Изготовление зубчатых реек

Производство зубчатых реечных механизмов является одним из самых популярных видов заказов, поступающих на наше предприятие «РПМ». Соответственно, нашей компанией наработан большой опыт в изготовлении реечных передач как по чертежам, так и по эскизам.

Отдельно считаем необходимым выделить производство по образцам отдельных частей вышедшей из строя реечной передачи: непосредственно реек, и приводных шестерней, являющихся неотъемлемой частью механизма.

Наши возможности:

№	Параметр	Мин. значение	Макс. значение
1	Длина рейки	-	7000 мм
2	Ширина зуба	5 мм	500 мм
3	Модуль зуба	4 мм	45 мм
3	Степень точности зуба	5	11
4	Шероховатость поверхности	Ra=0,8 мкм	-
5	Масса изделия	-	3 тонны

Зубчато-реечная передача представляет собой особый вариант зубчатой передачи, в котором вместо второго зубчатого колеса используется косозубая либо прямозубая зубчатая рейка. Устройства такого типа нашли широкое применение в механизмах и станках, где необходима передача вращательного движения с его преобразованием в поступательное (преобразование крутящего момента и угловых скоростей в линейные величины). Например, в качестве элемента трансмиссии механизм рейка-шестерня служит для преобразования вращательного движения вала мотор-редуктора в возвратно-поступательное и наоборот.

Прямозубые и косозубые зубчатые рейки

Для работы на малой и средней скорости применяются прямозубые зубчатые рейки. В свою очередь косозубая зубчатая рейка применяется там, где необходима высокая точность перемещения, большие или средние скорости работы.

Прямозубые передачи шестерня-рейка

Прямозубые передачи шестерня-рейка могут не только изготавливаться из стали, но и отливаться из чугуна. Такой метод изготовления практикуется там, где нет необходимости в высокой точности смещения, но эксплуатация механизма ведется в условиях сильной запыленности или высоких температур. Рейка и колесу в этом случае имеют шероховатую поверхность, производят сильный шум при движении. Применяется такая реечная передача, преимущественно, в металлургии, причем, рейка устанавливается зубом вниз, а привод и шестерня в специально оборудованной яме.

Косозубая зубчатая реечная пара

Косозубая зубчатая реечная пара при зацеплении способна передавать большее усилие, нежели прямозубая, при работе она производит меньше шума. Изготовление косозубой зубчатой рейки и шестерни требует высокой точности, а установка тонких регулировок. Изначально передача имеет увеличенную площадь контакта за счет расположения зубьев, но по мере истирания их поверхности межцентровое расстояние необходимо смещать. В противном случае нагрузка при изменении угла смещается, и процесс разрушения зубчатого колеса идет очень быстро.

Основные параметры зубчатых передач «шестерня – рейка»

Для зубчато-реечной передачи основным размерным параметром считается шаг (расстояние) между зубьями рейки. Эта величина может рассчитываться двумя способами: по модульной системе либо по метрической системе. Расстояние между зубьями рейки в модульной системе должно рассчитываться по формуле m = D/z, в которой литерой m обзначен модуль пары рейка-шестерня, литерой z — количество зубьев шестерни, а литерой D делительный диаметр шестерни. В последнем случае имеется в виду диаметр окружности, которая проходит через полувысоту зуба шестерни. Для некорригированных зацеплений делительные и начальные окружности совпадают.

Значение модуля передачи рейка-шестерня дробное. Оно представляет собой бесконечную десятичную дробь, и в процессе расчета реечной передачи используется округленное значение этой величины. Общепринятые значения данного параметра могут составлять, как правило, от 0,5 до 25 мм. Расстояние между зубьями рейки в метрической системе мер измеряется в миллиметрах. Для зубчатых передач шестерня-рейка у каждого производителя есть линейка стандартных размеров, что, впрочем, не ограничивает возможности заказа реечной передачи с нестандартными параметрами на отечественных металлообрабатывающих и машиностроительных предприятиях.

Стоит учитывать, что модульная система подбора используется в случаях, когда зубчатая рейка подбирается под шестерню. Такой порядок практикуется, преимущественно, на производстве, где выпускаются комплектные приводы — рейка + шестерня + серийный мотор-редуктор. Если же технология производства передачи предусматривает подбор зубчатого колеса под рейку, применяется метрическая система. Обычно этот способ используют в процессе поиска оригинальных конструкторских решений, реализации ноу-хау, проектирования нестандартного оборудования, приспособлений, машин и механизмов.

Изготовление зубчатых колес и реек

Порядок расчета и базовые характеристики зубчатых механизмов шестерня-рейка регламентируются следующими стандартами: для зубчатого колеса ГОСТ 16532-70, для зубчатой рейки ГОСТ 13755-81, для допусков зубчатой рейки ГОСТ 10242-81. Степень точности при проектировании зубчато-реечной передачи зависит от назначения механизма (кинематический либо силовой) и скорости вращения зубчатого колеса. Расчет прочности выполняется по ведущей шестерне, при расчете руководствуются требованиями ГОСТ 21354-87. При изготовлении реечных передач величины отклонений размеров рейки и колеса заданы в ГОСТ 2789-73, нормы шероховатости — в ГОСТ 2.309-73.

Материалы

Зубчатые рейки и шестерни зубчато-реечных передач обычно изготавливают из стали. При этом для механизмов, которым в процессе эксплуатации не приходится испытывать высокие нагрузки и работать на большой скорости достаточно выбрать углеродистую сталь хорошего качества — например, сталь марок 35, 45, 50. Подойдут также низколегированные стали 35ХГС, 40Х, 40ХН, 40ХНТ и сталь марок 40Г2, 50Г — в их составе повышено содержание марганца. Если передача рейка-шестерня будет эксплуатироваться при повышенных нагрузках, в процессе производства изделие подвергают термической и химикотермической обработке с целью повысить его прочностные характеристики. Кроме того, можно использовать конструкционные и легированные стали.

Точность и прочность

При выборе материала и дополнительных способов обработки для реечной передачи рекомендуется стремиться к тому, чтобы в паре шестерня-рейка у зубчатого колеса твердость боковой поверхности зубьев была больше, чем у рейки, на 3-5ед HRC или на 30-5-ед HD. Это дает хорошую приработку элементов пары, позволяет получить в передаче оптимальное по величине и форме пятно контакта. Машиностроительные предприятия в нашей стране поставляют на рынок цементируемые и объемно-закаливаемые рейки 5-7 степени точности, незакаливаемые рейки 8-9 степени точности в соответствии с ГОСТ 10242-81, длина изделия до 800 мм. Современное оборудование позволяет производить зубчатые рейки длиной 3500 мм и более, в процессе монтажа оборудования рейки можно сращивать со стороны подошвы, что практически не отражается на точности зацепления зубцов.

Плюсы и минусы реечных передач

Причина широкого распространения, которое получили зубчатые рейки и шестерни в машиностроении, заключается в том, что в этих механизмах наиболее удачно сочетаются динамические, нагрузочные и точностные характеристики. Кроме того, несомненным преимуществом реечной передачи является высокая надежность, удобство монтажа и простота конструкции. И, разумеется, веским аргументом в пользу механизма данного типа является возможность перемещения чего-либо на неограниченное расстояние вдоль зубчатой рейки.

Среди недостатков принято называть устаревшую технологию, сильный шум, низкую производительность, необходимость ручной сборки и наладки, слабую точность перемещений, склонность к разрушению зубьев при избыточной нагрузке и даже ограниченность области применения. Но пока зубчато-реечным передачам в этой, пусть ограниченной, области нет альтернативы, они будут выпускаться.