Изготовление зубчатых реек

Пара зубчатое колесо – рейка получила распространение в приводах, где необходимо преобразовать вращательное движение от электрического двигателя в поступательное движение. Механизмы с таким типом привода широко применяются при изготовлении прокатной продукции в металлургической промышленности, в энергетической, химической, транспортной, авиастроительной сферах производства, в конструкции грузоподъемных механизмов, сельскохозяйственных машин.

Основными преимуществами данного вида передачи являются высокий КПД, компактная конструкция, высокая точность и плавность работы, широкий диапазон скорости, длительный срок эксплуатации. Большое распространение реечная передача получила в станкостроении, где является одним из самых популярных способов преобразования вращательного в поступательное движение в современных станках с ЧПУ.

Виды зубчатых реек

В настоящее время в механизмах применяют два вида зубатого зацепления в паре рейка – шестерня: прямозубое и косозубое. Первый тип расположения зубьев используется при невысокой скорости элементов зацепления, второй – для высокой скорости и точности движения.

Для изготовления прямозубых пар сцепления применяют не только сталь, но и чугун. Такие детали используют в устройствах, где не требуется высокая точность перемещения, а пара работает в условиях большой концентрации пыли в воздухе и высокой температуры. Из-за повышенной шероховатости поверхностей соприкосновения реечные механизмы с чугунными элементами отличаются высоким шумом и применяются, в основном, в производственных процессах. Прямозубые зубчатые передачи имеют ряд преимуществ:

• простота и низкая стоимость производства;
• небольшой нагрев из-за меньшей площади контакта;
• отсутствие нагрузок в осевом направлении;
• небольшая скорость перемещения.

Реечная передача с косым расположением зубьев может передавать большое усилие и при работе производит гораздо меньше шума, по сравнению с прямозубыми механизмами. При изготовлении такой тип зацепления требует высокой точности обработки и более тонкой настройки. С течением времени зубья стираются и снижается площадь пятна контакта. Появляется смещение зацепления, которое необходимо устранять изменением межцентрового расстояния. При отсутствии дополнительных настроек возрастает скорость износа элементов зацепления. Косозубые зубчатые передачи обладают определенными достоинствами:

• небольшой шум;
• маленькая вибрация;
• высока скорость перемещения;
• плавность хода.

Основной размерный параметр

Реечная передача является разновидностью цилиндрической зубчатой передачи, где рейка рассматривается как зубчатое колесо с бесконечным диаметром. Простота конструкции обеспечила высокую надежность в эксплуатации, а высокий КПД (0,94 – 0,98) – широкое применение реечной передачи.

Основным параметром зубчато – реечной пары является шаг между зубьями рейки, который рассчитывается по метрической или модульной системе. Расстояние между зубьями рейки в модульной системе рассчитывается по формуле:

m = D/z,

где m – модуль пары рейка – шестерня;

z – количество зубьев шестерни;

D – диаметр делительный шестерни (значение диаметра окружности, проходящей через полувысоту зуба шестерни).

Для расчета пары рейка – шестерня применяют общепринятые значения модуля в диапазоне 0,5 – 25 мм.

В метрической системе значение расстояния между зубьями принимается в миллиметрах. Система используется в случае подбора зубатого колеса под рейку, при подборе рейки под шестерню применяется модульная система. Каждый производитель придерживается своего набора стандартных размеров, наибольшее распространение получили зубатые передачи с шагом 2; 5; 7,5; 10; 12,5; 16; 20; 25 мм. Модульная система применяется, в основном, при изготовлении комплектных приводов, а метрическая – для модернизации и создания нестандартного оборудования.

Стандарты производства

Расчет и производство устройств с парой шестерня – рейка регламентируется определенными стандартами:

• ГОСТ 16532-70 – для зубатой шестерни;
• ГОСТ 13755-81 – для рейки;
• ГОСТ 10242-81 – для возможных допусков рейки;
• ГОСТ 21354-87 – для расчета прочности ведущей шестерни;
• ГОСТ 2.309-73 – для расчета шероховатости контактирующих поверхностей;
• ГОСТ 2789-73 – для определения степени отклонений размеров рейки и шестерни.

При расчете реечной передачи придерживаются определенного алгоритма подбора:

• сфера использования;
• условия эксплуатации (степень защиты и стойкости к коррозии элементов);
• перемещаемая масса детали;
• необходимая точность;
• необходимая скорость перемещения;
• способ установки зубатой шестерни;
• способ смазки трущихся поверхностей.

Перед проектированием передачи необходимо тщательно изучить всю исходную информацию, определить планируемые условия эксплуатации устройства. Определяется исходный контур, расположение передачи в механизме, максимальные нагрузки, материал для пары шестерня – рейка и способ увеличения его прочности, частота вращения вала, крутящий момент. Точность расчета зависит от выбора общего модуля зацепления, подбора числа зубьев шестерни и рейки, их профиля.

Материалы производства

Основным материалом для изготовления реек и шестерен зубчато – реечных передач является сталь. Для небольших нагрузок и высокой скорости подходят марки стали с высоким содержанием углерода (ст.35, 45, 50) и низколегированные стали марок 35ХГС, 40Х, 40ХН, 40ХНТ, 40Г2, 50Г с повышенным содержанием марганца. При высоких нагрузках и температурах подбираются легированные стали с повышенным содержанием легирующего элемента, а также проводят химическую и термическую обработки для увеличения прочности и стойкости к нагреву.

В качестве материала изготовления может также применяться высококачественная инструментальная сталь, нержавеющая сталь, полиамид (для скоростного перемещения без нагрузки). Рейки и шестерни, используемые в кинематических схемах оборудования и станков с ЧПУ, производятся из легированных марок инструментальной стали. Их поверхность цементируется для повышения износостойкости.

Критерии расчета реечной передачи

При расчете определенных параметров передачи шестерня – рейка следует подбирать такой материал и способ обработки, чтобы твердость боковой грани зубьев шестерни была выше, ем у рейки на величину до 5 ед. HRC или до 5 ед. HD. Такой показатель приводит к хорошей приработке сопряженных поверхностей пары и получению оптимального пятна контакта по величине и форме. Производители выпускают термически обработанные рейки 5 – 7 степени точности и рейки 8 – 9 степени точности без термообработки (ГОСТ 10242-81), длина которых варьируется от 800 до 3500 мм. При необходимости во время установки длину рейки можно увеличивать путем наращивания со стороны подошвы с помощью специальной установочной планки. Такой способ не снижает точности зацепления пары и дает возможность расширить зону действия механизма.

Достоинства и недостатки передачи

Благодаря большому количеству преимуществ реечные передачи получили широкое распространение во многих сферах промышленности и производства:

• высокий показатель КПД (0,94-0,98);
• компактность и простота конструкции;
• широкий спектр скорости, нагрузки;
• высокая надежность;
• плавность движения;
• длительный срок эксплуатации;
• простота монтажа и обслуживания;
• возможность линейного перемещения любого элемента на длительное расстояние.

К недостаткам продукции можно отнести постоянное передаточное число, около 1, высокие требования к точности изготовления, повышенный шум при работе, повышенный износ зубьев при высокой нагрузке, необходимость ручной сборки и наладки.

Компания «Мир привода» реализует приводную технику знаменитых европейских производителей, заслуживших доверие российских потребителей. Надежные и долговечные запасные части пользуются стабильно высоким спросом, отличаются конкурентной стоимостью и высоким качеством исполнения. В ассортименте компании представлены сертифицированные товары для многих отраслей промышленности. Квалифицированные менеджеры помогут с выбором изделий, оформлением заказа и доставки на объект клиента.