Цепная передача
К атегория:
Крановщикам и стропальщикам
Цепная передача
Для чего служит цепная передача?
Цепная передача служит для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга валами.
Из каких частей состоит цепная передача?
Цепная передача (рис. 1) состоит из двух колес, называемых звездочками, и охватывающей их цепи. Причем одна звездочка называется ведущей, а другая ведомой и вращение ведущей звездочки преобразовывается во вращение ведомой звездочки благодаря сцеплению цепи с зубьями звездочки.
Как различают по конструкции приводные цепи?
По конструкции приводные цепи различают: зубчатые, роликовые, втулочные и др. Зубчатые цепи состоят из пластин с зубьями, соединенных между собой втулками, и шарнирно укреплены на общем валике. Роликовая цепь состоит из шарнирно соединенных пластинок, между которыми устанавливаются ролики, свободно вращающиеся на втулке, запрессованной в отверстие внутренних пластин.
Что называется шагом цепи?
Рис. 1. Цепная передача: 1 - цепь; 2 - звездочка; 3 - шаг
Расстояние между двумя одинаковыми точками звеньев называется шагом цепи. Причем у роликовых цепей шагом называется расстояние между центрами
роликов; у зубчатых цепей - расстояние между осями двух валиков, расположенных в смежных звеньях цепи.
Каковы достоинства цепных передач?
К достоинствам цепных передач по сравнению с ременными следует отнести то, что при цепной передаче не происходит проскальзывание. Кроме того, цепная передача имеет довольно высокий КПД, достигающий 0,98, и занимает значительно меньше места по ширине.
В подразделе помещены сведения о приводных и тяговых цепях. Приводные цепи применяют для передачи механической энергии на средние расстояния между параллельными валами. По сравнению с ременными передачами цепные имеют меньшие габариты и обеспечивают постоянное передаточное отношение, так как работают без скольжения. Для облегчения подбора приводных роликовых цепей в таблицу основных параметров включены площади проекций опорных поверхностей шарниров. Тяговые цепи применяют в качестве тягового элемента в различных конвейерах.
Цепной называется передача, состоящая из двух колес-звездочек, соединенных цепью (рис. 13). Вращение ведущей звездочки преобразуется во вращение ведомой благодаря сцеплению цепи с зубьями звездочек. Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число (например, цепной вариатор).
Цепь состоит из подвижных звеньев. В замкнутое кольцо для передачи непрерывного вращательного движения концы цепи соединяются с помощью специального разборного звена.
Как правило, число зубьев на звёздочках и число звеньев цепи стараются делать взаимно простыми, что обеспечивает равномерность износа: каждый зуб звёздочки поочерёдно работает со всеми звеньями цепи.
Цепные передачи универсальны, просты и экономичны. По сравнению с зубчатыми передачами они менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам, допускают практически неограниченные межцентровые расстояния, обеспечивают более простую компоновку, большую подвижность валов друг относительно друга. Цепная передача может быть сделана почти бесшумной в работе, при гораздо большей технологической простоте по сравнению с бесшумными косозубыми шестернями.
В сравнении с ремёнными передачами они характеризуются следующими достоинствами:
В некоторых механизмах грузоподъёмные цепи, например, цепная таль с ручным приводом, играют роль приводных цепей.
Зацепление цепи со звездочкой происходит через свободно вращающийся закаленный ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки, образуя шарнир скольжения. Такая конструкция позволяет выровнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба.
Пластины очерчены контуром, напоминающим цифру 8
и обеспечивающим равную прочность пластины во всех сечениях.
Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях v
≤ 15 м/сек
.
Приводные роликовые цепи выпускают по ГОСТ 13568-75. Различают:
Из роликовых однорядных цепей наиболее распространены нормальные ПР
. Длиннозвенные облегченные цепи ПРД
изготовляют с пониженной разрушающей нагрузкой; допускаемая скорость для них до 3 м/сек
.
Усиленные цепи ПРУ
изготовляют повышенной прочности и точности; их применяют при больших и переменных нагрузках, а также при высоких скоростях.
Многорядные цепи позволяют увеличивать нагрузку пропорционально числу рядов, поэтому их применяют при передаче больших мощностей. Роликовые цепи с изогнутыми пластинами повышенной податливости применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.) .
Втулочные приводные цепи по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет цепь, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек.
Втулочная однорядная цепь (см. рис. 3)
состоит из внутренних пластин, напрессованных на втулки, свободно вращающиеся на валиках, на которых напрессованы наружные пластины.
В зависимости от передаваемой мощности приводные втулочные цепи изготовляют однорядными (ПВ)
и двухрядными (2ПВ)
.
Эти цепи просты по конструкции, имеют небольшую массу и наиболее дешевы, но менее износоустойчивы, поэтому применение их ограничивают небольшими скоростями, обычно до 10 м/сек
.
Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными и многорядными с числом рядов 2, 3, 4
и более. Многорядная цепь с меньшим шагом t
позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче.
Многорядные цепи могут работать при существенно больших скоростях движения цепи. Нагрузочная способность цепи возрастает почти прямо пропорционально числу рядов.
Соединение концов цепи при четном числе ее звеньев производят соединительным звеном, при нечетном – менее прочным переходным звеном с изогнутыми пластинами. Поэтому применяют цепи с четным числом звеньев.
Однорядные и двухрядные втулочные цепи типа ПВ выпускают по ГОСТ 13568-75.
Тяговые пластинчатые цепи (втулочные и роликовые) выпускают по ГОСТ 588-81; этот ГОСТ распространяется на тяговые пластинчатые втулочные, роликовые и катковые цепи (с гладкими катками и подшипниками скольжения), применяемые в подъемно-транспортных машинах и других механизмах.
Приводные зубчатые цепи выпускают по ГОСТ 13552-81. Эти цепи работают плавно, с небольшим шумом, обеспечивают высокую кинематическую точность передачи вследствие равномерного изменения шага в процессе работы, обладают повышенной надежностью. Зубчатые цепи состоят из набора пластин зубообразной формы, шарнирно соединенных между собой. Число пластин определяет ширина цепи, которая зависит от передаваемой мощности. Рабочими гранями пластин являются плоскости зубьев, расположенные под углом 60°, которыми каждое звено цепи садится на два зуба звездочки. Благодаря этой особенности зубчатые цепи обладают минимально возможным шагом и поэтому допускают более высокие скорости.
Для устранения бокового спадания цепи со звездочки применяют направляющие пластины, расположенные по середине цепи или по бокам ее. Зубчатые цепи по сравнению с другими работают более плавно, с меньшим шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку, но тяжелее и дороже.
Фасоннозвенные цепи различают двух типов:
Крючковая цепь
состоит из звеньев одинаковой формы, отлитых из ковкого чугуна или штампованных из полосовой стали 30Г без дополнительных деталей.
Сборку и разборку этой цепи осуществляют путем взаимного наклона звеньев на угол
60°.
В штыревой цепи литые звенья из ковкого чугуна соединяются зашплинтованными стальными (из стали Ст3) штырями.
Фасоннозвенные цепи применяют при передаче небольших мощностей, при малых скоростях (крючковая — до 3 м/сек, штыревая — до 4 м/сек)
, обычно в условиях несовершенной смазки и защиты.
Звенья фасоннозвенных цепей не обрабатывают. Благодаря небольшой стоимости и легкости ремонта фасоннозвенные цепи широко применяют в сельскохозяйственных машинах.
Цепные передачи находят широкое применение во многих областях машиностроения, конструкциях сельскохозяйственных и дорожных машин, станкостроении и т. д.
Их применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, автомобилях, промышленных роботах, буровом оборудовании, подъемно-транспортных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, полиграфических и других машинах, в нефтяном оборудовании для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно. Цепные передачи применяют при сравнительно больших межосевых расстояниях, когда зубчатые передачи невозможно использовать вследствие их громоздкости, а ременные передачи в связи с требованиями компактности или постоянства передаточного отношения. Преимущественное распространение имеют открытые цепные передачи, работающие без смазки, или с периодической ручной смазкой, с однорядными втулочно-роликовыми цепями, непосредственно встроенные в машины.
Цепные передачи наибольшее применение получили для передачи мощностей до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/сек .
Работа цепной передачи во многом зависит от качества звездочек: точности их изготовления, качества поверхности зубьев, материала и термообработки.
Конструктивные размеры и форма звездочек зависят от параметров выбранной цепи и передаточного отношения, определяющего число зубьев меньшей ведущей звездочки. Параметры и качественные характеристики звездочек установлены ГОСТ 13576-81. Звездочки приводных роликовых и втулочных выполняют по ГОСТ 591-69, звездочки для пластинчатых цепей по ГОСТ 592-81, звездочки для зубчатых цепей по ГОСТ 13576-81.
Рабочий профиль зуба звездочки для роликовых и втулочных цепей очерчен дугой, соответствующей окружности. Для зубчатых цепей рабочие профили зубьев звездочек прямолинейны. В поперечном сечении профиль звездочки зависит от числа рядов цепи.
Материал звездочек должен быть износостойким, способным сопротивляться ударным нагрузкам. Звездочки изготовляют из сталей 40, 45, 40Х и других с закалкой до твердости HRC 40…50 или цементируемой стали 15, 20, 20Х и других с закалкой до твердости HRC 50.. .60. Для звездочек тихоходных передач применяют серый или модифицированный чугун СЧ 15, СЧ 20 и др.
В последнее время применяют звездочки с зубчатым венцом из пластмасс. Для таких звездочек характерны пониженный износ цепи и малый шум при работе передачи.
Цепная передача относится к передачам зацеплением с гибкой связью. Мощность в цепной передаче посредством многозвенной шарнирной цепи передается от ведущей к ведомой звездочке, размещенных на параллельных валах.
Цепные передачи классифицируют по типу применяемой цепи. В настоящее время применяют роликовые, втулочные и зубчатые цепи, которые, в свою очередь, могут быть однорядными и многорядными.
В роликовых и втулочных цепях зацепление звеньев со звездочкой осуществляется через ролик или втулку, при этом долговечность цепи возрастает, но возрастает ее масса и стоимость.
Зубчатые цепи набирают из пластин, при этом большое значение на эксплуатационные качества цепи имеет конструкция шарнира. В конструкцию входит направляющая пластина, предотвращающая сползание цепи со звездочки.
По сравнению со втулочными зубчатые цепи работают более плавно, обеспечивают большую кинематическую точность (плавность хода передачи) , могут передавать бóльшую мощность, имеют высокий КПД , но их масса и стоимость значительно выше.
В зависимости от типа применяемой цепи зависит конструкция звездочек цепной передачи. Звездочки для втулочной и роликовой цепи представлена на рис. 2 слева, звездочка для зубчатой цепи – справа.
По сравнению с зубчатыми передачами:
Преимущество цепных передач в сравнении с зубчатыми заключается в том, что они способны передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях (до 8 м)
.
По сравнению с ременными передачами:
По сравнению с ременными передачами (передачами трением)
цепные передачи (передачи зацеплением)
выгодно отличаются компактностью, способностью передавать бóльшие мощности при одинаковых размерах, постоянством передаточного числа и меньшей требовательностью к предварительному натяжению цепи (иногда предварительный натяг для цепных передач не применяется)
.
Кроме того, цепные передачи устойчиво работают при малых межосевых расстояниях между звездочками, тогда как ременная передача может пробуксовывать при малых углах обхвата шкива ремнем.
К достоинствам цепных передач можно отнести высокий КПД и безотказность при работе в условиях частых пусков и торможений.
1. Значительный шум и вибрация при работе вследствие удара звена цепи о зуб звездочки при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев и большом шаге (этот недостаток ограничивает применение цепных передач при больших скоростях) .
2. Сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи, необходимость применения системы смазывания и установки в закрытых корпусах.
3. Удлинение цепи вследствие износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств.
4. По сравнению с зубчатыми передачами цепные передают движение менее плавно и равномерно.
Цепные передачи находят широкое применение во многих областях машиностроения, конструкциях сельскохозяйственных и дорожных машин, станкостроении и т. д.
Их применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, промышленных роботах, буровом оборудовании, подъемно-транспортных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, полиграфических и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно.
Цепные передачи наибольшее применение получили для передачи мощностей до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/сек .
Приводная цепь – главный элемент цепной передачи – состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Помимо приводных бывают тяговые
и грузовые цепи
, которые в этом разделе сайта не рассмотрены.
Основные типы стандартизованных приводных цепей (см. рис. 1)
: роликовые, втулочные и зубчатые.
В тихоходных цепных передачах применяются, также, фасоннозвенные цепи (крючковые или штыревые).
Роликовые приводные цепи состоят из двух рядов наружных 1
и внутренних 2
пластин (см. рис. 1)
. В наружные пластины запрессованы оси 3
, пропущенные через втулки 4
, запрессованные в свою очередь во внутренние пластины. На втулки предварительно надеты свободно вращающиеся закаленные ролики 5
.
Концы осей после сборки расклепывают с образованием головок, препятствующих спаданию пластин.
При относительном повороте звеньев ось проворачивается во втулке, образуя шарнир скольжения.
Зацепление цепи со звездочкой происходит через ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки. Такая конструкция позволяет выровнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба.
Пластины очерчены контуром, напоминающим цифру 8
и обеспечивающим равную прочность пластины во всех сечениях.
Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях v
≤ 15 м/сек
.
Приводные роликовые цепи по ГОСТ 13568-75 различают:
Из роликовых однорядных цепей наиболее распространены нормальные ПР
. Длиннозвенные облегченные цепи ПРД
изготовляют с пониженной разрушающей нагрузкой; допускаемая скорость для них до 3 м/сек
.
Усиленные цепи ПРУ
изготовляют повышенной прочности и точности; их применяют при больших и переменных нагрузках, а также при высоких скоростях.
Многорядные цепи позволяют увеличивать нагрузку пропорционально числу рядов, поэтому их применяют при передаче больших мощностей. Роликовые цепи с изогнутыми пластинами повышенной податливости применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.) .
Втулочные приводные цепи по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет цепь, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек. Втулочные цепи применяют в неответственных передачах при v < 1 м/сек .
Втулочная однорядная цепь (см. рис. 1)
состоит из внутренних пластин 1
, напрессованных на втулки 2
, свободно вращающиеся на валиках 5
, на которых напрессованы наружные пластины 4
.
В зависимости от передаваемой мощности приводные втулочные цепи изготовляют однорядными (ПВ)
и двухрядными (2ПВ)
.
Эти цепи простые по конструкции, имеют небольшую массу и наиболее дешевые, но менее износоустойчивы, поэтому применение их ограничивают небольшими скоростями, обычно до 10 м/сек
.
Роликовая однорядная цепь (рис. 1) отличается от втулочной тем, что на ее втулках 2 устанавливают свободно вращающиеся ролики 5 . Ролики заменяют трение скольжения между втулками и зубьями звездочек во втулочной цепи трением качения. Поэтому износостойкость роликовых цепей по сравнению со втулочными значительно выше и соответственно их применяют при окружных скоростях передач до 20 м/сек .
Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными и многорядными с числом рядов 2, 3, 4
и более. Многорядная цепь с меньшим шагом t
позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче.
Многорядные цепи могут работать при существенно больших скоростях движения цепи. Нагрузочная способность цепи возрастает почти прямо пропорционально числу рядов.
Соединение концов цепи при четном числе ее звеньев производят соединительным звеном, при нечетном – менее прочным переходным звеном с изогнутыми пластинами. Поэтому применяют цепи с четным числом звеньев.
Зубчатая цепь (см. рис. 1)
в каждом звене имеет набор пластин 1
(число их определяется шириной цепи и зависит от передаваемой мощности)
с двумя выступами (зубьями)
и с впадиной между ними для зуба звездочки. Эта цепь изготовляется с шарнирами трения качения. В отверстиях пластин каждого шарнира устанавливаются две призмы 2
и 3
с криволинейными рабочими поверхностями.
Одна из призм соединяется с пластинами одного звена, а другая - с пластинами соседнего звена, в результате чего в процессе движения цепи призмы перекатывают одна другую. Благодаря этому зубчатые цепи работают плавно, с малым шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку и допускают высокие скорости.
Применяют также зубчатые цепи с шарнирами трения скольжения, но их долговечность примерно в два раза ниже, чем у зубчатых цепей с шарнирами трения качения.
Относительный поворот звеньев в таких цепях обеспечивают шарниры скольжения.
Шарнир скольжения состоит из оси и двух вкладышей, закрепленных в фигурных пазах пластин. При повороте пластин вкладыши скользят по осям, поворачиваясь в пазах пластин.
Вкладыши позволяют увеличить площадь контакта в 1,5
раза.
Шарнир допускает поворот пластины на угол φ max
, который обычно не превышает 30°
.
Для устранения бокового спадания цепи со звездочек применяют внутренние (расположенные по середине ширины цепи)
или боковые направляющие пластины. Направляющие пластины представляют собой обычные пластины, но без выемок для зубьев звездочек.
Для внутренних направляющих пластин на зубьях звездочек выполняют проточки соответствующего профиля.
Делительный диаметр d
звездочки для зубчатых цепей больше ее наружного диаметра.
Зубчатые цепи вследствие лучших условий зацепления с зубьями звездочек работают с меньшим шумом, поэтому их иногда называют бесшумными. Так как ширина зубчатых цепей может быть какой угодно (встречаются цепи шириной до 1,7 м)
, то их применяют для передачи больших мощностей.
Однако, по сравнению с роликовыми зубчатые цепи тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже, поэтому область применения зубчатых цепей сокращается.
Преимущественное применение в настоящее время имеют передачи роликовыми и втулочными цепями.
Фасоннозвенные цепи (см. рис. 1)
различают двух типов: крючковые и штыревые.
Крючковая цепь
состоит из звеньев одинаковой формы, отлитых из ковкого чугуна или штампованных из полосовой стали ЗОГ
без дополнительных деталей.
Сборку и разборку этой цепи осуществляют путем взаимного наклона звеньев на угол 60°
.
В штыревой цепи литые звенья 1 из ковкого чугуна соединяются зашплинтованными стальными (из стали Ст3) штырями 2 .
Фасоннозвенные цепи применяют при передаче небольших мощностей, при малых скоростях (крючковая до 3 м/сек, штыревая до 4 м/сек)
, обычно в условиях несовершенной смазки и защиты.
Звенья фасоннозвенных цепей не обрабатывают. Благодаря небольшой стоимости и легкости ремонта фасоннозвенные цепи широко применяют в сельскохозяйственных машинах.
Цепи должны быть износостойкими и прочными.
Пластины
цепей изготовляют из сталей марок 50, 40Х
40...50 HRC
.
Оси, втулки, ролики и призмы
– из цементируемых сталей марок 20, 15Х
и других с закалкой до твердости 52...65 HRC
.
Повышением твердости деталей можно повысить износостойкость цепей.
Звездочки и диски составных звездочек в основном изготовляют из среднеуглеродистой или легированной стали 40, 45, 40Х, 50Г2, 35ХГСА, 40ХН с закалкой до твердости HRC40...50 или цементуемой стали 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХН2 с термообработкой до твердости HRC50...60 .
Звездочки тихоходных передач при скорости цепи v
≤ 3 м/сек
и отсутствии динамических нагрузок изготовляют также из серого или модифицированного чугуна СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ30
с твердостью поверхности до НВ260...300
.
Применяют звездочки с зубчатым венцом из пластмасс (дюропласта или вулколана), которые способствуют уменьшению шума и износа цепей при работе передачи.
Основным параметром цепной передачи является шаг t цепи, т. е. расстояние между осями двух ближайших шарниров цепи (см. рис. 2) . Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи.
Диаметр делительной окружности звездочки d определяется по формуле:
d = t / ,
где z – число зубьев звездочки.
Шаг t у звездочек измеряют по хорде делительной окружности.
Оптимальное межосевое расстояние передачи принимают из условия долговечности цепи:
а = (30…50)t ,
где t – шаг цепи.
Длина цепи в шагах:
Lp = 2a/t + (z 2 + z 1)/2 +[(z 2 – z 1)/2π] 2 t/a ,
где z 1 и z 2 – число зубьев звездочек.
Число зубьев малой звездочки выбирают из соотношения
z 1 = 29 – 2u .
Тогда z 2 = z 1 u .
Окончательное значение межосевого расстояния :
a = t/4{L p - (z 2 + z 1)/2 + √| 2 – 8[(z 2 - z 1)/2π] 2 |} .
Передаточное число : u = ω 1 /ω 2 = n 1 /n 2 = z 2 /z 1 .
Передаточное отношение цепной передачи нельзя определять как отношение диаметров делительных окружностей звездочек. В пределах одного оборота звездочки передаточное отношение не остается постоянным, поэтому обычно говорят о средней скорости цепи, м/сек:
v = ωzt/2000π ,
где ω , z – угловая скорость и число зубьев звездочки.
где Т - вращающий момент на звездочке; d - делительный диаметр ведущей звездочки (см. рис. 12 и 13).
Силы натяжения:
Ведущей ветви цепи работающей передачи (рис. 16)
F 1 = F t + F 0 + F v ;(11)
Ведомой ветви цепи
F 2 = F 0 + F v ;(12)
От провисания цепи
F 0 =K f ∙q∙a∙g ,(13)
где K f - коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и величины стрелы провисания цепи f
При f = (0,01 ÷ 0,002) a для горизонтальных передач K f =6; для наклон ных (≈ 40 ° ) - K f = 3; для вертикальных K f =1
q - масса 1 м цепи, кг (см. табл.1);
а - межосевое расстояние, м; g = 9,81 м/с 2 ;
От центробежных сил ;
F u = qv 2 ,(14)
где v – средняя скорость цепи в м / c .
Рис. 16. Силы натяжения в цепной передаче
Вал и опора воспринимают силы натяжения от провисания цепи и от окружной силы. Приближенно
F s = F t ∙ K в +2 F 0 ,(15)
где
К B
- коэффициент нагрузки на вал (табл.3).Нагрузка на валы и опоры в цепной передаче значительно меньше, чем в ременной передаче.
Таблица 3. Значение коэффициента нагрузки на вал К в
|
Наклон линии центров звездочек к горизонту, град |
Характер нагрузки |
К в |
|
0 ÷ 40 |
Спокойная Ударная |
1,15 1,30 |
|
40 ÷ 90 |
Спокойная Ударная |
1,05 1,15 |
Основным критерием работоспособности приводных цепей является износостойкость их шарниров. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, нагрузочная способность цепи прямо пропорциональна давлению в шарнирах, а долговечность – обратно пропорциональна.
Расчет цепи на износостойкость шарниров. Среднее давление р в шарнире не должно превышать допускаемого (указанного в табл.1), т. е.
где F t =2 t / d - окружная сила, передаваемая цепью; T - вращающий момент; d - диаметр делительной окружности звездочки (если задана мощность P передачи, то F t =p /v , где v – скорость цепи); А - площадь проекции опорной поверхности шарнира, для роликовых и втулочных цепей А = dB ; для зубчатых цепей А = 0,76 dB ; m – число рядов цепи; К - коэффициент эксплуатации;
K = K 1 ∙ K 2 ∙ K 3 ∙ K 4 ∙ K 5 ∙ K 6 (17)
(значения коэффициентов
K 1 ÷ K 6 - см. табл.4).Значение давления в шарнире должно находиться в пределах 0,6[p]≤p ≤1,05.
Если полученное значение давления в шарнире превышает или значительно меньше допустимого, то, меняя d, T, рядность цепи m или параметры, влияющие на К , добиваются выполнения указанного условия.
Таблица 4. Значение различных коэффициентов при расчете цепи по износостойкости шарниров
|
Коэффициент |
Условия работы |
Значение |
|
К 1 - динамичности |
При спокойной нагрузке При толчкообразной или переменной нагрузке |
1,25-1,5 |
|
K 2 - межосевого расстояния |
a<25t a=(30 ÷ 50)t a=(60 ÷8 0)t |
1,25 |
|
K 3 - способа смазывания |
Смазывание: непрерывное капельное периодическое |
|
|
К 4 - наклона линии центров в горизонту |
При наклоне линии центров к горизонту, град.: до 60 свыше 60 |
|
|
К 5 - режима работы |
При работе: односменной двухсменной непрерывной |
1,25 |
|
К 6 - способа регулирования натяжения цепи |
При подвижных опорах При оттяжных звездочках При отжимном ролике |
1,25 |
Преобразуем формулу (16):
а) выразим окружную силу через вращающий момент на ведущей звездочке T 1 , шаг цепи t и число зубьев этой звездочки z 1 ;
б) представим площадь опорной поверхности шарнира в виде функции от шага t . После чего получим выражение для определения шага цепи:
для роликовой и втулочной цепей
для зубчатой цепи с шарниром скольжения
где т - число рядов в роликовой или втулочной цепи;
𝜓 p = B / t =2 ÷ 8 - коэффициент ширины зубчатой цепи.
Расчет цепи по разрушающей нагрузке (по запасу прочности). В ответственных случаях выбранную цепь проверяют по коэффициенту запаса прочности
где F -
Σ F 1 = F t ∙ K B + F v + F
[ s ] - требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности (выбирают по табл.1).
Долговечность по числу входов в зацепление с обеими звездочками (число ударов) проверяют по формуле
где z ц - общее число звеньев цепи; zn - число зубьев и частота вращения звездочки (ведущей или ведомой); U - действительное число входов звеньев цепи в зацепление за 1 с; v - окружная скорость, м /с; L - длина цепи, м; [ U ] - допускаемое число входов цепи в зацепление за 1 с (см. табл.1).
Последовательность проектировочного расчета цепных передач.
1. Выбрать тип цепи по ее предполагаемой скорости и из условий работы передачи (роликовая, втулочная, зубчатая).
2. По передаточному числу
и
выбрать по табл.1 число зубьев малой звездочки z
1 ,
по формуле (9) определить число
зубьев большей звездочки z
2
.
Проверить выполнение условия
z
2 3.
Определить вращающий момент Т х
на
малой звездочке, по табл.1 выбрать допускаемое давление в шарнирах [р
],
задать
расчетные коэффициенты
K
1
, K
2 , K
3 , K
4 , K
5 , K
6
и по формуле (17) определить коэффициент
эксплуатации
K
.
После чего из
условия износостойкости шарниров [см. формулы (18), (19)] определить шаг цепи.
Полученное значение шага
t
округлить до
стандартного (см.
табл.1).
4.
Принятый шаг проверить по допустимой угловой скорости малой звездочки (см.
табл.1). При несоблюдении условия
ω
=
ω
max
увеличить число рядов роликовой (втулочной) цепи или
ширину зубчатой цепи.
5.
По формуле (8) определить среднюю скорость цепи
v
и силу
F t
,
после чего по формуле (16) проверить износостойкость цепи.
При несоблюдении условия р
<[р]
увеличить
шаг цепи и расчет повторить.
6. Определить геометрические размеры передачи.
7.
Для особо ответственных цепных передач по формуле (20) проверить выбранную
цепь по коэффициенту запаса прочности.
8.
По формуле (21) проверить передачу по числу ударов за 1 с.
Шаг
цепи выбирают в зависимости
от максимально допустимой частоты вращения п 1
max
меньшей
звездочки. Число
зубьев z
1
меньшей звездочки принимают по формуле, при этом учитывают, что с увеличением
числа зубьев z
1
давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность цепи
соответственно увеличивается. Диаметры окружностей звездочек:
Делительной
Наружной
Числазубьевзвездочек:
z
1
= 37-2и
(но
не меньше 17),
z
2
=
z
1
(но не больше 140): здесь
u
=
n
1
/
n
2
=
z
2
/
z
1
.
Угол вклинивания цепи α
= 60°
(см.р
ис.13.2). Двойной угол впадины зуба: 2β
=α
-φ
. Угол заострения зуба: γ
=30°
-φ
, где φ
= 360°
/
Z
. Ширина зубчатого венца звездочки:
B
=b
+2S
, где
S
– толщина пластины цепи.
Параметрыцепнойпередачи – межосевое расстояние
а,
длину цепи
L
-
определяют
по формулам для роликовых цепей.
Силы, действующие в передаче, определяют так
же, как и в случае передачи
роликовыми цепями.
Главный параметр зубчатой цепи – ее ширину в мм
, определяют по формуле
Здесь Р - передаваемая мощность, кВт;
коэффициент К
имеет то же значение, что
и в передаче роликовой цепью [см. формулу (17)]; [
P
10
] - мощность, кВт,
допускаемая для передачи зубчатой цепью шириной 10 мм (см. табл. 5). Так как
значения Р
10 приведены в таблице в зависимости от шага
t
и скорости
v
, а в начале
расчета эти величины неизвестны, то приходится выполнять расчет
методом последовательных приближений: принимая предварительно ориентировочное
значение шага
t
, находят скорость цепи
По этим величинам определяют из табл.5
значение [Р
10 ]
и вычисляют по формуле (24) ширину цепи
b
.
Полученный результат
округляют до ближайшего большего значения по табл. 2. Оптимальные результаты
могут быть получены на основе просчета ряда вариантов на ЭВМ с различными
сочетаниями величин
t
,
z
1,
b
;
при этом исходные данные (Р
,
n
1,
n
2
, условия монтажа и эксплуатации) не должны, как правило,
изменяться.
Таблица 5. Значения
[
Р
10
]
,
кВт, для приводных зубчатых цепей
типа 1 (одностороннего зацепления) условной шириной 10 мм
t
, мм
Скорость цепи
v
, м/с
12,7
15,875
19,05
25,4
31,75
2,35
Расчет заканчивается определением геометрических параметров
передачи, нагрузок, действующих в ней, проверкой коэффициента прочности цепи -
аналогично тому, как это изложено выше в расчете передачи приводными
роликовыми цепями, с тем, однако, отличием, что расчетный коэффициент прочности
должен быть не меньше нормативного [s
], указанного в табл. 6. Таблица 6. Нормативный коэффициент
запаса прочности
[
s
]
приводных зубчатых цепей типа 1 (с
односторонним зацеплением)
t
, мм
Частота вращения меньшей
звездочки
n
1
обмин
12,7
15,875
19,05
25,4
31,75
Экспериментальные наблюдения показывают, что основными
причинами выхода из строя цепных передач являются:
1. Износ шарниров
(за счет ударов при вхождении цепи в зацепление с
зубьями звездочки и из-за изнашивания их от трения)
, приводящий к
удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездочками (основной критерий
работоспособности для большинства передач). Граничное
удлинение цепи по причине износа шарниров не должно превышать 3%, так как нарушается
правильность зацепления шарниров цепи и зубьев.
2. Усталостное
разрушение пластин по проушинам основной критерий для быстроходных тяжелонагруженных
роликовых цепей, работающих в закрытых
картерах с хорошим смазыванием. 3.
Проворачивание валиков и втулок в пластинах в местах запрессовки -
распространенная причина выхода из строя цепей, связанная с недостаточно
высоким качеством изготовления. 4. Выкрашивание
и разрушение роликов. 5. Достижение
предельного провисания холостой ветви - один из критериев для передач с
нерегулируемым межосевым расстоянием, работающих при отсутствии натяжных
устройств и стесненных габаритах. 6. Износ
зубьев звездочек. В соответствии
с приведенными причинами выхода цепных передач из строя можно сделать вывод о
том, что срок службы передачи чаще всего ограничивается долговечностью цепи.
Долговечность
же цепи в первую очередь зависит от износостойкости
шарниров.
По этому критерию выполняется проектировочный расчет цепной
передачи при использовании среднего давления в шарнире
p u
. Предохранение от чрезмерного растяжения цепи при
эксплуатации либо от перегрузок и разрушения при пуске обеспечиваются
проверочным расчетом цепи на прочность.
Материал и
термическая обработка цепей имеют решающее значение для их долговечности. Пластины
выполняют из среднеуглеродистых или легированных закаливаемых сталей: 45, 50,
40Х, 40ХН, ЗОХНЗА твердостью преимущественно 40...50HRCэ; пластины зубчатых
цепей - преимущественно из стали 50. Изогнутые пластины, как правило,
изготовляют из легированных сталей. Пластины в зависимости от назначения цепи
закаливают до твердости 40.-.50 HRCэ
.
Детали шарниров валики, втулки и призмы - выполняют преимущественно из цементуемых
сталей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗ, 20ХИЗА,
20Х2Н4А, ЗОХНЗА и подвергают закалке до 55-65 HRCэ
. В связи с высокими требованиями к современным
цепным передачам целесообразно применять легированные стали. Эффективно
применение газового цианирования рабочих поверхностей шарниров. Многократного
повышения ресурса цепей можно достигнуть диффузионным хромированием шарниров.
Усталостную прочность пластин роликовых цепей существенно повышают обжатием
краев отверстий. Эффективна также дробеструйная обработка. В шарнирах
роликовых цепей для работы без смазочного материала или при скудной его подаче
начинают применять пластмассы. Ресурс цепных
передач в стационарных машинах должен составлять 10...15 тыс. ч работы. Потери на
трение в цепных передачах складываются из потерь: а) на трение в шарнирах; б)
на трение между пластинами; в) на трение между звездочкой и звеньями цепи, а в
роликовых цепях также между роликом и втулкой, при входе звеньев в зацепление и
выходе из зацепления; г) на трение в опорах; д) потерь на разбрызгивание
масла. Основными
являются потери на трение в шарнирах и опорах. Потери на
разбрызгивание масла существенны только при смазывании цепи окунанием на
предельной для этого вида смазки скорости v
= 10…15 м/с
. Цепные
передачи располагают так, чтобы цепь двигалась в вертикальной плоскости, причем
взаимное положение по высоте ведущей и ведомой звездочек может быть
произвольным. Оптимальными расположениями цепной передачи являются горизонтальное
и наклонное под углом до 45° к горизонту.
Вертикально расположенные передачи требуют более тщательной регулировки
натяжения цепи, так как ее провисание не обеспечивает самонатяжения
;
поэтому целесообразно хотя бы небольшое взаимное смещение звездочек в
горизонтальном направлении. Ведущей в
цепных передачах может быть как верхняя, так и нижняя ветви. Ведущая ветвь
должна быть верхней в следующих случаях: а) в передачах
с малым межосевым расстоянием (а<30P при
и>
2) и в передачах, близких к
вертикальным, во избежание захвата провисающей верхней ведомой ветвью
дополнительных зубьев; б) в
горизонтальных передачах с большим межосевым расстоянием (а> 60Р) и малыми
числами зубьев звездочек во избежание соприкосновения ветвей. По
мере изнашивания и контактных обмятий
шарниров цепь
вытягивается, стрела провисания f
ведомой ветви увеличивается, что вызывает
захлестывание звездочки цепью. Для передач с углом наклона θ
<45° наклона к
горизонту [f
]<0,02а
;
при θ
>45° [f
]
< 0,015а
, где а
- межосевое расстояние. Поэтому цепные передачи,
как правило, должны иметь возможность регулирования ее натяжения.
Предварительное натяжение существенно в вертикальных передачах. В
горизонтальных и наклонных передачах зацепление цепи со звездочками обеспечивается
натяжением от собственной силы тяжести цепи, но стрела провисания цепи должна
быть оптимальной в указанных выше пределах. Регулирование
натяжения цепи осуществляют устройствами, аналогичными применяемым для
натяжения ремня, т.е. перемещением вала одной из звездочек, нажимными роликами
или оттяжными звездочками. Натяжные
устройства должны компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев, при
большей вытяжке - два звена цепи удаляют. Увеличение шага цепи вследствие
износа в шарнирах не компенсируется ее натяжением. По мере изнашивания цепи
шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев
и
возникает опасность соскакивания цепи со звездочек. Регулирующие звездочки и ролики
следует по возможности устанавливать на ведомой ветви цепи в местах ее
наибольшего провисания. При невозможности установки на ведомой ветви их ставят
на ведущей, но для уменьшения вибраций - с внутренней стороны, где они работают
как оттяжные. В передачах с зубчатой цепью ПЗ-1 регулирующие звездочки могут
работать только как оттяжные, а ролики как натяжные. Число зубьев регулирующих
звездочек выбирают равным
числу малой рабочей
звездочки или большим. При этом в зацеплении с регулирующей звездочкой должно
быть не меньше трех звеньев цепи. Перемещение регулирующих звездочек и роликов
в цепных передачах аналогично таковому в ременных передачах и осуществляется
грузом, пружиной или винтом. Наибольшее распространение имеет конструкция
звездочки с эксцентрической осью, поджимаемой спиральной пружиной. Известно успешное применение
цепных передач роликовыми цепями повышенного качества в закрытых картерах при
хорошем смазывании с неподвижными осями звездочек без специальных натяжных
устройств. Для создания условий обильной
смазки цепи, защиты от загрязнений, бесшумности и безопасности работы, цепные
передачи заключают в картеры. Внутренние размеры картера должны обеспечивать
возможность провисания цепи и ее удобного обслуживания. Радиальный зазор между
внутренней стенкой картера и наружной поверхностью звездочек принимают равным l
= (t
+ 30)
мм. Зазор, учитывающий провисание цепи, назначают в пределах 0,1а
,
а ширину картера будут на 60
мм
больше ширины цепи. Картерснабжают
окном и указателем уровня масла. а)
окунанием цепи в масло на глубину, равную ширине пластины. Применяют при V
≤
10 м/с
. б)
разбрызгиванием с помощью специальных колец, отражательных щитков, по которым
масло стекает на цепь. Применяют при V
= 6…12 м/с
в
случаях, когда уровень масла не может быть поднят до горизонта цепи; в)
циркуляционную струйную смазку от насоса – это наиболее совершенный способ.
Применяется для быстроходных мощных передач; г)
циркуляционную смазку с распылением капель масла в струе сжатого воздуха. Применяют
при V
> 12 м/с
. В среднескоростных передачах, не имеющих
герметичных картеров, можно применять консистентную внутришарнирную
или капельную смазку. Консистентную смазку осуществляютпериодических через 120…180 часов погружением
цепи в нагретую смазку. Такая смазка применима при
V
≤
4 м/с
.
Смазывание
цепи оказывает решающее влияние на ее долговечность. Смазка
повышает износостойкость и выносливость цепи, а так же смягчает удары звеньев о
зубья звездочки и снижает температуру нагрева цепи. Наиболее широко для смазки
используются жидкие смазочные масла. Для
ответственных силовых передач следует по возможности применять непрерывное
картерное смазывание видов: а) окунанием
цепи в масляную ванну, причем погружение цепи в масло в самой глубокой точке не
должно превышать ширины пластины; применяют до скорости цепи 10 м/с
во
избежание недопустимого
взбалтывания масла; б)
разбрызгивание с помощью специальных разбрызгивающих выступов или колец и
отражающих щитков, по которым масло стекает на цепь, применяют при скорости
6...12 м/с
в
случаях, когда
уровень масла в ванне не может быть поднят до расположения цепи; в)
циркуляционное струйное смазывание от насоса, наиболее совершенный способ,
применяют для мощных быстроходных передач; г)
циркуляционное центробежное с подачей масла через каналы в валах и звездочках
непосредственно на цепь; применяют при стесненных габаритах передачи,
например, в транспортных машинах; д)
циркуляционное смазывание распылением капель масла в струе воздуха под
давлением; применяют при скорости более 12 м/с
. В
среднескоростных передачах, не имеющих герметичных картеров, можно применять
пластичное внутришарнирное
или капельное смазывание.
Пластичное внутришарнирное
смазывание осуществляют
периодическим, через 120...180 ч, погружением цепи в масло, нагретое до температуры,
обеспечивающей его разжижение.
Пластичный смазочный материал применим при скорости цепи до 4 м/с, а капельное
смазывание - до 6 м/с
. В передачах с
цепями крупных шагов предельные скорости для каждого способа смазывания
несколько ниже. При
периодической работе и низких скоростях движения цепи допустимо периодическое
смазывание с помощью ручной масленки (через каждые 6...8 ч). Масло подается на
нижнюю ветвь у входа в зацепление со звездочкой. При капельном
ручном, а также струйном смазывании от насоса необходимо обеспечивать
распределение смазочного материала по всей ширине цепи и попадание его между
пластинами для смазывания шарниров. Подводить смазку предпочтительно на
внутреннюю поверхность цепи, Откуда под действием центробежной силы она лучше
подается к шарнирам. Выбор типа
смазки (табл.7) и вида смазочного материала по ГОСТ 17479.4-87 (табл.8) зависит
от скорости цепи v
и давления в шарнире цепи p
. Таблица 7
Смазка цепных
передач при окружной скорости v
, м/с
≤
4 ≤
7 ≥
12 Капельная 4...10 кап/
мин В масляной Циркуляционная под давлением Разбрызгиванием Таблица 8
Давление в шарнире p
, МПа Скорость цепи v
, м/с Давление в шарнире p
, МПа Скорость цепи v
, м/с Капельная В масляной ванне ≤
10 ≤
1 ≥
5 ≤
10 ≤
5 ≥
10 ≤
1 ≥
5 ≤
5 ≥
10 ≤
1 ≥
5 ≤
5 ≥
10 ≥
30 ≤
1 ≥
5 ≥
30 ≤
5 ≥
10 За рубежом
начали выпускать для работы при легких режимах цепи, не требующие смазывания,
трущиеся поверхности которых покрыты самосмазывающимися антифрикционными
материалами. 1.
В приводах с быстроходными двигателями цепную передачу, как правило,
устанавливают после редуктора. 3.
Для обеспечения достаточного самонатяжения
цепи не
следует делать угол наклона линии центров звездочек к горизонту более 60°. При θ
> 60 0 на
ведомую ветвь в местах наибольшего провисания цепи устанавливают оттяжную
звездочку. 4.
Диаметр оттяжной звездочки выполняют больше диаметра мены звездочки передачи,
она должна входить в зацепление не менее,
чем с тремя
звеньями цепи. 5.
Поскольку цепь в поперечном сечении не обладает гибкостью, валы цепной передачи
должны быть параллельными, а звездочки установлены в одной плоскости. 6. Применение
трех- и четырехрядных цепей нежелательно, так они дороги и требуют повышенной
точности изготовления звездочек и монтажа передачи. 7. Для
увеличения долговечности цепной передачи необходимо по возможности принимать
большее число зубьев меньшей (ведущей) звездочки, так как при малом числе зубьев
в зацеплении находится небольшое число звеньев, что снижает плавность работы
передачи и увеличивает износ цепи из-за большого угла поворота шарнира. Конструкция венца звездочек для роликовых цепей показана на рис. 17. Рис. 17. Конструкция
венца звездочек для роликовых цепей
Основные зависимости для конструирования звездочек этого типа приведены в
табл.9. Таблица 9. Основные зависимости для конструирования звездочек
Параметр Расчетные
формулы делительный
диаметр диаметр
выступов D e
=P
ц ∙
диаметр
впадин D i =d
д -2r
диаметр
проточки D c
=P
ц ∙
ctg
(180
°
/z)-1,3
∙
h
ширина
зуба b=0,
9∙
B
ВН -0,15 ширина
венца B=(n-1)
∙
A+b
радиус
скругления
зуба R=1,7
∙
d 1
радиус
впадины r=0,5025
∙
d 1 -0,05
радиус
сопряжения r 1 =1,3025
∙
d 1 +0,05
радиус
головки зуба r 2 =d 1
∙
(1,24cos
φ
+0,08cos
β
-1,3025)-0,05
половина
угла зуба φ
=17
°
-64
°
/z
угол
сопряжения β
=18
°
-60
°
/z
половина
угла впадины α
=55
°
-60
°
/z
f=0,2b
угол
скоса зуба γ≈
20
°
смещение e=0,03
∙
P
ц толщина
обода δ
=1,5∙
(D e -d
д
) толщина
диска С=(1,2…1,3)∙δ
Числовые значения B
ВН, A
, d
1
и h
принимают в
зависимости от шага цепи P
ц
по табл.10. Таблица 10
P
ц, мм Расстояние между
внутренними пластинами B
ВН, мм Расстояние между
осями симметрии многорядных цепей A
, мм d 1
, мм внутренней пластины h
, мм При
изготовлении звездочек обычно принимают 2-й класс точности по ГОСТ 591-69. Пример
оформления чертежа звездочки для роликовой цепи приведен на рис.18. Таблицу
параметров зубчатого венца размещают в правом верхнем углу чертежа. Она состоит
из двух частей, разделенных сплошной основной линией. В первой части таблицы
приводят обозначение сопрягаемой цепи. Во второй части указывают параметры
звездочки: число зубьев - z
;
профиль зуба со ссылкой на стандарт (ГОСТ 591-69) и указанием о смещении; класс
точности - 2 й; радиус впадины - r
; радиус сопряжения – r
1 ; радиус головки зуба – r
2 ; половину угла впадины - α
;
угол
сопряжения - β
. Лекция 10 ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ П л а н л е к ц и и 1.
Общие сведения.
2.
Приводные цепи.
3.
Особенности работы цепных передач.
4.
Звездочки.
5.
Силы в ветвях цепи.
6.
Характер и причины отказов цепных передач.
7.
Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью.
1. Общие сведения Цепную передачу (рис. 10.1) относят к передачам зацеплением с гибкой связью. Движение передает шарнирная цепь 1
, охватывающая ведущую2
и ведомую3
звездочки и зацепляющаяся за их зубья. Цепные передачи выполняют как понижающими, так и повышающими. Достоинства цепных передач: по сравнению с зубчатыми передачами цепные передачи могут передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях по сравнению с ременными передачами цепные более компактные, передают бόльшие мощности, имеют возможность применения в значительном диапазоне межосевых расстояний, требуют значительно меньшей силы предварительного натяжения, обеспечивают постоянство передаточного числа (отсутствует скольжение и буксование), обладают высоким КПД; могут передавать движение одной цепью нескольким ведомым звездочкам. Недостатки цепных передач: значительный шум при работе вследствие удара звена цепи о зуб звездочки при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев и большом шаге, что ограничивает применение цепных передач при больших скоростях; сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи (увеличение шага цепи), необходимость применения системы смазывания и установки в закрытых корпусах; удлинение цепи из-за износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств; неравномерность вращения звездочек; необходимость в большой точности сборки передачи. Цепные передачи применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, промышленных роботах, буровом оборудовании, строительно-дорожных, сельско-хозяйственных, полиграфических и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а использование ременных передач невозможно. Наибольшее применение получили цепные передачи мощ-ностью до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/с. 2. Приводные цепи Главный элемент цепной передачи – приводная цепь состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Приводные цепи служат для передачи механической энергии от одного вала к другому. Основные типы стандартизованных приводных цепей: роликовые, втулочные и зубчатые. Роликовые приводные цепи.
Стандартом предусмотрены следующие типы роликовых цепей: приводные роликовые (ПР, рис. 10.2), легкой серии (ПРЛ), длиннозвенные (ПРД), двух-, трех- и четырехрядные (2ПР, 3ПР, 4ПР). Звенья роликовых цепей (рис. 10.3) состоят из двух рядов наружных 1
и внутренних2
пластин. В наружные пластины запрессованы оси3
, пропущенные через втулки4
, запрессованные, в свою очередь, во внутренние пластины. На втулки предварительно надеты свободно вращающиеся закаленные ролики5
. Концы осей после сборки расклепывают с образованием головок, препятствующих спаданию пластин. При относительном повороте звеньев ось проворачивается во втулке, образуя шарнир скольжения. Зацепление цепи со звездочкой происходит через ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки. Такая конструкция позволяет выравнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба. Пластины очерчены контуром, напоминающим цифру 8 и обеспечивающим равную прочность пластины во всех сечениях. Шаг Р
цепи является основным параметром цепной передачи. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи. Делительная окружность звездочек проходит через центры шарниров d = P
/, где Z
– число зубьев звездочки. Шаг P
у звездочек измеряют по хорде делительной окружности. Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях 15–30 м/с. Втулочные приводные цепи
(рис. 10.4) по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет изготовление цепи, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек. Втулочные цепи применяют в неответственных передачах при скоростях 15–35 м/с. Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными и многорядными с числом рядов 2–4 и более. Многорядная цепь с меньшим шагомP
позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче. Многорядные цепи могут работать при существенно больших скоростях движения цепи. Нагрузочная способность цепи возрастает почти прямо пропорционально числу рядов. Соединение концов цепи при четном числе ее звеньев производят соединительным звеном, при нечетном – переходным звеном, которое менее прочное, чем основные. Поэтому применяют цепи с четным числом звеньев. Зубчатые приводные цепи
(рис. 10.5) состоят из звеньев, составленных из набора пластин, шарнирно соединенных между собой. Каждая пластина имеет по два зуба и впадину между ними для размещения зуба звездочки. Число пластин определяет ширину цепи, которая, в свою очередь, зависит от передаваемой мощности. Рабочими гранями являются плоскости пластин, расположенные под углом 60º. Этими гранями каждое звено цепи вклинивается между двумя зубьями звездочки, имеющими трапециевидный профиль. Благодаря этому зубчатые цепи работают плавно, с малым шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку и допускают скорости 25–40 м/с. Для устранения бокового спадания цепи со звездочек применяют направляющие пластины, расположенные по середине или по бокам цепи. Делительный диаметр звездочки для зубчатых цепей больше ее наружного диаметра. Относительный поворот звеньев обеспечивают шарниры скольжения или качения. Шарнир качения
((рис. 10.5)) состоит из двух призм1
и2
с цилиндрическими рабочими поверхностями и длиной, равной ширине цепи. Призмы опирают на лыски. Призма1
закреплена в фигурном пазе пластиныВ
, призма2
– в пластинеА
. Призмы при повороте звеньев обкатываются одна по другой, обеспечивая чистое качение. Цепи с шарнирами качения более дорогие, но имеют малые потери на трение. Шарнир скольжения
состоит из оси, двух вкладышей, закрепленных в фигурных пазах пластинА
иВ
. При повороте пластин вкладыш скользит по оси, поворачиваясь в пазу пластины. Вкладыши позволяют увеличить площадь контакта в 1,5 раза. Шарнир допускает поворот пластины на угол max
. Обычноmax
= 30°. По сравнению с другими, зубчатые цепи тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже. Преимущественное применение в настоящее время имеют передачи роликовыми и втулочными цепями. Материал цепей.
Цепи должны быть износостойкими и прочными. Пластины цепей изготовляют из сталей марок 50, 40Х и других с закалкой до твердости 40–50 HRC, оси, втулки, ролики и призмы – из цементуемых сталей марок 20, 15Х и других с закалкой до твердости 52–65 HRC. Повышением твердости деталей можно повысить износостойкость цепей. Оптимальное межосевое расстояние передачи принимают из условия долговечности цепи (рис. 10.6):
a =
(30–50)P
, где P
– шаг цепи. При наклоне оси цепной передачи, с делительными окружностями d
1
иd
2
, к горизонту под углом α, ведомая ветвь провисает на величинуf
. 3. Особенности работы цепных передач Переменность мгновенного значения передаточного отношения. Скорость v
цепи, угловая скорость2
ведомой звездочки и передаточное отношениеi
=1
/2
переменны при постоянной угловой скорости1
ведущей звездочки. Движение шарнира звена, вошедшего последним в зацепление с ведущей звездочкой, определяет движение цепи в работающей передаче. Каждое звено ведет цепь при повороте звездочки на один угловой шаг, а потом уступает место следующему звену. Рассмотрим цепную передачу с горизонтальным расположением ведущей ветви. Ведущий шарнир на малой звездочке в некоторый момент времени повернут относительно вертикальной оси на угол 1
. Окружная скорость на зубе ведущей звездочкиv
1
=
1
R
1
, гдеR
1
= d
1
/2 – радиус расположения шарниров цепи. Скорость движения цепиv
=v
1
соs1
, где1
– угол обхвата ведущей звездочки относительно перпендикуляра к ведущей ветви. Так как при повороте звездочки угол1
изменяется по абсолютной величине в пределах (/Z
1
– 0 – /Z
1
), то скоростьv
цепи при повороте на один угловой шаг колеблется в пределах (v
min
–v
max
–v
min
), гдеv
min
=1
R
1
соs (/Z
1
) иv
min
=1
R
1
. Мгновенная угловая скорость ведомой звездочки 2
= v
/(R
2
соs2
), где угол 2
на ведомой звездочке меняется в пределах (/Z
2
– 0 – /Z
2
). М г н о в е н н о е п е р е д а т о ч н о е о т н о ш е н и е (с учетом v =
1
R
1
соs1
) R
2
cosα2
R
1
cosα1
Передаточное отношение цепной передачи переменно в пределах поворота звездочки на один зуб. Непостоянство i
вызывает неравномерность хода передачи, динамическое нагружение вследствие ускорения масс, соединяемых передачей, и поперечные колебания цепи. Равномерность движения тем выше, чем больше числа зубьев звездочек (меньше пределы изменения углов1
,2
). С р е д н е е п е р е д а т о ч н о е о т н о ш е н и е. Цепь за один оборот звездочки проходит путь S
=PZ
. Время, c, одного оборота звездочки:t
= 2 /1
= 60/n
. Следовательно, скоростьv
, м/с, цепи v = S
/t = РZ
1
10–3
/(60/n
1
) = PZ
2
10–3
/(60/n
2
), где P
– шаг цепи, мм;Z
1
,n
1
иZ
2
,n
2
– соответственно числа зубьев и частоты вращения ведущей и ведомой звездочек, об/мин. Из равенства скоростей цепи на звездочках следует i = n1
/
n2
= Z2
/
Z1
= R2
/
R1
.
Среднее передаточное отношение i
за оборот постоянно. Максимально допустимое значение передаточного отношения цепной передачи ограничено дугой обхвата цепью малой звездочки и числом шарниров, находящихся на этой дуге. Рекомендуют угол обхвата принимать не менее 120°, а число шарниров на дуге обхвата – не менее пяти. Это условие может быть выполнено при любых межосевых расстояниях, еслиi
< 3,5. Приi
> 7 межосевое расстояние выходит за пределы оптимальных значений. Поэтому обычноi
6. Удары звеньев цепи о зубья звездочек при входе в зацепление. Окружная скорость зуба звездочки в момент, предшествующий входу шарнира цепи в зацепление, – v
1
, а вертикальная проекция этого вектора –v"
. Поскольку ведущим пока является предыдущий шарнир, то вся цепь, в том числе и шарнир, входящий в зацепление, перемещается со скоростьюv
1
. Вертикальная проекция вектора скоростиv
1
, входящего в зацепление звездочки. Поворот звеньев под нагрузкой. При повороте звездочки на один угловой шаг звенья, соединяемые ведущим шарниром, поворачиваются на
угол. Поворот в шарнире происходит при передаче окружной силы и вызывает изнашивание. Угол поворота, определяющий путь трения (изнашивание), тем меньше, чем больше число зубьев звездочки. 4. Звездочки Звездочки (рис. 10.7) цепных передач в соответствии со стандартом выполняют с износоустойчивым профилем зубьев. Для увеличения долговечности цепной передачи принимают по возможности большее число зубьев меньшей звездочки. Число Z
1
зубьев малой звездочки для роликовых и втулочных цепей, при условииZ
1 min
13, Z
1
=
29 – 2i
, где i
– передаточное отношение. Минимально допустимое число зубьев малой звездочки принимают: при высоких частотах вращения Z
1 min
= 19–23; при средних –Z
1 min
= 17–19; при низких –Z
1 min
= 13–15. При износе шарниров и увеличении в связи с этим шага цепь стремится подняться по профилю зубьев, причем тем выше, чем больше число зубьев звездочки. При большом числе зубьев даже у мало изношенной цепи в результате радиального сползания по профилю зубьев цепь соскакивает с ведомой звездочки. Поэтому максимальное число зубьев большой звездочки ограничивают: Z
2
90 для втулочной цепи;Z
2
120 для роликовой. Предпочтительно принимать нечетные числа зубьев звездочек, что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует ее более равномерному изнашиванию. Материал звездочек
должен быть износостойким и хорошо сопротивляться действию ударных нагрузок. Звездочки изготовляют из стали марок 45, 40Х и других с закалкой до твердости 45–55 HRC или из цементуемой стали марок 15, 20Х с закалкой до твердости 55–60 HRC. С целью снижения уровня шума и динамических нагрузок в передачах с легкими условиями работы изготовляют зубчатый венец звездочек из полимерных материалов: стеклопластиков и полиамидов. 5. Силы в ветвях цепи Ведущая ветвь цепи при работе передачи нагружена силой F
1
, состоящей из полезной (окружной) силыF
t
и силыF
2
натяжения ведомой ветви цепи: F1
= Ft
+ F2
.
Окружная сила F
t
Н, передаваемая цепью: F
t
=
2 103
T
/d
, где d
– делительный диаметр звездочки, мм. Силу F
2
натяжения ведомой ветви цепи составляют силаF
0
натяжения от собственной силы тяжести и силаF
ц
натяжения от действия центробежных сил: F2
= F0
+ Fц
.
Натяжение F
0
, Н от силы тяжести при горизонтальном или близком к нему положении линии, соединяющей оси звездочек: F0
= qga2
/ 8
f =1,2
qa2
/
f,
где q
– масса 1 м цепи, кг/м;g
= 9,81 м/с2
– ускорение свободного падения;а
– межосевое расстояние, м;f
– стрела провисания ведомой ветви, м (рис. 10.6). При вертикальном или близком к нему положении линии центров звездочек F0
= qga. Натяжение цепи от центробежных сил, Н, Fц
= qv2
,
где v
– скорость движения цепи, м/с. Сила F
ц
действует на звенья цепи по всему ее контуру и вызывает дополнительно изнашивание шарниров. Цепные передачи проверяют на прочность по значениям разрушающей силы, приводимой в стандарте, и силы натяжения ведущей ветви, которую при этом вычисляют с учетом дополнительного динамического нагружения от неравномерного движения цепи, ведомой звездочки и приведенных к ней масс. Натяжение ведомой ветви цепиF
2
равно большему из натяженийF
0
илиF
ц
. Расчет передачи зубчатой цепью
Критерии работоспособности и виды повреждений цепных передач
Материалы цепей
Потери
на трение. Конструирование передач
Натяжение цепей
Картеры
Смазывание
Конструирование звездочек
Fв = Kв Ft ,
где K в – коэффициент нагрузки вала; для горизонтальных передач,K в = 1,15, для вертикальныхK в = 1,05. Направление силыF в – по линии центров звездочек.
6. Характер и причины отказов цепных передач
Для приводных цепей характерны следующие основные виды предельных состояний :
изнашивание деталей шарниров вследствие их взаимного поворота под нагрузкой. Приводит к увеличению шага цепи. По мере изнашивания шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев и возникает опасность соскакивания цепи со звездочек;
изнашивание зубьев звездочек вследствие относительного скольжения и схватывания в сопряжении ролик – зуб звездочки. Приводит к увеличению шага звездочки;
усталостное разрушение пластин цепей вследствие циклического нагружения. Наблюдают в быстроходных тяжело нагруженных передачах, работающих в закрытых корпусах с хорошим смазыванием;
ударно-усталостное разрушение тонкостенных деталей – роликов и втулок. Эти отказы обусловлены ударами шарниров о зубья звездочек при входе
в зацепление.
В правильно спроектированной и эксплуатируемой цепной передаче увеличение шага цепи по мере износа шарниров опережает увеличение шага звездочки. С этим связаны нарушение зацепления, недопустимое провисание холостой ветви цепи, соскакивание со звездочки, задевание за стенки кожуха или картера, а также увеличение вибраций, шума. В результате цепь заменяют, как правило, до наступления усталостных разрушений. Таким образом, основным видом отказа цепных передач является изнашивание шарниров.
7. Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью
Износостойкость шарниров является основным критерием работоспособности и расчета цепных передач. Изнашивание зависит от давления р в шарнире и величины пути тренияS , количественную оценку
