Реечный механизм — это тип линейного привода , который состоит из круглой шестерни ( шестерни ), входящей в зацепление с линейной шестерней ( рейкой ). [1] Вместе они преобразуют вращательное движение в линейное: вращение шестерни заставляет рейку двигаться по линии. И наоборот, линейное перемещение рейки заставит шестерню вращаться.
Механизм реечной передачи используется в зубчатых железных дорогах , где шестерня, установленная на локомотиве или железнодорожном вагоне, входит в зацепление с зубчатой рейкой, обычно размещенной между рельсами, и помогает перемещать поезд вверх по крутому склону . Он также используется в оправочных прессах и сверлильных станках , где шестерня соединена с рычагом и смещает вертикальную рейку ( плунжер ). В трубопроводах и других промышленных трубопроводных системах зубчатая рейка, смещаемая линейным приводом, поворачивает шестерню, чтобы открыть или закрыть клапан . Лестничные подъемники , шлюзовые ворота , электрические ворота и механический рулевой механизм автомобилей являются другими известными приложениями.
Термин «рейка и шестерня» может использоваться также в том случае, когда рейка не прямая, а дугообразная (изогнутая), а именно, просто часть большой шестерни. [2]
Одна шестерня может одновременно приводить в движение две рейки, параллельные, но противоположные; которые всегда будут смещены на одно и то же расстояние, только в противоположных направлениях. И наоборот, прикладывая противоположные силы к двум рейкам, можно получить чистый крутящий момент на шестерне, без какой-либо силовой составляющей. Этот двойной реечный и шестеренчатый механизм может использоваться, например, с парой пневматических приводов для управления клапаном с минимальным напряжением. [3]
Время и место изобретения механизма реечной передачи неизвестны, но, по-видимому, это произошло вскоре после изобретения шестеренок. Колесница, указывающая на юг, из Китая и механизм Антикитеры являются доказательствами того, что они были хорошо известны уже за пару столетий до нашей эры . [ необходима цитата ]
В 1598 году конструктор огнестрельного оружия Чжао Шичжэнь разработал аркебузу «Сюаньюань » (軒轅銃), отличавшуюся реечным механизмом фитильного замка , созданным на основе конструкции османского турецкого фитильного замка. [4] Позднее в труде « У Пэй Чжи» (1621) были описаны османские турецкие мушкеты , в которых использовался реечный механизм. [5] [6]
Использование переменной рейки (все еще использующей обычную шестерню) было изобретено Артуром Эрнестом Бишопом [7] в 1970-х годах, чтобы улучшить реакцию автомобиля и "ощущение" рулевого управления, особенно на высоких скоростях. Он также создал недорогой процесс штамповки для производства реек, что исключило необходимость обработки зубьев шестерен.
Реечный механизм имеет примерно то же назначение, что и червячная передача , в которой рейка заменяет шестерню, в том смысле, что оба преобразуют крутящий момент в линейную силу. Однако реечный механизм обычно обеспечивает более высокую линейную скорость — поскольку полный оборот шестерни смещает рейку на величину, равную делительной окружности шестерни , тогда как полный оборот червячного винта смещает рейку только на ширину одного зуба. По той же причине реечный механизм выдает меньшую линейную силу, чем червячная передача, при том же входном крутящем моменте. Кроме того, реечную пару можно использовать противоположным образом, чтобы превратить линейную силу в крутящий момент; тогда как червячный привод можно использовать только одним способом. [8]
Зубья пары реечной передачи и шестерни могут быть как прямыми (параллельными оси вращения, как в прямозубой передаче ), так и винтовыми . На шестерне профиль рабочих поверхностей зубьев обычно представляет собой дугу эвольвенты , как и в большинстве зубчатых передач. На рейке, с другой стороны, соответствующие рабочие поверхности плоские. Их можно интерпретировать как эвольвентные поверхности зубьев для шестерни с бесконечным радиусом. В обеих частях зубья обычно формируются с помощью зуборезного инструмента (фрезы ) . [1]
