Третий и последний способ этого блока получить линейное движение из вращения — конкурент винту из главы 17 там, где нужен не столько предельная точность, сколько большая длина хода.
Как уже упоминалось в главе 07, зубчатая рейка — это, по сути, зубчатое колесо, "развёрнутое" в прямую линию. Небольшая шестерня (шестерня-пиньон) катится вдоль рейки, зацепляясь с ней точно так же, как с обычным зубчатым колесом (глава 06) — с той же обязательностью совпадения модуля.
Линейное перемещение за один полный оборот шестерни равно длине окружности её делительного диаметра: L = π × d. В отличие от геометрии ходового винта (глава 17), здесь расчёт настолько же прост и точен, как для обычной зубчатой пары, потому что это и есть, по существу, зубчатое зацепление.
Зацепление шестерни и рейки — обычный зубчатый контакт (в значительной степени качение, а не скольжение), поэтому КПД близок к типичному для зубчатых пар — 96–99% (таблица главы 03), заметно выше обычного ходового винта. Но, как и обычная зубчатая передача, зубчато-реечная пара не самотормозящаяся — нагрузка на рейке способна провернуть шестерню в обратную сторону без сопротивления, если привод не удерживает момент активно. Та же практическая оговорка, что уже звучала для ШВП в главе 17: вертикальное или наклонное применение требует отдельного тормоза или удерживающего механизма, если требуется зафиксировать положение без постоянного питания привода.
Ходовой винт или ШВП имеют практические ограничения по длине: длинный тонкий винт начинает "гулять" (прогибаться, вибрировать) на высоких оборотах, а изготовление длинного прецизионного винта дорого и сложно технологически. Зубчатая рейка, напротив, легко наращивается практически до любой длины простым добавлением дополнительных отрезков рейки встык — это и есть главная причина, по которой большие станки с ЧПУ, где одна из осей может достигать нескольких метров (портальные фрезерные станки, лазерные раскроечные столы), почти всегда используют именно зубчато-реечный привод для самой длинной оси, оставляя винтовой привод для более коротких и точных осей той же машины.
Как и у обычной зубчатой пары (глава 06), между зубьями рейки и шестерни есть небольшой люфт. Там, где это критично для точности (например, координатные оси станка), применяют сдвоенную шестерню с предварительным натягом: два одинаковых пиньона, слегка смещённых друг относительно друга и прижатых к рейке с противоположных сторон зубчатого профиля — это выбирает зазор одновременно с обеих сторон, устраняя люфт почти полностью, ценой более сложной и дорогой конструкции узла.
Четыре главы дали три разных инструмента получения линейного движения из вращения (или наоборот) — кривошип для простого циклического движения, кулачок для произвольного запрограммированного закона движения с паузами, винт и рейка для точного и протяжённого линейного перемещения соответственно. Следующий блок переходит от теории к практике: разбор реальных донорских устройств на составляющие их механизмы.
Книга бесплатна для чтения. Автор — Тариел Бежанидзе, компьютерный мастер в Батуми · tariel.ge · все бесплатные книги. Копировать текст целиком на другие сайты — только со ссылкой на источник.