WikiDer > Роликовый винт

А роликовый винт, также известный как планетарный роликовый винт или же сателлитный роликовый винт, является низким-трение прецизионный винтовой привод, механическое устройство для преобразования вращательного движения в линейное движение или наоборот. Планетарные роликовые винтовые передачи используются в качестве исполнительного механизма во многих электромеханических линейные приводы. Из-за своей сложности роликовый винт является относительно дорогим приводом (как и порядок величины дороже чем шариковые винты), но может подходить для высокоточных, высокоскоростных, тяжелых, долговечных и интенсивных приложений.

Роликовые винтовые механизмы обычно используются в системах перемещения / позиционирования в различных отраслях промышленности, таких как производство и авиакосмическая промышленность.

Принцип действия

Стандартный роликовый винт синхронизации

Роликовый винт - это механический привод похожий на шариковый винт который использует ролики в качестве элементов передачи нагрузки между гайкой и винтом вместо шариков. Ролики обычно имеют резьбу, но также могут иметь канавки в зависимости от типа винтового ролика. Имея больше точек опоры, чем шарико-винтовые передачи в пределах заданного объема, роликовые винтовые пары могут быть более компактными для заданной грузоподъемности, обеспечивая при этом аналогичный КПД (75% -90%) на низких и средних скоростях и сохраняя относительно высокий КПД на высоких скоростях. Роликовые винты могут превосходить шарико-винтовые передачи по точности позиционирования, номинальной нагрузке, жесткости, скорости, ускорению и сроку службы. Стандартные роликовые винтовые приводы могут достигать значений динамической грузоподъемности свыше 130 тонн силы (превышение мощности единичного привода только на гидроцилиндры).

Три основных элемента обычного планетарного роликового винта - это вал винта, гайка и планетарный ролик. Винт, вал с мультистарт V-образный нить, обеспечивает спиральную дорожку качения для нескольких роликов, радиально расположенных вокруг винта и заключенных в гайку с резьбой. Резьба винта обычно идентична внутренней резьбе гайки. Ролики вращаются в контакте с винтом и гайкой и служат в качестве элементов передачи с низким коэффициентом трения. Ролики обычно имеют однозаходную резьбу с выпуклыми боковыми поверхностями, которые ограничивают трение в контактах роликов с винтом и гайкой. Ролики обычно вращаются вокруг винта во время вращения (как планетарные шестерни к солнечной шестерне), и поэтому известны как планетарные или спутниковые ролики. Как и в случае ходового винта или шарико-винтовой передачи, вращение гайки приводит к перемещению винта, а вращение винта приводит к перемещению гайки.

Для данного диаметра винта и количества заходов резьбы большее количество роликов соответствует более высокой статической нагрузочной способности, но не обязательно более высокой динамической нагрузочной способности. Предварительно натянутые разрезные гайки и двойные гайки доступны для устранения люфт.

Типы планетарных роликовых винтов

Карл Бруно Страндгрен разработал некоторые из самых первых эффективных форм роликовых винтов и подал заявку на патент в Ницце, Франция, в феврале 1942 года. Французский патент № 888.281 был выдан в августе 1943 года и опубликован в декабре того же года. Первый коммерческий роликовый винт был разработан и изготовлен под его руководством в 1949 году и был установлен на локомотив узкой колеи, который работал на угольной шахте на севере Франции. Последующие агрегаты производились и устанавливались на станки, а с 1955 г. - на самолеты. В то время Карл Бруно Страндгрен подал заявку на новый патент, включающий подробные расчеты и подробные производственные соображения, за что в 1954 году он получил патенты США на такой «механизм с резьбой».^[1] и «Гайки и винты»^[2] и «Роликовый винт» в 1965 году.^[3]

Типы роликовинтовых соединений определяются движением роликов относительно гайки и винта. Четыре имеющихся в продаже типа роликовых винтовых пар: стандарт, перевернутый, рециркуляция, и кольцо подшипника.

Роликовые винты дифференциала, как правило, варианты стандартного и рециркуляционного типов также имеются в продаже. Дифференциальные роликовые винты изменяют соотношение скоростей вращения между роликами и винтом, изменяя углы боковых сторон и точки контакта резьбы или канавок. Таким образом, роликовые винты дифференциала изменяют эффективный ход винта. В 1968 году Уильям Дж. Роантри получил в США патент на «Роликовую гайку дифференциала».^[4]

Стандартный планетарный роликовый винт

Патентный чертеж на стандартный роликовый шнек (1954 г.) с легендой.

Стандартный планетарный роликовый винт также известен как роликовый винтовой без рециркуляции. Отсутствие осевого перемещения ролика относительно гайки и зацепление роликов с гайкой являются определяющими для стандартного типа роликовых винтовых пар.

Гайка и винт имеют одинаковую многозаходную резьбу. Ролики имеют однозаходную резьбу с углом, соответствующим резьбе гайки. Соответствующий угол резьбы предотвращает осевое перемещение между гайкой и роликом во время вращения роликов. Узел гайки включает распорные кольца и зубчатые колеса, которые позиционируют и направляют ролики. Дистанционные кольца, которые вращаются внутри зубчатого венца, имеют равноудаленные отверстия, которые действуют как поворотные подшипники для гладких шарниров (шпилек) роликов. Зубчатые колеса синхронизируют вращение и вращение роликов вокруг оси винта, зацепляя зубья шестерни рядом с концами роликов. Дистанционные кольца вращаются вокруг оси с винтом синхронно с орбитой роликов. Дистанционные кольца перемещаются относительно гайки и фиксируются в осевом направлении с помощью стопорные кольца, потому что они вращаются вокруг винта с меньшей частотой (угловая скорость) чем гайка.

Конфигурация

Стандартные роликовые винты обычно идентифицируются по диаметру винта (обычно от 3,5 до 200 мм) и вести (1мм - 62мм). Резьба винта (3–6 пусков) либо накатанная (меньшая мощность), либо шлифовка (большая мощность). Диаметр гайки и роликов (количество от 7 до 14) зависит от диаметра винта и шага.

Где:

${ displaystyle s_ {d}}$ эффективный диаметр винта, или средний диаметр

${ displaystyle r_ {d}}$ эффективный диаметр ролика

${ displaystyle n_ {d}}$ эффективный внутренний диаметр гайки

${ displaystyle t}$ На гайке и винте начинается резьба

${ displaystyle l}$ это винт

${ displaystyle p}$ роликовая резьба подача

Следующие соотношения применяются к стандартным и перевернутым роликовым винтам:^[1]

Общие конфигурации стандартных роликовых винтовых пар

${ displaystyle n_ {d} = { frac {s_ {d} t} {t-2}}}$	${ displaystyle поэтому}$	передаточное отношение гайки к винту
		${ displaystyle (n_ {d}: s_ {d}) = 1: { frac {t} {t-2}}}$
${ displaystyle r_ {d} = { frac {s_ {d}} {t-2}}}$	${ displaystyle поэтому}$	передаточное отношение ролика к винтовой передаче
		${ displaystyle (r_ {d}: s_ {d}) = 1: t-2}$
${ displaystyle r_ {d} = { frac {n_ {d}} {t}}}$	${ displaystyle поэтому}$	передаточное отношение ролика к гайке
		${ displaystyle (r_ {d}: n_ {d}) = 1: t}$
${ displaystyle r_ {d} = { frac {n_ {d} -s_ {d}} {2}}}$
${ displaystyle p = { frac {l} {t}}}$	${ displaystyle поэтому}$	отношение шага резьбы ролика к
		винт ${ displaystyle (p: l) = 1: t}$

Например, если

Винт: диаметр 30 мм, шаг 20 мм, 5-ступенчатая резьба

тогда

Ролики: ролики диаметром 10 мм, шаг резьбы 4 мм

Гайка: эффективный диаметр 50 мм.

Перевернутый роликовый винт

Перевернутый планетарный роликовый винт также известен как обратный роликовый винт. Отсутствие осевого перемещения ролика относительно винта и передача роликов на винт являются определяющими для перевернутого типа планетарного роликового винта. Этот тип роликового винта был разработан одновременно со стандартным роликовым винтом.

Перевернутые роликовые винты работают по тем же принципам, что и стандартные роликовые винты, за исключением того, что функция гайки и винта обратная по отношению к роликам. Ролики перемещаются в осевом направлении внутри гайки, которая имеет удлиненную форму для обеспечения полного хода вала винта. Резьбовая часть винтового вала ограничена длиной резьбы роликов. Часть винта без резьбы может иметь гладкую или нецилиндрическую форму. Кольцевая шестерня заменена зубьями шестерни над и под резьбовой частью вала винта.

Помимо инверсии отношения роликов к гайке и винту, конфигурация и отношения перевернутых роликовых винтов соответствуют таковым у стандартных роликовых винтов.

Циркуляционный роликовый винт

Патентный чертеж без сепаратора с рециркуляционным роликовым шнеком (2006 г.) с легендой.

Планетарный роликовый винт с рециркуляцией также известен как вторичный роликовый винт. Роликовый винт с рециркуляцией может обеспечить очень высокую точность позиционирования за счет минимального шага резьбы. Ролики рециркулирующего роликового винта перемещаются в осевом направлении внутри гайки до тех пор, пока не будут возвращены в исходное положение после одного витка вокруг винта. Роликовые винты с рециркуляцией не используют зубчатые колеса. Карл Бруно Страндгрен был награжден патентом США на винтовой роликовый привод с рециркуляцией в 1965 году.^[3]

Винт и гайка могут иметь очень тонкую одинаковую одно- или двухзаходную резьбу. Ролики рециркуляции имеют канавки (вместо резьбы), поэтому они перемещаются в осевом направлении при вращении зацепления с резьбой гайки и винта, смещаясь вверх или вниз на один шаг резьбы после завершения оборота вокруг винта. Узел гайки обычно включает клетку с прорезями и кулачковые кольца. Обойма захватывает ролики в удлиненных прорезях, равномерно разнесенных между роликами, обеспечивая вращение и осевое движение роликов. Кулачковые кольца имеют противоположные кулачки, совмещенные с осевой канавкой в ​​стенке гайки. После того, как ролик совершает оборот вокруг гайки, он входит в канавку, отсоединяется от гайки и винта и проталкивается между кулачками до средней осевой точки гайки в сборе (смещаясь на расстояние, равное шагу винта). Вернувшись в исходное положение и снова закрепив гайку и винт, ролик может снова вращаться вокруг винта.

В 2006 году Чарльз К. Корнелиус и Шон П. Лоулор получили патент на безкейджерную систему с рециркуляционным роликовым шнеком.^[5] Как и в случае с традиционной системой винтового ролика с рециркуляцией, ролики отсоединяются от винта, когда они попадают в осевую канавку в стенке гайки. Система отличается тем, что ролики постоянно зацепляются гайкой, а осевая канавка гайки имеет резьбу. Неспиральная резьба в осевой канавке гайки возвращает ролик в исходное осевое положение (после завершения витка). Некруглые компрессионные кольца или кулачковые кольца на противоположных концах роликов (оси роликов) создают постоянное давление между роликами и гайкой, синхронизируя вращение роликов и толкая ролики в осевую канавку гайки. При отсутствии зубчатых венцов и роликовой обоймы рециркулирующие роликовые винты без сепаратора могут быть относительно эффективными и, как следствие, обеспечивать более высокие динамические характеристики для некоторых диаметров винтового вала.^[6]

Подшипниковое кольцо роликовый винт

Патентный чертеж на роликовый винт Spiracon (1986) с легендой.

В 1986 году Оливер Саари получил патент на роликовый винт с подшипниковыми кольцами, обычно называемый его торговой маркой Spiracon.^[7] Этот тип соответствует орбите роликов вращению узла гайки. Привод содержит больше элементов передачи нагрузки, чем другие типы, кольцо подшипника и упорные подшипники, но изготовление составных частей относительно просто (например, зубья шестерни могут быть исключены).

В других типах роликовых винтовых пар, указанных выше, нагрузки передаются от гайки через ролики на винт (или в обратном порядке). В приводе этого типа упорные подшипники и свободно вращающееся кольцо подшипника с внутренней канавкой передают нагрузки между роликами и гайкой.

Винт имеет многозаходную резьбу. Ролики и герметизирующее вращающееся кольцо имеют одинаковые канавки, а не резьбу, поэтому между ними нет осевого перемещения. Узел гайки включает цилиндрический корпус с невращающимися распорными кольцами. Дистанционные кольца имеют равноудаленные отверстия, которые действуют как подшипники вращения для гладких шарнирных концов (шпилек) роликов. Упорные подшипники роликового типа между распорными кольцами и кольцом подшипника позволяют свободно вращать кольцо подшипника, передавая осевую нагрузку между ними.

Ролики действуют как «резьбы» гайки в сборе, вызывая осевое перемещение вращающегося винта из-за их орбитального ограничения. Вращение винта раскручивает ролики, которые вращают кольцо подшипника, рассеивая вызванное нагрузкой трение.

Тимоти А. Эрхарт был награжден патентом США в 1996 году на линейный привод, эффективно включающий в себя роликовый винт с перевернутым подшипником.^[8] На валу шнека нарезаны канавки, длина которых соответствует длине роликов с канавками, которые перемещаются вместе с валом. Кольцо подшипника удлинено и имеет внутреннюю резьбу на длину хода вала винта. Корпус узла гайки и уплотненное концевое кольцо образуют внешнюю часть узла привода.

Смотрите также

• Шариковый винт
• Ходовой винт
• Линейный привод

Рекомендации

внешняя ссылка

• Роликовые винты Ewellix
• Сайт Роликовых Винтов PLANETEL
• Роликовый винт Exlar Описание |^[мертвая ссылка]
• Глоссарий и технические данные планетарного винтового привода Nook
• Роликовый винтовой сервопривод Описание
• Каталог роликовых винтов Rollvis Satellite 2008
• Каталог роликовых винтов Spiracon
• Винт с рециркуляционным роликом без сепаратора CMC Описание |
• Веб-страница с видео, показывающим стандартные и рециркулирующие роликовые винтовые сборки