Зубчатые рейки и шестерни: ключевые факты и советы по проектированию

Основы зубчатой рейки и шестерни

Хотя не всегда, большинство систем рейтина-шестерни основаны на стандартных формах зубьев — эвольвентные прямые зубчатые шестерни с углом зацепления 20°. Только для эвольвентных зубьев угол давления остается постоянным при зацеплении каждого зуба. Гениальность эвольвентного профиля — теоретически постоянное передаточное число даже при неидеальном межосевом расстоянии. Потребность в постоянном передаточном числе — базовый закон шестеренного зацепления.

Линия 20° на рейке легко идентифицирована — это прямая линия. Рейка — удобный инструмент для изготовления круглых шестерен, так как прямые линии легко обрабатываются. После закалки и шлифовки рейка режет криволинейную поверхность зуба в круговом бланке. Процесс называется генерация шестерен — один из способов изготовления шестерен. Второе преимущество эвольвентных зубьев. Прямые рейки/шестерни и косые шестерни — распространены.

Косая шестерня режется под углом к поверхности бланка, образуя постепенно заступающиеся зубы — работает тише прямой, больше длина зацепления, выдерживает выше нагрузки. Недостаток: шестерни на параллельных валах имеют противоположные направления спирали, создавая осевые силы на рейке и шестерне. Осевая сила увеличивает боковую нагрузку на механическую структуру.

Геометрия и проектирование рейки и шестерни

Прямые рейки, шестерни и косые шестерни — очень распространены. Косая шестерня режется под углом к поверхности бланка, постепенно формируя заступающиеся зубы — тише, дольше контакт, выше нагрузка. Недостаток: противоположные указатели спирали на параллельных валах -> осевые компоненты на рейке и шестерне. Осевая сила увеличивает боковую нагрузку структуры. Спиральная рейка с оптимальным углом спирали предпочтительна: выше коэффициент контакта зубьев -> тише на высоких скоростях, выше несущая способность. Смещение профиля шестерни или модификация вершин зубьев предотвращает подрезание; балансирует изгибающие напряжения для большей грузоподъемности. Косые шестерни зацепляются плавно и тихо — при обработке деталей с жесткими допусками помогает улучшить чистоту поверхности.

Рейка и шестерня vs линейные моторы

По сравнению с линейными моторами, системы рейка-шестерня дают похожую производительность, но за значительно меньшие деньги. Компактнее — позволяют более компактный и простой механический дизайн. Отсутствие магнитных сил сильно снижает потребность в опорной структуре для поглощения высоких нормальных сил — можно использовать стандартные рельсы.

Общий КПД линейных моторов до 90%, но иногда значительно ниже. Из-за низкого КПД обычно требуют водяного охлаждения. Рейка-шестерня не требует кожуха. Направляющая система может контактировать с металлическими частицами, ограничения безопасности малы. Хорошие системы рейка-шестерня часто не требуют дорогих линейных шкал и внешних тормозов. Стандартная обратная связь двигателя и тормоза достаточно. В некоторых случаях линейные моторы требуют полной переработки узла — огромная нормальная сила притяжения между первичным и вторичным элементами имеет глубокий эффект. Готовая система рейка-шестерня — более легкий вариант, позволяющий слепую сборку, дополнительно экономящий затраты и сокращающий время монтажа до ~10 минут на метр хода.

Преимущества рейки и шестерни

По сравнению с традиционным болтовым дизайном, передача рейка-шестерня имеет много преимуществ. Рейка полностью размещается в Т-шlitzах любых 8 линий экструзии алюминия — компактный линейный слайд без болтового привода. Никакая часть рамы не выступает над контурированной поверхностью. Паз обеспечивает параллельность рейки направляющему механизму без лишних изгибов, частых при заменяемых рейках. Любое число отдельных сегментов рейки можно использовать для сборки рейки переменной длины.

По сравнению с большей длиной, использование 80-мм частей дает высокую точность. В этом случае ошибка шага может быть большой, отходы меньше, так как длинную раму нужно резать под применение. Монтаж не может быть проще. Крайняя часть фиксируется одним позиционирующим штифтом, запатентованный пружинный зажим держит непрерывные части без доп. обработки. Вторая крайняя часть — зажимным винтом. Соответствующая 18-зубчатая шестерня установлена в корпусе через два радиально-шарикоподшипника, корпус аккуратно закреплен на нижней стороне подвижной каретки. Модуль связи соединяется с редуктором шестерни, ключевой вал шестерни зацепляется с муфтой в ней. Перед фиксацией корпуса он отрегулирован для устранения люфтов.

Для установки приводного двигателя корпус обрабатывался по необходимости. Обслуживание — несколько капель легкого масла в редуктор шестерни, содержащий пару войлочных дисков для переноса смазки на шестерню. Приводная система рассчитана на макс. усилие 1000 Н, макс. крутящий момент двигателя 23 Нм, скорости до 3 м/с.

Рейка и шестерня на IMTS-Exhibition.com

На нашем сайте много поставщиков рейки и шестерни для широких отраслей. Раздел продуктов или поиск — все связанные компании в базе. Хотите больше о ЦНЦ-машинах и применении — читайте другие статьи блога. Для детального контента — MTS Industry Channel: визиты на производства, новинки, тренды. Обратная связь и предложения — пишите нам!