Реечная передача

Всем редукторам и коробкам передач предшествовала кремальера. Ее применяли для вертикального перемещения котла над огнём. Кулинар крутил ручку и прикрепленный к планке котел поднимался вверх и опускался вниз. Очень длинная реечная передача выполнена в Италии на ж/д дороге. Чтобы поезд не скатывался по крутым склонам вниз, между рельсами тянули зубчатую планку. На оси колес устанавливалась шестерня, которая и тянула поезд вверх. Ответное колесо взамен планки для передачи крутящего момента возникло позднее.

Общая информация

Реечная зубчатая передача была названа по одной из деталей – планке. Это единственное зацепление шестерни, которое меняет не скорость и направление крутящего момента, а вид движения. Вращение привода меняется на движение в заданной плоскости.

Характерной спецификой реечной передачи считается ее неограниченная длительность. Планки ложатся в один ряд. В местах стыка подгоняются, чтобы выдерживался модуль. Для этого просто кладут на стык в зацепление зубчатую рейку с подобным же модулем или одну из приготовленных к монтажу планок. Крепеж ставится по подметке, что сводит до минимума погрешность.

Соединение зубчатой планки и шестерни может быть различных видов:

Обеспечить нормальную работу реечного узла можно точной установкой деталей по отношению друг к другу.

Зубья должны контактировать по средней линии.

Модуль выбирается по усилию, которое нужно передать для движения. Расширить крепость и допустимую нагрузку можно всевозможными вариантами:

• сделать больше площадь контакта за счёт большей ширины зуба;
• заменить прямозубое соединение косозубым;
• применять шестерню большего размера.

Прямозубое зацепление имеет большое распространение. Для реечных механизмов, они не требуют большой точности смещения, детали могут отливаться из чугуна. Зубчатое колесо и планка имеют поверхность с шероховатостью и очень шумят. Они нетребовательны, работают при больших температурах, в условиях сильной запыленности. Часто используются для открытия термических и литейных печей с выдвигающимся подом, передвигают загрузочные тележки на металлургических печах. Планка в большинстве случаев перевернута зубом вниз. Шестерня и привод поставлен в яме.

Косозубая реечная пара способна передать большее усилие при зацеплении. За счёт расположения зуба под угол, площадь контакта возрастает. Узел создает во время работы меньше шума. Детали просят большой точности во время изготовления и тонкой регулировки. По мере стирания поверхности зубьев, нужно смещать межцентровое расстояние. При нарушении угла, нагрузка смещается и происходит быстрое разрушение шестерни.

Движение может передаваться и от планок к зубчатому колесу. Примером служат игрушки для детей и механичные фонарики, изготавливающиеся в минувшем веке. Когда на торец пластины нажимали рукой, планка приводила в движение ротор и лампочка начинала освещать.

КПД реечной передачи, в зависимости от типа зубьев, составляет:

Использование реечной передачи

В большинстве реечных механизмов происходит превращение вращения в поступательное движение. Во время проектирования оборудования, конструкторам необходимо делать непростые расчеты эвольвенты зуба и расстояния от средней линии планки до оси шестерни. Им на помощь приходят готовые таблицы с нормализованными деталями. Это облегчает процессы расчета, потому как во многих случаях эксплуатации узла с малыми нагрузками берутся обычные пары.

Передача реечная повсеместно применяется в механизмах очень разного назначения:

• металлорежущее оборудование;
• термические печи;
• откатные ворота;
• фуникулеры;
• кранбалки;
• краны мостового типа;
• шахтные тележки;
• сварочные автоматы;
• промышленные роботы;
• станки с программным обеспечением.

Знаменитый всем водителям реечный механизм считается узлом рулевого колеса. Вращение колеса воплощает в поступательное перемещение тяг и синхронный поворот колес.

Большое применение получили реечные передачи в производственном оборудовании. На строгальных и продольно фрезеровочных станках стол передвигается по направляющим станины. Между ними расположена планка. Передача движения от привода выполняется через расположенную снизу стола шестерню. Она тянет стол в режиме резания, и быстро его возвращает в начальное положение на холостом ходу.

Шпиндельная группа сверлильных и вертикально фрезеровочных станков передвигается вниз и вверх по колонне, на которой закреплена рейка с зубьями. Реечная передача получает вращение от электрического двигателя шпинделя через ремень и шкив.

Варианты применения реечных узлов в бытовых условиях встречаются часто. Все автоматические раздвижные ворота имеют внизу или на середине полотна планку. Мотор с шестерней ставятся на столбе. Включить привод и открыть ворота можно на расстоянии, из дома или при помощи электронного пульта управления.

Данные для расчета

Расчет реечной передачи выполняется при помощи ряда формул, в которых применяются данные:

• высота зуба;
• его ширина по средней линии;
• диаметр шестерни;
• поворотный угол при повороте на один зуб.

Расстояние от делительного диаметра до оси шестерни задается конструктором с самого начала. По окончании расчетов размер корректируется, потому как применяются нормализованные детали.

Модуль зуба реечной передачи выбирается исходя из нагрузки, которую он должен выдерживать и коэффициента прочности.

Боковой просвет изменяется во время эксплуатации сдвигом шестерни с учетом износа зуба. От качественно изготовленного натяга зависит плавность пуска, размер люфта и точность перемещения.

Величины отклонений размеров деталей и нормы шероховатости зубной поверхности заложены в ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 2.309-73.

Прочностной расчет предусматривает предельные возможные значения и коэффициенты:

• напряжения изгиба;
• наклонный угол;
• модуль зацепления;
• перекрытие;
• форму зубьев;
• окружную силу.

Во время проектирования оборудования, конструктора по нагрузкам выбирают нормализованные детали. Практическим путем устанавливается только длина планки.

Плюсы и минусы

Узлы с зубчатыми планками считают старыми и тяжелыми. В действительности реечная механическая передача собой представляет зубчатое зацепление небольшой шестерни с сегментом колеса, содержащего бесконечно большой диаметр. Безупречный механизм сейчас не изобретен и необходимо делать выбор передачу, с учетом ее технических специфик.

Минусы

Передача обладает рядом минусов, к ним относят такие:

• устаревшая технология;
• большой люфт;
• большой шум;
• небольшая точность перемещений;
• большая погрешность на стыке планок;
• просит высокой правильности изготовления;
• ручная сборка;
• боится грязи;
• невысокая продуктивность;
• ограниченный спектр использования.

Узел обладает всеми минусами зубчатых передач. Главное из них, это разрушение зубьев при перегрузе. На ременных передачах, когда нагрузка резка возрастает, происходит проскальзывание ремня по шкиву. У зубьев нет подобной возможности. По аналогичности в предохранительные муфты вставляют пальцы, и через них подается вращательный момент. При перегрузе они приходят в негодность и заменяются новыми.

Разница в том, что сделать шпильку с посадочным диаметром очень просто и довольно не дорого. Шестерни создаются из легированных сталей. Процесс их изготовления сложный, многоступенчатый. Деталь дорогая.

Точность изготовления зубчатой планки больше, чем шестерни. Чем сильнее изгиб линии основания зуба, тем больше погрешность при его нарезании.

Механическое взаимное действие 2-ух деталей всегда сопровождается шумом. Частично его уменьшает смазка. Медленно и тише работают косозубые и многорядные передачи.

Если не будет зазора по эвольвенте, то детали «склеятся» на уровне молекул. Такой эксперимент проводили в конце прошлого столетия. Проектировщики создали зубчатую пару с замечательными размерами и чистотой. В результате сделав несколько оборотов, шестерни сварились, и рассоединить их не вышло.

Просвет необходим для компенсации увеличения металла при нагревании. Любое трение сопровождается увеличением температуры.

Точность перемещения не дает возможность полноценно автоматично делать разные операции. На старом оборудовании есть добавочная точная доводка. В станки ЧПУ вставлен электронный контроль координат, который через блок управления делает точную настройку координат.

При стыке планок применяют специализированные шаблоны, и погрешность шага зуба минимизируется до возможного размера. Сборка реечных передач во многих случаях остается ручной, бесчисленные доводки и подгонки невозможно автоматизировать. В виде исключения могут быть узлы без высоких нагрузок с малым перемещением, как к примеру в автомобиле.

Положительные качества

Реечная передача имеет превосходство перед подобными узлами. Это обычная конструкция и неограниченная длина перемещения. Тележки походят сотни метров, поезда километры на тяге реечной передачи.

Зубья можно разместить в любом направлении и грязь с них будет опадать сама. Привод можно ставить неподвижно, это понижает размеры, и вес подвижной части механизма.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.