10.14489/hb.2023.11.pp.003-015

2023, 11 ноябрь (November)

DOI: 10.14489/hb.2023.11.pp.003-015

Блинов Д. С., Цветков Д. И., Морозов М. И.
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПЕРВОГО ВИТКА РОЛИКА ВДОЛЬ ЕГО ОСИ НА НЕРАВНОМЕРНОСТЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ В БЕЗГАЕЧНОЙ РОЛИКОВИНТОВОЙ ПЕРЕДАЧЕ
(с. 3-15)

Аннотация. В машиностроении широко используются винтовые передачи, преобразующие вращательное движение в поступательное. К ним относятся роликовинтовые передачи (РВП) качения, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками и являющиеся на сегодняшний день самыми перспективными. Для производства РВП требуются специальные дорогостоящие импортные станки, поэтому в России в рамках программы импортозамещения разработаны безгаечные РВП, изготовление которых возможно на универсальном оборудовании. Они выбраны в качестве объекта исследования. Для надежной, долговечной и экономичной работы безгаечных РВП необходимы их достоверные расчеты по важнейшим критериям работоспособности. При этом сначала выполняют силовой расчет передачи, а затем рассчитывают ее детали, соединения деталей и передачу в целом на прочность, жесткость, долговечность и т.д. В статье рассмотрен силовой расчет безгаечных РВП, обладающих рядом особенностей, в том числе особенностью нагружения ее промежуточных деталей – резьбовых роликов. На ролик вдоль его осевой линии действует сила со стороны исполнительного механизма, а уравновешивается она осевыми силами на витках ролика, взаимодействующих с витками винта. Отсюда на ролик действует опрокидывающий момент от осевых сил, который уравновешивается за счет перераспределения сил на витках ролика и сил со стороны двух колец, удерживающих ролик от радиального перемещения. Это приводит к неравномерности распределения нагрузки между витками ролика, которая оценивается коэффициентом неравномерности нагружения. В статье выявлен конструктивный параметр, который приводит к изменению коэффициента неравномерности нагружения конкретной безгаечной РВП при работе передачи. Этим параметром является положение вдоль оси первого от торца ролика витка, воспринимающего нагрузку (работающего витка) со стороны исполнительного механизма, и других работающих витков вдоль оси ролика. Причиной этого изменения является вариация количества работающих витков ролика и плеча уравновешивающей силы на работающих витках. При этом диапазон изменения коэффициента неравномерности нагружения безгаечной РВП достаточно велик, и его необходимо учитывать при расчетах.

Ключевые слова: безгаечная роликовинтовая передача; винт; ролик; сила; опрокидывающий момент; коэффициент неравномерности нагружения.

Blinov D. S., Tsvetkov D. I., Morozov M. I.
ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF THE POSITION OF THE FIRST THREAD TURN OF THE ROLLER ALONG ITS AXIS ON THE UNEVEN DISTRIBUTION OF THE LOAD IN A NUT-FREE ROLLER DRIVE
(pp. 3-15)

Abstract. In mechanical engineering, screw drives are widely used, which convert rotational motion into translational motion. These include roller drives (RD), which have high performance characteristics and are by far the most promising. For the production of RD, special expensive imported machines are required, therefore, in Russia, as part of the import substitution program, nut-free RDs have been developed, the manufacture of which is possible on universal equipment. They are chosen as the object of research. For reliable, durable and economical operation of nut-free RDs, their reliable calculations are required according to the most important performance criteria. In this case, first, a force calculation of the transmission is performed, then its details, connections of details and transmission as a whole mechanism are calculated for strength, rigidity, durability, etc. The article considers the force calculation of nut-free RD, which have a number of features, including the feature of loading its intermediate parts - threaded rollers. A force from the actuator acts on the roller along its axial line, and roller is balanced by axial forces on the thread of the roller interacting with the thread of the screw. From here, the overturning moment from axial forces acts on the roller, which is balanced by the redistribution of forces on the thread of the roller and the forces from the two rings that keep the roller from radial movement. This leads to uneven distribution of the load between the thread turns of the roller, which is estimated by the coefficient of uneven loading. The article reveals a design parameter that leads to a change in the coefficient of uneven loading of a nut-free RD during operation. That parameter is the position along the axis of the first thread turn from the end of the roller, which receives the load (working thread turns) from the actuator, and other working thread turns along the axis of the roller. The reason for this change is the variation in the number of working threads turns of the roller and the distance of the balancing force on the working turns. At the same time, the range of the coefficient of uneven loading of a nut-free RD is quite large and must be taken into account in the calculations.

Keywords: Nut-free roller drive; Screw; Roller; Force; Overturning moment; Coefficient of uneven loading.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

Д. С. Блинов, Д. И. Цветков, М. И. Морозов (Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, Москва, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

D. S. Blinov, D. I. Tsvetkov, M. I. Morozov (Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia)

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Детали машин: учебник для вузов / Л. А. Андриенко и др.; под ред. О.А. Ряховского. 4-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. 465 с.
2. Блинов Д. С. Винтовые передачи линейных приводов: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2021. 199 с.
3. Блинов Д. С., Зенкина Я. П. Общий случай определения размеров и полей допусков на них для резьбовых деталей планетарных роликовинтовых механизмов // Наука и образование. МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2017. № 4. С. 16–32.
4. Устройство для преобразования вращательного движения в поступательное / Леонтьев С. К., Пальченко Н. В., Блинов Д. С. и др. // Патент на полезную модель РФ № 154625, 2015. № 24.
5. Блинов Д. С., Морозов М. И. Разработка методики силового расчета безгаечной роликовинтовой передачи // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2015. № 4. С. 10–20.
6. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. 592 с.
7. Белкин А. Е., Нарская Н. Л. Расчет плоских рам методом перемещений: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. 32 с.
8. Айрапетов Э. Л. Статическая нагруженность многопарных передач зацеплением // Вестник машиностроения. 1990. № 1. С. 16–21.
9. Блинов Д. С., Морозов М. И. Неравномерность распределения нагрузки между сопрягаемыми витками ролика и винта с гайкой планетарной роликовинтовой передачи // Наука и образование: электронное научно-техническое издание МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2014. № 9. С. 1–14.
10. Блинов Д. С., Морозов М. И., Басова С. С. О формуле по определению перемещений точек плоского кольца, нагруженного сосредоточенными одинаковыми радиальными силами, приложенными с одинаковым шагом по окружности // Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2016. № 4. С. 8–16.
11. Станочные приспособления: справочник. В 2 т. Т. 1 / под ред. Б. Н. Вардашкина, А. А. Шатилова. М.: Машиностроение, 1984. 592 с.
12. SKF roller screws: SKF, 2014. 136 s.

Eng

1. Ryahovskiy O. A. (Ed.), Andrienko L. A. et al. (2014). Machine parts: Textbook for universities. 4th ed. Moscow: MGTU im. N. E. Baumana. [in Russian language]
2. Blinov D. S. (2021). Screw transmissions of linear drives: a textbook. Moscow: MGTU im. N. E. Baumana. [in Russian language]
3. Blinov D. S., Zenkina Ya. P. (2017). General case of determining dimensions and tolerance fields for threaded parts of planetary roller screw mechanisms. Nauka i obrazovanie. MGTU im. N. E. Baumana, (4), 16 – 32. [in Russian language]
4. Leont'ev S. K., Pal'chenko N. V., Blinov D. S. et al. (2015). Device for converting rotational motion into translational motion. Utility model patent No. 154625. Russian Federation. [in Russian language]
5. Blinov D. S., Morozov M. I. (2015). Development of nut-free roller drive power calculation method. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal s prilozheniem, (4), 10 – 20. [in Russian language] DOI: 10.14489/hb.2015.04.pp.010-020
6. Feodos'ev V. I. (1999). Strength of materials: a textbook for universities. Moscow: Izdatel'stvo MGTU im. N. E. Baumana. [in Russian language]
7. Belkin A. E., Narskaya N. L. (2013). Calculation of flat frames using the displacement method: textbook. Moscow: MGTU im. N.E. Baumana. [in Russian language]
8. Ayrapetov E. L. (1990). Static loading of multipair gears by gearing. Vestnik mashinostroeniya, (1), 16 – 21. [in Russian language]
9. Blinov D. S., Morozov M. I. (2014). Uneven load distribution between the mating turns of the roller and the screw with the nut of the planetary roller screw. Nauka i obrazovanie: elektronnoe nauchno-tekhnicheskoe izdanie MGTU im. N. E. Baumana, (9), 1 – 14. [in Russian language]
10. Blinov D. S., Morozov M. I., Basova S. S. (2016). About the formula of determination of flat ring points shifts loaded by focused equal radial forces applied at the same circumference step. Spravochnik. Inzhenerniy zhurnal s prilozheniem, (4), 8 – 16. [in Russian language]. DOI: 10.14489/hb.2016.04.pp.008-016
11. Vardashkin B. N., Shatilov A. A. (Eds.) et al. (1984). Machine tools: Handbook. In 2 volumes. Vol 1. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]12. SKF roller screws: SKF.

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/hb.2023.11.pp.003-015

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/hb.2023.11.pp.003-015

and fill out the form