RU2075669C1

RU2075669C1 - Ball worm gear

Info

Publication number: RU2075669C1
Authority: RU
Inventors: Рафаил Леонидович Немировский
Original assignee: Одесское специальное конструкторское бюро прецизионных станков
Priority date: 1991-10-30
Filing date: 1991-10-30
Publication date: 1997-03-20
Also published as: UA26131A

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: supports of the worm and worm wheel are not exerted by preliminary tension and, hence, the value of preliminary tension is not limited by load-carrying capability of the supports. EFFECT: enhanced load- carrying capability. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение для передачи вращения с редуцированием между перекрывающимися валами в случаях когда необходима передача большого момента при высоком КПД и динамической жесткости, например в мехатронных системах автоматического управления и регулирования. The invention relates to the field of mechanical engineering and can find application for transmitting rotation with reduction between overlapping shafts in cases where it is necessary to transfer a large moment with high efficiency and dynamic stiffness, for example, in mechatronic systems of automatic control and regulation.

Известны шариковые червячные передачи [1] Они состоят из червяка, червячного колеса и шариков, которые размещены на червяке в винтовых канавках. Последние в этих передачах выполнены на наружных поверхностях червяка и червячного колеса и образуют зубья. Вершины зубьев червяка и червячного колеса расположены вблизи поверхности, проходящей через центры шариков. При работе передачи вершины зубьев проходят не касаясь друг друга. Момент в передаче передается через шарики. Предварительный натяг, величина которого определяет несущую способность передачи и ее динамическую жесткость, может осуществляться за счет вдавливания шариков в винтовые канавки в радиальном направлении. При этом, опоры червяка и колеса испытывают дополнительную нагрузку, которая в несколько раз превышает усилия, возникающие в опорах традиционной червячной передачи. Так как несущая способность опор ограничена, в передаче не удается создать предварительный натяг достаточно большой величины. Использование в таких передачах глобального червяка, из-за невозможности совмещения его обнаружения поверхности с наружной поверхностью червячного колеса, не увеличивает несущую способность передачи и не увеличивает ее жесткость. Поэтому такие передачи не обладают достаточно высокой несущей способностью и высокой динамической жесткостью. Ball worm gears are known [1]. They consist of a worm, a worm wheel and balls, which are placed on the worm in screw grooves. The latter in these gears are made on the outer surfaces of the worm and the worm wheel and form teeth. The vertices of the teeth of the worm and the worm wheel are located near the surface passing through the centers of the balls. During transmission, the tops of the teeth pass without touching each other. The moment in the transmission is transmitted through the balls. The preload, the magnitude of which determines the bearing capacity of the transmission and its dynamic stiffness, can be achieved by pushing the balls into the helical grooves in the radial direction. At the same time, the worm supports and wheels experience an additional load, which is several times higher than the forces arising in the supports of a traditional worm gear. Since the bearing capacity of the supports is limited, it is not possible to create a preload of a sufficiently large magnitude in the transmission. The use of a global worm in such transmissions, due to the impossibility of combining its surface detection with the outer surface of the worm wheel, does not increase the bearing capacity of the transmission and does not increase its rigidity. Therefore, such gears do not have a sufficiently high bearing capacity and high dynamic stiffness.

Известны шариковые червячные передачи, содержащие червяк, взаимодействующее с ним червячное колесо и шарики, размещенные на боковой поверхности зуба червяка [2]
В этой передаче передаваемое через шарики усилие направлено под углом к оси вращения червяка. Поэтому его опоры и опоры червячного колеса частично нагружены усилиями натяга. Это существенно ограничивает как несущую способность передачи, так и ее динамическую жесткость.Known ball worm gears containing a worm, a worm wheel interacting with it, and balls placed on a side surface of a worm tooth [2]
In this transmission, the force transmitted through the balls is directed at an angle to the axis of rotation of the worm. Therefore, its support and the support of the worm wheel are partially loaded with interference forces. This significantly limits both the carrying capacity of the transmission and its dynamic stiffness.

Задачей изобретения является создание шариковой червячной передачи, обеспечивающей повышенную несущую способность и высокую динамическую жесткость. The objective of the invention is the creation of a ball worm gear, providing increased bearing capacity and high dynamic stiffness.

Поставленная задача достигается тем, что в шариковой червячной передаче, содержащей червяк, взаимодействующее с ним червячное колесо и шарики, размещенные на боковых поверхностях зуба червяка, боковые поверхности зубьев червяка в нормальном сечении выполнены прямолинейного или вогнутого профиля, боковые поверхности зубьев червячного колеса выполнены прямолинейного профиля, а на дне впадины зубья червяка выполнены винтовые канавки, предназначенные для предотвращения выпадания шариков. The problem is achieved in that in a ball worm gear containing a worm, a worm wheel interacting with it and balls placed on the side surfaces of the worm tooth, the side surfaces of the worm teeth in a normal section are made of a straight or concave profile, the side surfaces of the teeth of the worm wheel are made of a straight profile and at the bottom of the cavity of the worm’s teeth helical grooves are made to prevent the balls from falling out.

В связи с тем, что профиль боковых поверхностей зубьев червяка выполнен прямолинейным или вогнутым, а профиль боковых поверхностей зубьев червячного колеса выполнен прямолинейным, усилие предварительного натяга замкнуто между зубьями червяка и червячного колеса. Поэтому опоры червяка и червячного колеса не воспринимают дополнительную нагрузку от усилия предварительного натяга. Величина предварительного натяга не ограничена несущей способностью опор, а может быть существенно увеличена до предела усталости шариков и боковых поверхностей зубьев, по которым они катятся. Увеличение предварительного натяга повышает динамическую жесткость передачи. При этом также повышается и ее несущая способность. Due to the fact that the profile of the side surfaces of the teeth of the worm is made straight or concave, and the profile of the side surfaces of the teeth of the worm wheel is made straight, the preload force is closed between the teeth of the worm and the worm wheel. Therefore, the support of the worm and the worm wheel do not absorb the additional load from the preload force. The magnitude of the preload is not limited by the bearing capacity of the supports, but can be significantly increased to the limit of fatigue of the balls and lateral surfaces of the teeth along which they roll. An increase in preload increases the dynamic stiffness of the transmission. At the same time, its bearing capacity also increases.

Благодаря созданной возможности использования глобоидного червяка, передача момента осуществляется одновременно всеми его витками, расположенными в зоне зацепления. Соответственно повышается несущая способность передачи. Due to the created possibility of using a globoid worm, the moment is transmitted simultaneously by all its turns located in the engagement zone. Accordingly, the carrying capacity of the transmission increases.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 общий вид передачи;
на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1
на фиг. 3 место 1 на фиг. 1;
на фиг. 4 и 5 варианты места 11 на фиг. 2.The invention is illustrated by drawings, which depict:
in FIG. 1 general view of the transmission;
in FIG. 2, section AA in FIG. one
in FIG. 3 place 1 in FIG. one;
in FIG. 4 and 5, options for location 11 in FIG. 2.

Передача содержит червяк 1, выполненный глобоидным и червячное колесо 2 (см. фиг. 1). Червяк 1 и червячное колесо 2 имеют зубья 3 и 4, и соответственно впадины 5 и 6 (см. фиг. 3). Боковые стороны 7 и 8 зубьев 3 и 4 соответственно червяка 1 и червячного колеса 2 выполнены в виде винтовых поверхностей. The transmission contains a worm 1, made globoid and a worm wheel 2 (see Fig. 1). The worm 1 and the worm wheel 2 have teeth 3 and 4, and, accordingly, troughs 5 and 6 (see Fig. 3). The sides 7 and 8 of the teeth 3 and 4, respectively, of the worm 1 and the worm wheel 2 are made in the form of helical surfaces.

По бокам зубьев 3 червяка 1 на дне впадин 5 выполнены винтовые канавки 9, в которых в виде витков размещены шарики 10. Профиль боковых сторон 8 зуба 4 червячного колеса 2 в нормальном сечении выполнен прямолинейно. Профиль боковых поверхностей 7 зуба 3 червяка 1 может быть выполнен дугообразным (см. фиг. 4) или прямолинейным (на чертеже не показано) с касанием шарика 10 в одной точке. Он может быть также арочным (фиг. 5) или призматическим (фиг. 5) с касанием шарика 10 в двух точках. On the sides of the teeth 3 of the worm 1, helical grooves 9 are made at the bottom of the depressions 5, in which balls 10 are placed in the form of turns. The profile of the sides 8 of the tooth 4 of the worm wheel 2 in a normal section is made in a straight line. The profile of the lateral surfaces 7 of the tooth 3 of the worm 1 can be made arcuate (see Fig. 4) or rectilinear (not shown in the drawing) by touching the ball 10 at one point. It can also be arched (Fig. 5) or prismatic (Fig. 5) with touching the ball 10 at two points.

Профиль боковых поверхностей 7 зуба 3 червяка 1 может быть выполнен и другой вогнутой формы с касанием шариков 10 в нескольких точках. The profile of the lateral surfaces 7 of the tooth 3 of the worm 1 can be made of another concave shape by touching the balls 10 at several points.

На боковых сторонах 8 зуба 4 червячного колеса 2 у торца выполнены заходы в виде фасок (на чертежах не показаны). On the sides of the 8 tooth 4 of the worm wheel 2 at the end made approaches in the form of chamfers (not shown in the drawings).

В зоне зацепления касание шариков 10 и боковых поверхностей 7 и 8 предусмотрено с предварительным натягом (например за счет подбора толщин зубьев 3 и 4, а также величины диаметра шариков 10). Между шариками 10 и канавкой 9 червяка 1, а также шариками 10 и впадинами 6 червячного колеса 2 предусмотрен зазор. In the engagement zone, the contact of the balls 10 and the side surfaces 7 and 8 is provided with a preload (for example, by selecting the thickness of the teeth 3 and 4, as well as the diameter of the balls 10). Between the balls 10 and the groove 9 of the worm 1, as well as the balls 10 and the depressions 6 of the worm wheel 2, a gap is provided.

Шарики 10, размещенные в винтовых канавках 9, ограниченными упорами 11 (см. фиг. 2), которые установлены у каналов возврата 12. Отверстие 13 корпуса 14 предохраняет шарики 10 от выпадения из винтовых канавок 9 червяка 1 вне зоны зацепления. Balls 10 located in the helical grooves 9, limited by stops 11 (see Fig. 2), which are installed at the return channels 12. The hole 13 of the housing 14 protects the balls 10 from falling out of the helical grooves 9 of the worm 1 outside the engagement zone.

Передача работает следующим образом. The transfer works as follows.

Во время вращения червяка 1 шарики 10 катятся по винтовым канавкам 9. При подходе к зоне зацепления в заходах на боковых поверхностях 8 зуба 4 червячного колеса 2 шарики 10 несколько приподнимаются над поверхностью винтовых канавок 9 и входят в соприкосновение с боковыми поверхностями 8 червячного колеса 2. Прокатываясь вдоль боковых поверхностей 7 и 8 зубьев, благодаря их винтовой форме, шарики 10 передают вращение от червяка 1 червячному колесу 2. После выхода из зоны зацепления, по заходам на боковой поверхности 8 шарики 10 вновь опускаются на поверхность винтовых канавок 9 и катятся далее по ним. Встречаясь с упором 11, шарики 10 направляются в канал 12 возврата откуда, минуя другой упор 11, установленный у противоположного конца канала 12 возврата, они направляются вновь в то место винтовых канавок 9, откуда они начали свой путь. During the rotation of the worm 1, the balls 10 roll along the helical grooves 9. When approaching the engagement zone in the approaches on the lateral surfaces of the 8 tooth 4 of the worm wheel 2, the balls 10 are slightly raised above the surface of the screw grooves 9 and come into contact with the side surfaces 8 of the worm wheel 2. Rolling along the lateral surfaces of the 7 and 8 teeth, due to their helical shape, the balls 10 transmit rotation from the worm 1 to the worm wheel 2. After leaving the engagement zone, at the approaches on the lateral surface 8, the balls 10 are lowered again rhnost helical grooves 9 and roll further on them. Meeting with the stop 11, the balls 10 are sent to the return channel 12 from where, bypassing the other stop 11, installed at the opposite end of the return channel 12, they are sent again to the place of the screw grooves 9, where they began their journey.

В связи с тем, что профиль боковых поверхностей 7, зубьев 3 червяка 1 выполнен прямолинейным или вогнутым, а профиль боковых поверхностей 8 зубьев 4 червячного колеса 2 выполнен прямолинейным, усилие предварительного натяга во всех вариантах профиля замкнуто между зубьями 3 червяка 1 и червячного колеса 2. Поэтому, опоры червяка 1 и червячного колеса 2 не воспринимают дополнительную нагрузку от усилия предварительного натяга. Величина предварительного натяга не ограничена несущей способностью опор, а может быть существенно увеличена до предела усталости шариков и боковых поверхностей 7 и 8 зубьев 3 и 4, по которым они катятся. Увеличение величины предварительного натяга повышает динамическую жесткость передачи. При этом также повышается и ее несущая способность. Due to the fact that the profile of the side surfaces 7, teeth 3 of the worm 1 is made straight or concave, and the profile of the side surfaces 8 of the teeth 4 of the worm wheel 2 is made straight, the preload force in all profile options is closed between the teeth 3 of the worm 1 and the worm wheel 2 Therefore, the supports of the worm 1 and the worm wheel 2 do not absorb the additional load from the preload force. The magnitude of the preload is not limited by the bearing capacity of the supports, but can be significantly increased to the limit of fatigue of the balls and side surfaces 7 and 8 of the teeth 3 and 4 along which they roll. Increasing the preload increases the dynamic stiffness of the transmission. At the same time, its bearing capacity also increases.

Благодаря созданной возможности использования глобоидного червяка, передача момента осуществляется одновременно всеми его витками, расположенными в зоне зацепления. Поэтому пропорционально количеству одновременно работающих витков несущая способность передачи соответственно овышается. Due to the created possibility of using a globoid worm, the moment is transmitted simultaneously by all its turns located in the engagement zone. Therefore, in proportion to the number of simultaneously operating turns, the transfer bearing capacity is correspondingly increased.

Claims

1. Шариковая червячная передача, содержащая червяк, взаимодействующее с ним червячное колесо и шарики, размещенные на боковых поверхностях зуба червяка, отличающаяся тем, что боковые поверхности зубьев червяка в нормальном сечении выполнены прямолинейного или вогнутого профиля, боковые поверхности червячного колеса выполнены прямолинейного профиля, а на дне впадин зубьев червяка выполнены винтовые канавки, предназначенные для предотвращения выпадания шариков. 1. A ball worm gear containing a worm, a worm wheel interacting with it and balls placed on the side surfaces of the worm tooth, characterized in that the side surfaces of the worm teeth in a normal section are made of a straight or concave profile, the side surfaces of the worm wheel are made of a straight profile, and at the bottom of the troughs of the worm teeth there are helical grooves designed to prevent the balls from falling out.

2. Шариковая червячная передача, содержащая червяк, взаимодействующее с ним червячное колесо и шарики, отличающаяся тем, что шарики размещены на боковых поверхностях зубьев колеса, которые в нормальном сечении выполнены прямолинейного или вогнутого профиля, а на дне зубьев червячного колеса выполнены винтовые канавки, предназначенные для предотвращения выпадания шариков. 2. Ball worm gear containing a worm, a worm wheel interacting with it, and balls, characterized in that the balls are placed on the side surfaces of the teeth of the wheel, which are made in a normal section in a straight or concave profile, and helical grooves are made on the bottom of the teeth of the worm wheel to prevent balls from falling out.