Проектирование-зубчато—реечной-передачи

Проектирование зубчато – реечной передачи

100 руб.

Описание товара

Проектирование зубчато – реечных передач

     1 Назначение и область применения реечной передачи 

       Реечная передача (см. Рис. 1) может быть получена при бесконечном увеличении диаметра основной окружности зубчатого колеса, которое превращается в рейку, эвольвента в прямую, а эвольвентный зуб в трапецеидальный с прямолинейным рабочим профилем, нормальным к линии зацепления.

Рис. 1 Общий вид реечной передачи

            Основным назначением реечной передачи является преобразование вращательного движения в поступательное. По сравнению с передачей винт – гайка, которая также используется для преобразования вращательного движения в поступательное, она позволяет обеспечить более высокую скорость движения стола, или каретки, при значительной величине перемещения (10м и более) с высоким к.п.д. Реечная передача обладает и рядом недостатков, которые заключаются в отсутствии самоторможения и значительной погрешности привода при малых перемещениях, из – за наличия зазора в зацеплении, что требует введения в конструкцию передачи специальных устройств для выбора зазора при ее использовании в приводе станков с ЧПУ.

Рис. 2 Реечный привод для перемещения каретки на большое расстояние

               В машиностроении реечная зубчатая передача в качестве привода применяется:
– для перемещения на значительное расстояние с большой скоростью шпиндельной бабки портально – фрезерного станка (см. Рис. 2а), каретки автоматического     оборудования для изготовления деталей из фасонного проката (см. Рис. 2б)
– для перемещения кареток с инструментом в трубогибочных автоматах (см. Рис. 3а), в портальных сварочных автоматах и станках для плазменной и лазерной резки с ЧПУ (см. Рис. 3б), для перемещения суппорта в автоматических пильных центрах (см. Рис. 3в),
– для перемещения по трем координатам руки со схватом в портальных       манипуляторах (см. Рис. 3г),
– для поступательного перемещения зажимного элемента технологической оснастки (см. Рис. 36 – 41), в приводе поворотных столов (см. Рис 19), в рулевом управлении автомобиля (см. Рис. 45).

Рис 3 Примеры использования реечной передачи

               В рассмотренных примерах использования зубчато – реечной передачи в качестве привода поступательного движения, перемещаемым агрегатом были каретки, на которых размещался привод их перемещения. Вторым вариантом использования зубчато – реечной передачи является ее применение в качестве привода поступательного перемещение тяжелых крупногабаритных столов по направляющим станины, испытывающих в процессе движения на большое расстояние (10м и более) значительные технологические нагрузки, при этом, привод, включающий выходную шестерню неподвижно устанавливается на станине станка, а подвижная рейка крепится на поступательно движущемся столе.

Рис 4 Общий вид продольно – фрезерного станка и червяка червячно – реечного привода поступательного перемещения стола

           В этом случае используются не только ортогональные зубчато – реечные передачи, но и передачи с наклонной осью вращения ведущей шестерни к направлению движения рейки, а также червячно – реечные, гидростатические червячно – реечные и червячно – реечные передачи качения (см. раздел 9, 10). На Рис 4 показан общий вид продольно – фрезерного станка и червяк червячно – реечного привода поступательного перемещения его стола

2. Геометрические параметры ортогональной зубчато – реечной передачи.

Расчет геометрических параметров эвльвентного зубчатого колеса ортогональной зубчато – реечной передачи выполняется согласно ГОСТ16532 – 70. Расчет геометрических параметров зубчатой рейки выполняется согласно ГОСТ 13755-81.

Рис. 5 Геометрические параметры зубчатой рейки

          Модуль m зубчато – реечной передачи на данном этапе проектирования рассчитывается из условия прочности на изгиб и ведется по шестерне (см. Раздел 4), а основным исходным элементом для расчета является тяговое усилие, которое необходимо приложить к корпусной детали перемещаемого агрегата ( стола, суппорта, каретке), для обеспечения нормальной работы проектируемого технического объекта (см. радел 5). Число зубьев шестерни z устанавливается исходя из скорости перемещения агрегата, кинематики привода (общего передаточного отношения), и числа оборотов выбранного двигателя.

3. Допуски на геометрические параметры зубчатой рейки

         Допуски на геометрические параметры зубчатой рейки, как и степень ее точности, определяются ГОСТ 10242-81, который устанавливает 12 (1 – 12) классов точности. В зависимости от степени точности передачи стандарт предусматривает нормы кинематической точности, плавности работы и нормы контакта. Степень точности зубчатой рейки выбирается в зависимости от назначения передачи (силовая или кинематическая) и скорости вращения зубчатого колеса. Независимо от степени точности передачи боковой зазор между зубьями рассчитывается в зависимости от условий ее работы и накладываемых ограничений, а затем выбирается его наиболее близкая величина по ГОСТ 10242-81, который предусматривает шесть видов сопряжения зубьев: A, B, C, D, Е, Н. Выбор вида сопряжения реечной передачи, определяющего боковой зазор между зубьями колеса и рейки j, который должен обеспечить нормальные условия работы, осуществляется расчетным путем или на основании опыта проектирования передач аналогичного назначения.

       Боковой зазор в реечной передаче обеспечивается за счет уменьшения толщины зубьев колеса и рейки путем дополнительного смещения исходного контура или другими словами зуборезного инструмента при нарезании зубьев.

Рис 6 Чертеж зубчатой рейки.

             На размеры рейки, показанные на Рис 6 устанавливаются следующие требования по точности:
b, ширина рейки выполняется по h12,
h, высота рейки выполняется по h11,
d, допуск на диаметр ролика устанавливается согласно ГОСТ 2475 – 81,        неперпендикулярность привалочной плоскости рейки к базовой плоскости А устанавливается по 8 – 9 степени точности ГОСТ 24643 – 81,
L, длина нарезанной части рейки (справочный размер)
Для обеспечения нормальной работы зубчатых колес и рейки их рабочие и базовые поверхности должны быть выполнены с определенной шераховатостью. Требования к шераховатости поверхностей рейки установленные ГОСТ 2789-73 и ГОСТ 2.309-73, приведены в таблице 1.

                                                                                               Таблица 1

4. Прочностной расчет реечной передачи.

Прочностной расчет реечной передачи ведется по ведущей шестерни в соответствии с ГОСТ 21354-87.

5. Расчет привода поступательного перемещения
с зубчато – реечной передачей.

          В качестве примера для рассмотрения последовательности расчета используем привод каретки для подачи заготовки из углового проката по роликам подающего стола в рабочую зону технологического оборудования, поступательное перемещение которой осуществляется посредствам зубчато – реечной подачи. Конструктивная схема каретки с зубчато – реечным приводом показана на Рис 7.

Рис 7 Конструктивная схема поступательно перемещающейся каретки

      Она состоит из корпуса, установленного по-средствам роликов на цилиндрических направляющих рамы подающего стола, на котором закреплен приводной двигатель, понижающий редуктор, выходная шестерня которого зацепляется с неподвижно закрепленной на раме стола зубчатой рейкой. Кроме того, на корпусе каретки установлен механизм зажима, подаваемой по роликам подающего стола, исходной заготовки.
Для разработки конструкторской документации рассмотренного агрегата необходимо выполнить следующие расчеты:
– силовой расчет привода,
– расчет потребной мощности,
– кинематический расчет привода,
– прочностной расчет зубчатых передач, валов и подшипников привода
– геометрический расчет зубчатых колес.
В результате проведения силового расчета привода каретки определяется потребное усилие Q (см. Рис. 7), которое необходимо создать в зацеплении ведущей шестерни с рей-кой, обеспечивающее перемещение каретки с исходной заготовки по роликам подающего стола с требуемой скоростью.

       Прочностной расчет зубчатых передач понижающего редуктора выполняется в соответствии с ГОСТ21354 – 87. Прочностной расчет валов понижающего редуктора выполняется исходя из передаваемой мощности и делительного диаметра зубчатых колес. Опорные подшипники выходного вала привода предварительно выбираются исходя из действующих на них нагрузок ,величины которых рассчитываются при выполнении прочностного расчета вала, и рассчитанных на предыдущем этапе диаметров опорных цапф вала. После этого в соответствии с ГОСТ 18855 – 94 выполняется расчет долговечности выбранных подшипников, в результате которого возможно изменение типа и типоразмера подшипников. Расчет геометрических параметров зубчатых колес привода каретки выполняется в соответствии с ГОСТ 16532 – 70, а рейки в соответствии с рекомендациями раздела 2.

5. Материалы для изготовления зубчатого колеса и рейки

            Для изготовления зубчатого колеса и рейки используются различные конструкционные и лигированные стали, которые для повышения нагрузочной способности, как правило, упрочняются термическим и химико – термическими методами. При этом необходимо помнить основное правило выбора материала и назначения термообработки зубчатого колеса и рейки работающих в паре, согласно которого твердость боковой поверхности зубьев шестерни должна быть на 30-50 ед HB или на 3-5ед HRC больше, чем у рейки, что обеспечивает их хорошую приработку, позволяющую получить требуемое пятно контакта в передаче.

       Для изготовления зубчатого колеса и рейки, которые работают в условиях невысоких нагрузок и скоростей применяются качественные углеродистые стали: Сталь 35, 45, 50, стали с повышенным содержанием марганца: Сталь 40Г2, 50Г и низколигированные стали типа: 40Х, 40ХН, 40ХНТ, 35ХГС. При этом для улучшения структуры материала и получения после зубонарезания более высокой степени шераховатости боковой поверхности зубьев, что существенно влияет на их прочность, до зубонарезания они подвергаются отжигу, нормализации или улучшению (закалка с высоким отпуском). При такой термической обработке достигается следующая твердость боковой поверхности зубьев:
– для качественных углеродистых сталей, при нормализации HB = 187 – 240 ед, при улучшении HB = 240 – 280 ед,
– для низколигированных сталей, при нормализации HB = 200 – 250 ед, при    улучшении HB = 250 – 300 ед.
Более нагруженные зубчатые колеса и рейки подвергаются объемной или поверхностной закалке, например токами высокой частоты (ТВЧ) до твердости боковой поверхности зубьев HRC = 45 – 55ед. Для зубчато реечных передач, работающих при больших скоростях, в условиях ударных нагрузок, зубчатые колеса и рейки которых, помимо высокой твердости зубьев, должны обладать пластичной сердцевиной применяются цементуемые стали типа: Сталь 20Х, 12ХН3А, 18ХГТ, 20Х2Н4А, 20ХГСА, – которые позволяют получить после термообработки твердость боковой поверхности зубьев HRC = 56 – 63ед., а рейку из закаленной стали 40ХФА с твердостью HRC = 42 – 48.

6. Технология изготовления зубчатых реек.

            В машиностроении изготавливаются незакаливаемые рейки 8 – 9 степени точности и объемно закаливаемые и цементуемые рейки 5 – 7 степени точности по ГОСТ 10242 – 81, длиной до 800 мм.

          Изготовление незакаливаемых реек 8 – 9 степени точности производится в следующей последовательности:
– фрезерование базовой и привалочной плоскостей рейки,
– зубофрезерование,
– фрезерование торцев (для составных реек выдерживается точное расстояние от торца до нарезанного зуба),
– сверление отверстий под крепежные детали и предварительное сверление         отверстий под штифты,
– слесарная обработка (снятие заусенцев),
– шлифование базовой и привалочной поверхностей,
– правка рейки до получения необходимой величины неплоскостности базовой и привалочной поверхностей.
Изготовление закаливаемых реек 5 – 7 степени точности производится в следующей последовательности:
– черновая обработка заготовки,
– термообработка (отжиг, нормализация),
– обработка базовой и привалочной плоскости под шлифование, остальных окончательно,
– нарезание зубьев под шлифование,
– фрезерование неполных зубьев,
– слесарная обработка,
– цементация,
– обработка отверстий,
– снятие цементированного слоя до толщины указанной в чертеже,
– слесарная обработка,
– закалка,
– черновое шлифование базовой и привалочной поверхностей,
– термообработка (стабилизация),
– получистовое шлифование базовой и привалочной поверхностей,
– получистовое шлифование зубьев,
– термообработка (стабилизация),
– чистовое шлифование базовой и привалочной поверхностей,
– чистовое шлифование зубьев.

7. Сборка зубчато – реечной передачи

        Работоспособность реечной передачи в значительной степени зависит от взаимного расположения боковых поверхностей зубьев колеса и зубчатой рейки, которое определяется двумя показателями: боковым зазором и пятном контакта, обеспечиваемыми при сборке и зависящими от точности как зубчатого колеса и рейки, так и деталей входящих в привод (корпус, валы, подшипники). Боковой зазор jn между зубьями колеса и зубчатой рейки определяемый по формуле, приведенной в разделе 3 для точных передач уточняется при расчете размерных цепей А и В, при этом предельное отклонение монтажного расстояния fa заменяется на AΔ, допуск непаралельности осей fx заменяется на ВΔ, допуск на перекос осей fy заменяется на тΔ (см. Рис. 8).

Рис 8 Размерные цепи определяющие собираемость
реечной передачи.

         Контроль расстояния от базовой плоскости до оси расточки отверстия в каретке A4, расстояние в станине от базовой плоскости до плоскости установки зубчатой рейки A5 и непаралельность осей отверстий под установку подшипников вала шестерни к базовой плоскости каретки В4, неперпендикулярность плоскости под установку зубчатой рейки к базовой плоскости станины В5 в корпусе каретки и в станине производят после их механической обработки способами аналогичными, описанным в статье «Проектирование цилиндрических зубчатых передач». Необходимая величина бокового зазора jn в передаче достигается путем регулировки монтажного расстояния, например подбором комплекта прокладок, или подшлифовкой прокладки устанавливаемой под рейку, а также посредствам дополнительных устройств для выбора зазора, встраиваемых в шестерню или рейку (см. раздел 8). Величина пятна контакта в реечной передаче зависит от непаралельности и перекоса боковой поверхности зубчатых колес, которые определяются размерными цепями В и т (см. Рис 8), а устанавливаются нормы пятна контакта ГОСТ 10242-81 в зависимости от степени точности передачи. Требуемая величина пятна контакта, как правило, достигается прикаткой реечной передачи.

8. Основные конструктивные элементы реечной передачи

Реечная передача содержит следующие конструктивные элементы:
– рейку, закрепленную на станине или на каретке (в зависимости от того, что перемещается: рейка вместе со столом, приводимая шестерней, или шестерня перекатывающаяся по рейке вместе с кареткой ),
– шестерню, установленную на валу двигателя, или закрепленную на валу который на подшипниках расположен в расточке каретки, или корпуса понижающего редуктора, закрепленного на станине,
– возвратно – поступательно перемещающийся посредствам направляющих скольжения или качения стол, или каретка,
– устройства для выбора бокового зазора в передаче.

8.1 Конструкция зубчатой рейки

В машиностроении обычно используются два типа реек, рейки прямоугольного сечения и рейки круглого сечения, при этом рейка первого типа используется в приводе столов и кареток , поэтому неподвижно крепится к станине или раме (см. Рис. 9а), а рейка второго типа используется в механизмах преобразования поступательного движения во вращательное (например в пневматических и гидравлических поворотниках) и поэтому располагается в цилиндрических направляющих с возможностью осевого перемещения (см. Рис. 9б)

Рис. 9 Типы конструктивного исполнения рейки

         В отдельных случаях рейка может изготавливаться с двухсторонней нарезкой, либо с дополнительными направляющими поверхностями, а также иметь дополнительные конструктивные элементы, но при проектировании реечной передачи усложнения формы рейки желательно избегать, поскольку это существенным образом увеличивает трудоемкость ее изготовления. При создании беззазорной реечной передачи, например в приводе станков с ЧПУ, в конструкцию рейки может включаться устройство для выбора бокового зазора в передаче.

Рис 10 Конструкция реки с устройством для выбора бокового зазора в зацеплении с шестерней.

              На Рис 10 показана конструкция реки с устройством для выбора бокового зазора в зацеплении с шестерней. Для выбора зазора основной части рейки 1 выполнен открытый паз 3 в котором размещена вторая часть рейки 2, при этом паз 3 выполнен таким образом, что зубчатые венцы 10 и 11 обеих реек, зацепляющиеся с шестерней 9, совпадают по вы-соте (см. разрез А – А). В правом торце основной части рейки 1 выполнено отверстие 4 с резьбой, котором расположены пружина 6 и регулировочный винт 5. Крепление второй части рейки 2 к основной части рейки 1 осуществляется посредствам винтов 7, головки и стержни который расположены в пазах 8, выполненных в основной части рейки 1. Выбор люфта в зацеплении рейки с шестерней осуществляется при отпущенных винтах 7 путем поджима второй части рейки 2 пружиной 6, усилие которой регулируется винтом 5. После выбора люфта производится затяжка винтов 7. Усилие пружины 6 выбирается в зависимости от величины крутящего момента передаваемого шестерней 9 рейке. Если в процессе эксплуатации реечной передачи за счет износа боковой поверхности зубьев шестерни и обеих частей рейки боковой зазор увеличивается больше допустимой величины его выбор производится описанным ранее способом.

На Рис 11 Конструкция реечной передачи с устройством для регулировки бокового
зазора путем перемещения рейки.

           Регулировать боковой зазор в зацеплении рейки и шестерни можно путем перемещения рейки относительно шестерни в радиальном направлении. На Рис 11 показана конструкция реечной передачи гидравлического поворотника, включающая устройство для регулировки бокового зазора в зацеплении путем перемещения рейки. Она содержит расположенные в соответствующих расточках корпуса 3 цилиндрическую рейку 1 и шестерню 2, находящиеся в зацеплении, кронштейн 4, закрепленный посредствам болтов 5 на корпусе 3, на вертикальных стенках которого шарнирно на осях 6 установлены ролики 7 взаимодействующие с наружной цилиндрической поверхностью рейки 1, а последняя с помощью болтов 10 соединена с поршнями 9 двухстороннего гидроцилиндра, при этом проушина рейки 1 с вилкой поршня 9 двухсторонний зазор. Регулировки бокового зазора в зацеплении рейки 1 с шестерней 2 осуществляется подбором комплекта прокладок 8 устанавливаемых между кронштейном 4 и корпусом 3 гидроповоротника.
В приводе подачи стола тяжелых продольно – строгальных и продолно – фрезерных станков, а также в автоматических линиях для переработки проката используются рейки длиной 10м и более, поэтому они делаются сборными
из отдельных отрезков длиной 700 – 800 мм и стыкуются при монтаже на станину или стол. При этом расстояние между торцами стыкуемых отрезков рейки регулируется по шаблону, которым может служить зуб рейки, после чего отрезки штифтуются и окончательно крепятся к станине или столу болтами (винтами).
При проектировании реечной передачи, предусматривающей периодическое введение и выведение рейки из зацепления с шестерней возникает необходимость гарантированной ориентации первого зуба рейки относительно зубьев шестерни, в связи с чем, в конструкцию рейки могут вводиться определенные конструктивные элементы.

Рис 12 Конструкция реечной передачи с устройством для ориентации зубьев рейки при вхождении в зацепление с шестерней.

         На Рис 12 показана конструкция реечной передачи с устройством для ориентации зубьев рейки при вхождении в зацепление с шестерней. Она содержит рейку 1, расположенную в направляющей втулке 2 с возможностью поступательного перемещения, при этом зубья 3 рейки 1 зацепляются с зубьями 4 шестерни 5, которая посредствам шпоночного соединения закреплена на валу 6, установленным посредствам подшипников 7, поджатых крышками 8 в расточке корпуса 9. На правом торце рейки 1 выполнен продольный паз 10, в котором на оси 11 установлена поджатая плоской пружиной 13 вставка 12 с зубом 14 также зацепляющимся с зубьями 4 шестерни 5, при этом плоская пружина 13 крепится к рейке 1 посредствам винтов 15. При вхождении в зацепление рейки с зубьями 4 шестерни 5 первым вступает в контакт зуб 14 вставки 12, который будучи подпружиненным плоской пружиной 10, имеет возможность изменить свое положение ориентируясь по зубьям 4 шестерни 5 , обеспечивая тем самым правильнее зацепление зубьев 3 рейки 1 с соответствующими зубьями 4 шестерни 5.
Для повышения нагрузочной способности реечной передачи, рейка и сопряженная с ней шестерня выполняются косозубыми. В тяжело нагруженных приводах поступательного движения применяется червячно – реечная передача, которая обеспечивает высокую нагрузочную способность за счет увеличенного пятна контакта червяка (заменяющего шестерню) и рейки, расположенных под углом друг к другу (см. раздел 10). Для повышения кпд и плавности работы червячно – реечной передачи в рабочую зону зацепления зубьев червяка и рейки принудительно (гидростатически) подается смазка.

8.2 Конструкция шестерни сопряженной с рейкой

Шестерня, сопряженная с рейкой, как правило, имеет традиционную конструкцию, реечные передачи в этой части отличаются только местом расположения шестерни на приводном валу. В приводах кареток шестерни располагаются консольно, либо на валу двигателя (см. Рис. 13а), или на выходном валу понижающей передачи (см. Рис. 13б), при этом, обычно, подшипник большего типоразмера устанавливается в ближайшей к шестерне опоре вала, а промежуточное зубчатое колесо может быть выполнено за одно целое с шестерней в виде зубчатого блока. В приводах столов и поворотных механизмах с подвижной рейкой шестерня, чаще всего, располагается между подшипниковыми опорами приводного вала .

Рис 13 Варианты консольного расположения шестерен реечной передачи в приводе каретки

            На Рис 14 показана конструкция вала – шестерни, реечной передачи расположенной между подшипниковыми опорам. Вал – шестерня 1, установлен в расточке корпуса 2 на подшипниках 3 и 4, таким образом, что его зубчатый венец 5, зацепляется с цилиндрической рейкой 6, расположенной в перпендикулярной расточке корпуса 2. Привод вала – шестерни 1 осуществляется посредствам червячной передачи, колесо 7, которой закреплено на его шейке расположенной между подшипниками 4, а червяк 8 на соответствующих подшипниках установлен в перпендикулярной расточке корпуса 2. Регулировка осевого зазора в подшипниках 3 и 4 осуществляется путем подбора комплекта прокладок устанавливаемых под базовые плоскости крышек 9 и 10.

Рис 14 Конструкция вала – шестерни, реечной передачи расположенной
между подшипниковыми опорам.

              В конструкцию шестерен сопряженных с рейкой могут встраиваться дополнительные устройства позволяющие получить передаче новые свойства, например, исключить (свести к минимуму) зазор в зацеплении или обеспечить вращение выходного вала в одном направлении при возвратно поступательном движении рейки.

Рис 15 Зубчатое колесо с устройством для выбора бокового зазора

           На Рис 16 показана конструкция реечного привода, обеспечивающего точное перемещение стола металлообрабатывающего станка с устройствами для выбора в реечной и промежуточной зубчатой передаче за счет сжатия тарельчатых пружин. Он содержит промежуточный вал – шестерню 1, установленный на подшипниках 2 в буксе 3, закрепленной в корпусе 4 привода, на котором посредствам скользящего шпоночного соединения установлена дополнительная косозубая шестерня 6, имеющая такие же параметры зацепления, как и зубчатый венец 5 вала – шестерни, при этом шестерня 6 поджата в осевом направлении комплектом тарельчатых пружин 7, усилие сжатия которых регулируется гайкой 8. Зубчатый венец 5 вала – шестерни и шестерня 6 находятся в зацеплении с ведомым зубчатым колесом 9, которое посредствам шпоночного соединения закреплена на выходном валу – шестерне 10, который на подшипниках 11 установлен в буксе 3, а посредствам подшипника 12 в расточке с корпуса 4 привода. На валу – шестерне 10,                посредствам скользящего шпоночного соединения установлена дополнительная косозубая шестерня 14, имеющая такие же параметры зацепления, как и косозубый зубчатый венец 13 вала – шестерни 10, при этом шестерня 14 поджата в осевом направлении комплектом тарельчатых пружин 16, усилие сжатия которых регулируется гайкой 17. Зубчатый венец 13 вала – шестерни и шестерня 14 зацепляются с косозубой рейкой 15 неподвижно закрепленной на столе станка имеющего возможность возвратно – поступательного перемещения по направляющим станины (станина на Рис 15 не показана ). Регулировка бокового зазора в зацеплении косозубого зубчатого колеса 9 с косозубой шестерней 6 и косозубым зубчатым венцом 5 вала шестерни 1 осуществляется посредствам осевого перемещения шестерни 6 посредствам закручивания гайки 8 сжимающей тарельчатые пружины 7. Регулировка зазора в зацеплении косозубой зубчатой рейки 15 с косозубой шестерней 14 и косозубым зубчатым венцом 13 вала шестерни 10 осуществляется посредствам осевого перемещения шестерни 14 посредствам закручивания гайки 17 сжимающей тарельчатые пружины 16.

На Рис 16 Конструкция реечного привода стола металлообрабатывающего станка с устройствами для выбора в реечной и про-межуточной зубчатой передаче.

           На Рис 16 показана конструкция реечного привода, обеспечивающего точное перемещение стола металлообрабатывающего станка с устройствами для выбора в реечной и промежуточной зубчатой передаче за счет сжатия тарельчатых пружин. Он содержит промежуточный вал – шестерню 1, установленный на подшипниках 2 в буксе 3, закрепленной в корпусе 4 привода, на котором посредствам скользящего шпоночного соединения установлена дополнительная косозубая шестерня 6, имеющая такие же параметры зацепления, как и зубчатый венец 5 вала – шестерни, при этом шестерня 6 поджата в осевом направлении комплектом тарельчатых пружин 7, усилие сжатия которых регулируется гайкой 8. Зубчатый венец 5 вала – шестерни и шестерня 6 находятся в зацеплении с ведомым зубчатым колесом 9, которое посредствам шпоночного соединения закреплена на выходном валу – шестерне 10, который на подшипниках 11 установлен в буксе 3, а посредствам подшипника 12 в расточке с корпуса 4 привода. На валу – шестерне 10, по-средствам скользящего шпоночного соединения установлена дополнительная косозубая шестерня 14, имеющая такие же параметры зацепления, как и косозубый зубчатый венец 13 вала – шестерни 10, при этом шестерня 14 поджата в осевом направлении комплектом тарельчатых пружин 16, усилие сжатия которых регулируется гайкой 17. Зубчатый венец 13 вала – шестерни и шестерня 14 зацепляются с косозубой рейкой 15 неподвижно закрепленной на столе станка имеющего возможность возвратно – поступательного перемещения по направляющим станины (станина на Рис 15 не показана ). Регулировка бокового зазора в зацеплении косозубого зубчатого колеса 9 с косозубой шестерней 6 и косозубым зубчатым венцом 5 вала шестерни 1 осуществляется посредствам осевого перемещения шестерни 6 посредствам закручивания гайки 8 сжимающей тарельчатые пружины 7. Регулировка зазора в зацеплении косозубой зубчатой рейки 15 с косозубой шестерней 14 и косозубым зубчатым венцом 13 вала шестерни 10 осуществляется посредствам осевого перемещения шестерни 14 посредствам закручивания гайки 17 сжимающей тарельчатые пружины 16.

Рис 17 Конструкция реечного привода каретки с устройством для выбора зазора, вынесенным из зоны реечной передачи.

             На Рис 17 показана конструкция реечного привода каретки с устройством для выбора зазора, вынесенным из зоны реечной передачи. Он содержит, зацепляющуюся с неподвижно закрепленной на раме 18 рейкой 6 шестерню 1, установленную посредствам шпоночного соединения на полом 2, установленном на подшипниках 3 и 4 в расточке корпуса каретки 17, при этом на его противоположном конце также посредствам шпоночного соединения установлен фланец 9, а в отверстии пропущен торсионный вал 7 с двумя шлицевыми концами, на которых установлена шестерня 5 и рычаг 8. На диске 9 имеется бобышка 10 с упором 11, который взаимодействует с винтом 12 установленным в резьбовое отверстие рычага 8. Осевое положение шестерни 5 и рычага 8 на торсионном валу 7 обеспечивается кольцом 14 и стопорными кольцами 13 и 15. Для получения требуемой величины крутильной жесткости торсионный вал 7 может выполняется полым. Вращение валу 2 от двигателя (двигатель на Рис 16 не показан) передается посредствам промежуточного зубчатого колеса 6, установленного на валу 2 посредствам шлицевого соединения. Для выбора зазора между зубьями шестерен и рейки, после предварительного введения в зацепление шестерен 1, 5 с рейкой 6, винт 12 вкручивается в резьбовое отверстие рычага 8, при этом о сферический конец, воздействуя на упор 11, поворачивает рычаг 8, закручивая, тем самым, торсионный вал 7, что приводит к тому, что шестерня 5 поворачивается относительно шестерни 1, жестко закрепленной на валу 2 на некоторый угол. При этом зубья шестерен 1 и 5 выбирают зазор в зацеплении с рейкой 6 за счет контакта их зубьев с противоположными поверхностями впадины между зубьями рейки 6.

На рис 18 Конструкция привода поступательного перемещения стола тяжело    нагруженного металлорежущего станка с устройством для выбора зазора, осуществляемого за счет разворота зацепляющихся с рейкой двух зубчатых колес.

         Для привода поступательного перемещения тяжелых столов, испытывающих в процессе движения большие нагрузки, используется зацепление косозубой рейки с двумя зубчатыми колесами, которые предварительно разворачиваются на некоторый угол, позволяющий выбрать боковой зазор в реечной передаче. На рис 18 показана конструкция привода поступательного перемещения стола тяжело нагруженного металлорежущего станка с устройством для выбора зазора, осуществляемого за счет разворота зацепляющихся с рейкой двух зубчатых колес. Для этого данный привод оснащен двухпоточным редуктором, две выходные шестерни которого зацепляются с рейкой, закрепленной на перемещаемом столе станка. Этот редуктор получает привод от электродвигателя 1, закрепленного на сборном корпусе 2 редуктора, а шестерня 3 закрепленная на его валу зацепляется с зубчатым колесом 4, которое посредствам шлицевого соединения установлена на валу – шестерне 8 с двумя разнонаправленными косозубыми венцами, установленном в расточке корпуса редуктора на подшипниках 6, 7 и подшипнике 5, который для облегчения сбоки установлен в буксе 20. Зубчатые венцы вала – шестерни 8 зацепляются с зубчатыми колесами 9, закрепленными на промежуточных валах 10, которые установлены в расточке корпуса 2 редуктора посредствам подшипников 11, а их зубчатые венцы зацепляются с зубчатыми колесами 12, закрепленными на выходных валах – шестерных 13 с помощью шлицевого соединения, а сами валы установлены в расточке корпуса 2 редуктора на подшипниках 14 и 15. Косозубые зубчатые венцы 16 выходных валов – шестерен 13 зацепляются с косозубой рейкой 17. Для разворота в противоположную сторону косозубых зубчатых венцов 16, позволяющего выбрать боковой зазор в их зацеплении с косозубой рейкой 17, смещают в осевом направлении вал 8, путем затяжки болтов крепления крышки19 к буксе 20, которая при этом воздействует на вал 8 через подшипник 18, в результате этого, за счет косозубого зацепления производится поворот зубчатых колес 9 в противоположном направлении, а вместе с ними через соответствующие зубчатые передачи и выходных валов – шестерен 13 с зубчатыми венцами 16. После выполнения регулировочных работ производится замер расстояния между смежными торцами крышки 19 и буксы 20 и подгонка (подшлифова прокладки 21) , которая после этого устанавливается между ними. Необходимо отметить, что при таком способе выборки бокового зазора он выбирается не только в выходной реечной передаче, но и во всем приводе, кроме зазора в передаче включающей шестерню 3 и колесо 4, который из – за большого передаточного отношения редуктора на точность привода стола практически не влияет.

          Помимо устройств для выбора бокового зазора, в зубчатое колесо реечной передачи могут встраиваться различные муфты (предохранительные, обгонные). Так, например, в зубчато – реечный привод поворотно – делительного стола может встраиваться обгонная муфта. Специфика работы поворотно – делительного стола состоит в том, что его план-шайба периодически поворачивается на фиксированный угол в одном и том же направлении. Для реализации такого режима работы при прямом хорде рейки зацепляющаяся с ней шестерня должна совершать поворот на соответствующий угол, а при обратном ходе – шестерня должна оставаться неподвижной. Поэтому в конструкцию такого зубчато – реечного привода встраивается обгонная муфта, которая устанавливается между шестерней и валом приводящим в движение планшайбу поворотно – делительного стола.

Рис. 19 Конструкция привода планшайбы поворотно – делительного стола с зубчато реечной передачей.

          Такой привод показан на Рис 19. Он содержит рейку 1, зацепляющуюся с шестерней 2, являющейся обоймой обгонной муфты, которая посредствам роликов 4 контактирует с наклонными поверхностями звездочки 3, закрепленной с помощью шлицевого соединения в валом 5 привода планшайбы, установленным на подшипниках 6 в расточке корпуса 7 поворотно – делительного стола. При перемещении рейки 1 с права налево шестерня вращается против часовой стрелки и ролики 4 расклиниваются между цилиндрической поверхностью отверстия шестерни и наклонными поверхностями звездочки 3 обгонной муфты, при этом последняя будучи соединена с валом 5 посредствам шлицевого соединения передает ему вращение против часовой стрелки. При обратном ходе рейки 1 шестерня 2 вращается по часовой стрелке и ролики 4 обгонной муфты под действием пружин выталкиваются из клиновых карманов, образованных наклонными поверхностями звездочки 3 и цилиндрической поверхностью отверстия шестерни 2, в результате чего вращение шестерни 2 по часовой стрелке звездочке 3 не передается и вал 5 вместе с планшайбой остаются неподвижными.

9. Зубчато – реечная передача с наклонной осью вращения
ведущей шестерни к направлению движения рейки.

          Основным недостатком ортогональной зубчато – реечной передачи, является низкая редукция, что требует введения в состав привода поступательно перемещаемого агрегата дополнительного редуктора с большим передаточным отношением, и невысокая нагрузочная способность, делающая невозможным ее применение в приводе тяжело нагруженного оборудования с большим перемещением стола. Поэтому на определенном этане развития машиностроения на смену ортогональной зубчато – реечной передаче пришла зубчато – реечная передача с наклонным осью вращения ведущей шестерни к направлению движения рейки, обладающая, прежде всего, повышенной нагрузочной способностью.

Рис. 20. Зубчато – реечная передача с наклонной осью вращения ведущей шестерни к направлению движения рейки

            В этой передачи ось вращения ведущей шестерни и направление движения рейки располагаются под углом приблизительно равным β= 45 град, поэтому шестерню можно считать многозаходным червяком углом наклона винтовой линии которого равен γ = 45 град
На Рис 20 показана конструкция привода поперечно – строгального станка с зубчато – реечной передаче пришла зубчато – реечная передача с наклонным по отношению к рейке приводом с косозубой шестерней. Он содержит приводной электродвигатель 1, соединенный посредствам муфты 2 с ведущим валом понижающего редуктора 3, выходной вал которого посредствам муфты 4 соединен с валом 6, одна цапфа которого установлена в подшипнике 5, а вторая посредствам карданной муфты 7 соединена с валом косозубой шестерни 9 установленной на подшипниках качения в корпусе 8 закрепленным на станине 14, при этом шестерня 9 зацепляется с рейкой 10, закрепленной на столе 11, который на направляющих 12 и 13 установлен в ответных направляющих станины 14. Основными недостатками данной передачи является низкая крутильная жесткость вала соединяющего шестерню с редуктором, и значительные осевые нагрузки на подшипники ведущей шестерни и поперечные нагрузки на направляющие стола и станины, вызываемые значительным наклоном зубьев шестерни и рейки.

10. Червячно – реечная передача.

Червячно – реечная передача (см. Рис.21б) в отличие от зубчато – реечной передачи (см. Рис. 21а) состоит из ведущего червяка являющегося коротким ходовым винтом с трапецеидальным профилем и червячной рейки являющейся неполнообхватной гайкой, при этом для снижения распорных сил в зацеплении применяют уменьшенную величину угла профиля резьбы ( вместо 30 град для стандартной трапецеидальной резьбы – =15 град)

Рис 21 Схемы зубчато – реечной и червячно – реечной передач

           Основным преимуществом червячно – реечной передачи является увеличенная редукция по сравнению с зубчато – реечной передачей. Так, например, при повороте ведущей шестерни зубчато реечной передачи на угол 360 град перемещение рейки составит : L = πmz ( где: m, z – модуль и число зубьев шестерни), а при повороте червяка червячно – реечной передачи перемещение рейки составит: L = πm (где m – модуль червячной передачи). Таком образом, редукция червячно – реечной передачи в z раз больше чем у зубчато – реечной (например, при числе зубьев ведущей шестерни z = 15 соответственно в 15раз больше). Кроме того червячно – реечная передача за счет многопарности зацепления обладает гораздо – большей нагрузочной способностью

На Рис 22 Конструкция червячно – реечного привода стола продольно – фрезерного станка с понижающим редуктором.

          На Рис 22 показана конструкция червячно – реечного привода стола продольно – строгального станка с понижающим редуктором. Он содержит приводной двигатель 1 закрепленный в стакане 2, вал которого посредствам кулачковой муфты 3 соединен с ведущим валом – шестерней 4 понижающего редуктора, установленным на подшипниках 5 в крышке сборного корпуса 6 редуктора, зубчатый венец 7 которого зацепляется с колесом 8, закрепленным посредствам шпоночного соединения на промежуточном валу – шестерне 9, установленном в расточке корпусе редуктора на подшипниках 10 и 12, а его зубчатый венец 13 зацепляется с зубчатым колесом 14, установленном на валу 15, выполненным за одно целое с червяком 16. Последний установлен в расточке корпуса редуктора на подшипниках 17, 18 и 19, и поджат в осевом направлении крышкой 20 воздействующей на упорный подшипник 21 и находится в зацеплении с рейкой, закрепленной на столе станка.

          При использовании червячно – реечной передачи в приводе для точного перемешения, например в станках с ЧПУ, также как и при использовании зубчато – реечной передачи, возникает необходимость исключения бокового зазора. Основным способом решение этой задачи является введение в конструкция червячно – реечной передачи дополнительного червяка.

Рис 23 Конструкция червяно – реечной передачи с устройством для выбора бокового зазора, содержащим дополнительный червяк

           На Рис 23 показана конструкция червяно – реечной передачи с устройством для выбора бокового зазора основанная на этом приеме. Она содержит ведущую вал – шестерню вал 1, который на роликовых подшипниках 2 и упорных шарикоодшипниках 4 поджатых гайкой 5 установлен в наклонной расточке корпуса 3 и своим коническим зубчатым венцом 6 , зацепляется с конической шестерней 7 закрепленной посредствам шлицевого соединения на валу 8, установленным в горизонтальной расточке корпуса 3 на роликоподшипниках 9, 10 и упорных шарикоподшипниках 11, 12 поджатых в соевом на-правлении гайкой 13. Также на валу 8 посредствам шлицевых соединений закреплены основной 14 и дополнительный 15 червяки зацепляющиеся с рейкой, закрепленной на столе станка (рейка на Рис 19 не показана), а между ними установлен плунжерный гидроцилиндр 16, с плунжером 17 расположенным в его рабочей полости 18. Для регулировки бокового зазора в зацеплении конической шестерни 7 и зубчатого венца 6 ведущего вала – шестерни 1 между упорным шарикоподшипником 12 и торцем конической шестерни 7 установлено разрезное регулировочное кольцо 22.
Выбор зазора в червячно – реечной передаче осуществляется следующим образом. Масло из системы под давлением подается в рабочую полость 18 гидроцилиндра 16, в результате чего, корпус гидроцилиндра 16 вместе с основным червяком 14 смещается вправо, а плунжер 14 вместе с дополнительным червяком 15 смещается влево, выбирая таким образом боковой зазор между противоположными поверхностями зубьев обоих червяков и рейки. При этом смещение обоих червяков происходит за счет их движения по соответствующим щлицевым поверхностям вала 8.

Рис 24 Конструкция реверсивной червячно – реечной передачи тяжело нагруженного станка с гидравлическим демпфирующим устройством.

           На Рис 24 показана конструкция реверсивной червячно – реечной передачи тяжело нагруженного станка с гидравлическим демпфирующим устройством. Она содержит вал 2 установленный в корпусе 1 на радиальных подшипниках 3 и упорных подшипниках 4, поджатых крышками 5 и 6, с фланцем которого посредствам винтов 8 и штифтов 9 жестко соединен основной червяк 7, а посредствам шлицевых соединений – установлено два дополнительных червяка 10, при этом в образованных основным и дополнительными червяками полостях 16 расположены, герметично уплотненные по наружной и внутренней поверхностям, шайбы 12. На шлицевом хвостовике вала 2 закреплена втулка 13 с зубчатым венцом 14, который соединен с ответной частью зубчатой муфты 15 приводного редуктора. Полости 16 посредствам каналов 17 и 19 соединены с неподвижной маслоподводящей головкой 20, штуцеры которой связаны с гидросистемой станка, предусматривающей наличие между двумя подводящими магистралями дросселя Д, двух предохранительных клапанов КП1, КП2 и обратных клапанов КО1, КО2, в каждой магистрали (см. Рис. 25). Основной червяк 7 и дополнительные червяки 10 находятся в постоянном зацеплении с червячной рейкой 21, жестко закрепленной на столе станка возвратно – поступательное перемещение. Подача масла под давлением в полости 16 приводит к смещению дополнительных червяков 10 в противоположные стороны, что обеспечивает выбор зазора между боковыми поверхностями их витков и ответными боковыми поверхностями зубьев рейки 21.

Рис 25 Конструкция реверсивной червячно – реечной передачи с гидравлическим демпфирующим устройством.

          Работает реверсивная червячно – реечная передача следующим образом. При установившемся движении червячной рейки 21 вправо (см. Рис. 25а) основной червяк 7 и дополнительные червяки 10 вращаются в направлении «от нас», при этом правые боковых поверхности витков основного червяка 7 взаимодействуют с ответными боковыми поверхностями зубьев рейки 21, А дополнительные червяки 10 с помощью гидросистемы прижаты к боковой поверхности рейки 21 противоположными боковыми поверхностями своих витков. При реверсе рейки 21 (изменении движения справо – налево) меняется на-правление вращения основного червяка 7 и дополнительных червяков 10 на обратное «на нас», при этом дополнительные червяки 10 остаются прижатыми к рейке 21, а основной червяк 12 плавно, без удара, прижимается своими левыми боковыми поверхностями витков к ответным боковым поверхностям рейки. Это обеспечивается тем, что масло из левой полости 16 вытесняется в правую полость 16 перетекая через дроссель Д, создающий при этом необходимое для исключения удара сопротивление.

Основным недостатком существенно сокращающим область применении червячно – реечной передачи является низкий К.П. Д, который, как и у большинства червячных пере-дач, обычно ниже 0,5. Именно поэтому в приводе поступательного перемещения столов тяжело нагруженного оборудования на большие расстояние нашла применение гидростатическая червяно – реечная передача, К.П.Д. которой не ниже 0,95. Помимо этого гидростатическая червячно – реечная передача за счет масла, подаваемым под давлением в зазор между червяком и червячной рейкой, что создает жидкостный характер трения, обладает высокой нагрузочной способностью и жесткостью, а также практически исключает износ взаимодействующих поверхностей и обеспечивает высокое демпфирование,    возникающих при движении стола колебаний

Рис. 26 Конструктивная схема гидростатической червячно – реечной передачи

          Конструктивная схема гидростатической червячно – реечной передачи показана на Рис. 26. Она состоит из закрепленного посредствам шпоночного соединения на валу 3 червяка 1, зацепляющегося с червячной рейкой 2, а вал е установлен на радиальных подшипниках 4 в расточке корпуса 5. На обеих торцах червяка 1 установлены гидростатические упорные подшипники, которые одновременно являются и маслораспределителями, для чего на их боковой поверхности выполнены дугообразные канавки 8. В теле червяка 1 выполнены продольные каналы 9 и 10, которые посредствам наклонных сверлений 12 соединены с карманами 11 выполненными на винтовой поверхности червяка 1. Гидростатический режим червячно – реечной передачи обеспечивается за счет того, что масло под давлением от насосов Н1 и Н2 через маслораспределители 6 и 7, продольные каналы 9 и 10 в червяке 1 и наклонные сверления 12 подается в карманы 11.

Рис 27 Элементы геометрии гидростатического червячно – реечного зацепления

           Зазор в передаче обспечивается за счет утонения зубьев червячной рейки 2, которое выполняется при ее изготовлении. Угол профиля зубьев рейки и витков червяка равен β = 15 град (см. Рис. 27), червяк имеет 6 – 7 витков, а угол обхвата червяка червячной рейкой равен α = 115 град, осевой зазор в передаче h = 50 – 70 мкм при этом давление масла подаваемого в карманы червяка равно: p = 80 – 100 кг/кв см и подается от двух насосов по принципу «насос – карман» (масло может подаваться и от одного насоса по двум магистралям через делитель потока, а карманы могут быть выполнены на боковой поверхности зубьев рейки).

           Для использования в качестве привода поступательного перемещения тяжело нагруженных столов технологического оборудования на значительные расстояния (до 10м и более) ЭНИМС рекомендует гидростатические червячно – реечные передач, параметры которых приведены в таб. 1

Таблица 1

          На Рис 28 показана конструкция гидростатической червячно – реечной передачи привода тяжелого продольно – фрезерного станка. Он содержит закрепленную на столе 1 червячную рейку 2 зацепляющуюся с двумя соосно расположенными червяками 3, выполненными за одно с валами. Валы червяков 3 установлены в корпусе 21 привода на радиальных подшипниках 5, 6 и упорных подшипниках 7 и 19 и получают вращение от ведущего вала 17 установленного на подшипниках 18, посредствам закрепленной не нем прямозубой шестерни 15, которая зацепляется с прямозубым зубчатым колесом 14, а послед-нее вместе с двумя косозубыми шестернями 11, закрепленными на промежуточном валу 12, установленном на подшипниках 13, зацепляются с косозубыми зубчатыми колесами 10, закрепленными на валу червяков 3. На боковой поверхности витков каждого 3 выполнены карманы 24, соединенные посредствам наклонных сверлений 25 и осевых кана-лов 22 с системой подачи масла, при этом осевые каналы 22 заглушены пробками 23, а в каждом сверлении 25 установлен трубчатый дроссель 26, ограничивающий подачу масла. С торца 30 каждого червяка 3 установлено распределительное кольцо 9 и опорное кольцо 8, которое своим торцем контактирует с упорным подшипником 20, установленным в расточке корпуса 21. Опорное кольцо 8 выполнено с торцевой проточкой 26 , в которую входит ответный выступ 27 распределительного кольца 9, уплотненный с обеих сторон резиновыми кольцами 29, кроме того в опорном кольце 8 и распределительном кольце 9 выполнены соосные отверстия, в которых установлены пальцы 24 с установленными на них тарельчатыми пружинами 28, постоянно прижимающими распределительные кольца 9 к торцам 30 червяков 3, что особенно важно при отсутствии подачи масла в период запуска привода. На торце распределительного кольца обращенного к торцу 30 червяка 3 выполнен распределительный паз 33, имеющий форму сектора и расположенный в зоне контакта червяка 3 с рейкой 2, который соединен с пазом 26 опорного кольца 8 посредствам осевых сверлений 34. Кроме того, на этом торце распределительного кольца 9 выполнен дополнительный паз 35 и два разгрузочных паза 37 и 38, при этом между распределительным пазом 33 и дополнительным пазом 35 имеются перемычки 36. Распределительный паз 33 и дополнительный паз 35 выполнены на одном радиусе и соединены с осевыми каналами 22 в червяке 3. Разгрузочные пазы 37 и 38 через отверстия 40 соединены с пазом26 в опорном кольце 8. Подача масла из системы паз 26 осуществляется через радиальное отверстие 39 в опорном кольце 8.

Рис 28 Конструкция гидростатической червячно – реечной передачи привода тяжелого продольно – фрезерного станка.

          Работает привод следующим образом. Вращение от ведущего вала 17 через прямозубую цилиндрическую передачу 15 – 14 и косозубые цилиндрические передачи 11 – 10 сообщается червякам 3, которые, зацепляясь с рейкой 2, приводят в движение стол 1 стан-ка. При этом, смазочное масло из системы подается к распределительным кольцами 9, че-рез которые оно по осевым каналам 22 и наклонным сверлениям 25 поступает в карманы 24 , создавая гиростатический масляный слой обеспечивающий в червячно – реечном зацеплении условия для жидкостного трения. Смазочное масло, попадая в зазор между торами 30 червяков 3 и ответной поверхностью распределительных колец 9, смещает червяки по направлению друг к другу, выбирая при этом боковой зазор в червячно – реечной передаче, поскольку червяки 3 контактируют с зубьями червячной рейки 2 противоположными поверхностями своих витков. При движении стола 1 с рекой 2 вправо усилие передается левым червяком 3, а правый червяк 3 обеспечивает выбор бокового зазора в червячно – реечной передаче, при движении стола 1 с рейкой 2 влево усилие передается правым червяком 3, а левый червяк 3 обеспечивает выбор бокового зазора в передаче. Давление смазочного масла поступающего в разгрузочные пазы 37, 38 и дополнительный паз 35 создает усилие компенсирующее силу, создаваемую давлением смазочного масла поступающего в распределительный паз 33, посредствам чего исключается перекос в зазоре распределительных колец 9 и обеспечивается прилегание их поверхности к торцу 30 червяков 3.
Высокая нагрузочная способность и жесткость гидростатической червячно – реечной передачи достигаются только при точном изготовлении червяка и червячной рейки по профилю зубьев резьбы, по шагу и по чистоте контактирующих поверхностей, которая должна быть не ниже 7 – 8 класса. Такие требования достаточно легко можно обеспечить при изготовлении червяка, поскольку существует необходимое для этого технологическое оборудование – токарные и резьбошлифовальные станки, но изготовление червячных реек с требуемой точностью, из – за отсутствия необходимого оборудования, вызывает значительные сложности. В настоящее время точные червячные рейки изготавливаются с применением полимерных материалов – эпоксидных смол холодного отвердевания наполненных металлическими порошками. Такая технология предусматривает, что червячная рейка грубо нарезается на токарном станке с уменьшенным от номинала размером по боковой поверхности на 2 мм, по диаметру 2 – 4 мм, а затем на обезжиренную рабочую поверхность рейки наносится полимерный материал. Окончательные размеры и форма рабочей поверхности червячной рейки формируется моделью, представляющей собою длинный червяк, толщина зубьев которого больше, чем у рабочего червяка на величину зазора. Совпадение профиля модели и рабочего червяка обеспечивается шлифовкой их рабочей поверхности за одну наладку резьбошлифовального станка, у которого правка круга выполняется по шаблону.
Еще одним недостатком гидростатической червячно – реечной передачи является необходимость наличия специальной системы смазки, обеспечивающей наличие между рабочими поверхностями передачи гарантированного масляного слоя, обеспечивающего жидкостное трение. Это привело к созданию червячно – реечной передачи качения, кото-рая обладает высокой нагрузочной способностью, достаточной жесткостью, плавностью и высокой точностью перемещения, за счет исключения зазоров и высоким КПД. Передача червяк-рейка качения представляет собой короткий шариковый винт, который в результате вращения перемещается по длинной червячной рейке, укрепленной на станине станка. Возврат шариков осуществляется через канал, расположенный в теле червяка.

Рис 29 Конструкция червячно – реечной передачи качения

            Конструкция червячно – реечной передачи качения показана на Рис. 29. Она состоит из червяка 1, установленного в расточке корпуса 2, на радиальных роликовых подшипниках 3 и упорных подшипниках 4 комплекта шариков 5, находящихся между рабочими профилями червяка1 и рейки 6, при этом, в теле червяка 1 выполнен канал 7 для возврата шариков 5, а также расположены скошенные концы трубок 8 слегка выступающие из тела червяка 1, которые выполняют функцию отражателя направляющего шарики 5 в канал возврата 9. С торцев червяка 1 в соответствующие пазы установлены вкладыши 9, обеспечивающие плавное изменение направления движения шариков 5. Для ограничения траектории движения шариков 4 вне зоны контакта с рейкой 2 имеется рубашка 10, установленная с некоторым зазором относительно рейки 6, Рейка 6 представляет собою гайку с неполным обхватом, которая неподвижно крепится на перемещаемом объекте (столе, суппорте, каретке) совершающим возвратно – поступательное перемещение. При вращении червяка 1 шарики 5 перемещаются по его резьбе, и циркулируя по замкнутой траектории, сообщают продольное перемещение рейке 6.

          Для обеспечения точного перемещения рейки в червячно – реечной передаче качения, между шариками червяком и рейкой для исключения зазора создается определенный натяг, который также позволяет повысить жесткость передачи. Предварительный натяг в передаче может быть создан путем радиального смещения червяка относительно рейки, но для тяжело нагруженных червячно – реечных передач качения применяемых в точном оборудовании предусматривающим перемещения стола на значительные расстояния (более 2 м) для создания натяга в привод в дополнение к основному червяку соосно       устанавливается дополнительный червяк устройство для относительного смещения червяков в осевом направлении в противоположные стороны.

Рис 30 Конструкция червячно – реечной передачи качения с устройством для создания натяга в зацеплении.

               На Рис 30 показана конструкция червячно – реечной передачи качения с устройством для создания натяга в зацеплении. Она содержит взаимодействующие с червячной рейкой 1 червяки 2 и 3, установленные на подшипниковых опорах 4 – 6 и шарики 7 расположенные в канавках червяков и рейки, а также устройство для выбора зазора в червячно – реечной передаче. Это устройство состоит из штанги 8 с хвостовиком 9, расположенной в центральных расточках червяков 2 и 3, фланца 10, стакана 11, втулки 12, гайки 13, установленной на резьбовом хвостовике 9 штанги 8, упорного шарикоподшипника 15, проставки 26 и комплекта тарельчатых пружин 14, при этом штанга 8 имеет фланец 27, который посредствам штифта 17 жестко соединен с полым хвостовиком червяка 3. Цапфы червяков обращенных друг к другу установлены на двухрядных роликовых подшипниках 18, 19 и зафиксированы от осевого смещения стопорными кольцами 20, 21, кроме того на этих торцах червяков выполнены кулачки 22 и 23, расположенные с образованием свободного пространства 24 и 25, как показано на разрезах А – А и Б – Б, а между торцами кулачков имеются равные между собою зазоры Δ1 и Δ2.
Выборка зазора (осевого и радиального) между витками червяки 2, 3 и зубьями червячной рейки 1 осуществляется следующим образом. Сначала штанга 8 фиксируется от углового поворота, для чего гаечный ключ устанавливается на лыски квадратной головки ее хвостовика 9, а затем другим гаечным ключом выполняется вращение гайки 13. В результате этого стакан 11 смещается вправо и сжимает пакет тарельчатых пружин 14, а возникающее при этом осевое усилие через фланец 10 и упорный подшипник 15 передается червяку 2, а через фланец 27 червяку 3 и оба червяка перемещаются в осевом направлении сближаясь друг с другом и выбирая при этом сначала зазор в зацеплении, а затем создавая необходимый для точной работы передачи натяг. Работает червячно – реечная передача также как было рассмотрено в предыдущем примере.

11. Примеры использования зубчато – реечной передачи для преобразования
вращательного движения в поступательное и наоборот

         Наравне с кривошипно – шатунным механизмом зубчато – реечная передача являются основными устройствами для преобразования возврвтно – поступательного движения во вращательное и наоборот. Но если кривошипно – шатунный механизм в основном используется в двигателях внутреннего сгорания, то зубчато – реечная передача используется для преобразования движения практически во всех областях техники, прежде всего благодаря своей компактности, простоте и технологичности. Рассмотрим примеры использования зубчато – реечной передачи для преобразования движения.

Рис 31 Конструкция механизма с промежуточной кареткой преобразующего вращательное движение в возвратно поступательное.

             На Рис 31 показана конструкция механизма с промежуточной кареткой преобразующего вращательное движение в возвратно поступательное. Он содержит корпуса 1коробчатой формы, в расточке которого на роликовых подшипниках 4 и 5 установлен ведущий вал 2 с закрепленной на нем посредствам шпоночного соединения шестерней 3, обойму 6 с жестко закрепленными на ней направляющими 7, которые имеют возможность вертикального перемещения по роликам 8, шарнирно закрепленных в корпусе 1. В обойме 6 перпендикулярно направляющим 7 выполнены две дорожки, по которым имеет возможность перемещения на роликах 10 каретка 9, внутри которой выполнен замкнутый овальный паз 11 по периметру которого нарезаны зубья, таким образом, что образуют четыре участка, два прямолинейных и два полукруглых, которые замкнуты в единый профиль зубчатой рейки. Зубья замкнутого овального паза 11 находятся в постоянном зацеплении с ведущей шестерней 3.

         Работает механизм следующим образом. При вращении ведущего вала 2, закрепленная на нем шестерня 3 за счет зацепления с зубьями замкнутой рейки 3 приводит в движение каретку 9, направление которого зависит от того с каким участком рейки 3 (прямолинейным или полукруглым) взаимодействует шестерня 3. При нахождении каретки 6 в положении показанном на Рис. 31, и вращении шестерни 3 по часовой стрелке каретка 6 совершает плоско – параллельное движение, перемещаясь вверх и вправо. При переходе шестерни 3 на правый прямолинейный участок рейки 11 каретка 6 начинает двигаться только вертикально, а при переходе шестерни 3 на нижний полукруглый участок каретка снова начинает совершать плоско – параллельное движение, перемещаясь вверх и влево. Все это время вертикальное движение каретки передается корпусу 1 механизма, который перемещается вверх, а горизонтальное движение каретки при зацеплении шестерни с верхним и нижнем полукруглыми участками рейки 11 корпусу 1 не передается, поскольку каретка 9 скользит по пазам корпуса на роликах 10. Далее шестерня 3, последовательно зацепляясь с нижним полукруглым, левым прямолинейным и верхним полукруглыми участками рейки 11, заставляет каретку перемешаться плоско – параллельно на первом и третьем участках рейки 11и поступательно вниз на втором участке, что приводит к перемещению корпуса 1 вниз и возврату в исходное положение.

Рис 32 Конструкция двухреечного механизма преобразования вращательного движения в возвратно – поступательное.

         На Рис 32 показана конструкция двухреечного механизма преобразования вращательного движения в возвратно – поступательное. Он содержит зубчатый сектор 2 закрепленный посредствам шпоночного соединения на ведущем валу 1, который имеет возможность попеременного зацепления с рейкой 4 траверсы 2 и рейкой 6 траверсы 5, при этом траверсы 3 и 5 соединены между собою посредствам резьбовых цапф 8 и 9 выполненных на их горизонтальных участках, которые входят в отверстия, выполненные в вертикальных участках траверс и таким образом образуют каретку, совершающую возвратно – поступательное перемещение в горизонтальной плоскости по направляющим 7. Взаимное горизонтальное расположение траверс 3 и 5 относительно зубчатого сектора 2 регулируется посредствам гайки 11, и фиксируется гайкой 10, положение которой стопорится штифтом 13. Для компенсации погрешностей изготовления и сборки механизма, влияющих на зацепление сектора 2 с рейками 4 и 6, а также для исключения бокового зазора в зубчато – реечных передачах и компенсации возникающих при работе механизма динамических нагрузок в месте соединения траверс друг с другом установлены пружины сжатия 12.
Работает механизм следующим образом. Вращение зубчатого сектора 2 по часовой стрелке (см. Рис. 32а) за счет зацепления его зуба А с зубчатой рейкой 4 траверсы 3 приводит к перемещению каретки вправо, при этом зуб Б сектора выходит из контакта с зубчатой рейкой 6 траверсы 5 (см. Рис. 32б). Для обеспечения синхронного входа зуба А сектора 2 в зацепление с рейкой 4 и выхода зуба Б сектора 2 из зацепления с рейкой 6 их коррегируют, а при необходимости сошлифовывают часть головки зубьев). Движение каретки вправо продолжается до тех пор, пока зубчатый сектор 2 не повернется на угол 180 град и механизм не займет положение, показанное на Рис. 32в, при котором зуб А сектора 2 входит в зацепление с рейкой 6, а зуб Б сектора выходит из зацепления с рейкой 4. В результате этого при продолжении вращения зубчатого сектора 2 по часовой стрелке направление поступательного движения каретки меняется на противоположное, она начинает перемещаться влево и возвращается в исходное положение. Далее цикл работы механизма повторяется.

Рис. 33 Конструкция зубчато – реечного механизма для преобразования вращательного движения в возвратно – поступательное со встроенной муфтой переключения.

             На Рис. 33 показана конструкция зубчато – реечного механизма для преобразования вращательного движения в возвратно – поступательное со встроенной муфтой переключения. Он содержит ведущий вал 1, на котором посредствам шпоночного соединения закреплен диск 2, шарик 3, установленный в отверстии диска 2, выполненном на определенном расстоянии от его центра, полумуфты 4, 5 жестко закрепленные с цилиндрически-ми зубчатыми колесами 6, 7, свободно установленными на валу 1 зацепляющимися с ними рейками 8, 9. Рейки имеют цилиндрическую форму и скреплены с траверсами 11 посредствам гаек 12, образуя таким образом каретку совершающую возвратно – поступательное перемещения в направляющих роликах 10. Полумуфты муфты переключения, в состав которой также входит диск 2 и шарик 3, имеют выполненные на их внутренней поверхности, диаметр которых равен диаметру шарика 3, а глубина равна половине диаметра шарика. Полумуфты 4 и 5 имеют равное количество гнезд под шарик 3, кратное количеству двойных ходов реек 8 и 9 за один оборот ведущего вала 1 и диска 2 (количество гнезд в полумуфтах 4 и 5 определяет передаточное отношение ведущего вала к зубчатым рейкам).
Работает механизм следующим образом. Равномерно вращающийся вал 1 с закрепленным на нем диском 2 через шарик 3 передает крутящий момент одной из полумуфт, например 4, в гнездо которой входит шарик 3. Выходу шарика из гнезда препятствует плоская поверхность второй полумуфты 5, которая в этот момент неподвижна. Угловая скорость вращения полумуфты 4 равна скорости вращения ведущего вала 1. При этом полумуфта 4 будучи жестко связана с зубчатым колесом 6 передает ему синхронное вращение в туже сторону, а последние зацепляясь с рейкой 8 перемещает ее вместе со всей кареткой по направляющим роликам 10 вправо. Вращение полумуфты 4 продолжается до тех пор, пока гнезда полумуфты 4 и 5 не совпадут с отверстием в диске 2, после чего шарик 3 быстро перекатывается в гнездо полумуфты 5 и передает ей движение с постоянной угловой скоростью ведущего вала. При этом полумуфта 4 останавливается и своей плоскостью надежно запирает шарик 3 в гнезде полумуфты 5. При этом полумуфта 5 будучи жестко связана с зубчатым колесом 7 передает ему синхронное вращение в туже сторону, а последние зацепляясь с рейкой 8 перемещает ее вместе со всей кареткой по направляющим роликам 10 влево, реализуя таким образом возвратно – поступательное движение каретки. При следующем совпадении гнезд полумуфт 4 и 5 и диска 2 шарик возвращается в гнездо полумуфты 4 и цикл повторяется. Величина возвратно – поступательного перемещения каретки зависит от диаметра зубчатых колес 6 и 7 закрепленных на полумуфтах. Величина углового поворота и количество остановок полумуфт 4 и 5 за один оборот ведущего вала зависит от количества гнезд на каждой из них. При наличии одного гнезда в полумуфтах 4 и 5 рейки совершают один двойной ход.

Рис 34 Конструкция механизма с зубчато – реечным приводом для преобразования возвратно – поступательного движения в непрерывное вращательное движение.

        На Рис 34 показана конструкция механизма с зубчато – реечным приводом для преобразования возвратно – поступательного движения в непрерывное вращательное движение. Он содержит двухстороннюю рейку 4 установленную в направляющих 2, которые посредствам двух бука 3 закреплены в корпусе 1 механизма, в горизонтальных расточках которого на подшипниках 13 установлены валы 10 и 11 с закрепленными посредствам шпоночного соединения разнонаправленные обгонные муфты 7 и 8, а также звездочки 19 и 20 соединенные цепью 21, при этом с рейкой 4 зацепляются зубчатые колеса 5 и 6 установленные на валах 10 и 11 на подшипниках 9 и жестко соединенные с обгонными муфтами 7 и 8 посредствам шпоночных соединений. Каждая обгонная муфта состоит из       звездочки 17, закрепленной на валу посредствам шпоночного соединения, роликов 16 и обойм 18 , которые соединены с зубчатыми колесами посредствам шпонок, а на валу 10 установлен маховик 22.
Работает механизм следующим образом. При движении двухсторонней рейки 4 влево зубчатое колесо 6 вращается против часовой стрелки, шарики расположенной в ней обгонной муфты 8 заклинивается между обоймой и звездочкой, в результате чего вращение зубчатого колеса 6 по часовой стрелке передается звездочке 17 и валу10. При этом через звездочку 19 и цепь 21 вращение передается звездочке 20 и валу 11, на котором она установлена, но поскольку наклонные поверхности звездочки 17 обгонной муфты 8 направлены в противоположную сторону, ролики 16 не заклиниваются и вращение зубчатому колесу 6 не передается. При движении рейки 4 вправо зубчатое колесо 6 вращается по часовой стрелке, но при этом шарики 16 обгонной муфты 8 проскальзывают между обоймой 18 жестко связанной с колесом и звездочкой 17 и вращение валу 11 не передается. В это же время рейка 4 сообщает зубчатому колесу 5 вращение против часовой стрелки, которое благодаря заклиниванию шариков 16 между обоймой 18 и звездочкой 17 передается валу 10. Таким образом при непрерывном возвратно – поступательном движении рейки 4 вал 10 совершает непрерывное вращение

Рис 35 Конструкция зубчато – реечного механизма для преобразования возвратно – поступательного движения рейки в качательное вращение
вала с переменной угловой скоростью.

             На Рис 35 показана конструкция зубчато – реечного механизма для преобразования возвратно – поступательного движения рейки в качательное вращение вала с переменной угловой скоростью. Он содержит поступательно перемещающуюся штангу 5 шарнирно связанную с рейкой 2, на конце которой также шарнирно установлен ролик 6, взаимодействующий с копиром 7, а рейка 2 находится в зацеплении с зубчатым колесом 3, в котором выполнено эксцентричное отверстие, посредствам которого колесо установлено и жестко закреплено посредствам шпоночного соединения с валом 4. Криволинейная поверхность копира 7 ,взаимодействующая с роликом 6, имеет профиль, изменение радиуса которого пропорционально изменению радиуса делительной окружности зубчатого колеса 3.
Работает механизм следующим образом. При поступательном движении вниз штанги 5 с постоянной скоростью рейка 2, зацепляясь с зубчатым колесом 3, приводит его во вращение против часовой стрелки с переменной скоростью, величина которой пропорционально переменному радиусу колеса, эксцентрично установленному на валу 4. При этом ролик 6 перекатываясь по криволинейной поверхности копира 7 переменного радиуса, обеспечивает постоянство зацепления зубьев рейки 2 и зубчатого колеса 3, При движении штанги 5 в обратном направлении рейка 2 последняя, зацепляясь с зубчатым колесом 3, обеспечивает вращение вала 4 в противоположном направлении также с переменной скоростью. Таким образом, при возвратно – поступательном движении рейки 2 механизм обеспечивает качательное движение вала 4 с переменной угловой скоростью.

12. Примеры использования зубчато – реечной передачи в приводе
технологической оснастки

            В технологической оснастке зубчато реечная передача чаще всего применяется для обеспечения поступательного перемещения зажимных, базирующих или транспортирующих элементов, но в отличии от рассмотренных ранее зубчато – реечных приводов техно-логического оборудования, эти перемещения намного меньше по величине, а сама передача испытывает намного меньшие нагрузки. Все это в значительной степени в целом упрощает конструкцию привода или механизма в который входит зубчато – реечная передача. Рассмотрим примеры использования зубчато – речной передачи в составе технологической оснастки.

Рис 36 Конструкция зубчато – реечного привода приспособления для ориентации и зажима детали имеющей прямоугольную форму.

           На Рис 36 показана конструкция зубчато – реечного привода приспособления для ориентации и зажима детали имеющей прямоугольную форму. Он содержит корпус 1 с базовой плоскостью, ведущий вал 2 приводимый в движение электроприводом станка, на конце которого установлена гайка 3, шарнирно соединенная с коромыслом 4, концы которого размещены в опорах 5 и 6 с возможностью осевого перемещения относительно них. К опорам 5 и 6 шарнирно прикреплены зубчатые рейки 7 и 8, на горизонтальных и вертикальных поверхностях которых нарезаны зубья. С рейками 7 и 8 находятся в зацеплении шестерни 9 – 12, взаимодействующие с рейками 13 – 16. Рейки 13 и 15, расположенные вертикально, выполнены за одно целое с зажимными прихватами 17 и 18. Рейки 14 и 16, расположенные горизонтально, находятся в постоянном контакте посредствам пружин 21 и 22 с ориентирующими прижимами 19 и 20. Напротив ориентирующих прижимов 19 и 20 установлены неподвижные упоры 23 и 24.
Механизм работает следующим образом. Исходное положение реек 14 и 16 относительно шестерен 10 и 12 регулируется таким образом, чтобы рабочий ход ориентирующих прижимов 19 и 20 был короче, чем рабочий ход зажимных прихватов 17 и 18. Зажимаемая заготовка устанавливается на базовую плоскость 1 корпуса механизма зажима. После этого включается электропривод станка, приводящий во вращение ведущий вал 2 механизма, который получив вращение, при помощи гайки 3, перемещает коромысло 4, которое с помощью опор 5 и 6 сообщает поступательное перемещение рейкам 7 и 8, а последние при этом начинают вращать шестерни 9 – 12, передающие движение рейкам 13 – 16. При этом, ориентирующие прижимы 19 и 20, перемещая закрепляемую заготовку по базовой плоскости 1, доводят ее до контакта с неподвижными упорами 23 и 24, после чего пружины 21 и 22 начинают сжиматься, прижимая заготовку к упорам, до тех пор, пока зажимные прихваты 17 и 18 не зафиксируют ее. Для разжима обработанной заготовки электропривод станка вращает ведущий вал 2 в противоположную сторону, что приводит к возврату зажимных прихватов 17 и 18, а также ориентирующих прижимов 21 и 22 в исходное положение. После чего готовая деталь снимается со станка, а на ее место устанавливается новая заготовка подлежащая обработке.

Рис 37 Конструкция скальчатого кондуктора с пневматическим приводом и встроенными зубчато – реечными передачами.

          На Рис 37 показана конструкция скальчатого кондуктора с пневматическим приводом и встроенными зубчато – реечными передачами. Он содержит закрепленный на торце корпуса 1 кондуктора пневмоцилиндр 4, шток – рейка 5, установленный в направляющих втулках 10, зацепляется с зубчатым венцом 6 вала – шестерни 7, расположенного в перпендикулярной расточке корпуса 1 на подшипниках скольжения 11 и несущего шестерню 9, закрепленную на конусной поверхности посредствам гайки 10 взаимодействующей с шестерней 9 через втулку 11. Зубчатый венец 6 вала – шестерни 7 и шестерня 9 установленная на нем зацепляются с зубьями реек выполненных за одно целое с колонками 2, на которых посредствам гаек 14 крепится кондукторная плита 3. Для исключения вытекания смазки из полостей корпуса 1, в которых расположены зубчато – реечные передачи на валу – шестерне 7 выполнены утолщения с канавками в которых установлены резиновые уплотнительные кольца 14, а отверстие корпуса 1, в котором на втулках 10 перемещается шток – рейка 5 пневмоцилиндра 4, закрыто крышкой 17 с резиновой уплотнительной прокладкой. Сжатый воздух поступает в рабочие полости пневмоцилиндра 4 от крана управления 15 по трубопроводам 16.
Работает скальчатый кондуктор следующим образом. Для опускания кондукторной плиты 3 сжатый воздух от крана управления 15 через трубопровод 16 подается в поршневую полость пневмоцилинлдра 4, в результате этого его шток – рейка 2 выдвигается вперед и за счет зацепления с зубчатым венцом 6 вала – шестерни 7 вращает последний против часовой стрелки. При этом зубчатый венец 6 и шестерня 8 за счет зацепления с зубьями реек выполненных за одно со скалками 2, опускает последние вместе с кондукторной плитой вниз. Для подъема кондукторной плиты сжатый воздух подается в штоковую полость пневмоцмлиндра 4 и его шток – рейка 5 выдвигается заставляя при этом вал – шестерню 7 вместе с шестерней 8 вращаться по часовой стрелке. Это приводит к перемещению скалок 5 вместе с кондукторной плитой вверх

Рис 38 Конструкция переносного приспособления для обработки торцев труб с зубчато – реечным приводом подачи.

           На Рис 38 показана конструкция переносного приспособления для обработки торцев труб с зубчато – реечным приводом подачи. Оно содержит корпус, состоящий из двух коромысел 1 и 2 шарнирно соединенных между собою посредствам оси 3, при этом в расточке коромысла 1 установлена резцовая головка 14 с направляющей цангой 16, а в рас-точке коромысла 2 установлен механизм зажима, выполненный в виде цанги 13 и привод осевой подачи, состоящий из цилиндрической рейки 4, зацепляющейся с шестерней 5, установленной на валике 6, который оснащен рукояткой 7. В центральном отверстии рейки 4 расположена штанга, имеющая два резьбовых конца 9, при этом на левом резьбовом конце установлена конусная вставка 23, взаимодействующая с цангой 13, а на правом резьбовом конце 9 установлена рукоятка 10, а между левым торцем этой рукоятки и штифтом 12, установленным в штанге 8 расположена пружина сжатия 11. Хвостовик 15 резцовой головки 14 выполнен со шпоночным пазом для соединения с переносным электродвигателем и передачи крутящего момента. Втулки 20, торцы которых подлежат обработке, неподвижно установлены в корпусе 21.
Работает приспособление следующим образом. Перед началом обработки торца втулки приспособление посредствам цанги 13 устанавливается и закрепляется в трубе расположенной рядом с трубой, подлежащей обработке. Для этого путем вращения рукоятки 10 на правом резьбовом конце 9 штанги 8 конусная вставка 23 расположенная на левом резьбовом конце 9 перемещается вправо и разводит лепестки цанги 13, которые, центрируясь по внутреннему диаметру втулки, фиксируют положение штанги 4 и приспособления в целом. Затем путем вращения рукоятки 7 вместе с валиком 6 и шестерней 5, осуществляется перемещение по рейке 4 корпуса приспособления вместе с резцовой головкой 16 влево, в результате чего последняя, подводится к торцу втулки подлежащей обработке. После этого хвостовик 15 резцовой головки 14 соединяется с переносным двигателем и при его включении резцовой головке сообщается вращательное движения позволяющее выполнять торцовку трубы. Кроме того в это время резцовая головка 14 посредствам рукоятки 10 и зубчато – реечной передачи 4 – 5 дополнительно перемещается вправо на требуемую величину для снятия припуска на обработку торца втулки.

Рис 39 Конструкция приспособления для шлифования рабочего профиля кулачков содержащее кулисный механизм и зубчато – реечную передачу

            На Рис 39 показана конструкция приспособления для шлифования рабочего профиля кулачков, содержащее кулисный механизм и зубчато – реечную передачу. Оно содержит корпус 1 с закрепленной на его торце крышкой 2 оснащенной горизонтальными направляющими 3, при этом в верхней горизонтальной расточке корпуса 1 расположена ось 7, на которой посредствам подшипников скольжения 6 установлен ведущий блок 4 с зубчатым венцом 5, зацепляющимся с промежуточным зубчатым колесом 8, выполненным за одно целое с цапфой 9, установленной на подшипниках качения 10 в нижней расточке корпуса 1, а на правом торце колеса 8 выполнены направляющие 11, образующие паз в котором расположена с возможностью поступательного перемещения посредствам ходового винта 14 ползушка 12, на цапфе 13 которой шарнирно установлен ролик 15. Последний находится в постоянном контакте с боковой поверхностью паза, выполненного в ползуне 16, которые оснащен зубчатой рейкой 17 и направляющими типа «ласточкин хвост» благодаря наличию которых он может перемещаться в горизонтальном направлении по ответным направляющим 3 в крышке 2. Зубья рейки 17 ползуна 17 находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом 19 ведомого блока 4, который на подшипниках скольжения 20 установлен на оси 7, фланец которой 25 крепится к ответной плоскости корпуса 1 посредствам винтов 26 и штифтов 27. На хвостовике оси 7 выполнен конус Морзе 23, посредствам которого приспособление устанавливается в шпиндель шлифовального станка, а на противоположенном его конце установлен опорный центр 13, необходимый для установка обрабатываемой заготовки кулачка. Вращение от планшайбы шлифовального станка (на Рис 34 планшайба не показана) ведущему блоку 4 передается с помощью жестко соединенного с ним хомутика 24, а вращение обрабатываемой заготовке кулачка передается посредствам поводка 27, жестко соединенного с ведомым блоком 18.
Работает приспособление следующим образом. Ось 8 с помощью его конического хвостовика устанавливается в шпиндель шлифовального станка, а планшайба станки по-средствам хомутика 24 соединяется с ведущим блоком 4, при этом корпус 1 приспособления 1 фиксируется таким образом, чтобы исключалось его качательное движение относительно оси 8, после чего включается привод вращения шпинделя. При этом вращение зубчатого венца 5 блока 4 передается промежуточному зубчатому колесу 8, которое, вращаясь на шарикоподшипниках 19, посредствам ролика 12 сообщает возвратно поступательное движение ползуну 16, а последний посредствам рейки 17, зацепляющейся с зубчатым венцом 19 ведомого блока 28 сообщает последнему сообщает качательное движение вокруг оси 8, передаваемое поводком 15 заготовке кулачка. Для изменения амплитуды колебаний поводка 15 с помощью ходового винта 14 изменяется радиальное положение ползушки 12 с роликом 15, что приводит к изменению хода ползуна 16, величина которого определяет угол качания ведомого блока 18.

Рис 40 Конструкция валковой подачи с механизмом для регулировки шага с зубчато – реечным приводом.

         На Рис 40 показана конструкция валковой подачи с механизмом для регулировки шага с зубчато – реечным приводом. Он содержит закрепленные на столе пресса 1 посредствам кронштейнов 2 и 3 два агрегата валковой подачи подающий 4 и тянущий 5, каждый из которых содержит механизм регулировки шага с зубчато – реечным приводом, а на ползуне пресса 6 закреплена траверса 7 приводящая в движение валковую подачу. Каждый из механизмов регулировки шага подачи состоит из расположенной в корпусе 17 цилиндрической штанги 8 выполненной с двумя резьбовыми концами 11 12 и рейкой 9, которая зацепляется с зубчатым колесом 13 закрепленным на валу, который через обгонную муфту связан с ведущим валком подачи, расположенным ниже уровня подачи полосы 24 (обгонная муфты и валки на Рис 39 не показаны). В штанге 8 выполнен бурт 10, взаимодействующий с нижним выступом стакана 15, который своей наружной резьбой вкручен в резьбовое отверстие втулки 14, закрепленной в корпусе 17 посредствам своего фланца, при этом, на верхнем торце стакана 15 установлен кольцевой лимб 16, в центральное отверстие которого проходит штанга 8. На нижнем торце корпуса 17 закреплен стакан 18, в котором расположена пружина сжатия 19, зафиксированная в осевом направлении на нижнем конце штанги 9 посредствам шайбы 20 и гаек 21. Верхний резьбовой конец 11 штанги 8 входит в отверстие траверсы 7 и фиксируется в нем посредствам маховичков 22 и 23.

Работает валковая подача следующим образом. При ходе ползуна 6 прессе вверх траверса 7 воздействуя через маховичок 22 на штангу 8, заставляет ее перемещаться в том же направлении, а рейка 9, выполненная на штанге 8, зацепляясь с зубчатым колесом 13 поворачивает его по часовой стрелке вместе с ведущим валком (обгонная муфта при этом заклинена). Величина хода штанги 8 такова, что в конце перемещения вверх зубчатая рей-ка 9 выходит из зацепления с зубчатым колесом 13. При ходе ползуна 6 пресса вниз траверса 7 заставляет штангу 8 перемещаться в том же направлении, а зубчатое колесо 13 вращаться против часовой стрелки, но поскольку при таком направлении вращения обгонная муфта расклинена вращение ведущему валку не передается, что дает возможность выполнять технологическую операцию. Регулировка величины шага осуществляется путем вкручивании стакана 15 во втулку 14 или его выкручивания из втулки, что уменьшает или увеличивает холостой ход рейки 8, величина которого определяет угол поворота зубчатого колеса и ведущего валка подачи т. е. ее шаг.

Рис 41 Конструкция реечного домкрата с увеличенной грузоподъемностью.

                 На Рис 41 показана конструкция реечного домкрата с увеличенной грузоподъемностью. Этот домкрат содержит корпус 1, в котором на направляющих сухарях 2 установлена двухсторонняя зубчатая рейка 3, с жестко закрепленной на ней грузонесущей платформой, при этом зубья выполненные с обоих сторон рейки 3 одновременно находятся в зацеплении с шестернями 5 и 6, закрепленными на двух валах вместе с зацепляющимися друг с другом зубчатыми колесами 7 и 8, расположенных симметрично относительно про-дольной оси рейки. С зубчатым колесом 7 находится в зацеплении шестерня 9, установленная на цапфе коленчатого вала 10 планетарно – эксцентрикового редуктора, а на ее торце выполнены окна расположенные по окружности. Вторая цапфа коленчатого вала 10 установлена в подшипнике корончатого колеса 11 с внутренним зубчатым венцом. На эксцентриковой шейке коленчатого вала 10 установлена шестерня – сателлит 12, выполненная с наружным зубчатым венцом и закрепленными на ее торце пальцами 13, выступающие концы которых входят в окна шестерни 9. Корончатое колесо 11 закреплено не-подвижно в корпусе редуктора 1 с помощью винтов 14, а на конце коленчатого вала 10 установлена приводная рукоятка 15 связанная с ним через храповой механизм.

             Работает домкрат следующим образом. Грузонесущая платформа устанавливается под поднимаемое изделие, после чего производится вращение рукоятки 15, которая приводит во вращение коленчатый вал 10. При этом, шестерня – сателлит 12 благодаря зацеплению с корончатым колесом 11 совершает сложное планетарное движение со скоростью которая определяется передаточным отношением планетарно – эксцентрикового редуктора и передает с помощью пальцев 13 вращение дополнительной шестерне 9, вращающей зубчатое колесо 7. Зубчатое колесо 7, находясь в зацеплении с колесом 8, вместе с последним вращают шестерни 5 и 6, которые перемещают вверх рейку 3, поднимающую грузонесущую платформу с изделием.

13. Примеры использования – зубчато реечной передачи совместно
с другими передачами и механизмами

              Для решения специфических задач зубчато – реечная передача может быть совмещена с рычажным или кулачковым механизмом, или использоваться в совокупности с другими видами передач. что позволяет создавать механизмы с новыми свойствами и расширенными возможностями. Рассмотрим примеры таких механизмов и приводов.

Рис 42 Конструкция шагового привода содержащего два храповых механизма, а также зубчатую и зубчато – реечную передачи.

        На Рис 42 показана конструкция шагового привода содержащего два храповых механизма, а также зубчатую и зубчато – реечную передачи. Он содержит храповые колеса 1 и 2 жестко соединенные с зубчатыми колесами 3 и 4 установленными на валах 5 и 6 в корпусе 7, собачку 10, установленную на оси 11 и снабженную двумя выступами, поочередно контактирующими с храповыми колесами 1 и 2, реечную передачу, состоящую из рейки 9 и колеса 8, установленного на валу 5.
Работает механизм следующим образом. При поступательном перемещении корпуса 7 устройства, зубчатое колесо 8, перекатываясь по рейке 9, передает вращение через вал 5 и зубчатое колесо 3 храповому колесу 1, а через зубчатое колесо 4, вращающееся за счет зацепления с колесом 3, храповому колесу 2, которое вращается в противоположном на-правлении. Точная остановка устройства обеспечивается поворотом собачки 10 на оси 11 в одно из фиксированных положений и последующим упором ее выступа в соответствующий зуб одно из храповых колес 1 или 2.

Рис 43 Конструкция привода ползуна с увеличенным ходом, в состав которого входит кулачковый механизм и зубчато – реечная передача.

         На Рис 43 показана конструкция привода ползуна с увеличенным ходом, в состав которого входит кулачковый механизм и зубчато – реечная передача. Он состоит из рычага 1, шарнирно установленного на ползуне 2, перемещающимся в направляющих станины, зубчатого сектора 3 закрепленного на рычаге 1, зацепляющегося с зубчатой рейкой 4, жестко закрепленной на станине, кулачка 7 и ролика 8, а также пружины 6. Ролик 8 установлен на оси рычага 1 и постоянно поджат пружиной 6 к кулачку 6, вал привода которого установлен на неподвижном корпусе 5.
Работает устройство следующим образом. При вращении кулачка 7 прижатый к нему пружиной 6 ролик 8 совершает вместе с ползуном 2 и рычагом 1 поступательное перемещение, равное величине подъема кулачка h. При перемещении ползуна 2 в направляющих станины зубчатый сектор 3 рычага 1 за счет зацепления с зубчатой рейкой 34 поворачиваясь вокруг оси на угол, величина которого зависит от соотношения плеча рычага 1 ведомого R и ведущего r. В результате дополнительного поворота рычага 1 его ведомое плечо совершает ход намного больший, чем подъем кулачка 7. Величина суммарно хода ведомого плеча рычага 1, получающего перемещение от кулачка 7 и зубчато – реечной передачи 3 – 4 определяется следующим образом: L + h + l ∙ R/r ; где l – длина рейки, зацепляющаяся с зубчатым сектором в процессе поворота рычага

Рис 44 Конструкция механизма осевой подачи пиноли токарного станка с червячным и зубчато – реечным приводом.

          На Рис 44 показана конструкция механизма осевой подачи пиноли токарного станка с червячным и зубчато – реечным приводом. Он состоит из установленной в корпусе 1 на оси 2 косозубой шестерни 3 зацепляющейся с зубьями косозубой рейки 5 нарезанной на наружной цилиндрической поверхности пиноли 4, а также вал 7 установленный на подшипниках скольжения 8 и 9 в расточке корпуса 1 и буксы 15, на левом конце вала 7 выполнен червяк 6, зацепляющийся с косозубой шестерней 3. Осевое положение вала 7 фиксируется упорным подшипником 12 фланцем 11 и гайкой 10. На правом конце вала 7 установлен лимб 14, а также выполнен квадратный хвостовик 13 для поворота вала гаечным ключом. Кроме того корпус 1 установлен с возможностью поступательного перемещения в горизонтальном пазу станины на плоских направляющих 16 и поджат планками 17, а также соединен посредствам гаек 19 со штоком гидроцилиндра 18.
Осевое перемещение пиноли осуществляется следующим образом. Вал 7 гаечным ключом, установленным на его квадратный хвостовик 13, поворачивается на определенный угол. При этом червяк 6 зацепляющийся с косозубым колесом 3 передает ему движение, а последний, зацепляясь с зубьями 5 рейки выполненной на пиноли 4, перемещает ее на требуемое расстояние, при этом величина перемещения отсчитывается по лимбу 14. Автоматический отвод пиноли в конце цикла обработки заготовки осуществляется гидроцилиндром 18, шток которого выдвигается и перемещает корпус 1 в направляющих 16, при этом, косозубая шестерня 3, удерживаемая от поворота червяком 6, перемещается в вместе с корпусом 1 в осевом направлении в сторону противоположную подачи пиноли 4, и взаимодействуя с наклонными зубьями рейки 5 перемещает пиноль 4 в том же направлении, отводя ее от заготовки на величину определяемую ходом штока гидроцилиндра 18 и наклоном зубьев в зацеплении шестерни 3 с рейкой 5.

Рис 45 Конструкция редуктора рулевого механизма грузового автомобиля, который выполнен на основе шарико – винтовой и реечной передач.

         На Рис 45 показана конструкция редуктора рулевого механизма грузового автомобиля, который выполнен на основе шарико – винтовой и реечной передач. Он содержит размещенный в корпусе 1 на конических роликоподшипниках 2 ведущий вал 3 выполненный с винтовой канавкой 15, в которой расположены шарики 4 взаимодействующие о ответной винтовой канавкой гайки 5, на нижней поверхности которой выполнена рейка 6 зацепляющаяся с зубчатым сектором 7, выполненным за одно целое с выходным валом 8, установленным в корпусе 1 на игольчатых подшипниках 9. Гайка снабжена шарикопроводом 10, посредствам которого шарики 4 при вращении винта 3 и продольном перемещении гайки 5 движутся по замкнутому пути, обеспечивая, таким образом, постоянный контакт винта 3 и гайки 4. Осевое положение выходного вала 8 обеспечивается наклоном зубьев нарезанных на векторе 7 зубьев и винтовым упором 11, головка которого контактирует с опорным подпятником 12. На выходной цапфе 13 вала 8 нарезаны шлицы 13, а на резьбовом конце установлена гайка 14, что позволяет закрепить на нем ведущий рычаг механизма поворота автомобиля (рычаг на Рис 45 непоказан).

     При вращении ведущего вала 3, получающего привод, например от гидроусилителя, за счет движения нагруженных шариков 4 происходит их перемещения по замкнутому контуру, приводящее к поступательному перемещению гайки 4, в результате этого зубья нарезанной на ее наружной поверхности рейки 6, зацепляфясь с зубчатым сектором 7 поворачивают последний, вместе с выходным валом 8, на требуемый угол, Этот поворот вала 8 посредствам рычага установленного на его выходной цапфе приводит в действие механизма поворота автомобиля.

Рис. 46 Конструкция привода клети для прокатки труб содержащего кривошипно – шатунный механизм и зубчато – реечную передачу

На Рис. 46 показана конструкция привода клети для прокатки труб содержащего кривошипно – шатунный механизм и зубчато – реечную передачу. Он содержит раму 1 с направляющими 2 и кронштейнами 3, корпус 4, в параллельных расточках которого на двухрядных сферических роликоподшипниках 5 расположены прокатные валки нижний 6 и верхний 7 с калибрами 8, 9, а на двухрядных сферических шарикоподшипниках 10 оси 11 с роликами 12, с помощью которых корпус 4 поступательно перемещается по направляющим 13 закрепленным на раме 1, получая привод от двух параллельно расположенных тяг 14 кривошипно – шатунного механизма (кривошипно – шатунный механизм на Рис 41 не показан), шарнирно соединенных с корпусом 4. На кронштейнах 3 закреплены две рейки 15, которыми зацепляются ведущие шестерни 16 нижнего валка 6, а его промежуточные шестерни 17, зацепляются с ведомыми шестернями 18, закрепленными на верхнем прокатном валке 7, сообщая последнему синхронное вращение. Для создание продольной и поперечной устойчивости корпуса 1 при его поступательном перемещении он оснащен дополнительными направляющими 19, взаимодействующими с ответными направляющими кронштейнов 3.

          Движение прокатной клети и вращение прокатных валков осуществляется следующим образом. Тяга 14 кривошипно – шатунного механизма сообщает корпусу 1 поступательное перемещение в результате которого ведущие шестерни 16 зацепляющиеся с рей-кой 15 получают вращение которое они сообщают нижнему прокатному валку 6, а промежуточные шестерни 17 зацепляясь с шестернями 18 передают верхнему валку вращение в противоположном направлении. При этом калибры 8 и 9 установленные на соответствующих валках формируют профиль трубы.

14. Рекомендации по проектированию зубчато – реечной передачи

Прежде чем приступить к непосредственной разработке узла или механизма с приводом поступательного перемещения, разработчику необходимо аргументировано обосновать правильность выбранного для этого типа передачи (для обеспечения поступательного перемещения может быть использовании, например, цепная передача, или передача винт – гайка). Основными критерием правильности выбора зубчато – реечной передачи, являются:
высокая скорость недостижимая для передачи винт – гайка,
точность перемещения, недостижимая для классической цепной передачи
достаточная жесткость передачи, в том числе при большом расстоянии поступательного перемещения (10м и более).
После этого необходимо выбрать тип зубчато – реечной передачи:
– ортогональная зубчато – реечная передача,
– зубчато – реечная передача с наклонным по отношению к рейке приводом с косозубой шестерней,
– червячно – реечная передача,
– гидростатическая червячно – реечная передача,
– червячно – реечная передачи качения
При выборе типа реечной передачи необходимо учитывать величину тягового усилия, которое должен обеспечивать привод поступательного перемещения проектируемого технического объекта, потери, определяемые КПД выбранного типа реечной передачи (для тяжело нагруженных передач, постоянно потребляющих значительную мощность) и сложность ( трудоемкость изготовления и сборки) встраиваемых в реечную передачу выбранного типа устройств для выбора бокового зазора в зацеплении (для точных передач)
После обоснованного выбора зубчато – реечной передачи на основе вышеперечисленных критериев, необходимо установить где будет размещаться привод поступательно перемещаемого объекта (агрегата, механизма), при этом, выбор его места размещения зависит от конструкции и условий работы этого объекта. Если это суппорт или каретка, имеющие небольшие габаритные размеры и массу, то привод шестерни зубчато – реечной передачи целесообразно разместить на перемещаемом объекте (см. Рис 2, 3, 8а, 12, 40,41,), а рейку закрепить на станине или раме. Если это крупно габаритный и тяжело нагруженный в процессе движения стол технологического оборудования, то привод шестерни рубчато – речной передачи целесообразно разместить на станине или на отдельном основании, а рейку на перемещаемом объекте (см. Рис. 4, 15, 17, 19, 21, 23, 25,27, 29).
Далее разработчику необходимо, используя кинематические расчеты, выполненные на этапе эскизной проработки конструктивной схемы проектируемого технического объекта, выполнить проектировочные прочностные расчеты привода, в том числе модуль зубчато – реечной передачи (см. раздел 4), а затем рассчитать геометрические параметры зубчато – реечной передачи (см. раздел 2).
Получив на основании проведенных расчетов основные геометрические размеры шестерни и рейки проектируемой зубчато – реечной передачи, разработчик выполняет компоновку привода вместе с зубчато – реечной привязывая его к перемещаемой катерке (столу) и станине (раме). Нужно отметить что в процессе данного этапа проектирования в определенной степени могут измениться габаритные размеры основных элементов зубчато – реечной передачи. Например, уменьшиться или увеличиться делительный диаметр ведущей шестерни () или высота рейки (Н), показанные на Рис 5, при этом рачсчет требуемой величины Н выполняется по формуле для определения межцентрового расстояния передачи А (см. раздел 2).
После окончательного определения конструктивных параметров шестерни и рейки, необходимо с учетом требования по точности перемещения каретки или стола проектируемого объекта выбирается степень точности передачи (см. раздел 3) и устанавливается необходимость введения в привод и в зубчато – реечную передачу устройства для выбора бокового зазора в зацеплении, а в случае необходимости его введения разрабатывается конструкция этого устройства (см. Рис. 9, 10, 14, 15, 16, 17, 22, 23, 27, 29)
Перед разработкой чертежей деталей входящих в привод и зубчато – реечную передачу, учетом предварительно выбранных материалов, выполняется прочностной расчет подтверждающий работоспособность проектируемого объекта, в том числе валов, подшипников и прочих конструктивных элементов, а для привода, работающего в циклическом режиме со значительными скоростями,выполняется расчет зубчатых передач на контактную прочность.
Полученные результаты расчетов учитываются при разработке рабочих чертежей деталей входящих в привод, при выполнении которых должны быть установлены требования по точности к этим деталям, обеспечивающие их работу в составе привода (см. работу [3]). После разработки конструкторской документации привода и входящей в его состав зубчато – реечной передачи выполняется конструкторский и технологический контроль чертежей.

ЛИТЕРАТУРА

1 Бушуев В. В. Справочник. Практика конструирования машин М:, Машиностроение 2006г.
2 Игнатьев Н. П. Учебно – методическое пособие. Основы проектирования. Азов 2011г
3 Игнатьев Н . П. Справочно – методическое пособие. Обеспечение точности обеспечение точности при проектировании приводов и механизмов. Азов 2012г.
4 Лимаренко Г. Н. Монография. Методология проектирования реечных передач для машин с автоматизированным приводом. Красноярск. СФУ 2010г
5 Расчет и конструирование гидростатической передачи червяк – рейка. Рекомендации. ЭНИМС Москва 1974
6 Чурин И. Н. Передача червяк – рейка качения с предварительным натягом. Вестник машиностроения 1976г №2

 

Для приобретения полной версии статьи добавьте ее в корзину

Стоимость полной версии статьи 100 руб