Рейковые передачи: принцип работы, устройство и применение реечных механизмов. Преобразование вращательного движения в линейное с помощью шестерни и рейки.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тип линейного привода
Type of linear actuator
rack and pinion railways
Реечная передача – это тип линейного привода, состоящий из круговой шестерни (зубчатого колеса) и линейной шестерни (рейки). Вместе они преобразуют вращательное движение в линейное и наоборот. Вращение зубчатого колеса приводит к перемещению рейки по прямой. И наоборот, линейное перемещение рейки вызывает вращение зубчатого колеса. Реечная передача может использовать как прямые, так и спиральные зубчатые колеса. Хотя некоторые считают, что спиральные зубчатые колеса работают тише, убедительных доказательств этой теории нет. Спиральные рейки, хотя и более доступны по цене, показали, что они увеличивают боковой крутящий момент на опорных поверхностях, повышая рабочую температуру и приводя к преждевременному износу. Прямые рейки требуют меньшего усилия для привода и обеспечивают повышенный крутящий момент и скорость на единицу передаточного отношения, что позволяет снизить рабочую температуру и уменьшить вязкое трение и энергопотребление. Максимальная сила, которую можно передать в реечной передаче, определяется крутящим моментом на зубчатом колесе и его размером или, наоборот, силой на рейке и размером зубчатого колеса. Например, в зубчатой железной дороге вращение зубчатого колеса, установленного на локомотиве или вагоне, зацепляется с рейкой, обычно расположенной между рельсами, и помогает поезду двигаться вверх по крутому склону. Для каждой пары сопряженных инволютных профилей существует базовая рейка. Эта базовая рейка представляет собой профиль сопряженного зубчатого колеса с бесконечно большим радиусом делительной окружности (то есть зубчатую прямую). Генераторная рейка – это контур рейки, используемый для указания деталей и размеров зубьев при проектировании инструмента для генерации, такого как червячный шпиндель или зуборезная фреза. В 1970-х годах, чтобы улучшить управляемость автомобиля и «чувство» рулевого управления, особенно на высоких скоростях, была разработана технология. Также был создан недорогой процесс пресс-формовки для изготовления реек, устраняющий необходимость в обработке зубьев шестерен. Рулевое управление с реечной передачей.
A rack and pinion is a type of linear actuator that comprises a circular gear (the pinion) engaging a linear gear (the rack). Together, they convert between rotational motion and linear motion. Rotating the pinion causes the rack to be driven in a line. Conversely, moving the rack linearly will cause the pinion to rotate. A rack and pinion drive can use both straight and helical gears. Though some suggest helical gears are quieter in operation, no hard evidence supports this theory. Helical racks, while being more affordable, have proven to increase side torque on the datums, increasing operating temperature leading to premature wear. Straight racks require a lower driving force and offer increased torque and speed per fraction of gear ratio which allows lower operating temperature and lessens viscal friction and energy use. The maximum force that can be transmitted in a rack and pinion mechanism is determined by the torque on the pinion and its size, or, conversely, by the force on the rack and the size of the pinion. For example, in a rack railway, the rotation of a pinion mounted on a locomotive or a railroad car engages a rack, usually placed between the rails, and helps to move the train up a steep gradient. For every pair of conjugate involute profile, there is a basic rack. This basic rack is the profile of the conjugate gear of infinite pitch radius (i. e. a toothed straight edge). A generating rack is a rack outline used to indicate tooth details and dimensions for the design of a generating tool, such as a hob or a gear shaper cutter. in the 1970s, so as to improve vehicle response and steering "feel", especially at high speeds. He also created a low cost press forging process to manufacture the racks, eliminating the need to machine the gear teeth. Rack and pinion steering
Двигатели
В приводах используется реечная передача с двумя рейками и одним зубчатым колесом (винтиком). Примером служат пневматические реечные приводы, которые могут использоваться для управления клапанами в трубопроводном транспорте. Приводы, изображенные на фотографии справа, используются для управления клапанами крупных водопроводов. На верхнем приводе видна серая линия подачи управляющего сигнала, подключенная к соленоидному клапану (небольшая черная коробка, прикрепленная к задней части верхнего привода), который используется в качестве пилотного устройства для привода. Соленоидный клапан регулирует давление воздуха, поступающего из входной воздушной линии (маленькая зеленая трубка). Выходной воздух из соленоидного клапана подается в камеру в середине привода, повышая давление. Давление в камере привода раздвигает поршни. По мере разведения поршней, прикрепленные к ним рейки также перемещаются вдоль поршней в противоположных направлениях. Две рейки зацеплены с зубчатым колесом (винтиком) на противоположных зубьях. При перемещении реек зубчатое колесо (винтик) поворачивается, что приводит к повороту подключенного к нему главного клапана водопровода.
A rack and pinion with two racks and one pinion is used in actuators. An example is pneumatic rack and pinion actuators that can be used to control valves in pipeline transport. The actuators in the picture on the right are used to control the valves of large water pipeline. In the top actuator, a gray control signal line can be seen connecting to a solenoid valve (the small black box attached to the back of the top actuator), which is used as the pilot for the actuator. The solenoid valve controls the air pressure coming from the input air line (the small green tube). The output air from the solenoid valve is fed to the chamber in the middle of the actuator, increasing the pressure. The pressure in the actuator's chamber pushes the pistons away. While the pistons are moving apart from each other, the attached racks are also moved along the pistons in the opposite directions of the two racks. The two racks are meshed to a pinion at the direct opposite teeth of the pinion. When the two racks move, the pinion is turned, causing the attached main valve of the water pipe to turn.
Аркуевая стойка
Зубчатая рейка, имеющая криволинейную форму, называется дуговой рейкой.
A rack gear that is curved is called an arcuate rack.
История
Механизм реечной передачи был впервые разработан в Китае конструктором огнестрельного оружия Чжао Шичжэнем. В его книге 1598 года н.э., "Шэнь Ци Пу" (神器譜), аркебуз "Сюаньюань" (軒轅銃) был оснащен механизмом выстрела, использующим реечную передачу, вдохновленную турецкими конструкциями фитильных замков, которые отличались новым поворотным механизмом воспламенения. Аркебуз "Сюаньюань" был разработан в ответ на проблемы с ненадежностью современного огнестрельного оружия, возникающие в дождливую и ветреную погоду, и предлагал спусковой крючок, который одновременно приводил в действие как пороховую полку, так и кремневый замок. В "У Пэй Чжи" (1621) позднее описываются османские турецкие мушкеты, использующие механизм реечной передачи.
The rack and pinion mechanism was first developed in China by firearms designer Zhao Shizhen. In his book of 1598 AD, the Shen Qi Pu (神器譜), the Xuanyuan arquebus (軒轅銃) featured a firing mechanism using a rack and pinion system that was inspired by Turkish matchlock designs that featured a novel pivoting firing mechanism. The Xuanyuan arquebus was designed in response to contemporary firearm unreliability problems arising from rainy and windy conditions, and offered a trigger that simultaneously operated both the flash pan and serpentine. The Wu Pei Chih (1621) later described Ottoman Turkish muskets that used a rack and pinion mechanism.