Що таке рейкова передача
Рейкова передача складається із зубчастої рейки і шестірні. Рейку кріплять до рами верстата вздовж направляючої, шестірню ставлять на вал двигуна, закріпленого на порталі або каретці. Двигун обертає шестірню, вона котиться по рейці й переміщує рухому частину верстата. Напрямок і довжину переміщення задає контролер через кількість кроків або імпульсів двигуна.
Головна відмінність від гвинта і паса: жорсткість рейкової передачі не залежить від довжини осі. Тому рейку ставлять на портальні верстати з ходом у кілька метрів, де гвинт прогинається під власною вагою, а пас розтягується під навантаженням.
З чого складається передача
- Зубчаста рейка. Сталевий брус прямокутного перерізу із зубами на одній грані, наприклад 15x15 мм у рейки модуля 1. Відрізки рейки ставлять один за одним, і довжина ходу не обмежена довжиною однієї деталі.
- Шестірня. Зубчасте колесо з маточиною. Маточину фіксують на валу стопорними гвинтами, отвір маточини збігається з валом двигуна або редуктора, наприклад 8 або 14 мм.
- Привод. Кроковий двигун або серводвигун. Шестірню ставлять на його вал безпосередньо або на вихідний вал редуктора: редуктор зменшує крок переміщення і збільшує тягове зусилля.
- Притискання. Плита двигуна з регулюванням або пружиною притискає шестірню до рейки і вибирає зазор у зачепленні.
Модуль, крок і кут профілю
Модуль m дорівнює ділильному діаметру шестірні, поділеному на кількість зубів: шестірня модуля 1 на 18 зубів має ділильний діаметр 18 мм, на 25 зубів 25 мм. Від модуля залежить крок зубів рейки: він дорівнює 3.1416 x m, у модуля 1 це 3.14 мм. Що більший модуль, то більший і міцніший зуб і то вища рейка за тієї самої довжини.
Рейка і шестірня входять у зачеплення лише за однакового модуля і однакового кута профілю зуба. Стандартний кут профілю прямозубих рейок і шестірень 20°. Прямий і косий зуб теж не поєднуються: косозуба рейка працює лише з косозубою шестірнею того самого кута нахилу.
| Параметр | Як визначити | Модуль 1 |
|---|
| Крок зубів | 3.1416 x m | 3.14 мм |
| Ділильний діаметр шестірні | m x z | 18 мм при 18 зубах, 25 мм при 25 зубах |
| Висота головки зуба | дорівнює m | 1 мм |
| Кут профілю | однаковий у пари | 20° |
Як розрахувати переміщення і зусилля
- Шлях за оберт. За один оберт шестірня проходить по рейці 3.1416 x m x z, тобто довжину ділильного кола.
- Кроків на міліметр. Кроковий двигун робить 200 кроків на оберт, за дроблення 1/8 це 1600 кроків. Кількість кроків на міліметр дорівнює 1600, поділеному на шлях за оберт.
- Тягове зусилля. F = 2 x T / d, де T момент на валу, d ділильний діаметр. Що менша шестірня, то більше зусилля за того самого моменту.
- Вибір кількості зубів. Шестірня з меншою кількістю зубів дає більше зусилля і дрібніший крок переміщення, з більшою кількістю зубів дає більшу швидкість осі за тієї самої частоти обертання двигуна.
| Шестірня модуля 1 | Шлях за оберт | Кроків на мм при 1600 кроках на оберт | Зусилля при моменті 1 Н·м |
|---|
| 18 зубів | 56.55 мм | 28.294 | 111 Н |
| 20 зубів | 62.83 мм | 25.465 | 100 Н |
| 25 зубів | 78.54 мм | 20.372 | 80 Н |
Розрахунок зусилля не враховує втрат у зачепленні та редукторі. Якщо на валу стоїть редуктор, шлях за оберт двигуна ділять на передавальне число, а момент на шестірні множать на нього.
Висота встановлення шестірні
Шестірня має торкатися рейки ділильним колом по ділильній лінії рейки. Відстань від основи рейки до осі шестірні дорівнює висоті ділильної лінії рейки плюс половина ділильного діаметра шестірні. У стандартної рейки з повною висотою зуба ділильна лінія лежить на один модуль нижче вершин зубів: у рейки модуля 1 заввишки 15 мм це 14 мм від основи.
| Шестірня модуля 1 | Половина ділильного діаметра | Висота осі над основою рейки 15 мм |
|---|
| 18 зубів | 9 мм | 23 мм |
| 25 зубів | 12.5 мм | 26.5 мм |
Висоту ділильної лінії конкретної рейки звіряйте за її кресленням. Якщо вісь шестірні вища за розрахункову, зростає зазор у зачепленні і люфт осі, якщо нижча, зуби закушують і передача йде ривками.
Рейка, гвинт чи пас
| Параметр | Ходовий гвинт | Зубчастий пас | Зубчаста рейка |
|---|
| Довжина осі | Короткі осі, довгий гвинт прогинається і обмежує оберти | Легкі осі, довгий пас розтягується | Будь-яка довжина, рейку нарощують відрізками |
| Жорсткість | Висока на короткій довжині | Падає з довжиною | Не залежить від довжини осі |
| Зазор | Вибирають преднатягом гайки | Натягом паса | Притисканням шестірні |
| Обслуговування | Змащення гайки | Контроль натягу | Змащення зубів, захист від стружки |
Монтаж і обслуговування
- Кріпіть рейку до рами по всій довжині і виставляйте паралельно направляючій за висотою і вбік, перевіряючи індикатором по всій довжині ходу.
- На стику двох відрізків вкладіть у зуби обох відрізків короткий шматок рейки як шаблон і затягніть кріплення: так крок зубів на стику збігатиметься. Крок через стик не має бути більшим за номінальний, інакше зачеплення на стику погіршується.
- Зробіть на валу лиску під стопорний гвинт шестірні, щоб вона не проверталася під навантаженням.
- Притискайте шестірню до рейки без закушування: вісь має проходити всю довжину ходу плавно.
- Змащуйте зуби і очищайте рейку від стружки та пилу, абразив у зачепленні прискорює знос пари.
Часті помилки
- Підбирають шестірню за кількістю зубів, не звіривши модуль і кут профілю з рейкою.
- Ставлять шестірню вище або нижче розрахункової висоти, і з’являється люфт або закушування.
- Стикують відрізки рейки без шаблону, і на стику вісь підклинює.
- Кріплять рейку не по всій довжині, і вона прогинається під зусиллям шестірні.
- Не захищають рейку від стружки, і абразив зношує зуби.
- Рахують кроки на міліметр без урахування дроблення кроку драйвера або редуктора, і вісь проходить не ту відстань.
