Что такое реечная передача
Реечная передача состоит из зубчатой рейки и шестерни. Рейку крепят к раме станка вдоль направляющей, шестерню ставят на вал двигателя, закреплённого на портале или каретке. Двигатель вращает шестерню, она катится по рейке и перемещает подвижную часть станка. Направление и длину перемещения задаёт контроллер через число шагов или импульсов двигателя.
Главное отличие от винта и ремня: жёсткость реечной передачи не зависит от длины оси. Поэтому рейку ставят на портальные станки с ходом в несколько метров, где винт прогибается под своим весом, а ремень растягивается под нагрузкой.
Из чего состоит передача
- Зубчатая рейка. Стальной брус прямоугольного сечения с зубьями на одной грани, например 15x15 мм у рейки модуля 1. Отрезки рейки ставят друг за другом, и длина хода не ограничена длиной одной детали.
- Шестерня. Зубчатое колесо со ступицей. Ступицу фиксируют на валу стопорными винтами, отверстие ступицы совпадает с валом двигателя или редуктора, например 8 или 14 мм.
- Привод. Шаговый двигатель или серводвигатель. Шестерню ставят на его вал напрямую или на выходной вал редуктора: редуктор уменьшает шаг перемещения и увеличивает тяговое усилие.
- Прижим. Плита двигателя с регулировкой или пружиной прижимает шестерню к рейке и выбирает зазор в зацеплении.
Модуль, шаг и угол профиля
Модуль m равен делительному диаметру шестерни, делённому на число зубьев: шестерня модуля 1 на 18 зубьев имеет делительный диаметр 18 мм, на 25 зубьев 25 мм. От модуля зависит шаг зубьев рейки: он равен 3.1416 x m, у модуля 1 это 3.14 мм. Чем больше модуль, тем крупнее и прочнее зуб и тем выше рейка при той же длине.
Рейка и шестерня входят в зацепление только при одинаковом модуле и одинаковом угле профиля зуба. Стандартный угол профиля прямозубых реек и шестерён 20°. Прямой зуб и косой зуб тоже не сочетаются: косозубая рейка работает только с косозубой шестерней того же угла наклона.
| Параметр | Как определить | Модуль 1 |
|---|
| Шаг зубьев | 3.1416 x m | 3.14 мм |
| Делительный диаметр шестерни | m x z | 18 мм при 18 зубьях, 25 мм при 25 зубьях |
| Высота головки зуба | равна m | 1 мм |
| Угол профиля | одинаковый у пары | 20° |
Как рассчитать перемещение и усилие
- Путь за оборот. За один оборот шестерня проходит по рейке 3.1416 x m x z, то есть длину делительной окружности.
- Шагов на миллиметр. Шаговый двигатель делает 200 шагов на оборот, при дроблении 1/8 это 1600 шагов. Число шагов на миллиметр равно 1600, делённому на путь за оборот.
- Тяговое усилие. F = 2 x T / d, где T момент на валу, d делительный диаметр. Чем меньше шестерня, тем больше усилие при том же моменте.
- Выбор числа зубьев. Шестерня с меньшим числом зубьев даёт большее усилие и более мелкий шаг перемещения, с большим числом зубьев даёт большую скорость оси при той же частоте вращения двигателя.
| Шестерня модуля 1 | Путь за оборот | Шагов на мм при 1600 шагах на оборот | Усилие при моменте 1 Н·м |
|---|
| 18 зубьев | 56.55 мм | 28.294 | 111 Н |
| 20 зубьев | 62.83 мм | 25.465 | 100 Н |
| 25 зубьев | 78.54 мм | 20.372 | 80 Н |
Расчёт усилия не учитывает потери в зацеплении и редукторе. Если на валу стоит редуктор, путь за оборот двигателя делят на передаточное число, а момент на шестерне умножают на него.
Высота установки шестерни
Шестерня должна касаться рейки делительной окружностью по делительной линии рейки. Расстояние от основания рейки до оси шестерни равно высоте делительной линии рейки плюс половина делительного диаметра шестерни. У стандартной рейки с полной высотой зуба делительная линия лежит на один модуль ниже вершин зубьев: у рейки модуля 1 высотой 15 мм это 14 мм от основания.
| Шестерня модуля 1 | Половина делительного диаметра | Высота оси над основанием рейки 15 мм |
|---|
| 18 зубьев | 9 мм | 23 мм |
| 25 зубьев | 12.5 мм | 26.5 мм |
Высоту делительной линии конкретной рейки сверяйте по её чертежу. Если ось шестерни выше расчётной, растёт зазор в зацеплении и люфт оси, если ниже, зубья закусывают и передача идёт рывками.
Рейка, винт или ремень
| Параметр | Ходовой винт | Зубчатый ремень | Зубчатая рейка |
|---|
| Длина оси | Короткие оси, длинный винт прогибается и ограничивает обороты | Лёгкие оси, длинный ремень растягивается | Любая длина, рейку наращивают отрезками |
| Жёсткость | Высокая на короткой длине | Падает с длиной | Не зависит от длины оси |
| Зазор | Выбирают преднатягом гайки | Натяжением ремня | Прижимом шестерни |
| Обслуживание | Смазка гайки | Контроль натяжения | Смазка зубьев, защита от стружки |
Монтаж и обслуживание
- Крепите рейку к раме по всей длине и выставляйте параллельно направляющей по высоте и в сторону, проверяя индикатором по всей длине хода.
- На стыке двух отрезков вложите в зубья обоих отрезков короткий кусок рейки как шаблон и затяните крепёж: так шаг зубьев на стыке совпадёт. Шаг через стык не должен быть больше номинального, иначе зацепление на стыке ухудшается.
- Сделайте на валу лыску под стопорный винт шестерни, чтобы она не проворачивалась под нагрузкой.
- Прижимайте шестерню к рейке без закусывания: ось должна проходить всю длину хода плавно.
- Смазывайте зубья и очищайте рейку от стружки и пыли, абразив в зацеплении ускоряет износ пары.
Частые ошибки
- Подбирают шестерню по числу зубьев, не сверив модуль и угол профиля с рейкой.
- Ставят шестерню выше или ниже расчётной высоты, и появляется люфт или закусывание.
- Стыкуют отрезки рейки без шаблона, и на стыке ось подклинивает.
- Крепят рейку не по всей длине, и она прогибается под усилием шестерни.
- Не защищают рейку от стружки, и абразив изнашивает зубья.
- Считают шаги на миллиметр без учёта дробления шага драйвера или редуктора, и ось проходит не то расстояние.
