Справочник конструктора-машиностроителя. Реечные передачи.

Самая длинная реечная передача сделана в Италии на железной дороге. Чтобы поезд не скатывался по крутым склонам вниз, между рельсами прокладывали зубчатую рейку.

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.

Зубчатая рейка прямозубая

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.

Общие положения

Современные автолюбители должны принимать во внимание, что точные показания передаточного отношения у всех кинетических схем могут рассчитываться только согласно стандартному математическому выражению. В данном случае, окончательный результат должен получиться при проведении конкретной операции деления показателя угловой скорости ведущей шестерни на такое же значение ведомой шестеренки. Примечательно, что вместо подобных параметров чаще всего используется отношение текущих частот вращения этих элементов.

Особенности зубчатого механизма

Ременная передача предполагает наличие между шкивами на связанных валах промежуточного звена – гибкого ремня. Зубчатый механизм от такого соединения отличается наличием на поверхности сопряженных деталей зубьев зацепления. По профилю и размеру они идентичны.

Головка зуба колеса входит в зацепление с повторяющей ее профиль впадиной на шестерне. При вращении ведущего вала ведомый проворачивается в противоположную сторону. Между ними конструктивно предусмотрен минимально возможный зазор, обеспечивающий скольжение, тепловое расширение и смазку для недопущения заклинивания. При этом ведущая часть парного механизма называется колесом, а ведомая – шестерней.

У ременной передачи плоскость зацепления ремня со шкивом составляет не менее трети длины окружности. В зубчатом механизме между ведущим колесом и ведомой шестерней под нагрузкой в постоянном контакте находится одна пара зубьев. Колеса и шестерни на валах обычно монтируются на шпоночном соединении.

Реечная передача

Механизмы

Помимо описанных вариаций, есть еще парочка, которые являются более редкими, но все столь же результативными. В первую очередь, реечная. Используется не для передачи крутящего момента. Напротив, здесь вращательное движение проходит преобразование с помощью рейки. И на выходе мы видим поступательное. Возможен и обратный процесс.

А также существуют винтовые. Они весьма точны и надежны, поэтому реализуются в различных компактных приборах. Но есть и негативная сторона. Проседает эксплуатационный срок, соприкосновение почти без зазоров, а значит, поверхность просто стирается при работе.

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.

Станок на реечной передаче

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.

Прочностной расчет реечной передачи

При проектировании оборудования, конструктора по нагрузкам подбирают нормализованные детали. Практическим путем определяется только длина рейки.

Преимущества реечных передач

  • простота установки без необходимости значительных доработок узла,
  • высокая скорость, до 10 м/с и выше,
  • длина хода практически не ограничена,
  • не требует большой точности установки,
  • недостаток: шум при работе

Изготовление

Заготовки для колесных пар зубчатых передач могут быть изготовлены методом литья или штамповкой. В дальнейшем они подвергаются дополнительной обработке, и производится нарезания зубьев. Используют для этого дисковые и пальцевые фрезы, фасонные шлифовальные круги.

Механизм зубчатой передачи конического типа нельзя изготовить методом чистовой прорезки фрезой или шлифовкой, так как профиль выступов и впадин не постоянен. Это можно делать лишь на начальном этапе черновой обработки. Дальнейшая доводка производится на станках в процессе обкатки с зацеплением. Для этого используется парное колесо из высокопрочного материала, повторяющего основной профиль. Оно выступает в роли режущего инструмента.

Углеродистые стали подвергают закалке, цементации, азотированию или цианированию. Для неответственных узлов термообработка может проводиться после нарезания зубьев. Для колесных пар высокой точности требуется дополнительная финишная шлифовка или обкатка.

Зубчато ременная передача

Рычажные механизмы передвижения зубчатых колес.

Простая схема управления подвижным блоком зубчатых колес — рукоятка с фиксацией и рычаг с камнем (рис. 1). На рис. 2 рукоятка соединена со скалкой, которая, перемещаясь в осевом направлении, передвигает зубчатое колесо.
Рукоятками (рис. 3 и 4) с помощью рычагов и ползунов-вилок осуществляют передвижение блоков зубчатых колес. Соосное расположение двух рукояток для управления двумя блоками зубчатых колес показано здесь.

Рычажные механизмы передвижения зубчатых колес чертеж

Детали машин



В зубчатой передаче движение передается с помощью зацепления пары зубчатых колес. Меньшее зубчатое колесо принято называть шестерней, большое – колесом. Термин «зубчатое колесо» относится как к шестерне, так к большому колесу.

При написании расчетных формул и указании параметров передачи шестерне присваивают индекс 1, колесу – индекс 2, например: d1, d2, n1, n2.

Зубчатые передачи являются самым распространенным видом механических передач, поскольку они могут надежно передавать мощности от долей до десятков тысяч киловатт при окружных скоростях до 275 м/с. По этой причине они широко применяются во всех отраслях машиностроения и приборостроения.

***

Достоинства зубчатых передач

К достоинствам этого вида механических передач относятся:

  • Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей;
  • Малые габариты;
  • Большой ресурс;
  • Высокий КПД;
  • Сравнительно малые нагрузки на валы и подшипники;
  • Постоянство передаточного числа;
  • Простота обслуживания;

***

Недостатки зубчатых передач

Как и любой другой вид механических передач, зубчатые передачи имеют ряд недостатков, к которым относятся:

  • Относительно высокие требования к точности изготовления и монтажа;
  • Шум при больших скоростях, обусловленный неточностями изготовления профиля и шага зубьев;
  • Высокая жесткость, не дающая возможность компенсировать динамические нагрузки, что часто приводит к разрушению передачи или элементов конструкции (для примера – ременная или фрикционная передача при внезапных динамических нагрузках могут пробуксовывать).

Реечная передача: расчет, механизм, КПД, применение

***



Зубчатые передачи классифицируются по ряду конструктивных признаков и особенностей.

В зависимости от взаимного расположения осей, на которых размещены зубчатые колеса, различают передачи цилиндрические (при параллельных осях), конические (при пересекающихся осях) и винтовые (при перекрещивающихся осях).

Винтовые зубчатые передачи применяются ограниченно, поскольку имеют низкий КПД из-за повышенного скольжения в зацеплении и низкую нагрузочную способность. Тем не менее, они имеют и некоторые достоинства – высокую плавность хода и возможность выводить концы валов за пределы передачи в обе стороны.

Реечная передача: расчет, механизм, КПД, применение

На рисунке 1 представлены наиболее широко применяемые виды зубчатых передач:

1 — цилиндрическая прямозубая передача;           2 — цилиндрическая косозубая передача;           3 — шевронная передача;           4 — реечная передача;           5 — цилиндрическая передача с внутренним зацеплением;           6 — винтовая передача;           7 — коническая прямозубая передача;           8 — коническая косозубая передача;           9 — коническая передача со спиралевидными зубьями;

         10 — гипоидная передача.

В зависимости от вида передаваемого движения различают зубчатые передачи, не преобразующие передаваемый вид движения и преобразующие передаваемый вид движения. К последним относятся реечные зубчатые передачи, в которых вращательное движение преобразуется в поступательное или наоборот.

В таких передачах рейку можно рассматривать, как зубчатое колесо с бесконечно большим диаметром. Среди перечисленных видов зубчатых передач наиболее распространены цилиндрические передачи, поскольку они наиболее просты в изготовлении и эксплуатации, надежны и имеют небольшие габариты.

В зависимости от расположения зубьев на ободе колес различают передачи прямозубые, косозубые, шевронные и с круговыми (спиральными) зубьями.

Шевронные зубчатые колеса можно условно сравнивать со спаренными косозубыми колесами, имеющими противоположный угол наклона зубьев.

Такая конструкция позволяет избежать осевых усилий на валы и подшипники опор, неизбежно появляющихся в обычных косозубых передачах.

В зависимости от формы профиля зубьев различают эвольвентные зубчатые передачи и передачи с зацеплением Новикова. Эвольвентное зацепление в зубчатых передачах, предложенное еще в 1760 году российским ученым Леонардом Эйлером, имеет наиболее широкое распространение.

В 1954 году в России М. Л. Новиков предложил принципиально новый тип зацеплений в зубчатых колесах, при котором профиль зуба очерчен дугами окружностей. Такое зацепление возможно лишь для косых зубьев и носит название по имени своего изобретателя — зацепление Новикова или профиль Новикова.

Реечная передача: расчет, механизм, КПД, применение В принципе, возможно изготовление зубчатых передач и с другими формами зубьев – даже квадратными, треугольными или трапецеидальными. Но такие передачи имеют ряд существенных недостатков (непостоянство передаточного отношения, низкий КПД и т. д.), поэтому распространения не получили. В приборах и часовых механизмах иногда встречаются зубчатые передачи с циклоидальным зацеплением.

В зависимости от взаимного положения зубчатых колес передачи бывают с внешним и внутренним зацеплением. Наиболее распространены передачи с внешним зацеплением.

В зависимости от конструктивного исполнения различают закрытые и открытые зубчатые передачи.

В закрытых передачах колеса помещены в пыле- и влагонепроницаемые корпуса (картеры) и работают в масляных ваннах (зубчатое колесо погружают в масло до 1/3 радиуса).

В открытых передачах зубья колес работают всухую или при периодическом смазывании консистентной смазкой и не защищены от вредного воздействия внешней среды.

  • В зависимости от числа ступеней зубчатые передачи бывают одно- и многоступенчатые.
  • В зависимости от относительного характера движения осей зубчатых колес различают рядовые передачи, у которых оси неподвижны, и планетарные зубчатые передачи, у которых ось сателлита вращается относительно центральных осей.
  • ***
  • Статьи по теме «Зубчатые передачи»:



Главная страница

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Источник: http://k-a-t.ru/detali_mashin/24-dm_zubchatye/

Литература

  • ГОСТ 16530-83. ПЕРЕДАЧИ ЗУБЧАТЫЕ; общие термины, определения и обозначения
    . — официальное. — Москва: ИПК Издательство стандартов, 1983. — 51 с.
  • ГОСТ 9563-60. КОЛЁСА ЗУБЧАТЫЕ; модули
    . — официальное. — Москва: ИПК Издательство стандартов, 1960. — 4 с.
  • Зубчатые колеса // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Под ред. Скороходова Е. А.
    Общетехнический справочник. — М.: Машиностроение, 1982. — С. 416.
  • Гулиа Н. В., Клоков В. Г., Юрков С. А.
    Детали машин. — М.: Издательский , 2004. — С. 416. — ISBN 5-7695-1384-5.
  • Богданов В. Н., Малежик И. Ф., Верхола А. П. и др.
    Справочное руководство по черчению. — М.: Машиностроение, 1989. — С. 438—480. — 864 с. — ISBN 5-217-00403-7.
  • Анурьев В. И.
    Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп.. — М.: Машиностроение, 2001. — Т. 2. — 912 с. — ISBN 5-217-02964-1 (5-217-02962-5), ББК 34.42я2, УДК 621.001.66 (035).
  • Фролов К. В., Попов С. А., Мусатов А. К., Тимофеев Г. А., Никоноров В. А.
    Теория механизмов и механика машин / Колесников К. С. — Издание четвёртое, исправленное и дополненное. — М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. — Т. 5. — С. 452—453, 456-459, 463-466, 497-498. — 664 с. — (Механика в техническом университете). — 3000 экз. — ISBN 5-7038-1766-8.
  • Леонова Л. М., Чигрик Н. Н., Татаурова В. П.
    Зубчатые передачи. Элементы расчета и конструирования: Методические указания. — Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. — 45 с. (недоступная ссылка)

История

Сама по себе идея механической передачи восходит к идее колеса. Применяя систему из двух колёс разного диаметра, можно не только передавать, но и преобразовывать движение. Если ведомым будет большее колесо, то на выходе мы потеряем в скорости, но зато крутящий момент этой передачи увеличится. Эта передача удобна там, где требуется «усилить движение», например, при подъеме тяжестей. Но сцепление между передаточными колесами с гладким ободом недостаточно жесткое, колёса проскальзывают. Поэтому вместо гладких колес начали использовать зубчатые.

В Древнем Египте для орошения земель уже использовались приводимые в действие быками устройства, состоявшие из деревянной зубчатой передачи и колеса с большим числом ковшей.

Вместо зубьев первоначально использовали деревянные цилиндрические или прямоугольные пальцы, которые устанавливали по краю деревянных ободьев.

Изготовленный в I веке до н.э. Антикитерский механизм состоял из десятков металлических зубчатых колес[4].

Общее описание

использование зубчатой передачи

Для того чтобы передать усилия, ранее использовался повсеместно лишь один метод — ременный, который имел важное промежуточное звено — ремень. В нашем же случае способ меняется. Ненужный переходник исключается, вместо него появляется сцепление между элементами.

Таким образом, увеличивается не только уровень надежности и минимизируется размер всей системы, но также достигается и еще одно важное преимущество. Снижается расход энергии, необходимый для активации всей конструкции.

Существует масса ключевых факторов, которые определяют эффективность, сферу применения механизма. Разумеется, важным аспектом становятся габариты, материал производства и точность.

Если говорить про общие сведения о зубчатых передачах, нужно знать, что в хорошем продукте между зубьями всегда присутствует зазор. Они не располагаются вплотную. Иначе скольжение будет невозможным по определению. А также будет крайне неудобно смазывать подвижные части. Эксплуатационный срок, равно как и эффективность применения будет значительно снижена. Не нужно забывать, что многие типы производства подразумевают образование высоких температур на производственных площадках. А сами механические детали во время работы ввиду банальной силы трения разогреваются. Значит, металл будет расширяться, незначительно увеличиваться в размерах. И без зазора зубья просто встанут, упираясь друг в друга и заблокировав дальнейший ход.

Поэтому выбор конечного продукта всегда стоит останавливать на том, что точно не подведет. Именно поэтому мы в всегда внимательно относимся к деталям. И любая часть наших станков и иной продукции отвечает не только всем требованиям нормативной документации, но и желаниям наших клиентов.

Стандарты

Нормируются ли зубчатые передачи? ГОСТ, действующий в настоящее время, определяет допустимые отклонения для готовых колесных пар. Точность заготовок устанавливается в зависимости от технологических особенностей и может регулироваться для каждой отрасли или завода-изготовителя отдельно.

Для каждого вида зубчатых передач существуют нормы взаимозаменяемости. Отдельные стандарты утратили актуальность вообще, некоторые действуют лишь в отдельных регионах. Тем не менее, нормы, разработанные ранее, используются для общей терминологии, обозначений, порядка разработки документации и построения чертежей.

ГОСТы регулируют параметры расчетов геометрии зубчатых колесных пар, их модули, исходные контуры, степени точности и виды сопряжений. Другие нормативы устанавливают стандарты на отдельные элементы деталей, а третьи – на уже готовые узлы и агрегаты.

Достоинства шевронного колеса

Следует отметить, что все механические передачи имеют общие преимущества и недостатки. Это относится и к шевронному зацеплению. Рассмотрим сильные стороны. Во-первых, высокая плавность хода, что достигается благодаря большому углу наклона зубьев. Следовательно, и габариты будут гораздо меньше по сравнению с косозубым колесом. Это позволяет несколько снизить массу изделия, а также размер узла в целом.

Долговечность при соблюдении норм эксплуатации (регулярная смазка, выбраковка, отсутствие перегрева и механических повреждений) составляет порядка 40 000 часов. Соответственно надежность данного узла будет очень высокой. Это обусловлено еще и отсутствием осевых нагрузок на подшипник. Как следствие, не возникает перегрева вала и опоры.

Высокий КПД (97-98 %) — еще одна сильная сторона шевронных колес. Данный показатель нередко является определяющим фактором при выборе типа передачи в том или ином узле, так как позволяет добиться минимальных потерь во время эксплуатации. Постоянное передаточное число также немаловажный фактор, который хоть и не выдвигается на первый план, но все же имеет место. Такие достоинства шевронной передачи играют немаловажную роль при эксплуатации в тяжелонагруженных узлах машин.

Регулировка устройства

Регулировка рулевого механизма применяется для компенсации зазоров в механизмах «червяк-ролик» и «шестерня-рейка». В процессе эксплуатации в данных механизмах может появиться люфт, который может привести к быстрому износу элементов. Регулировать рулевой механизм необходимо только в соответствии с рекомендациями производителя и на специализированных СТО. Избыточное “зажатие” механизма может привести к его заклиниванию при повороте руля в крайние положения, что чревато потерей управления автомобилем с соответствующими последствиями.

( 1 оценка, среднее 5 из 5 )

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...