Что такое винтовая зубчатая рейка? — Винтовая зубчатая передача бесконечного радиуса
Винтовая рейка геометрически идентична косозубая передача Радиус делительной окружности которого может увеличиваться до бесконечности, — изогнутая делительная окружность превращается в прямую делительную линию, изогнутый профиль зуба — в прямоугольный косой зуб, а корпус шестерни — в плоскую пластину или стержень. Косозубая шестерня, зацепляющаяся с рейкой, является стандартной. косозубая передача с конечным радиусом делительной окружности. Вместе винтовая реечная передача преобразует косозубая передача Преобразование вращения шестерни в линейное поступательное движение рейки (или каретки шестерни, если рейка неподвижна) с теми же преимуществами зацепления зубьев, что и у... косозубая передача Пара: прогрессивный диагональный контакт, более высокое передаточное отношение, меньшая погрешность передачи и меньший уровень шума по сравнению с прямой зубчатой передачей.
Линейное перемещение на косозубая передача Число оборотов шестерни определяется длиной окружности делительной окружности шестерни: s = π × d₁ = π × Mn × z₁ / cos β. Это основное уравнение для расчета размеров зубчатой рейки — определяющее линейную скорость (мм/мин = s × об/мин) и линейную силу, исходя из... косозубая передача момент затяжки шестерни.
Спиральная стойка против прямой стойки — почему спиральная стойка оправдывает свою сложность.
| Параметр | Прямая стойка (β = 0°) | Спиральная рейка (β = 15–25°) |
|---|---|---|
| Шум (при одинаковой скорости вращения педали) | Более высокий — вход зуба на всю ширину резкий. | На 5–10 дБ(А) ниже — диагональный вход снижает возбуждение при ударе. |
| Несущая способность (при равном модуле и ширине лицевой поверхности) | Исходный уровень | 10–25% выше — более высокое соотношение контакта распределяет нагрузку по большей длине зуба. |
| Коэффициент контакта | ε_α ≈ 1,4–1,6 только | ε_γ = 2,0–3,5 (ε_α + ε_β) для косозубая передача сетка |
| Осевая сила, действующая на подшипник шестерни. | Ноль | F_a = F_t × tan β (требуется угловой подшипник на шестерне) |
| Плавность позиционирования | Пульсация скорости на частоте зацепления зубьев | Более низкая пульсация скорости благодаря более высокому коэффициенту контакта. |
| Производство | Проще — зубофрезерование или фрезерование с прямыми зубьями | Более сложный вариант — зубофрезерование с винтовой нарезкой и компенсацией угла наклона спирали; критически важно обеспечить соответствие направления наклона спирали между зубчатой рейкой и шестерней. |
Выбор угла наклона спирали для реечных передач
Выбор угла наклона спирали для зубчатой рейки осуществляется по тем же принципам, что и для любой другой зубчатой рейки. косозубая передача с одним дополнительным условием: ширина торца зубчатой рейки не ограничена внешним диаметром шестерни, поэтому коэффициент перекрытия контакта ε_β = b × sin β / (π × Mn) может быть достигнут при любой комбинации b и β. Для линейных осей станков с ЧПУ стандартный диапазон составляет β = 15–25°:
- β = 15°: Умеренное шумоподавление; умеренное осевое усилие на подшипник шестерни (tan 15° = 0,27 × F_t); подходит для стандартных приводов осей, где шум не является основной причиной. Чаще всего используется в промышленных козловых кранах, где косозубая передача Шестеренчатые и реечные приводы для перемещения материалов.
- β = 19–20°: Стандартная спецификация для осей станков с ЧПУ (портальные фрезерные станки, оси фрезерных станков, обрабатывающие центры). Обеспечивает баланс между снижением шума и управляемым осевым усилием при типичных уровнях подачи (100–5000 Н). Широко доступен в качестве каталожных позиций у поставщиков стеллажей.
- β = 25°: Максимально возможный вариант для стандартных винтовых зубчатых передач. Используется для рулевых реек электромобилей (где шум имеет критическое значение, а осевая сила регулируется конструкцией корпуса рулевого механизма), высокоскоростных осей ЧПУ со скоростью более 60 м/мин, где шум на частоте зацепления был бы слышен при β = 20°.
Контроль люфта в винтовых зубчатых передачах — критическая задача позиционирования.
Шлифованная винтовая шестерня для реечной передачи ЧПУ — толщина зубьев шестерни соответствует классу g или h по DIN 3967 для обеспечения минимального люфта, необходимого для точности позиционирования; любой люфт в зацеплении проявляется как потеря хода при изменении направления вращения оси.
Люфт в зубчатой рейке проявляется непосредственно как ошибка позиционирования при изменении направления вращения каретки: двигатель вращается на угловое значение, эквивалентное люфту, прежде чем каретка начнет движение. Для шестерни диаметром 75 мм с люфтом 0,1 мм угловое значение составляет приблизительно 0,1 / (π × 75 / 360) = 0,153° вращения шестерни — что соответствует потере линейного перемещения на 0,1 мм. В системах позиционирования с ЧПУ это недопустимо и должно контролироваться на уровне ниже 0,01–0,03 мм для стандартных осей и ниже 0,005 мм для прецизионных обрабатывающих центров.
Метод 1 — Жесткий допуск по толщине зуба (класс DIN 3967 г/ч)
Укажите шестерню и рейку в соответствии с DIN 3967 классом g или h (как описано в статье о люфте). Это уменьшает номинальный люфт, но не устраняет его полностью — при жестких допусках диапазон люфта все еще составляет от 0 до приблизительно 0,03–0,08 мм для реечных приводов M3–M5. Подходит для стандартных осей ЧПУ с программной компенсацией люфта; не подходит для осей прецизионной контурной обработки.
Метод 2 — Двухшестеренчатый привод с защитой от люфта
Две одинаковые шестерни установлены на одной рейке и приводятся в движение через редуктор с распределением крутящего момента, между которыми имеется небольшая угловая предварительная нагрузка. Две шестерни одновременно зацепляются с противоположными боковыми поверхностями зубьев рейки — одна толкает рейку вперед, другая назад — устраняя люфт за счет постоянной предварительной нагрузки на обе боковые поверхности зубьев. Это стандартное решение для высокоточных косозубых приводов станков с ЧПУ со скоростью более 5 м/мин, требующих точности позиционирования менее ±0,010 мм. Момент предварительной нагрузки необходимо тщательно рассчитывать: слишком низкий момент — и люфт не будет полностью устранен; слишком высокий — и скорость износа зубьев рейки увеличится из-за постоянной нагрузки на неработающую шестерню.
Выбор модуля из системы линейной силы — расчет размеров винтовой зубчатой рейки
Модуль стойки Mn для косозубая передача Шестерня выбирается исходя из требуемой максимальной линейной силы F_linear и допустимого напряжения изгиба корня зуба шестерни:
F_linear = T_pinion / r_pinion = T_pinion × 2 × cos β / (Mn × z₁)
Перестановка для косозубая передача модуль, рассчитанный на основе требуемой силы и доступного крутящего момента шестерни:
Mn = T_pinion × 2 × cos β / (F_linear × z₁)
Для осей станков с ЧПУ с типичными усилиями резания 2000–8000 Н и крутящим моментом двигателя 5–50 Н·м модуль M3–M6 охватывает большинство применений. Для тяжелых козловых кранов, перевозящих грузы весом 5–50 тонн, типичным является модуль M8–M16. Компания Korea Ever-Power производит секции винтовых зубчатых реек от M2 до M20 стандартной длиной 500–2000 мм с соединительными элементами (отверстия для штифтов, торцевые зенковки) для соединения в длинные непрерывные зубчатые рейки.
Технические характеристики осей станка с ЧПУ — что следует указать при выборе косозубого привода.
| Параметр | Стандартный фрезерный станок с ЧПУ / Портальный станок | Центр прецизионной обработки |
|---|---|---|
| Модуль Мн | М3–М5 | М2–М4 |
| Угол спирали β | 20° | 20–25° |
| Класс точности DIN | DIN 7–8 (прецизионная зубофрезеровка) | DIN 5–6 (заземление) |
| Класс толщины зуба | DIN 3967 fg (узкий) | DIN 3967 gh (герметичный) |
| Материал для стеллажа | 45# QT HB 220–280, или C45E | 20CrMnTi, цементированный, HRC 58–62, шлифованный |
| Решение проблемы люфта | Однозубая шестерня с программной компенсацией | Двойная шестерня с защитой от люфта и спецификацией момента предварительной нагрузки |
| Длина стойки на сегмент | 500–1000 мм с выравниванием по штифту | 500 мм для точного выравнивания стыковочного соединения. |
Компания Korea EverPower — возможности поставки винтовых реек и шестерен.
Компания Korea Ever-Power производит согласованные винтовые рейки и косозубая передача Шестерни в стандартной комплектации. Реечи изготавливаются из стали M2–M20, угол наклона спирали β = 15–25°, длина сегмента 500–2000 мм (соединяются в непрерывные участки с помощью штифтовых соединений). Винтовая передача Шестерни производятся в полном диапазоне стандартных размеров. косозубая передача размеры, с косозубая передача Толщина зубьев указывается в соответствии с DIN 3967 классом g или h для позиционирующих применений. Секции рейки и соответствующие шестерни измеряются вместе как согласованный комплект, при этом люфт подтверждается на сборке перед отгрузкой. В качестве прямой поставки производитель косозубых передачКомпания Korea Ever-Power предоставляет техническую документацию — угол наклона спирали, класс люфта, класс точности по стандарту DIN и линейную усилие — для каждого комплекта зубчатой рейки и шестерни.
Часто задаваемые вопросы
Да, если шаг крепления совпадает и шестерня заменяется одновременно на подходящую. косозубая передача Шестерня. Прямая рейка и прямая шестерня не могут быть смешаны с косозубыми рейками и косозубыми шестернями — зубья рейки и шестерни должны совпадать, а прямой зуб не будет правильно зацепляться с косозубым. Межосевое расстояние для косозубой рейки и шестерни в одном модуле будет отличаться от прямого варианта (из-за члена cos β в формуле диаметра делительной окружности), поэтому может потребоваться корректировка положения установки двигателя/редуктора. Компания Korea Ever-Power подтверждает совместимость размеров. косозубая передача Заявки на модернизацию подаются в рамках рассмотрения коммерческого предложения.
Каждый сегмент зубчатой рейки изготавливается с точно обработанным расположением отверстий для штифтов на каждом конце. При соединении двух сегментов направляющие штифты в рельсе обеспечивают равенство шага зубьев в месте соединения шагу зубьев внутри каждого сегмента — с погрешностью приблизительно ±1. Для прецизионных осей станков с ЧПУ концы соединенных смежных сегментов после сборки на станине станка подвергаются чистовой шлифовке в паре, что гарантирует отсутствие заметного возмущения скорости при пересечении шестерней этого места на высокой скорости.
Максимальная практическая скорость для винтовой рейки и косозубая передача Для стандартных зубчатых передач с зубчатой передачей и надлежащей смазкой скорость вращения составляет приблизительно 3–5 м/с (180–300 м/мин). При скорости выше этой энергии удара зубьев на частоте зацепления она становится достаточно значительной, чтобы вызвать ускоренный износ даже при точном контроле люфта. Гидравлические и линейные приводы превосходят зубчатые передачи со скоростью выше 5 м/с для высокоточных применений. Для приводов перемещения крупных козловых кранов с более низкими требованиями к точности стандартными являются зубчатые передачи с винтовой зубчатой передачей со скоростью 1–2 м/с.
Открытые винтовые реечные приводы с открытым косозубая передача Шестерни (не заключенные в редуктор) смазываются консистентной смазкой или масляным туманом, наносимым на зубья рейки через регулярные интервалы. Для осей станков с ЧПУ с косозубая передача В автоматических системах смазки шестерни подаются трансмиссионное масло ISO VG 460 или VG 680 (масло или смазка с низким разбрызгиванием) на зубья зубчатой рейки с программируемыми интервалами — обычно каждые 30–60 минут движения оси. Для приводов зубчатых реек наружных козловых кранов ежедневно или с помощью автоматической смазки наносится открытая зубчатая смазка NLGI класса 1 или 2 с адгезионными добавками (для предотвращения центробежного разбрызгивания на делительной окружности шестерни). Смазка должна достигать активной зоны боковой поверхности зуба — если она наносится только на верхнюю площадку зубчатой рейки, она может не достичь делительной линии, где происходит контакт.
Укажите характеристики вашей косозубой реечной передачи.
Укажите требуемую линейную силу, скорость перемещения, ход, точность позиционирования и тип применения. Компания Korea Ever-Power подберет правильный модуль, угол наклона спирали, класс точности и решение проблемы люфта, а также подтвердит допустимую линейную силу, плавность хода и точность позиционирования перед началом производства.
M2–M20 · β = 15–25° · DIN 5–8 · Комплекты реечных передач · Пары шестерен с защитой от люфта · Применение на станках с ЧПУ и кранах
Редактор: Cxm
