущего корпуса - водила 3 в пределах первого оборота на определенный угол, зависящий отвеличины зазора, и соответствующего окружного поворота гайки 5 реализуется точечный контакт винтовых поверхностей

винта 7 и гайки 5 в рабочей зоне, которая

соответствует рабочей зоне протржпа ив

.. зависимости от выполнения условий (1) или

(2) располагается на внешней границе поверхнее™ резьбы гайки 6 (штрихпунктир- ный профиль резьбы гайки 5 и точка Кг на фиг.2), либо на:внешней границе поверхно- с-ти резьбы винта7 (штрихпунктирный профиль резьбы винта 7 и точка Кв на фиг.4).

Таким образом, pa6ofа передачи происходит при точечном рабочем контакте, кото-.

рый полностью идентичен рабочему контакту прототипа (точка Кг на фиг,2 и 3 либо точка К8 на фиг.4 и ;5) и определяет

выходные кинематические параметры передачи, с одновременной обкаткой поджатых цилиндрических поверхностей (линия Кго на фиг.2, либо линия Кво на фиг,4), создающих упор. При вращении корпуса-водилаЗ гайка.

5 совершает планетарное движение относительно оси винта 7, заставляя последний

под действием нормальных и фрикционных сил в рабочей контактно й зоне перемещаться в осевом направлении/преодолевая по5 лезную осевую нагрузку.

В процессе эксплуатации геометрическое скольжение, обусловленное внеполюс- ностью контакта в точке К2 либо КВ, неизбежно приводит к износу и образова0 нию зазора в рабочей контактной зоне. Однако в отличие от прототипа упор. создаваемый обкатываемыми цилиндрическими поверхностями (линия Кго либо Кво), препятствует отжиму в пределах указанного

5 зазора гайки 5 от винта 7 под действием нормальны/, и фрикционных сил. возникающих в контактной зоне -при воздействии внешней осевой нагрузки. Т.е. при наличии упора рабочий контакт обеспечивается при первоначальных значениях эксцентриситета и радиусов контактных точек, работа передачи происходит с постоянным передаточным отношением. Так как при обжатии создающих упор цилиндрических поверхностейi по линии Кго либо Квр имеет место толь- ко трение качения без скольжения (полюсный контакт), а в качестве материалов винта и гайки в несоосных винтовых передачах используются закаленные стали со значительной поверхностной твердо- стью, то износ при обкатке пренебрежимо мал даже по сравнению с износом в рабочей контактной зоне, т.е. упор сохраняется при наработке, значительно превышающей ресурс элементов передачи. При выборе меж- ду исходной разностью между радиусами впадин резьбы гайки Rr1 и вершин резьбы винта RB или радиусами вершин резьбы гайки Rr и впадин резьбы винта RB и эксцентриситетом, необходимым для реализации контакта соответственно на радиусе вершин резьбы гайки или винта нужно иметь . ввиду следующее. Допустимый зазор в рабочей контактной зоне ограничен сверху величиной перемещения винта за один оборот корпуса - водила. Если зазор равен или больше величины перемещения, что при вращении корпуса - водила 3 винт 7 не совершает требуемого осевого перемеще

Формулаизобретения

Эксцентричная винтовая передача, содержащая корпус, размещенную в нем с возможностью фиксированного поворота втулку с выполненным в ней эксцентричным отверстием, размещенную в нем с возможностью вращения гайку и размещенный в корпусе с возможностью осевого перемещения и взаимодействующий с гайкой винт, ось которого параллельна оси гайки, а резьба выполнена с шагом, равным шагу гайки, точки контакта расположены на внутреннем диаметре резьбы гайки при соотношении углов профилей резьбы гайки и винта Ог + 10° % 180°, или на наружном диаметре резьбы винта при соотношении углов профилей резьбы и гайки Оъ + W° Ог 180°,

ния. В соответствии с этим указанное соотношение необходимо выбирать таким образом, чтобы первоначальный зазор в рабочей контактной зоне был минимальным (0,05 - 0,01 мм). Увеличение зазора при абразивном износе вплоть до верхнего предела не изменяет кинематических характеристик передачи, при этом только возрастает холостой поворот корпуса - водила в пределах первого оборота.

Заявляемые эксцентричные винтовые передачи целесообразно применять в качестве передаточных механизмов в линейном несиловом электромеханическом приводе при повышенных требованиях к постоянству величины передаточного отношения. Значительные усилия (свыше 10 кН) обуславливают повышенный износ в рабочей контактной зоне, зазор достигает критической величины при наработках меньших, чем требуется в соответствии с общемашиностроительными нормами. Работа заявляемой передачи в кинематических приводах при уровне усилий до 10 кН сопровождается незначительным износом при высокой степени постоянства передаточного отношения, наработка на отказ эксцентричной винтовой пары не лимитирует долговеч: ность привода з целом.

где огв - угол профиля резьбы винта ;«г - угол профиля резьбы гайхи, отличающая- с я тем, что, с целью повышения надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношения, разность X между радиусами впадин (вершин) резьбы гайки и вершин (впадин) резьбы винта выбрана из условия...

..Х- Е-х,

где Е - величина эксцентриситета между осями гайки и винта;

И - осевое перемещение винта за один оборот корпуса.

А

-м с

I т т

Я-R

Изобретение относится к общему машиностроение, в частности к несиловым передаточным механизмам, и может быть использовано для преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Цель изобретения - повышение надежности передачи путем стабилизации величины передаточного отношения. В направляющих 1 установлен с возможностью вращения корпус-водйло 3, в эксцентричной расточке которого размещена втулка 4 с эксцентричным .отверстием. Гайка 5 установлена во втулке 4 и предназначена для взаимодействия с винтом 7. Резьба винта 7 выполнена с шагом, равным шагу гайки 5. Разность X между радиусами впадин (вершин) резьбы гайки 5 и вершин (впадин) резьбы винта 7 выбирают из условия X Е - х, где Е - величина эксцентриситета между осями гайки 5 и винта 7,0 х И. И.-осейое перемещение винта за один оборот корпуса 3,5 ил. .