авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

Д.С. Блинов

ПЛАНЕТАРНЫЕ

РОЛИКОВИНТОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Конструкции, методы расчетов

Под редакцией д-ра техн.

наук, проф. О.А. Ряховского

Москва

МГТУ им. Н.Э. Баумана

2006

2

УДК 621.833

ББК 34.443

Б694

Блинов Д.С.

Б694 Планетарные роликовинтовые механизмы. Конструкции, методы расчетов / Под

ред. проф. О.А. Ряховского. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 222 с: ил.

ISBN 5–7038–2979–8 Работа посвящена перспективным преобразователям вращательного движения в поступательное – планетарным роликовинтовым механизмам (ПРВМ). Рассмотрены известные конструкции ПРВМ, их основные характеристики, достоинства и недостатки. Разработаны новые способы компенсации зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ и конструкции механизмов, которые запатентованы и могут найти рациональные области применения. Выполнен анализ основных особенностей ПРВМ. Важнейшей из них является наличие многочисленных избыточных связей при нагружении деталей механизма, вследствие чего раскрытие статической неопределимости этих механизмов – ключевая задача для их теоретических исследований. Разработаны пространственная физическая и математическая модели ПРВМ и методы раскрытия их статической неопределимости. По результатам расчетов предложена статистико-вероятностная модель нагружения ПРВМ, наглядно отображающая влияние на нагрузку сопрягаемых витков деталей механизма его основных параметров, которую можно использовать для анализа ПРВМ с различными исходными параметрами и погрешностями изготовления, а также для расчетов и исследований.

Для инженеров и научных работников, занимающихся расчетами и проектированием деталей, узлов и механизмов машин.

УДК 621. ББК 34. ISBN 5–7038–2979–8 Д.С.Блинов С ОГЛАВЛЕНИЕ Стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................... 1. СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МЕХА НИЗМОВ, ПРЕОБРАЗУЮЩИХ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ........................................... 1.1. Обзор механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное движение.

...................................... 1.1.1. Обзор винтовых механизмов............................... 1.1.2. Сравнительный анализ шариковинтовых механизмов и планетарных роликовинтовых механизмов........................ 1.1.3. Обзор конструкций ПРВМ................................ 1.2. Основные тенденции развития современных механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное........... 1.3. Выводы................................................... 2. РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ............................ 2.1. К вопросу о необходимости расширения гаммы конструкций ПРВМ............................................. 2.2. Разработка новых способов компенсации осевых зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ..................................... 2.2.1. Способ компенсации зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ за счет деформирования в радиальном направлении гибкой гайки...... 2.2.2. Способ компенсации зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ за счет специальной установки роликов между винтом и гайкой........ 2.3. Разработка новой конструкции сепаратора ПРВМ................. 2.4. Разработка способа и конструкций ПРВМ, позволяющих сочетать высокую точность с высоким КПД................................. 2.4.1. Разработка способа, позволяющего сочетать Стр.

высокую точность с высоким КПД................................. 2.4.2. Разработка конструкций ПРВМ, позволяющих сочетать высокую точность с высоким КПД................................ 2.5. Разработка конструкций ПРВМ с модифицированной резьбой деталей механизмов............................................ 2.6. Выводы................................................... 3. ОСОБЕННОСТИ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ............................................... 3.1. Основные конструктивные особенности ПРВМ.................. 3.2. Технологическая особенность ПРВМ (9-я особенность)........... 3.3. Выводы................................................... 4. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ............ 4.1. Конструкции и основные геометрические параметры опытных образцов ПРВМ............................................... 4.2. Измерения линейных и диаметральных размеров деталей ПРВМ... 4.3. Измерения резьбовых поверхностей деталей ПРВМ и обработка полученных результатов........................................ 4.3.1. Выбор измерительного устройства, методика измерений и обработка полученных результатов............................... 4.3.2. Результаты измерений резьбовых поверхностей деталей ПРВМ, имеющих треугольный профиль витков, и их анализ................. 4.3.3. Эффект бракованных витков резьбы винта ПРВМ.............. 4.3.4. Результаты измерений резьбовых поверхностей роликов ПРВМ, имеющих выпуклый профиль витков, и их анализ................... 4.4. Результаты измерений резьбовых поверхностей роликов ПРВМ, проработавших в составе сварочного робота половину ресурса, и их анализ.................................................... Стр.

4.5. Измерения шероховатостей рабочих поверхностей резьбы деталей ПРВМ................................................. 4.6. Выводы................................................... 5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ВЫБОРА ПЛАНЕТАРНОГО РОЛИКО ВИНТОВОГО МЕХАНИЗМА, РАЗРАБОТАННАЯ ФИРМОЙ SKF..... 6. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ................................................ 6.1. Причины неравенства реального и номинального значений межосевого расстояния ПРВМ..................................... 6.2. Уравнение для определения реального значения межосевого расстояния ПРВМ............................................... 6.3. Метод расчета приращения aW межосевого расстояния, учитывающего неравенство углов подъема резьбы винта и ролика....... 6.4. Метод расчета приращения aW,ВР межосевого расстояния, учитывающего погрешности изготовления резьбы винта и ролика...... 6.5. Выводы................................................... 7. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСКРЫТИЯ МНОГОКРАТНОЙ СТАТИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛИМОСТИ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ........................... 7.1. Состояние вопроса.......................................... 7.2. Постановка задачи........................................... 7.3. Определение начального положения гайки на оси винта для ПРВМ с цельной гайкой......................................... 7.4. Определение конечного положения гайки на оси винта для ПРВМ с цельной гайкой........................................ 7.5. Разработка физической и математической моделей ПРВМ с Стр.

цельной гайкой и методов раскрытия многократной статической неопределимости этих механизмов................................ 7.5.1. Разработка пространственной физической модели и математической модели ПРВМ с цельной гайкой.................... 7.5.2. Развитие задачи И.Я.Штаермана о контакте цилиндра с внутренней цилиндрической поверхностью в безграничном теле................. 7.5.3. Разработка методов раскрытия многократной статической неопределимости ПРВМ с цельной гайкой.......................... 7.5.4. Учет перераспределения нагрузки между сопрягаемыми витками деталей ПРВМ из-за опрокидывающего момента на роликах........... 7.5.5. Основные результаты расчета механизма, параметры которого соответствуют параметрам опытного образца ПРВМ.......... 7.5.6. Статистико-вероятностная модель нагружения деталей ПРВМ..... 7.6. Выводы................................................... ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.............................................. ЛИТЕРАТУРА.................................................. ВВЕДЕНИЕ В настоящее время от изделий машиностроения требуется повышение точности, расширение выполняемых функций и интенсификация работы, то есть повышение производительности, быстроходности, и других показателей.

Отсюда изделия (машины, механизмы и т.д.) модернизируются, в их состав вводятся новые детали и узлы, совершенствуется технология изготовления деталей машин, для их изготовления применяются новые материалы и так далее [1]. Морально устаревшие изделия заменяются принципиально новыми, которые, как правило, конструктивно сложнее прежних изделий, а также разрабатываются изделия, не имеющие аналогов в практике машиностроения.

При этом по-прежнему важнейшими задачами машиностроения является повышение надежности и долговечности машин, их экономичности в работе, снижение себестоимости изготовления машин и так далее [2 – 4]. Решение указанных задач усложняется в связи с тем, что изделия становятся более наукоемкими, а их эксплуатационные и качественные показатели более высокими. Исследования таких изделий, зачастую, невозможно без использования статистических методов, математического моделирования, разработки программного обеспечения для вычислительной техники, ее применения и так далее [5].

Механизмы, преобразующие вращательное движение двигателя в поступательное движение исполнительного механизма, очень широко применяются в самых различных отраслях машиностроения и приборостроения. В настоящее время наиболее перспективными среди механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное, являются планетарные роликовинтовые механизмы (ПРВМ), исследованию которых посвящена данная работа. Примером надежности и высокого технического уровня ПРВМ является их успешное применение в приводах управления двигателями сверхзвуковых пассажирских лайнеров «Конкорд».

Для поддержания оптимального режима работы четырех турбореактивных двигателей Rolls-Royce Olympus, количество поступающего в них воздуха в зависимости от условий полета должно непрерывно регулироваться с помощью специального электромеханического привода. Список требований к электромеханическому приводу включал статическую нагрузку в 25 тонн, полетный ресурс 45000 летных часов, окружающие температуры от –60° до +145°С, а также широкий спектр внешних вибраций и ряд других условий эксплуатации. В качестве исполнительного механизма привода были выбраны ПРВМ и известные ШВП. Ресурсные испытания в атмосфере с пылью, песком и брызгами соленой воды выдержали только ПРВМ. Многие из ПРВМ отслужили без отказов на двигателях «Конкордов» по 15000 летных часов.

ПРВМ являются наукоемкими изделиями со сложной конструкцией, имеющей многочисленные особенности, и кинематикой. Технология изготовления деталей ПРВМ, сборка и наладка этих механизмов также имеют свои особенности. Основные детали механизма пространственно нагружены рабочей осевой силой, которая передается с винта на ролики, а затем с роликов на гайку через несколько сотен сопрягаемых витков резьбы этих деталей.

Таким образом, для ПРВМ характерно большое количество избыточных связей. При этом количество избыточных связей переменно и зависит от величины осевой силы, типоразмера ПРВМ и точности изготовления резьбовых деталей механизма. При работе механизма гайка перемещается вдоль оси винта, и в контакт постоянно вступают новые площадки на резьбовых поверхностях деталей ПРВМ. Это приводит к постоянному перераспределению рабочей осевой силы между сопрягаемыми витками.

Количество избыточных связей переменно и так велико, что требуется разработать качественно новый подход для исследований таких механизмов.

Эти исследования можно осуществить только с помощью ЭВМ и машинного анализа, который становится средством изучения явлений, расширяя разделы математики [6].

Литературы, посвященной теоретическим и экспериментальным исследованиям ПРВМ, а также расчетам этих механизмов и методикам их конструирования, явно недостаточно. Несколько зарубежных фирм, которые освоили производство ПРВМ, выпускают только рекламные проспекты, предлагающие покупать у них эти механизмы.

В России только на одном заводе – АвтоВАЗе серийно изготавливают ПРВМ на закупленном у западной фирмы по лицензии оборудовании, а также имеет место изготовление ПРВМ в условиях единичного производства, в результате чего конструкции получаются менее качественными и дорогостоящими.

Следует отметить, что в конце 80-х годов прошлого века, в СССР, понимая перспективность ПРВМ, планировалось создать в городе Владимире специальный научно-технический центр по изучению ПРВМ. Однако по известным причинам данный центр не был создан.

Указанные выше, причины привели к тому, что за самостоятельное освоение перспективных конструкций ПРВМ не берется ни одно предприятие в России. Поэтому наша страна к настоящему времени в данном вопросе существенно отстала от западных стран, которые производят ПРВМ и оснащают ими высокотехнологичные изделия, в которых ранее использовались другие механизмы для преобразования вращательного движения в поступательное.

Отсюда разработка принципиально нового подхода к изучению ПРВМ, их всесторонние исследования на базе этого подхода и разработка новых патентно-чистых конструкций таких механизмов, обладающих новыми свойствами и новыми сочетаниями свойств, является актуальной проблемой.

1. СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ МЕХАНИЗМОВ, ПРЕОБРАЗУЮЩИХ ВРАЩАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ В ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ.

Машина состоит из двигателя, исполнительного механизма и, чаще всего, передаточного механизма (механической передачи) [2]. Передаточные механизмы можно условно разделить на две основные группы. К первой группе относятся механизмы, которые передают механическую энергию от двигателя к исполнительному механизму, как правило, с изменением кинематических и силовых параметров. Количество разновидностей таких механизмов велико, они обладают различными свойствами и применяются в зависимости от назначения машины и ее характеристик.

Ко второй группе относятся механизмы, которые, кроме передачи энергии, преобразуют один вид движения в другой. Чаще всего преобразуется вращательное движение в поступательное. В данной работе исследуются именно такие механизмы. Следует отметить, что некоторые конструкции механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное движение, можно использовать для обратного преобразования, потребность в котором значительно реже.

1.1. Обзор механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное движение.

В машиностроении известны различные механизмы, которые преобразуют вращательное движение в поступательное. К ним относятся шарнирно рычажные механизмы, например, кривошипно-ползунный механизм, кулисный механизм с двумя ползунами и другие [2, 7]. Однако эти механизмы имеют специфические, довольно узкие области применения. Кулисный механизм используется, например, в конструкциях строгальных станков. В других областях эти механизмы практически не находят применения из-за того, что они имеют большие габариты и массу, невысокие скорости входного звена, переменную скорость выходного звена, высокие динамические нагрузки, низкую точность перемещения выходного звена (причина - наличие зазоров в шарнирах) и другие недостатки. Поэтому данные механизмы не представляют интереса для предлагаемой работы.

Известны кулачковые механизмы [2, 7]. Эти механизмы также применяются в довольно узких областях, хорошо изучены, имеют целый ряд недостатков, поэтому в данной работе не рассматриваются.

Зубчатые механизмы с реечным зацеплением зубьев [2, 7]. Эти механизмы, как частный случай зубчатых цилиндрических передач, хорошо изучены, но не находят широкого применения из-за низкой кинематической точности, сложности конструкции передачи в целом, технологических сложностей при изготовлении рейки (особенно, если требуется высокая твердость материала рейки) и т.д. Отсюда эти механизмы также не будем рассматривать.

Фрикционные механизмы [2], передающие нагрузку за счет сил трения, имеют целый ряд недостатков. Поэтому область использования этих механизмов в настоящее время ограничена, так же как и их возможности, и они не представляют интереса для данной работы.

В изделиях машиностроения для преобразования вращательного движения в поступательное преобладают винтовые механизмы, имеющие целый ряд конструктивных разновидностей и обладающие многими достоинствами [8].

Отсюда следует, что количество конструкций механизмов для преобразования вращательного движения в поступательное невелико, и большинство из них имеет специфические области применения. Для настоящей работы интерес представляют винтовые механизмы.

1.1.1. Обзор винтовых механизмов.

Винтовые механизмы имеют несколько конструктивных разновидностей, большинство из которых может иметь различные исполнения. Рассмотрим известные конструкции винтовых механизмов и определим их место в соответствии с разработанным классификатором (рис. 1.1).

В зависимости от назначения исполнительного механизма одна и та же конструкция передаточного, винтового механизма может быть кинематической или силовой, см. рис. 1.1. В первом случае передаваемая через винтовой механизм нагрузка пренебрежимо мала, и его выходное звено должно обеспечивать только требуемые для исполнительного механизма кинематические параметры. Отсюда важнейшим критерием работоспособности таких механизмов будет точность, а такие критерии, как прочность, жесткость и так далее не актуальны [8]. Для силовых винтовых механизмов важнейшими критериями работоспособности являются прочность, жесткость, износостойкость, а также другие критерии в зависимости от назначения, рабочих характеристик и условий эксплуатации исполнительного механизма и машины в целом. Поэтому при обзоре винтовых механизмов, не будем дополнительно оговаривать к каким (кинематическим или силовым) механизмам относится рассматриваемая конструкция.

Сначала рассмотрим конструкции, которые относятся к соосным винтовым механизмам, см. рис. 1.1.

Винтовую пару винт-гайка, в которой реализуется трение скольжение, человечество освоило первой и успешно применяло в своей деятельности многие столетия [2, 7, 8]. Эту винтовую пару применяют во многих областях и в настоящее время, так как она обладает многими неоспоримыми преимуществами, к которым относятся:

– простота конструкции (винтовая пара состоит всего из двух деталей:

винта 1 и гайки 2, см. рис. 1.2);

– высокая нагрузочная способность при малых габаритах;

– большой выигрыш в силе;

– возможность получения медленного, плавного движения гайки;

– возможность получения точного перемещения гайки;

– наличие отлаженной технологии, оборудования, оснастки и инструмента для изготовления винта и гайки.

Рис. 1.2 Винтовая пара винт-гайка.

Однако, основной недостаток винтовой пары – высокая скорость относительного движения (скорость скольжения) приводит к:

– большим потерям на трение и низкому КПД;

– невозможности применения при высоких скоростях выходного звена;

– необходимости использования дорогостоящих материалов для изготовления гаек;

– быстрому износу и, следовательно, к нестабильности эксплуатационных параметров передачи;

– необходимости подвода смазки в место взаимодействия витков винта с витками гайки и удержания ее в этом месте;

– негативным температурным явлениям.

Кроме того, винтовая пара, показанная на рис. 1.2, из-за наличия радиальных зазоров (люфта) между витками резьбы гайки и винта не обеспечивает высокую точность перемещения гайки. Для повышения кинематической точности необходимо компенсировать указанные выше зазоры, для чего используют конструкции специальных гаек. В первой конструкции [2, 9] гайку выполняют сборной, состоящей из двух частей (полугаек), которые при сборке и регулировке винтовой пары сближают в осевом направлении и далее жестко фиксируют, см. рис. 1.3. Вторая конструкция [10] отличается от предыдущей тем, что после сближения полугаек между ними устанавливают упругие элементы (пружины), см.

рис 1.4. В третьей конструкции [10] цельную гайку с одной стороны разрезают вдоль осевой плоскости и затем стягивают винтами, см. рис. 1.5. Возможны и другие конструкции, обеспечивающие компенсацию радиальных зазоров между витками резьбы гайки и винта.

Как отмечалось выше, в винтовой паре винт-гайка при работе реализуется трение скольжение, которое приводит к низкому КПД и другим негативным явлениям. Для устранения этого основного недостатка указанных механизмов разрабатываются новые конструкции винтовых механизмов, которые условно можно разделить на два подкласса.

В конструкциях винтовых механизмов первого подкласса по аналогии с подшипниками скольжения потери на трение снижаются подъемной силой, возникающей за счет давления в смазочном материале, подаваемом насосом в зазоры между резьбой винта и гайки.

В гидростатических винтовых механизмах [2] увеличивают примерно в раза высоту профилей резьбы винта и гайки по отношению к обычной трапецеидальной резьбе и на витках гайки посередине их высоты выполняют проточки (рис. 1.6). Эти проточки соединяют каналами с двумя полостями, в одну из которых подают масло под давлением, а через другую осуществляют отвод масла. В данной конструкции, кроме снижения потерь на трение и отсутствия износа витков винта и гайки, за счет гидравлического натяга компенсируются радиальные зазоры между витками деталей и усредняются ошибки по шагу резьбы винта и гайки. Так как такие механизмы сложны в изготовлении, то они применяются в уникальных изделиях.

В конструкциях винтовых механизмов второго подкласса повышение КПД осуществляется за счет перехода от трения скольжения к трению качения. Для этого в конструкцию механизма вводятся промежуточные детали. Винтовые механизмы второго подкласса дополнительно подразделяются по форме промежуточных деталей, см. рис. 1.1.

Рис. 1.3 Винтовая пара со сборной гайкой, две части (полугайки) которой сближены в осевом направлении и жестко зафиксированы.

Рис. 1.4 Винтовая пара со сборной гайкой, две полугайки которой после сближения в осевом направлении упруго зафиксированы.

Рис. 1.5 Винтовая пара с гайкой, разрезанной по осевой плоскости Рис. 1.6 Гидростатический для выборки зазоров. винтовой механизм.

С 20-х годов прошлого века машиностроительные заводы начали освоение шариковинтовых механизмов (ШВМ), которые к настоящему времени отвоевали у винтовой пары винт-гайка многие ответственные области применения. ШВМ в литературе называют механизмами качения, то есть с известными допущениями считается, что в них реализуется трение качение [2, 10 – 14]. Переход от трения скольжения к трению качения стал возможен за счет введения между гайкой 2 и винтом 1 дополнительных деталей – шаров 4, которые размещаются в винтовых канавках, выполненных на поверхностях винта и гайки, и служащих дорожками качения для шариков, см. рис. 1.7.

Рис. 1.7 Шариковинтовой механизм.

Чаще всего шарики располагаются в гайке, для чего они движутся по замкнутой траектории, возвращаясь в исходное положение по каналу возврата 3. Конструируются механизмы с одной, двумя, но чаще с тремя группами шаров, каждая из которых независимо циркулирует по своей замкнутой траектории. ШВМ подразделяются по форме профиля винтовой канавки (в нормальном к канавке сечении), выполненной на поверхностях винта и гайки.

Профиль винтовых канавок, см. [2, 10], бывает: прямоугольным, треугольным со скруглением в углу, в виде «стрельчатой арки» и полукруглым (рис 1.8).

Рис. 1.8. Профили винтовых канавок винта и гайки ШВП, Прямоугольный профиль, см. рис. 1.8,а, позволяет передавать нагрузку с витка резьбы винта через шар на виток резьбы гайки без возникновения дополнительных, самоуравновешивающихся радиальных проекций суммарного вектора контактной нагрузки, т.е. величина последней будет наименьшей при сравнении с другими профилями. Однако площадь контакта для ШВМ с данным профилем будет также наименьшей, так как при передаче нагрузки реализуется контакт полуплоскость-сфера. Кроме того, для центрирования гайки по винту необходим селективный подбор шариков для каждого механизма. Но главной причиной, по которой ШВМ с прямоугольными профилями практически не применяются, является сложность изготовления таких профилей.

Для ШВМ с треугольным профилем винтовых канавок (см. рис. 1.8,б) требуется селективный подбор шариков для каждого механизма, чтобы каждый шар имел по две точки контакта с винтом и с гайкой, а в механизме в целом создавался бы предварительный натяг. Если сравнить ШВМ с прямоугольным профилем винтовых канавок и ШВМ с треугольным профилем, то контакт шаров с дорожками качения так же мал, а суммарное контактное усилие в последнем механизме больше, так как возникают дополнительные радиальные проекции.

Наибольшее распространение на практике получили ШВМ с полукруглым профилем винтовых канавок, см. рис. 1.8,в. Хотя контакт шара с дорожкой качения такой канавки только в одной точке, этот контакт внутренний и имеет наибольшую площадь по сравнению с контактными площадями при контакте шара с канавками других профилей. Величина контактной силы между шаром и дорожкой качения полукруглого профиля примерно такая же, как если бы профиль был треугольным или в виде «стрельчатой арки». Однако главным достоинством ШВМ с полукруглым профилем винтовых канавок является то, что они имеют самую простую технологию изготовления и сборки по сравнению с ШВМ, имеющими другие профиля винтовых канавок. При этом также требуется селективный подбор шариков для одного механизма для того, чтобы нагрузка равномерно распределялась между телами качения.

Компенсацию зазоров между деталями ШВМ с полукруглым профилем винтовых канавок осуществляют чаще всего путем сближения двух полугаек, между которыми устанавливают жесткое компенсаторное кольцо или набор прокладок, см. рис 1.9, или упругий элемент, также как в конструкциях винтовой пары винт-гайка. Иногда для компенсации указанных зазоров одну полугайку поворачивают относительно другой и фиксируют их новое относительное положение.

Рис. 1.9 Конструкция ШВМ, состоящего из двух полугаек, между которыми установлены регулировочные прокладки.

При дальнейшем развитии профилирования винтовых канавок винта и гайки ШВМ появился профиль в виде «стрельчатой арки», см. рис. 1.8,г.

Трудоемкость изготовления канавок с этим профилем примерно такая же, как и канавок треугольного профиля. Механизмы с этими двумя профилями имеют одни и те же достоинства и недостатки, но различаются по площади пятна контакта. Указанная площадь больше при контакте шара с винтовой канавкой в виде «стрельчатой арки», так как этот контакт внутренний.

Поэтому, если на практике планируется сконструировать ШВМ, в которой предварительный натяг создается за счет селективного подбора шаров, то форму профиля выбирают в виде «стрельчатой арки».

В настоящее время ШВМ серийно производятся рядом зарубежных фирм [15, 16] и отечественными заводами и находят применение.

В 1950 году в США швед по национальности К.В.Страндгрен получил первый патент на соосный роликовинтовой механизм (РВМ), в котором промежуточными деталями являются резьбовые ролики [17]. Так как резьбовые ролики совершают планетарное движение относительно оси винта, то такой механизм называют планетарным роликовинтовым механизмом (ПРВМ). Если размеры деталей ПРВМ выбраны по определенной методике [18], то в таком механизме с определенными допущениями будет реализовываться трение качение. Более десяти лет в США, Франции, Швейцарии, ФРГ и других западных странах проводились исследования этих наукоемких механизмов, а также разрабатывались опытные образцы, которые испытывались и модернизировались. В результате этих исследований был разработан ряд конструкций ПРВМ и получены патенты на них [19 – 21]. И только в начале 60-тых годов ряд западных фирм освоил изготовление ПРВМ.

Конструкция простейшего ПРВМ (рис. 1.10) состоит из многозаходных винта 1 и гайки 4, однозаходных резьбовых роликов 2, шейки которых входят с зазором в отверстия сепараторов 3, расположенных с двух торцов гайки.

Чтобы гайка относительно винта имела одну степень свободы, ролики дополнительно связывают с гайкой с помощью зубчатых зацеплений. Для этого на концах каждого ролика непосредственно по резьбе нарезают наружные зубья, которые зацепляются с внутренними зубьями втулок 5, закрепленных в гайке. Осевое перемещение сепараторов ограничивается с помощью разрезных, пружинных колец 6, см. рис. 1.10.

Рис. 1.10 Планетарный роликовинтовой механизм с цельной гайкой.

При вращении винта гайка, удерживаемая от вращения, вместе с роликами совершает поступательное движение вдоль оси винта. Ролики, кроме того, совершают планетарное движение: вместе с сепараторами ролики вращаются вокруг оси винта;

каждый ролик вращается вокруг собственной оси. В ПРВМ, показанном на рис. 1.10, имеются боковые зазоры между сопрягаемыми витками резьбы его деталей для того, чтобы механизм можно было собрать.

Указанные зазоры существенно снижают осевую жесткость и кинематическую точность данного механизма, поэтому были разработаны конструкции ПРВМ, в которых боковые зазоры выбирают различными способами и создают силу предварительной нагрузки между резьбовыми деталями.

ПРВМ, в которых реализуется трение качение, обладают и другими преимуществами по сравнению с винтовой парой винт-гайка. Поэтому, начиная с пятидесятых годов прошлого века до настоящего времени, разрабатываются новые конструкции ПРВМ, и этими механизмами оснащаются изделия различного назначения.

РВМ подразделяются на ПРВМ, см. выше, и соосные, винтовые механизмы с промежуточными резьбовыми роликами, которые вращаются только вокруг своей оси, то есть не являются планетарными. К таким конструкциям относится, например, РВМ, в котором на винте нарезана резьба, на роликах и гайке - кольцевые нарезки [22]. Гайка установлена с возможностью поворота в корпусе, который при вращении винта перемещается вдоль его оси. Данный механизм по сравнению с ПРВМ, который показан на рис. 1.10, имеет более сложную конструкцию, большие радиальные габариты, меньшую нагрузочную способность и так далее, поэтому практически не применяется.

Были изобретены соосные винтовые механизмы, промежуточными деталями которых являются гладкие ролики. Однако, из-за сложности конструкции и сборки, необходимости изготовления всех деталей механизма с высокой точностью и других причин, такие конструкции не применяются.

Особое место среди соосных винтовых механизмов занимают волновые механизмы, которые применяются для преобразования вращательного движения в очень медленное поступательное движение [2, 9]. Волновой винтовой механизм состоит (рис. 1.11) из генератора волн 1, тонкостенного винта 2 и неподвижной гайки 3. Рабочий участок генератора волн имеет форму эллиптического цилиндра и предназначен для деформирования в радиальном направлении тонкостенного винта, витки резьбы которого в двух локальных зонах зацепляются с витками гайки. При вращении генератора волн винт смещается в осевом направлении. В таких механизмах можно получить осевое перемещение винта равное 0,001…0,01 мм за один оборот генератора волн.

Рис. 1.11 Волновой винтовой механизм.

Возможно другое исполнение механизма, для которого винт изготавливают жестким, а гайку тонкостенной. В этом исполнении гайка охватывается и деформируется генератором волн. Винтовые волновые механизмы применяются для уникальных изделий.

В середине прошлого века появились несоосные винтовые механизмы [9, 23]. Они состоят (рис. 1.12) из винта 1, витки резьбы которого зацепляются с витками гайки 3, установленной в корпусе 4 на подшипниках 2. При этом ось винта не совпадает с осью гайки, а средний диаметр резьбы последней больше среднего диаметра резьбы винта. Если указанные оси неподвижны, а углы подъема резьбы винта и гайки различны, то при вращении винта гайка вращается в подшипниках относительно корпуса и вместе с ним перемещается в осевом направлении.

Рис. 1.12 Несоосный винтовой механизм.

Разработаны различные варианты конструкций несоосных винтовых механизмов, которые описаны в работе [24]. Эти механизмы обладают малой нагрузочной способностью и осевой жесткостью [25]. Кроме того, в них при работе возникает неуравновешенный момент пары сил в резьбовом зацеплении [25], который изгибает винт и дополнительно нагружает подшипники.

Поэтому несоосные винтовые механизмы не получили широкого распространения.

Разработаны винтовые механизмы, в которых нет винта или гайки, см. рис.

1.1. Если рассмотреть винтовой механизм, в котором отсутствует винт [25], то в этом механизме вместо винта используется вал с водилом, на котором с возможностью поворота относительно своей оси установлены резьбовые ролики, сопрягаемые с гайкой-штоком Если рассмотреть винтовой механизм, в котором отсутствует гайка [25, 26], то в этом механизме вместо гайки используется, способный перемещаться только вдоль оси винта, корпус, в котором с возможностью поворота относительно своей оси установлены резьбовые ролики, сопрягаемые с винтом. Эти конструкции редко применяются на практике, так как уступают ПРВМ и ШВМ по многим параметрам, в первую очередь, по нагрузочной способности. Разработаны и другие конструкции безгаечных ПРВМ [27].

Из выполненного обзора конструкций винтовых механизмов следует, что наиболее перспективными конструкциями являются шариковинтовые механизмы и планетарные роликовинтовые механизмы. ШВМ и ПРВМ находят в настоящее время широкое применение.

1.1.2. Сравнительный анализ шариковинтовых механизмов и планетарных роликовинтовых механизмов.

В своих работах [25, 28 – 30] профессор В.В.Козырев много внимания уделил сравнению по различным параметрам ШВМ и ПРВМ.

Нагрузочная способность. Во всех источниках, в которых по нагрузочной способности сравниваются ШВМ и ПРВМ, предпочтение отдается ПРВМ. Это объясняется тем, что рабочая осевая сила в ПРВМ передается через большое количество (несколько сотен) точек контакта – сопрягаемых витков резьбы.

Осевая жесткость. Также во всех источниках, в которых ПРВМ и ШВМ сравниваются по осевой жесткости, предпочтение отдается ПРВМ.

В работе [31] приведены результаты экспериментального исследования статической осевой жесткости ПРВМ и ШВМ, имеющих одинаковые размеры.

В результате получено, что статическая осевая жесткость ПРВМ на 50% выше, чем у ШВМ. Также сообщается, что в отличие от ШВМ, в ПРВМ не обнаруживают заметного ослабления предварительного натяга в начальный период эксплуатации, а, следовательно, снижения осевой жесткости.

В работе [28], используя теоретические зависимости, приведенные в работах [32] и [33], даны расчетные значения осевой жесткости ПРВМ и ШВМ различных конструктивных исполнений и с различными геометрическими параметрами этих механизмов. Анализируя указанные значения, автор статьи делает вывод о том, что при одинаковых диаметрах винтов осевая жесткость ПРВМ с учетом жесткости тела винта, представляющего собой балку, значительно выше осевой жесткости ШВМ. Например, при диаметрах винтов 42 мм, осевой силе 3000 Н и длинах винтов 1000 мм жесткость ПРВМ на 40 -56% выше жесткости ШВМ в зависимости от различных сочетаний числа роликов в ПРВМ и количества шариков в одном витке ШВМ.

Предельная частота вращения винта. Во всех источниках, в которых ПРВМ и ШВМ сравниваются по предельной частоте вращения винта, отмечается, что по указанному параметру ПРВМ превосходят ШВМ. В ряде источников, например в работе [25], говорится, что ШВМ обладают ограниченной быстроходностью, что является недостатком этих механизмов. В этой же работе отмечается, что высокая предельная частота вращения винта ПРВМ по сравнению с ШВМ позволяет повысить производительность машин и оборудования на базе ПРВМ.

В работе [34] сообщается, что по сравнению с ШВМ, ПРВМ допускает трехкратное увеличение частоты вращения.

В работе [35] отмечается, что ПРВМ значительно превосходят ШВМ по быстроходности. Для длительной работы ШВМ допускается частота вращения винта до 1000 – 1200 мин-1, а для длительной работы ПРВМ – 3000 мин-1.

В каталоге АО «АвтоВАЗ» [36] в качестве преимущества ПРВМ говорится о том, что в этих механизмах допускаются для длительной работы окружные скорости винта до 3000 мин-1.

В работах [35, 37] говорится, что для ряда конструкций ПРВМ предельная частота вращения винта может достигать 10000 мин-1. Следовательно, между двигателем и ПРВМ можно не устанавливать редуктор.

КПД. В большинстве работ и каталогов говорится о том, что КПД и ШВМ, и ПРВМ, в которых не выбраны осевые зазоры (без силы преднагрузки), составляет около 90%, например в работе [38]. В работе [39] указано, что КПД ПРВМ с осевыми зазорами между резьбовыми деталями достигает 93%.

Отсюда КПД ПРВМ и ШВМ, в которых нет силы преднагрузки (не выбраны осевые зазоры), можно считать одинаковым.

При выборке осевых зазоров с ростом силы преднагрузки или (и) скорости вращения винта КПД ШВМ по мнению В.В.Козырева, см. работы [25, 35], становится меньше, чем КПД ПРВМ. Он объясняет это различие отсутствием в ШВМ сепараторов, из-за чего шарики в точках контакта имеют разнонаправленные линейные скорости, наличием в ШВМ канала возврата шариков, а также большими по размерам пятнами контакта шариков с резьбовыми канавками.

В работах [40, 41] приводятся результаты экспериментальных исследований момента сил трения в ПРВМ, в котором выбраны осевые зазоры. Значение этого момента имеет среднее значение между моментами сил трения в ШВМ без выборки осевых зазоров и винтовой парой винт-гайка с трапецеидальной резьбой и также без выборки осевых зазоров.

Отсюда можно сделать вывод о том, что КПД ПРВМ и ШВМ как с выборкой осевых зазоров, так и без нее примерно одинаковый.

Надежность и долговечность. Во всех источниках, в которых ПРВМ и ШВМ сравниваются по надежности и долговечности, предпочтение отдается ПРВМ. В работах [40, 41], перечисляя преимущества ПРВМ по сравнению с ШВМ, отмечается способность ПРВМ воспринимать большие нагрузки при повышенной долговечности. Высокая надежность и долговечность ПРВМ достигается за счет преобладания трения качения в сопряжениях витков резьбы винта, роликов и гайки, а также за счет большего количества контактирующих витков резьбы этих деталей.

В каталоге [42] приведен график долговечности ШВМ и ПРВМ в зависимости от осевой рабочей силы. На этом графике долговечность измеряется в суммарном пути гайки под нагрузкой. Из данного графика следует, что при равной нагрузке долговечность ПРВМ примерно в десять раз выше долговечности ШВМ.

Кинематическая точность. В большинстве работ говорится о том, что кинематическая точность ШВМ и ПРВМ одинакова. Так в работах [25, 35] сказано, что если резьбу деталей этих механизмов изготавливать с одинаковой точностью, то по кинематической точности ШВМ и ПРВМ практически не отличаются. При этом отмечается, что плавность работы ШВМ ниже из-за динамических эффектов, возникающих при входе шариков в канал возврата и при выходе из него. В работе [31] также говорится о том, что в ШВМ более неравномерное движение, чем в ПРВМ. Авторы объясняют это эффектами при перекатывании тел качения через каналы возврата в шариковинтовых механизмах.

В ШВМ и ПРВМ, к которым предъявляются высокие требования по кинематической точности и точности закона движения выходного звена, различными способами выбирают осевые зазоры между деталями механизма и создают силу предварительной нагрузки [43, 44]. Опыт эксплуатации ШВМ и ПРВМ в станках с ЧПУ и в других высокоточных машинах и приборах подтверждает их высокую кинематическую точность.

Диапазон варьирования подачи гайки за один оборот винта. В работе [25] сообщается, что диапазон выбора передаточной функции ШВМ узок.

Величины перемещения гаек за один оборот винта зависят, в первую очередь, от диаметра шарика и шага винтовой канавки и, составляя обычно 5, 10, 20 мм, не выходят за границы следующего диапазона 2 … 38 мм [35]. Указанные величины подачи гайки за один оборот винта можно обеспечить и в ПРВМ [44, 45]. Резьбовые детали ПРВМ в отличие от ШВМ можно изготовить с малым шагом резьбы, что позволяет получить малые перемещения гайки за один оборот винта. В работах [40, 41], перечисляя преимущества ПРВМ по сравнению с ШВМ, также говорится о возможности изготовления деталей ПРВМ с малым шагом резьбы, что позволяет получить малые перемещения гайки за один оборот винта. Кроме того, ПРВМ имеют ряд конструктивных исполнений [25, 35], в которых подача гайки за один оборот винта варьируется от нескольких микромиллиметров до десятков миллиметров.

Следовательно, в отличие от ШВМ в ПРВМ диапазон варьирования подачи гайки за один оборот винта очень широкий.

Сборка и эксплуатация. В работе [34] говорится, что ПРВМ отличается простотой монтажа гайки и ухода из-за применения для смазывания пластичных смазок. В ШВМ также используются пластичные смазки, но сложность удержание смазки в ШВМ и сложность защиты внутреннего пространства гайки от загрязнения является недостатком этих механизмов [2, 46].

К достоинствам ПРВМ следует отнести наличие целого ряда конструкций этих механизмов. Для конкретного исполнительного механизма, условий его работы и заданных эксплуатационных параметров можно подобрать или сконструировать наиболее рациональную конструкцию ПРВМ.

В заключении приведем сравнительные характеристики винтовых механизмов из каталога [42], смотри таблицу 1.

Из сравнительного анализа ШВМ и ПРВМ следует, что ПРВМ по большинству основных параметров превосходят ШВМ, а по остальным не уступают последним. Следовательно, на сегодняшний день наиболее перспективными преобразователя вращательного движения в поступательное являются планетарные роликовинтовые механизмы. Данные механизмы имеют различные конструкции и конструктивные исполнения.

1.1.3. Обзор конструкций ПРВМ.

Как отмечалось выше, количество конструкций ПРВМ достаточно велико, но реально на практике используется лишь малая их часть, так как остальные или сложны в изготовлении, или не обеспечивают стабильные характеристики (например, передаточную функцию), или, обладая преимуществом по одному какому-то параметру, проигрывают используемым в машиностроении ПРВМ по остальным параметрам. Поэтому более подробно будем рассматривать только такие конструкции ПРВМ, которые находят применение на практике.

Более полный обзор конструкций ПРВМ дан в работах [25, 35].

ПРВМ, являясь разновидностью винтовых механизмов, подразделяются, см. рис. 1.1, по:

– реализуемому трению на механизмы с трением скольжения, качения или со смешанным трением;

– величине передаваемой осевой силы на силовые и кинематические механизмы;

Таблица 1. Сравнительные характеристики винтовых механизмов.

Винтовой механизм Винтовая пара ШВМ ПРВМ винт-гайка Нагрузочная Высокая Высокая Очень высокая способность Линейная скорость Низкая Средняя Очень высокая гайки Линейное ускорение Низкое Среднее Очень высокое гайки Осевая жесткость Очень высокая Средняя Очень высокая Стойкость к Очень высокая Средняя Очень высокая ударным нагрузкам КПД 40 % 90 % 80 % Обслуживание Простое Простое Простое Установка и Очень простые Очень простые Очень простые настройка Управление Очень простое Очень простое Очень простое позиционированием Точность Средняя Очень высокая Очень высокая позиционирования Воздействие на Незначительное Незначительное Незначительное окружающую среду Ресурс Низкий Средний Очень большой – наличию между сопрягаемыми витками резьбы винта, роликов и гайки осевых зазоров на механизмы, в которых не выбраны указанные зазоры, и беззазорные механизмы.

Кроме того, ПРВМ, являясь специфическими передаточными механизмами, дополнительно подразделяются.

1). По количеству степеней свободы. ПРВМ бывают с одной степенью свободы и с двумя степенями свободы. В ПРВМ ролики совершают планетарное движение, то есть совместно все ролики вращаются вокруг оси винта, и каждый ролик вращается вокруг собственной оси.

Если каждый ролик будет связан с винтом и гайкой только резьбовыми зацеплениями, то такой ПРВМ будет иметь две степени свободы. При этом механизм будет иметь непостоянное перемещение гайки за один оборот винта.

Из-за погрешностей изготовления резьбы его деталей ролики будут неравномерно воспринимать осевую силу и, как следствие, наиболее нагруженные ролики, отставая в осевом перемещении от других роликов, будут выкатываться из гайки. Поэтому рассматривать такие механизмы не будем.

Для того чтобы ПРВМ имел одну степень свободы, необходима дополнительная связь роликов с винтом или гайкой. Эта связь осуществляется различными способами, а ПРВМ имеет различные конструкции, в которых реализуются указанные способы.

1 способ (используется чаще всего). Каждый ролик дополнительно связывают с гайкой двумя зубчатыми зацеплениями, см. рис. 1.10.

2 способ. Ограничивают осевое перемещение роликов с двух сторон. На рис. 1.13 показан ПРВМ, в котором реализован данный способ. ПРВМ состоит из винта 1, резьбовых роликов 2, гайки 3 и сепараторов. Для ограничения осевого перемещения роликов на их торцах выполняют конические фаски 5, а в отверстии гайки с двух сторон буртики с коническими фасками 4, в которые упираются фаски 5 роликов. Недостатком данной конструкции является возможный перекос осей роликов относительно оси Рис. 1.13 ПРВМ с ограничением осевого перемещения роликов.

вала [25]. Чтобы исключить этот перекос сепаратор должен быть выполнен в виде единого, жесткого пространственного узла, например, в виде двух, соединенных между собой, колец с отверстиями под шейки роликов. Другой недостаток данного ПРВМ – это высокая точность изготовления всех деталей по шагу резьбы, всех роликов по длине между коническими фасками и гайки между торцами буртов. Возможно заклинивание механизма, поэтому он не применяется. Известны другие ПРВМ, в которых реализован данный способ, но они также не применяются из-за существенных недостатков.

2). По способу преобразования вращательного движения винта в посту пательное движение гайки относительно винта [47].

Первая группа. К этой группе относятся ПРВМ, в которых при вращении винта гайка совместно с роликами перемещается в осевом направлении относительно винта. В таких механизмах длины резьбовых частей роликов и гайки одинаковые, а длина резьбовой части винта превышает длину резьбовой части роликов, поэтому такие механизмы получили название ПРВМ с короткими роликами. Следует отметить, что среди изготавливаемых ПРВМ механизмы этой группы преобладают. Их серийно изготавливают зарубежные фирмы La technique integrale под торговой маркой Transrol [48], INA [43], SKF [45] и другие. В РФ такие ПРВМ серийно изготавливает только АО «АвтоВАЗ» [36]. ПРВМ имеют различные варианты исполнения гаек. Средний диаметр резьбы винта выпускаемых ПРВМ изменяется от 8 до 210 мм.

Область применения ПРВМ первой группы крайне широка: летательные аппараты, транспортные средства, станки, промышленные роботы, подводные лодки, приборы, военная техника и многое другое.

ПРВМ первой группы выпускаются трех модификаций: SR, TR, PR. ПРВМ модификации SR имеют осевой зазор между сопрягаемыми витками резьбы винта, роликов и гайки. К этой модификации относится, рассмотренный нами ранее, ПРВМ (см. рис. 1.10). Механизмы модификации TR при сборке имеют небольшой предварительный натяг (осевые зазоры выбраны). Механизмы модификации PR имеют предварительный натяг (осевые зазоры выбраны), при котором обеспечивается оптимальная осевая жесткость передачи.

В ПРВМ модификации TR и PR выборка осевых зазоров осуществляется за счет осевого относительного перемещения двух полугаек. Для этого гайку изготовляют сборной. На рис. 1.14 показана конструкция ПРВМ со сборной гайкой. Механизм состоит из винта 1, установленных в сепараторах 2, резьбовых роликов 3, сборной гайки, корпусных деталей 4 и 5, которые сжимают гайку с помощью болтов 6 и гаек 7 с пружинными шайбами 8.

Сборная гайка содержит полугайки 9 и установленный между ними компенсатор 10, выполненный в виде двух полуколец (см. вид Г на рис. 1.14).


Такая конструкция компенсатора позволяет извлекать и устанавливать его без разборки гайки. В каждой полугайке закреплена втулка 11 с внутренним зубчатым венцом и маслосъемное кольцо 12. На корпусной детали выполнены базовые элементы – шейки «Д», предназначенные для соединения гайки с исполнительным механизмом, который на рисунке не показан. Для взаимной ориентации полугаек и корпусных деталей, а также для передачи с полугаек на корпусные детали крутящего момента от сил трения в резьбе применяется шпонка 13.

ПРВМ модификаций TR и PR по сравнению с ПРВМ модификации SR:

– имеют более сложную конструкцию и сложнее в сборке и наладке;

– обладают большей осевой жесткостью и кинематической точностью;

– имеют меньшую нагрузочной способностью, так как рабочую осевую силу воспринимает одна полугайка, более низкий КПД и так далее.

Вторая группа. К этой группе относятся ПРВМ, в которых при вращении винта гайка перемещается относительно единого узла, состоящего из винта и роликами. В механизмах этой группы длина резьбовой части винта равна длине резьбовой части роликов, а длина резьбовой части гайки меньше длины резьбовой части винта. Поэтому такие механизмы получили название ПРВМ с длинными роликами. Эти ПРВМ [25, 35] разработаны и постоянно изучаются и совершенствуются во Владимирском государственном университете коллективом под руководством проф. В.В.Козырева.

ПРВМ с длинными роликами (рис. 1.15) состоит из винта 1, резьбовых роликов 2, гайки 3 и опорных устройств, которые чаще всего выполняют в виде опорных гаек 4. Углы подъема резьбы на роликах и опорных гайках равны по величине и направлению, а углы подъема резьбы на винте и роликах равны по величине, но противоположны по направлению. Зубчатые венцы 5, расположенные на концах роликов, входят в зацепление с зубчатыми венцами 6 винта и зубчатыми венцами 7 опорных гаек. Механизмы обладают большим диапазоном выбора подачи гайки за оборот винта, малым моментом инерции, высокой кинематической точностью и точностью позиционирования гайки. К недостаткам данных передач относят сложность изготовления протяженных нежестких роликов, большую чувствительность к погрешностям изготовления.

В результате область применения ПРВМ с длинными роликами чаще всего ограничивается малонагруженными приводами Третья группа. К этой группе относятся ПРВМ (рис.1.16), в которых при вращении винта ролики и гайка перемещаются в осевом направлении на различные величины. Такие механизмы получили название ПРВМ с рециркуляцией роликов. Представителем этой группы является ПРВМ, которая также серийно производится известной фирмой SKF [45], см. рис.1.16.

Рис. 1.15. ПРВМ с длинными роликами.

Рис. 1.16 ПРВМ с рециркуляцией роликов.

ПРВМ с рециркуляцией роликов, состоит из винта 1, резьбовых роликов 2, гайки 3, сепаратора 4, двух направляющих шайб 5, расположенных по концам гайки. Для закрепления шайб предназначены стопорные винты 6. Сепаратор вращается в гайке вместе с роликами и обеспечивает параллельность осей роликов, винта и гайки. Угол подъема резьбы на гайке и роликах различен. В результате гайка и ролики имеют различное осевое перемещение. Для предотвращения выкатывания роликов из гайки, в последней имеется продольный паз 7. Во время работы механизма ролики, совершая планетарное движение, поочередно попадают в паз 7. Находясь в пазу, ролик выходит из зацепления с гайкой и винтом и с помощью направляющей шайбы перемещается вдоль паза, компенсируя разницу в осевом перемещении с гайкой. Выйдя из паза, ролик вновь входят в зацепление с гайкой и винтом.

ПРВМ с рециркуляцией роликов выпускаются двух модификаций: SV и PV.

ПРВМ модификации SV имеют осевой зазор в резьбовых сопряжениях. В механизмах модификации PV возможно создание предварительного натяга, при котором обеспечивается оптимальная осевая жесткость ПРВМ. ПРВМ имеют различные варианты исполнения гаек. Средний диаметр резьбы винта выпускаемых передач может иметь значения от 8 до 125 мм. Эти ПРВМ обеспечивают высокую точность, жесткость, надежность и нагрузочную способность. Однако механизмы с рециркуляцией роликов не предназначены для реализации больших линейных скоростей и ускорений. Поэтому ПРВМ с рециркуляцией роликов применяются в областях, где необходимы малые медленные перемещения с высокой точностью при различных осевых силах:

оборудование для типографий, системы наведения телескопов, медицинское и лабораторное оборудование.

Из обзора конструкций планетарных роликовинтовых механизмов следует, что наиболее универсальными конструкциями ПРВМ, которые применяются во многих областях машиностроения и приборостроения, являются ПРВМ с короткими роликами. Поэтому дальнейшие расчеты выполнены на примере самых перспективных на сегодняшний день механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное, – ПРВМ с короткими роликами.

Установлено, что количество конструкций ПРВМ, их модификаций и вариантов исполнения, обладающих высокими эксплуатационными параметрами, невелико. Часто при повышении одного параметра ПРВМ другой параметр или другие параметры снижаются, то есть эксплуатационные параметры ПРВМ находятся в противоречии. Отсюда актуальна разработка новых конструкций ПРВМ, обладающих новыми свойствами или новым сочетанием свойств.

1.2. Основные тенденции развития современных механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное.

ПРВМ преобразует вращательное движение от двигателя в поступательное движение исполнительного механизма, входящего в состав машины или устройства. ПРВМ должен обеспечить надежную и долговечную работу исполнительного механизма с заданными для него параметрами. Машины постоянно совершенствуются, а их характеристики повышаются, что влечет за собой повышение требований, предъявляемых к ПРВМ.

Если во времени проследить, как менялись требования по основным эксплуатационным параметрам к механизмам, преобразующим вращательное движение в поступательное, то мы получим тенденции развития этих механизмов. Перечислим основные тенденции развития механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное.

1-ой тенденцией развития указанных механизмов является неуклонное повышение их точности, так как ими оснащаются станки, роботы, системы наведения и слежения, измерительные устройства и так далее, а точность перечисленных изделий постоянно повышается.

2-ой тенденцией развития указанных механизмов является повышение нагрузочной способности этих механизмов желательно без увеличения габаритов, так как от машин и изделий требуется повышение производительности, расширение выполняемых функций и т.д.

3-ей тенденцией развития указанных механизмов является повышение КПД.

4-ой тенденцией развития указанных механизмов является повышение надежности и долговечности.

5-ой тенденцией развития указанных механизмов является увеличение предельной частоты вращения винта.

6-ой тенденцией развития указанных механизмов является расширение диапазона варьирования подачи гайки за один оборот винта и т.д.

Перечисленные тенденции развития механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное, являются противоречивыми.

Например, ПРВМ, в котором выбраны зазоры между сопрягаемыми витками резьбы его деталей, точнее, чем ПРВМ, в котором указанные зазоры не выбраны. При этом КПД беззазорного ПРВМ составляет примерно 70%, а КПД ПРВМ, в котором не выбраны указанные зазоры, – 90%. Кроме того, нагрузочная способность беззазорного ПРВМ ниже. Отсюда следует, что конструкция одного механизма не может обеспечить высокими все эксплуатационные параметры. Поэтому, чтобы ПРВМ можно было использовать в различных по назначению машинах и устройствах, необходимо иметь гамму конструкций механизмов, которые обладают разными свойствами и различными сочетаниями свойств.

Чтобы соответствовать тенденциям развития механизмы, преобразующие вращательное движение в поступательное, должны постоянно совершенствоваться. Для этого необходимы их теоретические и экспериментальные исследования, позволяющие выявить связи между конструкцией механизма, его размерами, точностью изготовления его деталей и сборки, условиями работы и эксплуатационными параметрами этого механизма. Другой путь совершенствования указанных механизмов состоит в анализе опыта эксплуатации. Наилучшие результаты по совершенствованию механизмов, преобразующих вращательное движение в поступательное, можно получить, если сочетать теоретические и экспериментальные исследования этих механизмов с опытом их эксплуатации.

Если для конкретной конструкции исчерпаны все резервы по повышению требуемого эксплуатационного параметра, тогда, руководствуясь законом перехода количественных изменений в качественные, необходимо принципиально модернизировать данную конструкцию или разработать новую конструкцию.

1.3. Выводы.

1. В настоящее время наиболее перспективными механизмами, преобразующими вращательное движение в поступательное, являются планетарные роликовинтовые механизмы (ПРВМ). ПРВМ имеют небольшое число конструкций (гамму конструкций), которые применяются в машиностроении. Каждая конструкция ПРВМ обладает определенными свойствами, часть из которых может быть отнесена к достоинствам этого механизма, а другая часть – к недостаткам.

2. Определены основные тенденции развития ПРВМ, к которым относятся:

повышение точности, нагрузочной способности, КПД, надежности и долговечности этих механизмов, увеличение предельной частоты вращения винта, расширение диапазона варьирования подачи гайки за один оборот винта и т.д. Перечисленные тенденции развития ПРВМ являются противоречивыми.

3. Чтобы соответствовать современному уровню развития машиностроения, ПРВМ должны постоянно совершенствоваться на основе теоретических и экспериментальных исследований и опыта эксплуатации. При этом должны модернизироваться известные конструкции этих механизмов и разрабатываться принципиально новые конструкции (расширяться гамма конструкций ПРВМ), которые обладали бы новыми свойствами и новыми сочетаниями свойств.


2. РАЗРАБОТКА НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПЛАНЕТАРНЫХ РОЛИКОВИНТОВЫХ МЕХАНИЗМОВ 2.1. К вопросу о необходимости расширения гаммы конструкций ПРВМ.

Среди известных ПРВМ с короткими роликами практическое применение чаще всего находят только две конструкции и их немногочисленные исполнения. В первой конструкции ПРВМ (рис. 1.10 и 2.1,а) гайка выполнена цельной, и между сопрягаемыми витками резьбы винта, роликов и гайки имеются осевые зазоры, без которых невозможно собрать механизм. Данная конструкция ПРВМ по сравнению с ПРВМ со сборной гайкой обладает большей нагрузочной способностью, надежностью, долговечностью и КПД, но меньшей точностью и осевой жесткостью из-за наличия осевых зазоров.

Во второй конструкции ПРВМ гайка выполнена сборной (рис. 1.14 и 2.1,б) и состоит из двух полугаек, между которыми установлен компенсатор. В этой конструкции ПРВМ для повышения осевой жесткости и точности механизма осевые зазоры выбираются, и между гайкой, роликами и винтом создается предварительная сжимающая сила (сила преднагрузки). Для этого вводятся дополнительные детали, сжимающие полугайки с компенсатором, и детали для совместной фиксации полугаек по угловой координате. Способ выборки зазоров основан на подборе (уменьшении) толщины компенсатора, за счет чего полугайки сближаются и, взаимодействуя с роликами, перемещают их в радиальном направлении к оси винта, см. рис. 1.14. Однако компенсация осевых зазоров между витками резьбы деталей ПРВМ описанным выше способом сопровождается целым рядом недостатков, см. рис. 2.1.

1. Конструкция ПРВМ становится более сложной и дорогой.

2. Усложняется процесс сборки и наладки ПРВМ, который требует больших затрат ручного труда.

3. По сравнению с первой конструкцией существенно снижается КПД.

4. Снижается осевая жесткость гайки из-за стыков между полугайкими и компенсатором и податливости деталей, с помощью которых осуществляется стяжка полугаек с компенсатором (чаще всего стяжку производят с помощью четырех винтов, длина которых превышает длину роликов).

5. Каждая полугайка взаимодействует с роликом только одной стороной каждого витка своей резьбы. Отсюда рабочая осевая сила воспринимается одной полугайкой и складывается с силой преднагрузки.

6. При выборке зазоров в ПРВМ из-за перемещения роликов в радиальном направлении от гайки к винту снижается рабочая высота Н1 (рис. 2.1,б) профиля резьбы в сопряжении витков гайки и роликов.

7. По сравнению с первой конструкцией из-за более интенсивного износа сопрягаемых витков деталей ПРВМ во время работы механизма снижается долговечность ПРВМ. При этом из-за износа сила преднагрузки также снижается, и могут снова образоваться осевые зазоры между витками деталей ПРВМ.

Рис. 2.1 Схема ПРВМ: а – с зазорами между витками резьбовых деталей;

б – беззазорного (зазоры выбраны с помощью компенсатора).

Основным недостатком беззазорной конструкции ПРВМ является то, что рабочую осевую силу воспринимает только одна полугайка ПРВМ.

Отсюда необходимо разработать новые способы компенсации зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ, а конструкции механизмов, в которых материализовались бы эти новые способы, должны иметь цельную (неразрезную) гайку.

Как отмечалось выше, ПРВМ находят широкое применение в различных устройствах. При этом к ПРВМ предъявляются самые разнообразные требования, рационально удовлетворить которые известные конструкции этих механизмов, зачастую, неспособны. Например, ПРВМ должен обеспечивать высокую точность и КПД. В известных конструкциях ПРВМ эти характеристики находятся в противоречии. Следовательно, необходимо разработать новые конструкции ПРВМ, в которых высокая точность сочеталась бы с высоким КПД. А, так как повышение точности и повышение КПД являются основными тенденциями развития ПРВМ, то разработка таких конструкций является актуальной.

Выполненные исследования показали, что точность ПРВМ зависит от его осевой жесткости, которая в свою очередь зависит от контактной жесткости пары сопрягаемых витков механизма. Отсюда, необходимо разработать новые конструкции ПРВМ, обладающие высокой осевой жесткостью.

2.2. Разработка новых способов компенсации осевых зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ.

2.2.1. Способ компенсации зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ за счет деформирования в радиальном направлении гибкой гайки.

В результате выполнения нескольких НИР было разработано новое направление по проектированию ПРВМ, в основу которого положено использование в конструкции механизма гибкой, деформируемой гайки, изготавливаемой в виде цельной детали [49, 50], что является неоспоримым достоинством. Для того чтобы гайка была гибкой, деформируемой необходимо выполнить ее рабочий резьбовой участок, взаимодействующий с роликами, в виде тонкостенной, цилиндрической оболочки [51 – 53].

Возможность использования в силовой передаче тонкостенной цилиндрической детали, на внутренней поверхности которой выполнена резьба, основывается на том, что высота профиля этой резьбы составляет доли миллиметра, а также проверена расчетом. При необходимости можно уменьшить шаг резьбы, сохранив практически нагрузочную способность передачи, смотри данные каталогов [45, 54].

Компенсация зазоров между витками резьбы гайки, роликов и винта осуществляется за счет деформирования гибкой гайки в радиальном направлении к оси винта. При этом гайка будет перемещать ролики в направлении к оси винта без уменьшения рабочей высоты профиля в месте сопряжения витков гайки и роликов, то есть устраняется еще один недостаток, присущий известным беззазорным конструкциям ПРВМ.

Чтобы доказать возможность предлагаемого направления по проектированию ПРВМ с гибкой гайкой, необходимо было оценить суммарный радиальный зазор между гайкой и роликами и роликами и винтом, а затем доказать расчетом возможность деформирования гибкой гайки на величину указанного суммарного зазора. Для этого в ЦИЛе АО «Москвич»

были выполнены высокоточные измерения средних диаметров резьбы винта, роликов и гайки нескольких ПРВМ типоразмера 48 8. Кроме того, просмотрены литературные источники и чертежи ПРВМ. Величина указанного суммарного радиального зазора для ПРВМ со средним диаметром резьбы винта 48 мм и средним диаметром резьбы гайки 80 мм составляет менее мкм, а суммарный диаметральный зазор в два раза больше, что соответствует примерно допуску 7 квалитета точности на средний диаметр резьбы гибкой гайки [55]. Таким образом, упругие перемещения гибкой гайки должны достигать по величине половине допуска 7 квалитета точности на средний диаметр резьбы гайки.

Как известно, цилиндрические тонкостенные оболочки подразделяются в зависимости от соотношения длины, толщины и радиуса срединной поверхности оболочки на «длинные» и «короткие» [56, 57]. Отсюда возможны две основные разновидности конструкций гаек предлагаемых ПРВМ и целый ряд их модификаций.

В первой разновидности предлагаемых ПРВМ гайка выполняется в виде «короткой» цилиндрической оболочки с развитыми в радиальном направлении от оси винта торцами. Гайка деформируется осевыми силами, которые прикладываются к торцовым участкам на максимально возможном расстоянии от срединной поверхности цилиндрического оболочки с целью получения изгибающих эту оболочку моментов. При изгибе оболочка будет перемещать ролики к оси винта, и компенсировать зазоры, см. рис. 2.2. На данную конструкцию ПРВМ получен патент РФ [58].

Рис. 2.2. Схема выборки зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ с гибкой гайкой, деформируемой осевыми силами F.

Как показали расчеты и анализ длина «короткой» цилиндрической оболочки, на внутренней поверхности которой выполнена резьба, ограничена и невелика по величине. Отсюда такие механизмы воспринимают малую осевую нагрузку. Данные конструкции ПРВМ целесообразно использовать при небольших типоразмерах механизма. Здесь следует отметить, что традиционный метод компенсации зазоров для ПРВМ с небольшими габаритами сложно использовать, так как размеры деталей становятся малыми, также как и относительное осевое сближение полугаек. Поэтому в каталоге АвтоВАЗа ПРВМ с диаметром винта до 39 мм предлагаются в ущерб точности и жесткости механизмы только с цельной гайкой. Если использовать предлагаемую конструкцию ПРВМ со средними и большими типоразмерами при небольшой нагрузке, то в корпус гайки целесообразно установить две описанные выше «короткие» цилиндрические оболочки. Одну оболочку следует закрепить в осевом направлении в корпусе гайки, а вторую установить в корпус гайки с возможностью перемещения вдоль оси, см. [59, 60]. При этом оболочки разносят вдоль оси на значительную величину для создания устойчивой базы для гайки. Закрепленная оболочка будет воспринимать нагрузку, и определять положение гайки, а, установленная подвижно, оболочка будет поддерживающей. Расчет гайки-оболочки данной конструкции ПРВМ производится методами строительной механики машин.

Во второй разновидности предлагаемых ПРВМ гайка выполняется в виде «длинной» цилиндрической оболочки, которая деформируется давлением или радиальными, распределенными по длине окружности оболочки силами.

Проще нагружать оболочку давлением. Для этого в корпусе гайки выполняется кольцевая, герметичная полость, внутренней стороной которой является «длинная» цилиндрическая оболочка, см. схему «а» на рис. 2.3.

Полость заполняется практически несжимаемым веществом, например гидропластом, а в корпусе гайки устанавливается силовой механизм для создания давления в гидропласте или другом веществе. Простейший силовой механизм может состоять из плунжера и нажимного винта, который в конечном положении стопорится гайкой, см. [59, 60]. На данную конструкцию ПРВМ получен патент РФ [61].

Под действием давления оболочка деформируется и, перемещая ролики в радиальном направлении к оси винта, компенсирует зазоры, см. рис. 2.3,б.

Рис. 2.3. Схема ПРВМ с гибкой гайкой, деформируемой давлением, создаваемым в гидропласте.

С меньшей стороны длина таких оболочек ограничена соотношением, условно разделяющим оболочки на «короткие» и «длинные», см. [56, 57], а с большей стороны – конструктивной целесообразностью и возможностями технологии. Поэтому длина оболочки в описанной конструкции может быть значительной, и такие механизмы способны воспринимать большие осевые нагрузки. Следует отметить, что эпюра прогиба «длинных» оболочек для нашего случая состоит из трех участков. Два участка расположены около мест закрепления оболочки, где прогибы нарастают за счет «краевых» эффектов, см. [56, 57] и рис. 2.3,б. Третий участок расположен посередине, на этом участке прогиб оболочки практически постоянен, то есть образующая деформированной оболочки на этом участке параллельна оси винта. При этом длина среднего участка значительно больше длин крайних участков. Такое деформированное состояние оболочки выгодно для восприятия осевой нагрузки в ПРВМ. Расчет гайки-оболочки ПРВМ выполняется методами строительной механики машин, а пример конструкции ПРВМ дан на рис. 2.4.

Рис. 2.4 Конструкция ПРВМ с гибкой гайкой, которая деформируется давлением, создаваемым гидропластом.

ПРВМ, см. рис. 2.4, состоит из винта 1, сепараторов 2, резьбовых роликов 13, гайки 14, корпуса 15 с крышками 6 и 17, втулок 7 с внутренними зубчатыми венцами. Гайка 14 и втулки 7 соединены с корпусом с помощью цилиндрических штифтов 5, а крышки 6 и 17 крепятся к корпусу с помощью конических штифтов 3 и винтов 16. В крышках установлены маслосъемные кольца 18. Гайка и корпус образуют герметичную полость, заполненную гидропластом 11 с помощью радиально расположенных каналов, которые закрываются винтами-пробками 12 с прокладками 4. Давление в гидропласте создается с помощью винта 8, который стопорится гайкой 9, и плунжера 10.

Гидропластмасса или гидропласт – это наполнитель передающий давление на значительные расстояния практически по закону Паскаля. Состав и характеристика гидропласта марки СМ: полихлорвиниловая смола марки М – 20%;

дибутилфталат (пластификатор) – 78%;

стеарат кальция (стабилизатор) – 2%. Температура плавления + 140°С. Рекомендуемый температурный режим 5 - 70°С. Допустимый зазор, при котором обеспечивается герметичность полости с гидропластом: до 0,03 мм при давлении до 30 МПа и до 0,02 мм – при давлении до 40 МПА. Уменьшение объема гидропласта на каждые 10 МПа давления составляет 0,5%.

Особую технологическую операцию представляет заполнение внутренней кольцевой полости гидропластом. Она проводится в отдельном помещении и требуется специальное оборудование. При заполнении внутренней полости нежелательно, чтобы вместе с гидропластом в эту полость попал воздух.

Чтобы воздух не попал в указанную полость в конструкции корпуса 15, см.

рис. 2.4, предусмотрены два радиально расположенных каналов, которые закрываются винтами-пробками 12 с прокладками 4.

Так как оболочки для двух разновидностей предлагаемых ПРВМ должны быть гибкими, то их следует изготавливать из пружинных сталей.

Достоинством пружинных марок сталей являются высокие прочностные характеристики, однако, обычно твердость поверхностей деталей, изготовленных из этого материала, достигает после термообработки HRCЭ 44…48. Что касается высокой прочности материала, то она необходима для деформирования оболочек на величину суммарного радиального зазора и для восприятия контактной нагрузки. Ограничения по твердости не являются определяющими работоспособность ПРВМ, потому что, как отмечалось выше, в местах контакта витков гайки и роликов контактное давление и относительная скорость (скорость скольжения) ниже, чем в местах контакта роликов и винта.

Предлагаемые конструкции ПРВМ с гибкими, деформируемыми гайками позволяют получить ряд следующих преимуществ по сравнению с известными конструкциями без осевых зазоров (беззазорными).

1. Конструкция гайки цельная не требует дополнительных деталей для взаимного позиционирования полугаек. Отсутствуют стыки между полугайками и компенсатором, имеющиеся в известных ПРВМ со сборной гайкой.

2. Значительно упрощается процесс наладки и регулировки.

3. В месте контакта витков гайки и роликов не уменьшается после регулировки рабочая высота профиля резьбы.

4. Рабочую осевую нагрузку гайка воспринимает по всей длине, а не одной полугайкой, как в известной беззазорной ПРВМ со сборной гайкой.

5. За счет сил упругости частично компенсируется износ рабочих поверхностей витков гайки, роликов и винта.

6. ПРВМ, имея гибкую гайку, лучше демпфирует колебания нагрузки.

7. За счет упругости гайки снижаются жесткие требования по точности при селективном подборе роликов для одного механизма.

Предлагаемые ПРВМ, обладая рядом достоинств и недостатков по сравнению с известными конструкциями, расширяют гамму высокоточных конструкций ПРВМ и, бесспорно, могут найти рациональные области применения.

Предложенный метод компенсации зазоров между деталями за счет деформаций гибких деталей может быть использован в конструкциях различных механизмов, например, во фрикционных передачах, см. [62].

2.2.2. Способ компенсации зазоров между резьбовыми деталями ПРВМ за счет специальной установки роликов между винтом и гайкой.

Разработанный способ заключается в том, что с помощью сепаратора или упругих колец резьбовые ролики при сборке ПРВМ перемещаются и занимают такое положение между винтом и цельной гайкой, при котором зазоры между всеми указанными деталями выбраны, и может быть создана небольшая по величине сила преднагрузки.

Возможны следующие положения роликов ПРВМ, при которых выбираются зазоры между резьбовыми деталями механизма.

1. I–ый ролик с помощью сепараторов или упругих колец перемещается из исходного положения, в котором он расположен между винтом и гайкой с зазорами, до взаимодействия с гайкой (на расстояние i) и фиксируется, см.

рис. 2.5,а. Таким образом, между гайкой и I–ым роликом выбираются зазоры, а между этим роликом и винтом они увеличиваются. (I+1)–ый ролик с помощью сепараторов или упругих колец перемещается из исходного положения, в котором он расположен между винтом и гайкой с зазорами, до взаимодействия с винтом (на расстояние i+1) и фиксируется, см. рис. 2.5,б. Таким образом, между винтом и (I+1)–ым роликом выбираются зазоры, а между этим роликом и гайкой они увеличиваются. (I+2)–ой ролик устанавливается также, как I–ый ролик и так далее. Количество роликов должно быть четным. Осевая сила будет передаваться с гайки на половину роликов, с них на сепараторы или упругие кольца, с сепараторов или колец на вторую половину роликов, а с последних – на винт. Радиальные силы, действующие на ролики со стороны гайки и винта, будут восприниматься сепараторами или упругими кольцами и самоуравновешиваться, что является недостатком данного способа компенсации зазоров в ПРВМ. На рис. 2.6 показан вид на винт, гайку и два соседних ролика со стороны их торцов. При межосевом расстоянии аW все ролики установлены между винтом и гайкой с зазорами, а i и i+1 – перемещения роликов, которые осуществляются с помощью сепараторов или Рис. 2.5. Схема перемещения ролика с помощью сепараторов или упругих колец из исходного положения (тонкая линия) в рабочее положение (толстая линия).

Рис. 2.6. Вид на винт, гайку и два соседних ролика со стороны их торцов.

упругих колец, до выборки зазоров между I–ым роликом и гайкой, (I+1)–ым роликом и винтом.

2. I–ый ролик с помощью сепараторов или упругих колец поворачивается в осевой плоскости против часовой стрелки относительно винта и гайки до взаимодействия с этими деталями и фиксируется, см. рис. 2.5,в. Таким образом, между винтом, I–ым роликом и гайкой выбираются зазоры. (I+1)–ый ролик с помощью сепараторов или упругих колец поворачивается в осевой плоскости по часовой стрелке относительно винта и гайки до взаимодействия с этими деталями и фиксируется, см. рис. 2.5,г. Таким образом, между винтом, (I+1)–ым роликом и гайкой выбираются зазоры. (I+2)–ой ролик устанавливается так же, как I–ый ролик и так далее. Количество роликов должно быть четным. Осевая сила будет передаваться с гайки через каждый ролик на винт. Радиальные силы, действующие на ролики со стороны гайки и винта, будут частично восприниматься сепараторами или упругими кольцами и самоуравновешиваться на этих деталях. Данный способ был материализован в трех конструкциях ПРВМ, на которые получен патент РФ [63].

2.3. Разработка новой конструкции сепаратора ПРВМ.

Обычно торцовые шейки каждого ролика устанавливают с зазором в отверстия сепараторов, см. рис. 1.14. При этом два сепаратора и установленные в них ролики образуют единый блок и работают совместно.

Отсюда необходимо точно изготовить шейки всех роликов по диаметру, профилю продольного сечения и обеспечить соосность шеек и резьбы ролика.

Отверстия в двух сепараторах должны быть соосны и точно изготовлены по диаметру отверстия и диаметру расположения осей упомянутых отверстий.

При этом необходимо учитывать, что:

– диаметр шейки роликов имеет допуск на изготовление;

– диаметр расположения осей отверстий роликов должен обеспечить их сборку, которая зависит от допусков на средние диаметры резьбы винта, гайки и роликов и назначенного сборочного зазора;

– диаметр расположения осей роликов после обкатки, в результате которой увеличиваются зазоры между резьбовыми деталями, становится меньше начального диаметра;

– размерный износ в процессе эксплуатации ПРВМ, в результате которого уменьшаются средние диаметры резьбы винта, гайки и роликов, еще больше снижает начальный диаметр расположения осей роликов.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.