Результат интеллектуальной деятельности: ПЕРЕДАЧА

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к передаче, содержащей первую деталь, входящую в контакт со второй деталью, подвижной относительно первой детали. Так, изобретение относится к винтам с сателлитными роликами и подшипникам с сателлитными роликами, в частности, но не исключительно, таких передач, которые во время работы подвергаются действию сильных осевых нагрузок и совершают укороченные перемещения и/или перемещения с малым ходом.

Уровень техники

Для передач, которые являются винтами и подшипниками с сателлитными роликами, из документа FR 2925640 известно использование жидкой смазки, предпочтительно масла с разведенной присадкой, которое может распределяться за счет капиллярности между винтами, сателлитными роликами и гайкой для смазывания этих элементов.

Винты и подшипники с сателлитными роликами иногда применяют в конструкциях, где они во время работы подвергаются действию сильных осевых нагрузок и укороченным перемещениям и/или перемещениям с малым ходом. Например, это относится к случаю, когда винт или подшипник с сателлитными роликами приводит в действие подвижный элемент летательного аппарата, такой как рулевая поверхность (руль).

Однако жидкие смазки являются малоэффективными или совсем не являются эффективными в присутствии сильных осевых нагрузок и, в частности, в случае коротких и/или медленных перемещений винта или подшипника с сателлитными роликами. Действительно, в этих условиях очень трудно получить однородную масляную пленку между сателлитными роликами и винтом или гайкой винта или между роликами и кольцами подшипника с сателлитными роликами, что существенно влияет на работу винта или подшипника с сателлитными роликами. Этот недостаток проявляется еще больше, если жидкая смазка имеет низкую вязкость.

Было также предложено обеспечивать смазывание такого винта или такого подшипника с сателлитными роликами при помощи консистентной смазки. Действительно, консистентная смазка выдерживает более высокие осевые нагрузки и более адаптирована к более коротким перемещениям и/или перемещениям с малым ходом. Однако ее эффективность не сохраняется достаточно долго без технического обслуживания в некоторых областях ее применения, например в области авиации.

Кроме того, консистентная смазка имеет ряд других недостатков и, в частности, обладает вязкостью, которая сильно меняется вместе с температурой. Так, при температуре около -30 градусов Цельсия большинство консистентных смазок застывают, что замедляет или препятствует вращению сателлитных роликов. Если же винт или подшипник с сателлитными роликами используют на летательном аппарате, например в приводе руля, этот винт или подшипник с сателлитными роликами подвергается действию низких температур в среднем порядка -50 градусов Цельсия. Следовательно, смазывание консистентной смазкой не подходит для такого применения.

Кроме того, консистентная смазка выталкивается наружу различных зон контакта между сателлитными роликами и винтом или гайкой или между роликами и кольцами подшипника. Поэтому необходимо регулярно добавлять смазку в винт или подшипник с сателлитными роликами для ограничения этого явления.

Кроме того, существуют также твердые смазки. При этом применяют так называемое сухое смазывание твердой смазкой, при котором на части передачи, такие как винт и гайка и/или сателлитные ролики, наносят твердое смазочное покрытие. Согласно первому варианту осуществления твердые частицы смазки включены в винт и гайку и/или сателлитные ролики таким образом, чтобы эти частицы постепенно высвобождались по мере их износа. Покрытие содержит, например, дисульфид молибдена (или MoS₂). Согласно второму варианту осуществления смазочное покрытие наносят на поверхность винта и гайки или сателлитных роликов. Покрытие содержит, например, дисульфид вольфрама (или WS₂).

Несмотря на то, что твердые смазки выдерживают более значительные осевые нагрузки в сочетании с более короткими и/или более медленными перемещениями, чем жидкая смазка, их недостатком является очень высокая чувствительность к климатическим, термическим и/или химическим условиям, которые встречаются во многих отраслях промышленности, например в авиации.

В частности, твердые смазки имеют тенденцию к разложению в присутствии воды, теряя, таким образом, свою эффективность. Иногда вода даже делает твердые смазки агрессивными для поверхностей, на которых нанесены твердые смазки. В случае некоторых покрытий, например, таких как MoS₂ или WS₂, это разложение приводит к образованию двух агрессивных компонентов, а именно абразивного оксида и серной кислоты.

Кроме того, в винт или подшипник с сателлитными роликами может проникнуть газообразное химическое соединение и конденсироваться внутри указанного винта в виде жидкости, которая может реагировать с твердой смазкой. В целом химические соединения могут ухудшить любую смазку, но в наибольшей степени это относится к твердым смазкам. Так, одного лишь присутствия газообразного химического соединения достаточно, чтобы твердая смазка разложилась, в частности, на уровне зон контакта винта или подшипника с сателлитными роликами, поскольку трения на уровне этих зон усиливают реактивность газообразного химического соединения.

Чувствительность твердых смазок к климатическим, термическим и/или химическим условиям может иметь серьезные последствия для работы винта или подшипника с сателлитными роликами, поэтому применение таких смазок затруднено в некоторых областях, таких как авиация.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в создании передачи, смазывание которой улучшено по сравнению с известными техническими решениями.

В связи с этим объектом изобретения является передача, содержащая первую деталь, входящую в контакт со второй деталью, подвижной относительно первой детали, при этом, по меньшей мере, одна из деталей имеет покрытие из твердой смазки, по меньшей мере, на уровне зон контакта между первой деталью и второй деталью, при этом твердая смазка самостоятельно обеспечивает смазывание указанной передачи.

Согласно изобретению передача содержит средства удержания и капиллярного распределения текучей среды между деталями с обеспечением формирования пленки между указанными деталями, которая может временно разрываться на уровне каждой зоны контакта.

Пленка текучей среды предохраняет твердую смазку от внешних воздействий, но при этом сама не используется для обеспечения функции смазывания передачи. Таким образом, пленка временно разрывается для прямого контакта деталей в каждой зоне контакта очень ограниченного размера между деталями.

На уровне каждой зоны контакта поверхность первой детали входит в контакт с поверхностью второй детали. Однако указанные поверхности естественно имеют дефекты или неровности, поэтому контакт между поверхностями не может быть идеальным. Следовательно, зона контакта образуется не за счет идеального линейного контакта между двумя поверхностями, а представляет собой множество точек контакта между двумя поверхностями, что позволяет пленке очень быстро и легко восстанавливаться сразу после прекращения контакта между двумя поверхностями.

Согласно предпочтительному варианту осуществления передача содержит первый элемент, второй элемент, коаксиально охватывающий первый элемент, и множество вращающихся тел, распределенных в окружном направлении между наружной поверхностью первого элемента и внутренней поверхностью второго элемента и взаимодействующих с указанными поверхностями, при этом, по меньшей мере, внутренняя поверхность и наружная поверхность или, по меньшей мере, вращающиеся тела содержат покрытие из твердой смазки, по меньшей мере, на уровне зон контакта каждого вращающегося тела с наружной поверхностью первого элемента и с внутренней поверхностью второго элемента, при этом средства удержания и капиллярного распределения текучей среды выполнены таким образом, чтобы формировать между вращающимися телами и каждой поверхностью пленку, которая может временно разрываться на уровне каждой зоны контакта каждого вращающегося тела с указанной поверхностью.

В этом варианте осуществления вращающееся тело и один из элементов образуют вышеупомянутые первые и вторые детали.

Пленка текучей среды предохраняет твердую смазку от внешних воздействий, хотя сама не обеспечивает функции смазывания передачи. Таким образом, пленка временно разрывается при прямом контакте между вращающимися телами и первым элементом и вторым элементом в каждой очень ограниченной зоне контакта между вращающимся телом и первым элементом или между вращающимся телом и вторым элементом. Твердая смазка, раскрываемая таким образом на уровне зоны контакта, обеспечивает смазывание, и текучая среда образует вокруг зоны контакта капиллярный мениск, благодаря которому за пределами зоны контакта сохраняется целостность пленки для защиты твердой смазки.

Кроме того, поскольку текучая среда не участвует в смазывании, то она не работает с точки зрения механики и поэтому расходуется в очень малых количествах. Таким образом, незначительного первоначального количества текучей среды достаточно на весь срок службы передачи. Следовательно, средства удержания и капиллярного распределения имеют небольшой объем и оказывают незначительное влияние на объем, а также на массу передачи. Кроме того, поскольку текучая среда не работает с механической точки зрения, она может не содержать твердой присадки для работы в условиях высокого давления и может иметь исключительно низкую вязкость. За счет этого обеспечивается очень легкое распределение текучей среды в передаче за счет капиллярности.

Предпочтительно нет необходимости обеспечивать герметичность передачи, поскольку пленка текучей среды удерживается на месте за счет эффекта капиллярности. Распределение вращающихся тел по всей наружной поверхности первого элемента и второго элемента тоже участвует в удержании на месте пленки текучей среды.

Кроме того, распределение текучей среды за счет капиллярности при помощи средств удержания и распределения обеспечивает постоянное присутствие пленки текучей среды между вращающимися телами и первым элементом и вторым элементом, в частности, на уровне зон контакта. Кроме того, нет необходимости обеспечивать также герметичность передачи, поскольку пленка текучей среды сама предохраняет вращающиеся тела, первый элемент и второй элемент от внешних воздействий, таких как влажность или других.

Передача в соответствии с изобретением отличается высокой прочностью и надежностью и требует лишь незначительного обслуживания.

Другим преимуществом является то, что текучая среда позволяет амортизировать микровибрации, которым подвергаются вращающиеся тела, первый элемент и второй элемент, в частности, на уровне зон контакта.

Кроме того, несмотря на то, что пленка имеет небольшую толщину, текучая среда ограничивает термические воздействия на уровне зон контакта и, в частности, нагревание вращающихся тел, внутренней поверхности и наружной поверхности на уровне зон контакта.

Текучая среда участвует также в удержании на месте покрытия из твердой смазки на вращающихся телах или на наружной поверхности и внутренней поверхности.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительных частных вариантов осуществления изобретения.

Краткое описание чертежей

Описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показан винт с сателлитными роликами в соответствии с изобретением, вид в перспективе с вырезом;

на фиг. 2 схематично показан сателлитный ролик винта, изображенного на фиг. 1, согласно частному варианту осуществления изобретения, вид в поперечном разрезе;

на фиг. 3 схематично показан сателлитный ролик винта, изображенного на фиг. 1, согласно частному варианту осуществления изобретения, вид в продольном разрезе;

на фиг. 4 схематично показан сателлитный ролик винта, изображенного на фиг. 1, согласно другому частному варианту осуществления изобретения, вид в поперечном разрезе;

на фиг. 5 схематично показан сателлитный ролик винта, изображенного на фиг. 1, согласно еще одному частному варианту осуществления изобретения, вид в поперечном разрезе.

Осуществление изобретения

Показанная на фиг. 1 и 2 передача является винтом с сателлитными роликами, который содержит винт 1, имеющий резьбовую наружную поверхность, и гайку 3, коаксиально охватывающую винт 1 и имеющую резьбовую внутреннюю поверхность 4, при этом гайка 3 завинчена на винте 1.

В гайке 3 выполнено цилиндрическое гнездо, в котором установлено множество резьбовых сателлитных роликов 6, распределенных в окружном направлении между наружной поверхностью 2 и внутренней поверхностью 4, с которыми они взаимодействуют, при этом витки резьбы наружной поверхности 2, внутренней поверхности 4 и сателлитных роликов 6 имеют одинаковый шаг. Кроме того, сателлитные ролики 6 имеют зубчатые концы, зацепляющиеся с зубчатыми венцами гайки 3 с целью синхронизации сателлитных роликов 6.

Описанная выше конструкция и принцип работы винтов с сателлитными роликами известны, и их подробное описание опускается.

По меньшей мере, внутренняя поверхность 4 и наружная поверхность 2 или, по меньшей мере, вращающиеся тела 6 содержат покрытие из твердой смазки, по меньшей мере, на уровне зон контакта каждого вращающегося тела 6 с наружной поверхностью 2 и внутренней поверхностью 4, при этом твердая смазка самостоятельно обеспечивает смазывание передачи. Согласно предпочтительному варианту осуществления внутренняя поверхность 4, наружная поверхность 2 и вращающиеся тела 6 содержат покрытие из твердой смазки, показанное пунктирной линией на фиг. 2.

Предпочтительно покрытие из твердой смазки содержит частицы твердой смазки, которые были нанесены на поверхность винта 1, гайки 3 и сателлитных роликов 6 и покрывают эту поверхность, не будучи включенными в поверхностный слой винта 1, гайки 3 и сателлитных роликов 6. Покрытие твердой смазки содержит, например, дисульфид вольфрама или (WS₂).

Согласно изобретению винт с сателлитными роликами содержит средства удержания и капиллярного распределения текучей среды (схематично показанные точками на фиг. 2) для распределения текучей среды между сателлитными роликами 6 и внутренней поверхностью 4, с одной стороны, и между сателлитными роликами 6 и наружной поверхностью 2, с другой стороны, таким образом, чтобы формировать между сателлитными роликами 6 и наружной поверхностью 2 первую пленку 10, которая может временно разрываться на уровне каждой зоны контакта каждого ролика 6 с наружной поверхностью 2, и таким образом, чтобы формировать между сателлитными роликами 6 и внутренней поверхностью 4 вторую пленку 11, которая может временно разрываться на уровне каждой зоны контакта каждого ролика 6 с внутренней поверхностью 4.

Таким образом, текучая среда распределяется по всем потенциальным зонам контакта каждого сателлитного ролика 6 с винтом 1 и гайкой 3 и защищает поверхности сателлитных роликов 6, винта 1 и гайки 3.

В данном случае средства удержания и капиллярного распределения объединены с одним из сателлитных роликов, который в дальнейшем будет называться удерживающим сателлитным роликом 7.

Как показано на фиг. 3, согласно частному варианту осуществления средства удержания и капиллярного распределения содержат резервуар 12 текучей среды, выполненный в удерживающем сателлитном ролике 7. Средства удержания и капиллярного распределения дополнительно содержат множество каналов 13, выполненных вдоль удерживающего сателлитного ролика 7 между резервуаром 12 и каждой боковой стороной витка резьбы удерживающего сателлитного ролика 7. В этом варианте осуществления, разумеется, текучая среда имеет вязкость и капиллярные свойства, совместимые с размерами указанных каналов 13.

Согласно предпочтительному варианту осуществления текучая среда имеет низкую вязкость. Действительно, низкая вязкость мало меняется при изменении температуры. Таким образом, даже если винт с сателлитными роликами подвергается действию сверхнизких температур, текучая среда не застывает. Предпочтительно текучая среда имеет вязкость, составляющую от 1 до 2000 квадратных миллиметров в секунду при 25 градусах Цельсия, при этом точка ее затвердевания находится в пределах от -40 градусов Цельсия до -90 градусов Цельсия. Еще предпочтительнее текучая среда имеет вязкость, составляющую от 1 до 10 квадратных миллиметров в секунду при 25 градусах Цельсия, при этом точка ее затвердевания находится в пределах от -60 градусов Цельсия до -85 градусов Цельсия.

Хотя пленка имеет незначительную толщину, она позволяет ограничить термические воздействия на уровне зон контакта. Согласно предпочтительному варианту осуществления текучая среда имеет повышенную теплопроводность, чтобы еще больше ограничивать эти термические воздействия.

Кроме того, пленка должна обладать способностью временной проницаемости или «разрываемости» для обеспечения непосредственного контакта между сателлитными роликами 6 и винтом 1 или гайкой 3 в каждой очень ограниченной зоне контакта между сателлитным роликом 6 и винтом 1 или между сателлитным роликом 6 и гайкой 3 и должна также обладать способностью спонтанно восстанавливаться сразу после прекращения контакта. Согласно предпочтительному варианту осуществления текучая среда имеет динамические капиллярные свойства (вязкость, поверхностное натяжение…), позволяющие быстро восстанавливать однородную пленку после ее временного разрывания.

Таким образом, предпочтительно для соответствия критерию капиллярности текучая среда является текучей средой полярного типа. Еще предпочтительнее текучая среда является силиконовой текучей средой.

Во время работы на уровне зоны контакта между одним из сателлитных роликов 6 и, например, наружной поверхностью 2 винта 1 пленка разрывается таким образом, чтобы сателлитный ролик 6 входил в непосредственный контакт с участком наружной поверхности 2. Раскрытая таким образом твердая смазка на уровне зоны контакта обеспечивает смазывание. Текучая среда образует вокруг зоны контакта капиллярный мениск, позволяющий сохранять целостность пленки за пределами зоны контакта для предохранения твердой смазки. Когда сателлитный ролик 6 перемещается относительно участка наружной поверхности 2, на уровне этого участка контакт прекращается. При этом пленка спонтанно восстанавливается на уровне указанного участка за счет динамических капиллярных свойств текучей среды, образующей пленку, и опять защищает твердую смазку.

Разумеется, изобретение не ограничивается описанным вариантом осуществления, и можно предусматривать различные версии осуществления, не выходя за рамки изобретения, определенные формулой изобретения.

В частности, хотя описанная передача является винтом с сателлитными роликами, она может быть подшипником с сателлитными роликами, шарикоподшипником или роликоподшипником, игольчатым упором, винтом с рециркуляционными роликами, зубчатой передачей и, в целом, любым механическим узлом, содержащим первую деталь, входящую в контакт со второй деталью, подвижной относительно первой детали. В случае подшипника с сателлитными роликами первым элементом является внутреннее кольцо, вторым элементом является наружное кольцо и вращающимися телами являются сателлитные ролики.

Хотя в данном случае как винт 1, так и гайка 3 и сателлитные ролики 6 содержат покрытие из твердой смазки, можно предусмотреть, чтобы покрытие из твердой смазки содержали только винт 1 и гайка 3. В варианте покрытие из твердой смазки могут содержать только сателлитные ролики 6. Покрытие из твердой смазки может покрывать всю или часть наружной поверхности 2, всю или часть внутренней поверхности 4 или все или часть поверхностей сателлитных роликов 6 при условии, что оно покрывает как минимум зоны контакта.

Средства удержания и капиллярного распределения не обязательно являются совместимыми с покрытием из твердой смазки. Однако предпочтительно, если покрытие из твердой смазки содержат только первый элемент и второй элемент, средства удержания и капиллярного распределения выполнены, по меньшей мере, в одном из вращающихся тел. В варианте, если только вращающиеся тела содержат покрытие из твердой смазки, средства удержания и капиллярного распределения выполнены в первом элементе и во втором элементе.

Хотя в данном случае покрытие из твердой смазки содержит WS₂, оно может содержать любой другой материал, выполняющий функцию твердой смазки, например дисульфид молибдена (или MoS₂), графит и т.д. Покрытие из твердой смазки может содержать частицы твердой смазки, включенные в поверхностный участок поверхности винта 1 и гайки 3 и/или сателлитных роликов 6 таким образом, чтобы износ этих элементов постепенно приводил к обнажению указанных твердых частиц смазки.

Хотя в данном случае средства удержания и капиллярного распределения выполнены в одном из сателлитных роликов, вместе с тем, как показано на фиг. 5, средства удержания и капиллярного распределения можно выполнить в большем числе сателлитных роликов 6 и даже в каждом сателлитном ролике 6. В варианте средства удержания и капиллярного распределения можно выполнить во вспомогательных вращающихся телах 20. Каждое вспомогательное вращающееся тело 20 будет входить в контакт, по меньшей мере, с одним из сателлитных роликов 6, будучи расположенным радиально относительно него и не входя при этом в контакт с первым элементом и со вторым элементом. Каждое вспомогательное вращающееся тело 20 содержит упругие средства 22 удержания (из которых на фиг. 5 цифровой позицией обозначены только два), которые возвращают его по существу в радиальном направлении в положение контакта с соответствующим сателлитным роликом 6. Предпочтительно вспомогательные вращающиеся тела 20 распределены симметрично относительно сателлитных роликов 6. Предпочтительно каждый сателлитный ролик 6 связан, по меньшей мере, с одним вспомогательным вращающимся телом 20.

В варианте каждое вспомогательное вращающееся тело 20 входит в контакт одновременно с двумя смежными сателлитными роликами 6 и расположено радиально относительно этих роликов. Предпочтительно вспомогательные вращающиеся тела 20 распределены симметрично относительно сателлитных роликов 6.

Средства удержания и капиллярного распределения могут отличаться от описанных выше. Например, каналы могут быть расположены только в одной диаметральной плоскости или могут быть смещены все вместе в угловом направлении таким образом, чтобы выходить на боковые стороны витков резьбы сателлитных роликов в разных поперечных направлениях относительно продольной оси соответствующего сателлитного ролика.

Вместо резервуара и каналов средства удержания и капиллярного распределения могут содержать емкость внутри, по меньшей мере, одного из сателлитных роликов (как показано на фиг. 4) и/или, по меньшей мере, внутри одного вспомогательного вращающегося тела в виде совокупности пор сателлитного ролика и/или вспомогательного вращающегося тела. Предпочтительно сателлитный ролик и/или вспомогательное вращающееся тело содержат в этом случае наружный слой очень пористого материала. В варианте сателлитный ролик и/или вспомогательное вращающееся тело выполнены из очень пористого материала. В другом варианте средства удержания и капиллярного распределения содержат одновременно резервуар, типа показанного на фиг. 3, и внутреннюю емкость, обеспечивающую капиллярное распределение через пористый наружный слой. Вместе с тем, в вариантах применения, в которых винт с сателлитными роликами подвергается сильным осевым нагрузкам, не рекомендуется использовать пористые сателлитные ролики, которые в этом случае будут слишком хрупкими. В этом случае можно применять вспомогательные вращающиеся тела или выбирать сателлитные ролики винта с сателлитными роликами, размеры которых рассчитаны на более слабые нагрузки, чем остальные сателлитные ролики, которые самостоятельно могут выдерживать механическую нагрузку.

В целом передачу необходимо разрабатывать в соответствии с вариантами применения, для которых она предназначена, в частности, чтобы текучая среда всегда образовала сплошную пленку между вращающимися телами и каждым из двух элементов.

Например, в случае, когда передача регулярно совершает длинный, в частности максимальный или почти максимальный, ход перемещения, средства удержания и капиллярного распределения можно объединить с меньшим числом вращающихся тел, а не со всеми вращающимися телами. Точно так же число каналов 13 может быть меньшим, чем было указано выше. Так, средства удержания и капиллярного распределения могут содержать единственный канал 13 для соединения резервуара 12 с витками резьбы соответствующего сателлитного ролика 6 в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, или единственный канал для соединения резервуара с наружной стенкой вращающегося тела/вспомогательного вращающегося тела.

Кроме того, хотя в данном случае текучая среда является текучей средой полярного типа и, в частности, силиконовой текучей средой, она может быть другой текучей средой. Если ставится задача предохранения твердой смазки текучей средой, мало чувствительной к химической и термической среде, окружающей твердую смазку, предпочтительно применять текучую среду на основе перфторполиэфира (ПФПЭ).

Поскольку текучая среда не участвует в смазывании передачи и не работает с точки зрения механики, то нет необходимости выбирать текучую среду в зависимости от ее смазочных характеристик или от ее механических характеристик. Как было указано выше, вязкость текучей среды и ее динамические капиллярные свойства являются важными параметрами, которые позволяют выбирать текучую среду, адаптированную к условиям применения передачи. Теплопроводность текучей среды тоже может иметь значение в зависимости от применения, для которого предназначена передача. Текучую среду можно также выбирать в основном в зависимости от твердой смазки или в зависимости от назначения передачи.