DE1931861A1

DE1931861A1 - Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung

Info

Publication number: DE1931861A1
Application number: DE19691931861
Authority: DE
Inventors: Pierre Lemor
Original assignee: Svenska Kullagerfabriken AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 1968-06-27
Filing date: 1969-06-24
Publication date: 1970-01-08
Also published as: DE1931861C3; FR1577532A; SE349379B; NL6909750A; US3595094A; GB1243434A; CH494354A; DE1931861B2

Description

(Priorität der französischen Patentanmeldung PV.156.850

vom 27.6.1968 )

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung mit Hilfe einer Zahnstange bei hohem Wirkungsgrad.

Die bekannten Vorrichtungen zur Bewegungsumwandlung mit einer Zahnstange und einer Schnecke weisen den Übelstand auf, dai ' bei ihnen an der Eingriffssteile zwischen den Gewindegängen der Schnecke und den Zähnen der Zahnstange gleitende Reibung auftritt.

Die Erfindung bezweckt in der Hauptsache, den Wirkungsgrad dieser Vorrichtungen dadurch zu verbessern, dass die relative Gleitbewegung in eine Drehbewegung der ineinandergreifenden Glieder umgewandelt wird. ■

Zu diesem Zwecke isb die erfindungsgemässe.Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung mit Hilfe einer Zahnstange und einer Schnecke bei hohem .4Irkungsgrad dadurch gekennzeichnet, daß die ein Zylindersegment bildende Zahnstange mit einem aus einer Vielzahl γοη' Gewindegängen bestehenden Innengewinde versehen ist, daß die "koaxial zur Zylinderachse der. Zahnstange angeordnete Schnecke

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eine Vielzahl von Gewindegängen aufweist, die im wesentlichen mit der Anzahl der Gewindegänge der Zahnstange übereinstimmt, und dass rings um die Schnecke im Eingriff ?;.:> einerseits mit dieser und zum anderen mit der Zahnstange mit Gewinde versehene Planetenrollen angeordnet sind, deren Steigung mit der Steigung der Gewindegänge der Schnecke bei entgegengesetztem Steigungssinn dergestalt überein-^· Bstimmt, dass die Planetenrollen auf der Schnecke abzurollen vermögen, ohne dass eine Axialbewegung der Planetenrollen im Verhältni s zur Schnecke auftritt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werfen die mit Gewinde versehenen Planetenrollen in ihrer Lage rings um die Schnecke mit Hilfe eines Käfigs gehalten, der von zwei mib Löchern versehenen Planschen gebildet ist, in welchem die Enden der Planetenrollen gelagert sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wälzen sich die mit Gewinde versehenen Planetenrollen ausserdem im unteren Abschnitt ihrer Bewegungsbahn an einer Hilfszalmstange ab, die von einem koaxial zur Schnecke und zu den .oberhalb derselben gelegenen Hauptzahnstange angeordneten Zylindersegment gebildet ist und deren Länge im wesentlichen die" gleiche ist wie die der Schnecke. Die Hilfszahnstange.ist .' vorzugsweise mit einem aus einer Vielzahl von Gewindegängen gebildeten Gewinde versehen, dessen Steigung derart ausgewählt ist, dass die resultierende Steigung· der von der Antriebsschnecke, der Hilfszahnstange und den Planetenrollen gebildeten Einheit Null ist. Unter diesen Bedingungen ist auch die Axialbewegung der Hilfszahnstange im Verhältnis zur Schnecke gleich Null, so daß die Hilfszahnstange als Reaktionsglied benutzt werden kann, um die von der Hauptzahnstange auf die Schnecke übertragene Belastung auf das Grundgestell der Vorrichtung zu. übertragen.

Diese letztere Maßnahme ermöglicht es, eine verbesserte Steifigkeit der gesamten Anordnung zu erhalten. Unter diesen

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Bedingungen können die Lager der Schnecke vergleichsweise schwach ausgeführt werden, ohne die Belastbarkeit der Vorrichtung zu beeinträchtigen. Im übrigen ist es dank dererfindungsgemässen Anordnung möglich, eine Stellmöglichkeit für die Zahnstange zur Einstellung oder Beseitigung des Spiels zu schaffen. Hierzu wird die Antriebs— schnecke mit zwei aussenseitig mit Gewinde versehenen Halbringen versehen, die auf einer gemeinsamen Welle ohne Drehbewegung zu gleiten vermögen» Die Ausstellung der Halbringe gegeneinander erlaubt es, sowohl das Axialspiel wie das Radialspiel der von der Schnecke·, den Planetenrollen der Hauptzahnstange und der Hilfszahnstange gebildeten Anordnung zu beseitigen oder einzustellen.

Die Erfindung schafft also eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung mit Hilfe einer Zahnstange und einer Schnecke bei hohem Wirkungsgrad und mit der Möglichkeit der Spielbeseitigung oder Spieleinstellung. Die erfindungsgemässe Vorrichtung läßt sich mit Vorteil hauptsächlich bei grossen Werkzeugmaschinen wie auch bei Anordnungen anwenden, bei denen ein Bedürfnis nach sehr grossem Hub besteht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 einen /ocialschnitt durch eine Vorrichtung nach der Erfindung mit Schnecke und Zahnstange,

Fig. Z einen fuerschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. T .

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist eine Antriebsschnecke 1 mit einer Vielzahl von Gewindegängen 1, beispielsweise acht Gängen auf, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Die Schnecke 1 besteht mit einer Welle ^ zur Zuführung der Antriebsbewegung aus einem Stück.

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Rings um die Antriebsschnecke 1. befinden sich in regel-■ massiger-Verteilung. Planetenrollen 4 mit einem einzigen Gewindegang 5. Die Planetenrollen 4 stehen mit der Schnecke 1 in Eingriff,und der Steigungswinkel der Gewindegänge 5 der ¹ Planetenrollen 4 ist der gleiche wie der der Gewindegänge Z der Schnecke 1 mit umgekehrtem Steigungssinn, dergestalt, daß die ohne Gleitbewegung auf der Schnecke Λ sich abwälzenden Planetenrollen 4 keinerlei Axialbewegung im Verhältnis zur Schnecke 1 ausführen. . . ■-.

Die mit Gewinde versehenen Planetenrollen 4 werden rings um , die Schnecken 1 mit. einem Käfig in Stellung gehalten, der aus zwei durchlochten Ringflanschen 6 und 7 besteht, in denen die'Enden der Planetenrollen 4 gelagert sind. Der Ringflansch 6 befindet sich zwischen einer gegen die eine Stirnseite der Schnecke 1 einerseits und einem axial auf ■ der Welle 3 festgelegten Haltering .9 andererseits angeordneten Zahnkranz 8, und in gleicher Weise befindet, sich der Eingflänsch 7 zwischen einem weiteren Zahnkranz 11, der gegen die andere Stirnseite der Schnecke 1 anliegt, und einem Haltering 12, der axial fest auf der Welle 3 sitzt. Der von den Flanschen 6 und 7 gebildete Käfig kann rings um die Achse der Schnecke 1 frei rotieren, wobei er durch die Zahnkränze 8, 11 und die Halteringe 9, 12 axial in Stellung gehalten wird. * :

Einer eventuell auftretenden unerwünschten Gleitbewegung der mit Gewinde versehenen Planetenrollen 4 im Verhältnis zur Schnecke 1 wird durch Verzahnungen 13 und 14 an den Enden der Planetenrollen 4 vorgebeugt. Diese Verzahnungen 13»14 greifen in Verzahnungen 15 bzw. 16 der Zahnkränze 8 und 11 ein.

Die Vorrichtung weist weiterhin eine Hauptzahnstange 17 auf,die sich oberhalb der Schnecke 1 befindet und von einem

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Zylindersegment gebildet ist, das ein Innengewinde mit einer Vielzahl von Gewindegängen 18 aufweist. Die Anzahl der Gewindegänge 18 der Zahnstange 17 ist grundsätzlich die gleiche wie diejenige der Gewindegänge 2 der Schnecke Im übrigen sind die Abmessungen der Gewindegänge 18 der Zahnstange 17 einerseits und der Gewindegänge 2 der Schnecke 1 andererseits die gleichen, dergestalt, dass die mit Gewinde versehenen Planetenrollen 4-, die sich zwischen der Schnecke 1 und der Zahnstange 17 befinden, gleichzeitig sowohl in das Gewinde der Schnecke 1 wie das Gewinde der Zahnstange 17 eingreifen können.

Die Antriebsschnecke 1 kann von Lagern gestütist sein, in denen auch die Antriebswelle 1 gelagert ist, jedoch ruht sie beim in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel unter Zwischenschaltung der Planetenrollen 4- auf _ einer unteren Hilfszahnstange 19 von im wesentlichen gleicher Länge wie die Schnecke 1. Diese Hilfszahnstange 19 weist eine von.einem Zylindersegment getragene Innenfläche auf, auf welcher ein aus einer Vielzahl von Gewindegängen bestehendes Gewinde angeordnet ist.

Um ein eventuelles ungewolltes Gleiten der.mit Gewinde versehenen Planetenrollen 4- im Verhältnis zu den Gewindegängen' 21 zu verhindern, greifen die Verzahnungen 13 bzw. 14 in Verzahnungen 23 und. 24- ein, die von Zahnkränzen 25 und getragen sind, welche sich an den beiden Stirnseiten der Hilf szahnstange 19 befinden.. ..

Die Gangzahl der Hilfszahnstange 19 ist derart gewählt, daß die resultierende Steigung der von der Antriebsschnecke 1, den Planetenrollen 4- und der Hilf szahnstange 19 gebildeten Einheit 'gleich Null ist, wie weiter unten noch erläutert wird. In diesem Falle ist die Axialbewegung der Hilf szahnstange· im Verhältnis zur Schnecke 1 gleich Null, und sie vermag trotzdem als radiales Widerlager zur Übertragung der von. der. ;~

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Hauptzahnstange 17 auf die Antriebsschnecke 1 unter Zwischenschaltung der in der oberen Hälfte befindlichen Planetenrollen 4- ausgeübten Belastung auf das Grundgestell der Vorrichtung herangezogen zu werden. Diese Anordnung gestattet eine Verminderung der Abmessungen der Lagerzapfen oder der Antriebswelle 5» ohne hierdurch die Belastungsfähigkeit der Vorrichtung zu beeinträchtigen, und es ist im übrigen möglich, eine Möglichkeit zur Einstellung oder Beseitigung des Eingriffsspiels zu schaffen. Hierzu wird die Antriebsschnecke 1 aus zwei auf der Aussenseite mit Gewinde versehenen Halbringen gebildet, die, ohne zu drehen, auf einer gemeinsamen Welle gleiten können/Die Anstellung der Halbringe gegeneinander erlaubt eine Beseitigung oder Einstellung sowohl des Axial- wie des Radialspiels in der von der Schnecke 1, den Planetenrollen 4-, der Hauptzahnstange 17 und der Hilfszahnstange 19 gebildeten Einheit.

Eine einfache Rechnung veranschaulicht das sich aus der vorhergehenden Beschreibung ergebende Ergebnis mit Hilfe der nachstehenden Formel für die resultierende Steigung P :

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worin P^ die Steigung der Schnecke 1, P₂ die Steigung der Zahnstange 17,-B. den Durchmesser der Schnecke 1 und D₂ den Durchmesser der Zahnstange 17 darstellen.

Wenn im allgemeinen Falle die Steigung der Zahnstange 17 die gleiche ist wie diejenige der Schnecke 1, ist die resultierende Steigung des Systems auch gleich derjenigen der Schnecke.

Nach einer als Beispiel gewählten besonderen Ausführungs— form der Erfindung weist die Schnecke 1 acht Gewindegänge

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von 5 ram Breite auf, und die .Planetenrollen 4- aind mit" 3 mm breitem Gewinde versehen, das im Gegensinne·verläuft" zu dem der Gewindegänge der Schnecke 1. Die Hauptzahnstange 17 hat ein Gewinde mit acht Gängen von 3 mm Breite und gleichen Steigungssinn wie das Gewinde der Schnecke 1, während demgegenüber die Hilfszahnstange ein Gewinde mit sechs Gängen von 3 πιπί Breite im Gegensinne zu dem Gewinde der Schnecke 1 hat. Der Durchmesser der Schnecke 1 beträgt 120 mm, der der Planetenrollen 4- ist 15 mm", und der Durchmesser der Zahnstangen 17 und 19 beträgt demnach 1-jO-mm.\

Die Anwendung der oben angegebenen Formel für die resultierende Steigung läßt erkennen, dass die resultierende Steigung der Schnecke 1 im Verhältnis zur Hilfszahnstange 19 Null ist und die resultierende Steigung der Schnecke 1 im Verhältnis zur Hauptzahnstange 17 mit der Steigung der Schnecke selbst, d.h. 24 mm übereinstimmt. ..

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Claims

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Ansprüche

M.j Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung mit Hilfe von Zahnstange und Schnecke bei hohem Wirkungsgrad, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Zylindersegment bildende Zahnstange (1?) mit einem aus einer Vielzahl von Gewindegängen (1.8) bestehenden Innengewinde versehen ist, daß die koaxial zur Zylinderachse der Zahnstange (17) angeordnete Schnecke (1) eine Vielzahl von Gewindegängen aufweist, die im wesentlichen mit der Anzahl der Gewindegänge (18) der Zahnstange (17) übereinstimmt, und daß rings um die Schnecke im Eingriff einerseits mit dieser und zum anderen mit der Zahnstange (Ί7) mit Gewinde versehene Planetenrollen (4) angeordnet sind, deren Steigung mit der Steigung der Gewindegänge der Schnecke (i) bei entgegengesetztem Steigungssinn dergestalt übereinstimmt, daß die Planetenrollen (4) auf der Schnecke (i) abzurollen vermögen, ohne dass eine Axialbewegung der Planetenrollen (4) im Verhältnis zur Schnecke (1) auftritt. -
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dad u r c h g e k en nz ei c h η e. t, daß die mit Gewinde versehenen Planetenrollen (4) in ihrer Lage rings um die Schnecke (1) mit Hilfe eines Käfigs gehalten werden, der von zwei mit Löchern versehenen Flanschen (6,7) gebildet ist, in ^ , welchem die Enden der Planetenrollen (4) gelagert sind,

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da d ure h gekennζ eic h η e t, daß die mit Gewinde versehenen Planetenrollen (4) ausserdem im unteren Abschnitt ihrer Bewegungsbahn an einer Hilfszahnstange (19) abwälzen, die

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von einem koaxial zur Schnecke (1) und zu den oberhalb derselben gelegenen Hauptzahnstange (17) angeordneten Zylindersegment gebildet ist und deren Länge im wesentlichen die gleiche ist wie die der Schnecke (1).

Vorrichtung nach Anspruch 5» d a d u r c h gekennzeichnet, daß. die Hilfszahnstange (19) vorzugsweise mit einem aus einer Vielzahl von Gewindegängen (21) gebildeten Gewinde versehen ist, dessen Steigung derart ausgewählt ist, dass die resultierende Steigung der von der Antriebsschnecke (1), der Hilfszahnstange (19) und den Planetenrollen (4) gebildeten Einheit Null ist.

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