Поступательное движение объектов и устройств в настоящее время, как правило, реализуется путем преобразования из вращательного движения вала двигателя с механической трансмиссией. Одним из видов реализации такого преобразования одного вида движения в другое является использование в виде движителей колесно-реечных зубчатых передач, рис. 1. Таким видом движителей в настоящее время комплектуются объекты транспортного, горного, автомобильного, аэрокосмического и военного машиностроения.
Однако, колесно-реечные движители имеют ряд особенностей, к которым можно отнести наличие трения скольжения зубьев вращаемого зубчатого колеса и перемещаемой рейки (либо объекта, в случае закрепления рейки).
Специфика пространственной геометрии профиля зубьев движителя и наличие трения скольжения в зубчатом зацеплении приводят к негативным последствиям в механизме движителя, которые сопровождаются:
• ухудшением силовых и кинематических характеристик, при которых возникают значительные знакопеременные радиальные усилия зацепления и неравномерность линейной скорости перемещения объекта (либо зубчатой рейки) [1];
• высокой динамической нагруженностью зубчатого зацепления и узлов взаимодействия объекта с зубчатой рейкой, вызванной знакопеременным характером, неравномерностью и значительными показателями радиального усилия (R) зацепления [1, 2], рис. 2, приводящей к снижению долговечности движителя;
• снижением КПД зубчатой передачи, мгновенные величины которого могут находиться в пределах 0,30–0,93 [1, 2];
• наличием износа контактирующих поверхностей зубьев, снижающего долговечность приводных элементов движителя [3, 4].
В связи с указанными особенностями зубчатого зацепления колесно-реечного движителя актуальным является вопрос снижения негативных последствий взаимодействия зубчатых пар движителя за счет определения наилучшей формы линии зацепления зубчатой передачи и рациональной пространственной формы зубьев рейки движителя.
Форму линии зацепления зубчатой передачи колесно-реечного движителя определим исходя из энергетической компоненты процесса зацепления. Критерием определения рациональной формы линии зацепления примем минимальную работу сил трения Атр.