Роликовинтовой планетарный механизм

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к деталям машин - механическим передачам типа винт-гайка, и может быть использована для точного преобразования вращательного движения в поступательное, например, для особо точных станков с ЧПУ (числовое программное управление) для лезвийной и алмазно-абразивной обработки с высокой продукционной производительностью скоростными методами обработки и ультрапрецизионной точности на финишных операциях пятисторонней и контурной обработки методами микрорезания и тонкого шлифования деталей наукоемких машин и приборов, а именно обеспечению траектории поступательного координатного движения в процессе формообразования с ультрапрецизионной точностью измеряемой сотнями нанометров.

Техническим результатом заявленного технического решения является создание и разработка конструкции роликовинтового планетарного механизма, отвечающего техническим характеристикам устройства по назначению: работоспособности конструкции и обеспечению точности, плавности и конструктивной жесткости.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является улучшение условий базирования зубчатого венца опорной гайки при установке его в цилиндрической полости опорной полугайки с развитой цилиндрической поверхностью по длине, осуществление принципа базирования сепаратора по поверхности цапфы винта и ее торцом, выполнение условий контактного взаимодействия при свинчивании витков резьбовых сопряжении роликов с ходовыми полугайками, обеспечение условий неголономности во внутренних связях контактного взаимодействия витков резьб в сопряжении винта, роликов и полугаек, для обеспечения непрерывности и устойчивости планетарного движения роликов относительно полугаек и винта, что определяет работоспособность роликовинтового планетарного механизма.

Технические решения в предлагаемом устройстве направленны на совершенствование конструктивной схемы контактного взаимодействия витков резьбовых сопряжении роликов с полугайками, на обеспечение принципов базирования сепаратора и зубчатого венца опорной гайки в подвижных и неподвижных сопряжениях, позволяют решить поставленную техническую задачу и получить повышение технических характеристик роликовинтового планетарного механизма по назначению: работоспособности конструкции и обеспечению точности, плавности и конструктивной жесткости.

Полезная модель относится к области машиностроения, а именно к деталям машин - механическим передачам типа винт-гайка, и может быть использована для точного преобразования вращательного движения в поступательное, например, для особо точных станков с ЧПУ (числовое программное управление) для лезвийной и алмазно-абразивной обработки с высокой продукционной производительностью скоростными методами обработки и ультрапрецизионной точности на финишных операциях пятисторонней и контурной обработки методами микрорезания и тонкого шлифования деталей наукоемких машин и приборов, а именно обеспечению траектории поступательного координатного движения в процессе формообразования с ультрапрецизионной точностью измеряемой сотнями нанометров.

Из уровня техники известна планетарная винтовая передача качения (А.с. СССР 739289, кл. F16H 1/34, 05.06.1980), содержащая коронное колесо, центральный ролик с винтовой нарезкой и зубчатыми венцами на его концах, ролики-саттелиты, имеющие винтовую нарезку, угол подъема которой равен по величине и противоположен по направлению углу подъема винтовой нарезки на центральном ролике, зубчатые венцы на роликах-саттелитах взаимодействуют с зубчатыми венцами на центральном ролике и коронном колесе, две опорные гайки имеют резьбу, угол подъема которой равен по величине углу подъема винтовой нарезки роликов-сателлитов, ходовую гайку, угол подъема резьбы которой отличен от угла подъема винтовой нарезки роликов-сателлитов.

Приведенное в устройстве техническое решение по базированию коронного колеса в рассматриваемой конструкции, выполнено по наружной цилиндрической поверхности коронного колеса, высота которого равна высоте внутреннего зубчатого венца.

Соотношение конструктивных размеров базовых поверхностей в данной конструкции не обеспечивает установку и центрирование деталей класса втулок - коронного колеса в соответствии с кинематической точностью внутреннего зубчатого зацепления по критерию плавности работы.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является планетарная передача винт-гайка с длинными резьбовыми роликами (патент 2292502, кл. F16H 1/34, F16H 25/22, опубл. 27.01.2007), содержащая винт, выполненный с опорным и ходовым резьбовыми участками и зубчатыми венцами на его концах, контактирующие с винтом ролики, выполненные с опорным и ходовым резьбовыми участками и зубчатыми венцами на их концах, опорные и ходовые резьбовые участки винта и роликов взаимодействующие между собой, опорную и ходовую гайки, выполненные из двух полугаек, зубчатый венец опорной гайки, сепаратор.

Обоснование выбора прототипа обусловлено совокупностью конструктивно-компоновочных признаков основных частей планетарной передачи винт-гайка с длинными резьбовыми роликами, оказывающих существенное влияние на основные технические характеристики устройства по назначению: точности, плавности и жесткости.

Указанное в прототипе техническое решение по базированию сепаратора в подвижном соединении винта и ролика, а также соотношение конструктивных размеров базовых поверхностей и их выполнение по общемашиностроительным требованиям геометрической точности не позволяет выполнить установку сепаратора с обеспечением требований по работоспособности подвижных соединений, участвующих во вращательном и планетарном движениях без условий заклинивания, что предопределяет причину неравномерности действия реакций связи подвижного соединения за цикл работы устройства (преобразование вращательного движения за один оборот винта в поступательное движение гайки), а, следовательно, и неплавное поступательное движения гайки. Также, в данном механизме не выполняется необходимое требование сборки, условие навинчивания ходовых полугаек на ролики, расположенные в определенных угловых положениях относительно оси винта, ориентируемых сепаратором.

Кроме того, недостатком данного технического решения является неравномерность распределения силового потока во внутренних связях роликов с гайкой и винтом, за счет ограничения базовой длины линейной образующей цилиндра при резьбовом сопряжении цилиндрических поверхностей полугаек и роликов, определяющей качество их взаимодействия, что оказывает влияние на конструктивную жесткость и плавность работы механизма.

Техническим результатом заявленного технического решения является создание и разработка конструкции роликовинтового планетарного механизма, отвечающего техническим характеристикам устройства по назначению: работоспособности конструкции и обеспечению точности, плавности и конструктивной жесткости.

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является улучшение условий базирования зубчатого венца опорной гайки при установке его в цилиндрической полости опорной полугайки с развитой цилиндрической поверхностью по длине, осуществление принципа базирования сепаратора по поверхности цапфы винта и ее торца, выполнение условий контактного взаимодействия при свинчивании витков резьбовых сопряжении роликов с ходовыми полугайками, обеспечение условий неголономности во внутренних связях контактного взаимодействия витков резьб в сопряжении винта, роликов и полугаек, для обеспечения непрерывности и устойчивости планетарного движения роликов относительно полугаек и винта, что определяет работоспособность роликовинтового планетарного механизма.

Технический результат, соответствующий решаемой технической задаче, достигается за счет того, что роликовинтовой планетарный механизм, содержащий винт, выполненный с опорным и ходовым резьбовыми участками и зубчатыми венцами на его концах, контактирующие с винтом ролики, выполненные с опорным и ходовым резьбовыми участками и зубчатыми венцами на их концах, опорные и ходовые резьбовые участки винта и роликов взаимодействующие между собой, опорную и ходовую гайки, выполненные из двух полугаек, зубчатый венец опорной гайки, сепаратор, зубчатый венец опорной гайки наружной цилиндрической поверхностью установлен в радиальном направлении по длине в цилиндрической полости опорной полугайки, расположенной ассиметрично относительно его внутреннего зубчатого венца, ограниченного внутренней кольцевой полостью со стороны торца взаимодействующего с торцом цилиндрической полости опорной полугайки, сепаратор с винтом образует соединение цилиндрического шарнира с зазором, включающего в себя цапфу винта и ступицу сепаратора, осевое положение торца диска сепаратора определено торцом цапфы, а осевая фиксация торца ступицы сепаратора обеспечена упорной поверхностью стопорного кольца, при этом наружная цилиндрическая поверхность диска сепаратора образует с внутренними цилиндрическими поверхностями ходовых полугаек зазор, длины резьбовых участков опорной и ходовой полугаек равны, а их величины определены начальным диаметром внутренней резьбовой поверхности полугаек.

Центрирование зубчатого венца опорной гайки с асимметричным расположением внутреннего зубчатого венца относительно наружной цилиндрической базовой поверхности в радиальном направлении по длине в цилиндрической полости опорной полугайки, обеспечивает повышение плавности работы механизма, за счет снижения биения зубчатого венца и повышения регулярности пятна контакта вдоль линии зуба между зубчатыми венцами роликов, расположенными на их концах со стороны опорной полугайки, и его внутренним зубчатым венцом.

Сложное движение роликов, в процессе преобразования движения роликовинтовым планетарным механизмом, за счет внутренних реакций связей создает неустойчивое положение сепаратора, как в радиальном, так и в осевом направлениях, кроме того, возникающие реакции при фиксировании сепаратором углового положения роликов относительно оси винта, приводит к увеличению величины этих реакций, что способствует возникновению тормозного эффекта между сепаратором и цапфами винта и роликов, что существенно влияет на плавность работы механизма. Обеспечение принципа базирования сепаратора с винтом с образованием цилиндрического шарнира с зазором, включающего в себя цапфу винта и ступицу сепаратора, и осевое базирование торца его диска с торцом цапфы, с осевой фиксацией торца ступицы упорной поверхностью стопорного кольца, позволяет снизить величину и неравномерность тормозного момента, что приводит к повышению плавности работы роликовинтового планетарного механизма.

Одним из требований сборки роликовинтового планетарного механизма, осуществляемого методом навинчивания витков резьб ходовых полугаек на витки резьбы роликов, равнорасположенных относительно друг друга в радиальных секторах кольцевого пространства ограниченного винтом и полугайками, является условие наличия зазора между диаметральной внутренней резьбовой поверхностью полугаек и наружным диаметром диска сепаратора.

Условие работоспособности конструкции зависит от трансформации силового потока во внутренних связях роликов с гайкой и винтом по принципам компаундного и многопарного распределения. Данная особенность резьбового сопряжения витков резьб гайки и роликов требует выполнение установки полугаек, как класса втулок, с образованием сопряжения цилиндрических резьбовых поверхностей полугайки и роликов по образующей линии имитирующей многопарность точечного сопряжения витков резьб по длине, которая при внешнем и внутреннем контактном взаимодействии витков резьбового сопряжения определяет качество распределения реакций связи, при этом их локальность распределения и тангенциальная подвижность в направлении планетарного движения роликов ограниченная неголономной связью витков резьб сопряжения, что способствует к первоначальному саморегулированию установки при сборке роликов между собой и с последующей самоорганизацией их в равновесном состоянии в рабочем процессе преобразования движения в механизме. По этому, качество установки полугаек по линии многопарного контакта обеспечивается развитием внутренней резьбовой цилиндрической поверхности в осевом направлении до размера равного диаметру начального цилиндра внутренней резьбовой поверхности, что способствует более равномерному распределению реакций связи витков резьбовых сопряжении, как по длине роликов, так и между собой, способствующих удовлетворению условий устойчивости равновесного состояние реакций внутренних связей.

Заявленный роликовинтовой планетарный механизм поясняется графическими иллюстрациями, где:

на фиг.1 представлена общая компоновочная схема роликовинтового планетарного механизма, вид спереди с разрезом;

на фиг.2 приведен увеличенный фрагмент базирования сепаратора.

Роликовинтовой планетарный механизм состоит из винта 1, роликов 2, опорной гайки, выполненной из полугаек 3 и 4, ходовой гайки, выполненной из полугаек 5 и 6, зубчатого венца опорной гайки 7, сепаратора 8 и стопорного кольца 9.

Работа роликовинтового планетарного механизма осуществляется следующим образом.

При вращении винта 1, ролики 2 обкатываясь по винту, опорной и ходовой гайкам, совершают сложное планетарное движение. При сложном движении роликов, опорная гайка остается неподвижной, а ходовая гайка осуществляет осевое перемещение. Сепаратор определяет угловое положение роликов относительно оси винта, а зубчатый венец опорной гайки 7, находясь в сопряжение с зубчатыми венцами роликов, препятствуют нарушению их взаимного углового расположения.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, позволяет повысить качество по параметрам плавность работы, конструктивную жесткости и работоспособности роликовинтового планетарного механизма, за счет того, что зубчатый венец опорной гайки наружной цилиндрической поверхностью установлен в радиальном направлении по длине в цилиндрической полости опорной полугайки, расположенной ассиметрично относительно его внутреннего зубчатого венца, ограниченного внутренней кольцевой полостью со стороны торца, взаимодействующего с торцом цилиндрической полости опорной полугайки, сепаратор с винтом образует соединение цилиндрического шарнира с зазором, включающего в себя цапфу винта и ступицу сепаратора, осевое положение торца диска сепаратора определено торцом цапфы, а осевая фиксация торца ступицы сепаратора обеспечена упорной поверхностью стопорного кольца, при этом наружная цилиндрическая поверхность диска сепаратора образует с внутренними цилиндрическими поверхностями ходовых полугаек зазор, длины резьбовых участков опорной и ходовой полугаек равны, а их величины определены начальным диаметром внутренней резьбовой поверхности полугаек.

Описанный выше технический результат позволяет в своей совокупности использовать роликовинтовой механизм для точного преобразования вращательного движения в поступательное, например, для особо точных станков с ЧПУ (числовое программное управление) для лезвийной и алмазно-абразивной обработки с высокой продукционной производительностью скоростными методами обработки и ультрапрецизионной точности на финишных операциях пятисторонней и контурной обработки методами микрорезания и тонкого шлифования деталей наукоемких машин и приборов, а именно обеспечению траектории поступательного координатного движения в процессе формообразования с ультрапрецизионной точностью измеряемой сотнями нанометров.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического технического результата.

Свойства, регламентированные в заявленном устройстве отдельными признаками, не описанными в материалах заявки, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:

- устройство, воплощающее заявленное техническое решение, при его осуществлении, обеспечивает преобразования вращательного движения в поступательное с выполнением требований по работоспособности конструкции устройства с высокими характеристиками по точности, плавности работы и конструктивной жесткости в приводах, как динамическое звено следящего привода;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;

- устройство воплощающие заявленное техническое решение, при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, описанного в материалах заявки.

Исходя из изложенного, заявленный объект, по мнению заявителя, соответствует требованиям условия патентоспособности: «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Роликовинтовой планетарный механизм, содержащий винт, выполненный с опорным и ходовым резьбовыми участками и зубчатыми венцами на его концах, контактирующие с винтом ролики, выполненные с опорным и ходовым резьбовыми участками и зубчатыми венцами на их концах, опорные и ходовые - резьбовые участки винта и роликов взаимодействующие между собой, опорную и ходовую гайки, выполненные из двух полугаек, зубчатый венец опорной гайки, сепаратор, отличающийся тем, что зубчатый венец опорной гайки наружной цилиндрической поверхностью установлен в радиальном направлении по длине в цилиндрической полости опорной полугайки, расположенной ассиметрично относительно его внутреннего зубчатого венца, ограниченного внутренней кольцевой полостью со стороны торца, взаимодействующего с торцом цилиндрической полости опорной полугайки, сепаратор с винтом образует соединение цилиндрического шарнира с зазором, включающего в себя цапфу винта и ступицу сепаратора, осевое положение торца диска сепаратора определено торцом цапфы, а осевая фиксация торца ступицы сепаратора обеспечена упорной поверхностью стопорного кольца, при этом наружная цилиндрическая поверхность диска сепаратора образует с внутренними цилиндрическими поверхностями ходовых полугаек зазор, длины резьбовых участков опорной и ходовой полугаек равны, а их величины определены начальным диаметром внутренней резьбовой поверхности полугаек.