CS231901B1

CS231901B1 - Ball Screw Recirculation Circuit

Info

Publication number: CS231901B1
Application number: CS826632A
Authority: CS
Inventors: Kostas Miovsky; Milos Sturza; Jaroslav Trojanek
Original assignee: Kostas Miovsky; Milos Sturza; Jaroslav Trojanek
Priority date: 1982-09-15
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1984-12-14
Also published as: CS663282A1

Abstract

Vynález řeší problém přeměny otáčivého pohybu v translační a naopak. Recirkulační zařízení kuliček je tvořeno vstupním a výstupním tangenciálně orientovaným kanálkem, které vyúsEují v ose převáděcího kanálku, uspořádaného na zploštělé části matice rovnoběžně s její osou. Převáděcí kanálek je tvořen drážkou půlkruhového profilu, upraven v tělese matice a protilehlou drážkou, rovněž půlkruhového profilu upravenou na příložce, uchycené na zploštěni rtatice. Drážka na příložce i drážka v tělese matice mají v místě ústí vstupního a výstupního tangenciálního kanálku tvar části shodných rotačních anuloidů, které jsou vzájemně opačně orientovány.The invention solves the problem of converting rotational motion into translational motion and vice versa. The ball recirculation device is formed by an input and output tangentially oriented channel, which terminate in the axis of the transfer channel, arranged on the flattened part of the nut parallel to its axis. The transfer channel is formed by a groove of a semicircular profile, arranged in the nut body and an opposing groove, also of a semicircular profile, arranged on the insert, attached to the flattened part of the nut. The groove on the insert and the groove in the nut body have, at the mouth of the input and output tangential channels, the shape of parts of identical rotational toruses, which are oriented oppositely to each other.

Description

Předmětem vynálezu je reeirkulační obvod pro kuličkový šroubový převod, používaný pro převedení rotačního pohybu v translační, případně naopak, vyznačující se vysokou přesností převáděného pohybu a vysokou účinností silového přenosu, který se uskutečňuje valivým stykem kuliček s činnými závitovými plochami šroubu a matice.The object of the invention is a re-circulating ball screw transmission circuit used to translate a rotational movement into a translational or vice versa, characterized by a high accuracy of the transmitted movement and a high force transmission efficiency by rolling contact of the balls with the active threaded surfaces of the screw and nut.

Hlavním konstrukčním problémem tohoto převodu je uspořádání recirkulačního obvodu, tj. vyvedení kuliček z výstupu závitu matice a jejich zavedení na vstup. Jsou známa provedení recirkulačního obvodu, u nichž je cirkulace kuliček zajišťována tvarovými vložkami, vsazenými do radiálních tvarových otvorů, šroubovitě rozmístěných po povrchu matice a zajištujících převádění kuliček mezi sousedními závity. Toto řešení vykazuje mimo velkou složitost a technologickou náročnost i nižší únosnost, protože má menší počet nosných kuliček. Protože se kuličky mezi sousedními závity převádějí bezprostředně přes profil závitu šroubu, vyznačuje se toto provedení obvykle vyššími pasivními momenty.The main design problem of this transmission is the arrangement of the recirculation circuit, ie leading the balls out of the nut thread outlet and introducing them to the inlet. Recirculation circuit embodiments are known in which the circulation of the balls is provided by shaped inserts inserted into radial shaped holes, helically spaced over the nut surface and ensuring the transfer of the balls between adjacent threads. In addition to its high complexity and technological demands, this solution also has a lower load-bearing capacity because it has a smaller number of carrier balls. Since the balls between adjacent threads are transferred directly over the thread profile of the screw, this embodiment is usually characterized by higher passive moments.

Dále jsou známa provedení recirkulačního obvodu, která jsou plně nebo zčásti tvořena převáděčem ve formě trubky. Toto řešení umožňuje sice zavedení cirkulace kuliček přes více závitů, avšak parametr, důležitý pro zabudování kuličkového převodu, jakým je vnější průměr matice, vychází u těchto provedení neúnosně velký. Mimoto celá konstrukce vychází málo kompaktní .Further, recirculation circuit embodiments are known which are wholly or partly constituted by a tube-shaped transducer. Although this solution permits the introduction of ball circulation across multiple threads, the parameter important for incorporating a ball gear such as the outer diameter of the nut in these embodiments is unacceptably large. Moreover, the whole construction is not very compact.

Jiná varianta tohoto typu provedení recirkulačního obvodu, která převádí kuličky převáděčem, například půlkruhového průřezu, tvarově uzpůsobeným pro plný profil kuliček a umístěným na vnějším povrchu matice, přináší mimo výše zmíněné nevýhody další problémy s tvarovým přizpůsobením převáděcího kanálu pro optimální všesměrové vedení kuliček a pro jejich hladký průchod v celém recirkulačním obvodu.Another variant of this type of recirculation circuit design that converts the balls through a transducer, such as a semicircular cross section, shaped to fit the full profile of the balls and located on the outer surface of the nut, presents in addition to the above mentioned disadvantages smooth passage throughout the recirculation circuit.

Jiná známá provedení recirkulačního obvodu jsou řešena pomocí průchozího podélného otvoru v matici, případně pomocí drážky pro plný profil kuličky na obvodu matice, do nichž jsou ze závitu matice kuličky převáděny a usměrňovány speciálními tvarovými vložkami, upevňovanými obvykle na čela matice. Mimoto, Že se těmito čelními nástavci výrazně prodlužuje stavební délka matice, je vypracování potřebných tvarů kanálů a jejich přechodů technologicky velmi náročné.Other known embodiments of the recirculation circuit are provided by a through slot in the nut, or by a full groove of the ball at the periphery of the nut, into which the ball nut thread is transferred and rectified by special shaped inserts usually fixed to the nut faces. In addition to the fact that the construction length of the nut is greatly extended by these end inserts, it is technologically difficult to develop the necessary channel shapes and their transitions.

Určité zjednodušení přináší provedení recirkulačních obvodů s kanály kruhového průřezu, tangenciálně navazujícími na činný profil závitu matice. Známé provedení tohoto typu s podélnou drážkou trojúhelníkového průřezu a do této drážky upevněnou prismatickou vložkou s vodicím žlábkem trojúhelníkového profilu, ukončeným navzájem kolmými rádiusy, nezaručuje však optimální vedení kuliček jak ve vlastním axiálním kanálu, tak i v oblasti přechodu mezi tímto kanálem a oběma tangenciálními kanály.A certain simplification is provided by the implementation of recirculation circuits with channels of circular cross-section tangentially connected to the active thread profile of the nut. A known embodiment of this type with a longitudinal groove of triangular cross-section and a prismatic insert with a groove of a triangular profile terminated with perpendicular radii attached thereto does not guarantee optimum ball guidance both in the axial channel itself and in the transition area. .

Dodržení přesných vlastních i vzájemných rozměrů trojúhelníkové drážky a prismatické vložky je výrobně velmi náročné, protože i malé odchylky ve tvaru a rovnoběžnosti protileh lýoh stěn tohoto kanálu čtvercového průřezu způsobuje váznutí oběhu kuliček a tím enormní zvyšování pasivních odporů kuličkového šroubového převodu.Maintaining the exact intrinsic and reciprocal dimensions of the triangular groove and prismatic insert is very difficult to manufacture, since even small deviations in the shape and parallelism of the opposing walls of this square channel cause the ball circulation to stall and thus to increase the passive resistance of the ball screw transmission.

Tyto skutečnosti pak vedou ke značnému podílu ručních přizpůsobovacích prací při konečné montáži převodu. Celkové uspořádání recirkulačního obvodu v matici má za následek, že poměr efektivní nosné délky matice k její celkové délce je nepříznivý a vede ke zvětšování délky vlastní matice i stavební délky kuličkového šroubového převodu, a tím zvyšování jeho hmotnosti.These facts then lead to a considerable proportion of manual adjustment work in the final assembly of the transmission. The overall arrangement of the recirculation circuit in the nut results in the ratio of the effective carrying length of the nut to its total length being unfavorable and leads to an increase in the length of the nut itself and the construction length of the ball screw drive, thereby increasing its weight.

Reeirkulační obvod kuličkového šroubového převodu pro přeměnu otáčivého pohybu v translační a naopak, tvořeného šroubem a maticí, mezi jejichž činnými závitovými plochami obíhají kuličky, převáděné tangenciálně orientovanými vstupními kanálky a výstupními kanálky, vyznačující se tím, že vstupní a výstupní tangenciálně orientované kanálky vyúsťují v ose převáděcího kanálku, který je uspořádán na zploštělé části matice rovnoběžně s její osou a je tvořen jednak drážkou půlkruhového profilu/ upravenou v tělese matice a jednak protilehlou, rovněž půlkruhovou drážkou, upravenou na příložce, která je uchycena na zploštění matice, přičemž jak drážka na příložce, tak drážka v tělese matice, mají v místě ústí vstupního a výstupního tangenciálně orientovaného kanálku tvar části shodných rotačních, vzájemně opačně orientovaných anuloidů.Re-circulating ball screw transmission circuit for converting rotational motion into translational and vice versa, consisting of a bolt and a nut, with balls running through tangentially threaded faces, through tangentially oriented inlet and outlet channels, characterized in that the inlet and outlet tangentially oriented channels terminate in axis a transfer channel, which is arranged on the flattened part of the nut parallel to its axis and is formed both by a groove of a semicircular profile / provided in the nut body and on the other hand by an opposing and semicircular groove provided on the shim. , and the groove in the nut body, at the mouth of the inlet and outlet of the tangentially oriented channel, have the shape of a portion of identical rotating, mutually oppositely oriented torus.

Hlavní výhodou této koncepce recirkulačního obvodu kuličkového šroubového převodu je, že při zachování kompaktnosti konstrukce a minimálního průměru matice jsou vytvořeny podmínky pro optimální vedení kuliček v recirkulačním okruhu při nízké technologické náročnosti na výrobu všech funkčních ploch matice i tvarové příložky.The main advantage of this recirculation circuit of the ball screw transmission is that, while maintaining the compactness of the construction and the minimum nut diameter, conditions are created for optimum ball guidance in the recirculation circuit at low technological demands for the production of all functional surfaces of the nut and fitting.

Významným přínosem této konstrukce je rovněž skutečnost, že poměr celkové délky matice k efektivní nosné délce je velmi příznivý, což se projevuje ve zmenšení jak celkové stavební délky, tak i v celkové hmotnosti nejen vlastního kuličkového šroubového převodu, ale i stroje nebo zařízení, ve kterém je použit.An important benefit of this design is also the fact that the ratio of the total length of the nut to the effective supporting length is very favorable, which is reflected in the reduction of both the overall construction length and the total weight not only of the ball screw drive itself, is used.

Příklad provedení recirkulačního obvodu kuličkového šroubového převodu podle vynálezu je schematicky zakreslen na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je celkový pohled na kuličkový šroubový převod, na obr. 2 je znázorněn příčný řez rovinou A-A podle obr. 1 vedený přes tangenciální kanálek, na obr. 3 je ve zvětšeném měřítku znázorněn detail tvarové převáděcí drážky matice a na obr. 4 příslušný řez rovinou B-B přechodu tangenciálního a převáděcího kanálku podle obr. 3, obr. 5 představuje detail tvarové převáděcí drážky matice a převáděcí příložky pro alternativní provedení příložky a na obr. 6 příslušný řez rovinou C-C přechodu tangenciálního a převáděcího kanálku pro tento alternativní případ.An exemplary embodiment of a recirculation circuit of a ball screw transmission according to the invention is schematically shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a general view of the ball screw transmission; Fig. 2 shows a cross section of the plane AA according to Fig. Fig. 3 is an enlarged cross-sectional view of the nut transfer groove and Fig. 4 is a sectional view of the tangential and transfer channel transition plane BB of Fig. 3; 6 shows a corresponding sectional plane CC of the tangential and transfer channel transition for this alternative case.

Kuličkový šroubový převod se skládá ze šroubu _1, jehož vnější závit je vytvořen jeho činnými plochami 2_t z matice 3 s vnitřním závitem, vytvářeným činnými plochami £ a z kuliček í>, zaručujících valivý přenos pohybu a zatížení mezi činnými závitovými plochami 2 a 4_ šroubu £ a matice £.The ball screw transmission consists of a screw 1, the external thread of which is formed by its active surfaces 2 _t, of an internal thread nut 3 formed by the active surfaces 6 and of balls 16 ensuring rolling movement and load between the active threaded surfaces 2 and 4 of the screw. and the matrix 6.

Recirkulační obvod, zaručující cirkulaci kuliček 5_ mezi vstupem a výstupem činných ploch závitu matice 4_f je tvořen jednak vstupním a výstupním tangenciálním kanálkem 6 a 7, jednak převáděcím kanálkem £, který tyto kanálky propojuje. Převáděcí kanálek 8, rovnoběžný s osou šroubu £, je tvořen jednak tvarovou převáděcí drážkou 9 půlkruhového profilu, propojující válcové tangenciální kanálky 6 a 7, přičemž osy těchto kanálků ústí ve středu 12 tvarové převáděcí drážky 9_, který leží v rovině zploštění válcového povrchu matice 3.The recirculation circuit, which guarantees the circulation of the balls 5 between the inlet and the outlet of the active surfaces of the thread of the nut 4 _f , consists of both the inlet and outlet tangential channels 6 and 7 and the transfer channel 6 connecting these channels. The transfer channel 8, parallel to the axis of the screw 8, is formed by the shape transfer groove 9 of the semicircular profile interconnecting the cylindrical tangential channels 6 and 7, and the axes of these channels open at the center 12 of the shape transfer groove 9 .

Dále je převáděcí kanálek 8 tvořen příložkou 13, která má na střední části půlkruhový profil, střed společný se středem převáděcí drážky £ ^a na obou koncích tvar části opačně orientovaných rotačních anuloidů, tangenciálně napojujících se příslušný vstupní a výstupní kanálek £ ^a 2' ^a střední část převáděcího kanálku 2' rovnoběžnou s osou matice 3. Drážka 9, upravená v tělese matice 3, má v oblasti vyústění válcových tangenciálních kanálků 6 a 7 tvar části rotačních, vzájemně opačně orientovaných anuloidů.Furthermore, the transfer channel 8 is formed by a shim 13 having a semicircular profile on the central part, a center common to the center of the transfer groove 8, ^and at both ends a portion of oppositely oriented rotating torus tangentially connecting the respective inlet and outlet channels 8 ^and 2 ' ^. The groove 9 provided in the nut body 3 has the shape of a portion of rotating, mutually oppositely oriented torus channels in the region of the orifice of the cylindrical tangential channels 6 and 7.

Tvarová příložka 13 je na příkladu provedení kuličkového šroubového převodu na obr. 1 až 4 znázorněna ve formě součásti, vyrobené lisováním z plechu, což je provedení vhodné pro racionální sériovou výrobu. Tvarovou příložku 13 lze alternativně vytvořit z plného materiálu v provedení podle obr. 5 a 6, jehož funkční kanálek s výše definovanou geometrií, je obroben tvarovým frézováním nebo jiným vhodným způsobem, např. elektrochemickým obráběbím nebo litím z plastických hmot.1 to 4 is shown in the form of a sheet metal press component, which is an embodiment suitable for rational series production. 5 and 6, whose functional channel with the geometry defined above is machined by face milling or other suitable method, e.g. electrochemical machining or plastic casting.

Tvarová příložka 13 je šrouby 14 připevněna k matici 3_ za oběma tangenciálními kanálky 6 a 7. Do činných ploch £ závitů matice 3 jsou vloženy usměrňovači vložky 15 kruhového průřezu a kruhového podélného profilu, opatřené šikmou náběhovou plochou £6, navazující na povrchovou přímku vstupního tangenicálního kanálku £ nebo výstupního, tangenciálního kanálku 7. Usměrňovači vložky 15 slouží k vyvedení, respektive zavedení kuliček 2 ² činných závitových' The flange 13 is fastened to the nut 3 behind the two tangential channels 6 and 7 by bolts 14. The rectangular inserts 15 of circular cross-section and a circular longitudinal profile, provided with an inclined lead-in surface 6, are interposed in the thread faces of the nut 3. £ or the channel outlet, tangential channel seventh baffle inserts 15 used for outputting, respectively, the introduction of beads threaded active 2 ² '

ploch £ a 4 šroubu £ a matice 3 do vstupního tangenciálního kanálku 6 a výstupního tangenciálního kanálku £. Usměrňovači vložky 15 jsou k matici upevněny radiálně orientovanými šrouby l£. surfaces 4 and 4 of screw 6 and nut 3 into the inlet tangential channel 6 and the outlet tangential channel 6. The baffle inserts 15 are fastened to the nut by radially oriented screws 16.

Výše uvedený příklad provedení kuličkového šroubového převodu je aplikován na jednochodý šroub s jediným recirkulačním obvodem. Uvedené uspořádání lze použít i u kuličkového šroubového převodu vícechodého, např. u dvouchodého provedení, u nějž budou v matici vytvořeny dva vzájemně axiální přesazené nezávislé recirkulační obvody. Obdobně lze vytvořit i kuličkové šroubové převody dvoukruhové nebo i vícekruhové, s dvěma, případně i více axiálně přesazenými separátními recirkulačním! obvody výše uváděného uspořádání.The above embodiment of the ball screw transmission is applied to a single pass screw with a single recirculation circuit. This arrangement can also be used for a multi-spherical ball screw transmission, for example a two-stage design in which two mutually axially offset independent recirculation circuits are formed in a nut. Similarly, double-spherical or even multi-spiral ball screw drives can be created, with separate or more axially offset separate recirculation! the circuits of the above arrangement.

Claims

Ball screw transmission recirculation circuit for converting rotational motion into translational and vice versa, consisting of a screw and a nut, between whose active threaded surfaces are balls running through tangentially oriented inlet and outlet channels, characterized in that the inlet and outlet tangentially oriented channels (6, 7) (6), which results in a center (12) of the transfer channel (8), which is arranged on the flattened part of the nut (3) and on the other, an opposite, also semicircular groove provided on the shim (13). both the groove on the shim (13) and the groove (9) in the nut body (3) have the shape of portions of identical rotating mutually oppositely oriented torus at the mouth of the inlet and outlet tangentially oriented channels (6, 7).