Всем редукторам и коробкам передач предшествовала кремальера. Ее использовали для вертикального перемещения котла над огнем. Повар крутил ручку и прикрепленный к рейке котел поднимался вверх и опускался вниз. Самая длинная реечная передача сделана в Италии на железной дороге. Чтобы поезд не скатывался по крутым склонам вниз, между рельсами прокладывали зубчатую рейку. На оси колес устанавливалась шестерня, которая и тянула поезд вверх. Ответное колесо вместо рейки для передачи крутящего момента появилось позже.
Содержание
- Общая информация
- Применение реечной передачи
- Данные для расчета
- Преимущества и недостатки
- Недостатки
- Достоинства
- Вам также могут быть интересны статьи:
Общая информация
Реечная зубчатая передача получила свое название по одной из деталей – рейке. Это единственное зацепление шестерни, которое меняет не скорость и направление крутящего момента, а тип движения. Вращение привода изменяется на движение в заданной плоскости.
Отличительной особенностью реечной передачи является ее неограниченная продолжительность. Рейки укладываются в один ряд. На стыках подгоняются, чтобы выдерживался модуль. Для этого просто укладывают на стык в зацепление зубчатую планку с таким же модулем или одну из приготовленных к монтажу реек. Крепеж устанавливается по подметке, что сводит к минимуму погрешность.
Соединение зубчатой рейки и шестерни бывает разных видов:
- прямозубое;
- косозубое;
- многорядное.
Обеспечить нормальную работу реечного узла можно точной установкой деталей относительно друг друга.
Зубья должны соприкасаться по средней линии.
Модуль подбирается по усилию, которое необходимо передать для движения. Увеличить прочность и допустимую нагрузку можно различными способами:
- увеличить площадь контакта за счет большей ширины зуба;
- заменить прямозубое соединение косозубым;
- использовать шестерню большего диаметра.
Прямозубое зацепление имеет широкое распространение. Для реечных механизмов, не требующих большой точности смещения, детали могут отливаться из чугуна. Зубчатое колесо и рейка имеют шероховатую поверхность и сильно шумят. Они неприхотливы, работают при высоких температурах, в условиях сильной запыленности. Часто применяются для открывания термических и литейных печей с выдвижным подом, перемещают загрузочные тележки на металлургических печах. Рейка обычно перевернута зубом вниз. Шестерня и привод установлен в яме.
Косозубая реечная пара способна передать большее усилие при зацеплении. За счет расположения зуба под углом, площадь контакта увеличивается. Узел производит при работе меньше шума. Детали требуют высокой точности при изготовлении и тонкой регулировки. По мере стирания поверхности зубьев, надо смещать межцентровое расстояние. При нарушении угла, нагрузка смещается и происходит быстрое разрушение шестерни.
Движение может передаваться и от реек к зубчатому колесу. Примером служат детские игрушки и механические фонарики, изготавливаемые в прошлом веке. Когда на торец пластины нажимали рукой, рейка приводила в движение ротор и лампочка начинала светить.
КПД реечной передачи, в зависимости от типа зубьев, составляет:
- цилиндрическая — 0,96…0,98
- коническая — 0,95…0,97.
Применение реечной передачи
В большинстве реечных механизмов происходит превращение вращения в поступательное движение. При проектировании оборудования, конструкторам приходится делать сложные расчеты эвольвенты зуба и расстояния от средней линии рейки до оси шестерни. Им на помощь приходят готовые таблицы с нормализованными деталями. Это упрощает процессы расчета, поскольку в большинстве случаев эксплуатации узла с малыми нагрузками берутся стандартные пары.
Передача реечная широко используется в механизмах совершенно разного назначения:
- металлорежущее оборудование;
- термические печи;
- сдвижные ворота;
- фуникулеры;
- кранбалки;
- мостовые краны;
- шахтные тележки;
- сварочные автоматы;
- промышленные роботы;
- станки с ЧПУ.
Известный всем водителям реечный механизм является узлом рулевого колеса. Вращение колеса превращает в поступательное перемещение тяг и синхронный поворот колес.
Широкое применение получили реечные передачи в производственном оборудовании. На строгальных и продольно фрезерных станках стол перемещается по направляющим станины. Между ними расположена рейка. Передача движения от привода осуществляется через расположенную в нижней части стола шестерню. Она тянет стол в режиме резания, и быстро его возвращает в исходное положение на холостом ходу.
Шпиндельная группа сверлильных и вертикально фрезерных станков перемещается вверх и вниз по колонне, на которой закреплена планка с зубьями. Реечная передача получает вращение от электродвигателя шпинделя через ремень и шкив.
Примеры использования реечных узлов в быту встречаются часто. Все откатные ворота имеют внизу или на середине полотна рейку. Двигатель с шестерней устанавливаются на столбе. Включить привод и открыть ворота можно дистанционно, из дома или посредством электронного пульта управления.
Данные для расчета
Расчет реечной передачи производится посредством ряда формул, в которых используются данные:
- высота зуба;
- его ширина по средней линии;
- диаметр шестерни;
- угол поворота при повороте на один зуб.
Расстояние от делительного диаметра до оси шестерни задается конструктором изначально. По завершении расчетов размер корректируется, поскольку используются нормализованные детали.
Модуль зуба реечной передачи подбирается исходя из нагрузки, которую он должен выдержать и коэффициента прочности.
Боковой зазор регулируется в процессе эксплуатации смещением шестерни с учетом износа зуба. От правильно сделанного натяга зависит плавность пуска, размер люфта и точность перемещения.
Величины отклонений размеров деталей и нормы шероховатости поверхности зуба заложены в ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 2.309-73.
Скачать ГОСТ 2.309-73
Скачать ГОСТ 2789-73
Прочностной расчет учитывает предельные допустимые значения и коэффициенты:
- напряжения изгиба;
- угол наклона;
- модуль зацепления;
- перекрытие;
- форму зубьев;
- окружную силу.
При проектировании оборудования, конструктора по нагрузкам подбирают нормализованные детали. Практическим путем определяется только длина рейки.
Преимущества и недостатки
Узлы с зубчатыми рейками считают устаревшими и громоздкими. На самом деле реечная механическая передача представляет собой малой шестерни с сегментом колеса, имеющего бесконечно большой диаметр. Идеальный механизм в настоящее время не изобретен и приходится выбирать передачу, с учетом ее технических характеристик.
Недостатки
Передача обладает рядом недостатков, к ним относят следующие:
- устаревшая технология;
- большой люфт;
- сильный шум;
- маленькая точность перемещений;
- большая погрешность на стыке реек;
- требует высокой точности изготовления;
- ручная сборка;
- боится грязи;
- низкая производительность;
- ограничен спектр применения.
Узел обладает всеми недостатками зубчатых передач. Основное из них, это разрушение зубьев при перегрузе. На ременных передачах, когда нагрузка резка увеличивается, происходит проскальзывание ремня по шкиву. У зубьев нет такой возможности. По аналогии в предохранительные муфты вставляют пальцы, и через них передается вращательный момент. При перегрузе они разрушаются и заменяются новыми.
Разница в том, что изготовить шпильку с посадочным диаметром намного проще и дешевле. Шестерни делаются из легированных сталей. Процесс их изготовления сложный, многоступенчатый. Деталь дорогостоящая.
Точность изготовления зубчатой рейки выше, чем шестерни. Чем сильнее изгиб линии основания зуба, тем больше погрешность при его нарезании.
Механическое взаимодействие двух деталей всегда сопровождается шумом. Частично его снижает смазка. Плавно и тише работают косозубые и многорядные передачи.
Если не будет зазора по эвольвенте, то детали «склеятся» на молекулярном уровне. Такой эксперимент проводили в конце прошлого века. Проектировщики создали зубчатую пару с идеальными размерами и чистотой. В результате сделав несколько оборотов, шестерни сварились, и рассоединить их не получилось.
Зазор нужен для компенсации расширения металла при нагреве. Любое трение сопровождается повышением температуры.
Точность перемещения не позволяет полностью автоматически делать различные операции. На старом оборудовании имеется дополнительная точная доводка. В станки ЧПУ вмонтирован электронный контроль координат, который через блок управления выполняет точную настройку координат.
При стыке реек используют специальные шаблоны, и погрешность шага зуба минимизируется до допустимого размера. Сборка реечных передач в большинстве случаев остается ручной, многочисленные доводки и подгонки невозможно автоматизировать. Исключение составляют узлы без больших нагрузок с малым перемещением, как например в автомобиле.
Достоинства
Реечная передача имеет превосходство перед аналогичными узлами. Это простая конструкция и неограниченная длина перемещения. Тележки походят сотни метров, поезда километры на тяге реечной передачи.
Зубья можно расположить в любом направлении и грязь с них будет опадать сама. Привод можно устанавливать неподвижно, это уменьшает габариты, и вес подвижной части механизма.
Источник: