Цепные передачи

Цепные передачи

Общие сведения

Передачу механической энергии между параллельными валами, осуще­ствляемую с помощью двух колес — звездочек 1 и 2 и охватывающей их цепи 3, называют цепной передачей (рис. 1). Служат для передачи вращения между удаленными друг от друга параллельными валами.

Рис.1. Цепная передача: 1 — ведущая звездочка; 2 — ведомая звездочка;

3 — цепь; 4 — натяжное устройство

Цепная передача, как и ременная, принадлежит к числу передач с гиб­кой связью. Гибким звеном в этом случае является цепь, входящая в зацеп­ление с зубьями звездочек. Цепь состоит из соединенных шарни­рами звеньев, которые обеспечивают по­движность или «гибкость» цепи. Зацепление обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с ременной передачей.

Цепную передачу можно классифицировать как передачу зацеплением с гибкой связью (ременная — трением с гибкой связью). Зацепление позволя­ет обойтись без предварительного натяжения цепи. В конструкции цепных передач для компенсирования удлинения цепи при вытяжке и обеспечения эксплуатационной стрелы провисания f ведомой ветви иногда предусмат­ривают специальные натяжные устройства (см. рис.1). Кроме перечисленных основ­ных элементов, цепные передачи включают смазочные устрой­ства и ограждения.

Угол обхвата звездочки цепью не имеет такого решающего значения, как угол обхвата шкива ремнем в ременной передаче.

Рекомендуемые материалы

Цепные передачи можно использовать как при больших, так и при малых межосевых расстояниях. Они могут передавать мощность от одного ве­дущего звена 1 нескольким звездочкам 2 (рис.2).

Рис.2. Схема многозвенной передачи: 1 — ве­дущая звездочка; 2 — три ведомых звездочки

Рис.3. Многозвенная передача

Классификация

Цепные передачи разделяют по следующим основ­ным признакам:

По типу цепей: с роликовыми (рис.4, а); с втулочными (рис.4, б); с зубчатыми (рис.4, в).

По числу рядов роликовые цепи делят на однорядные (см. рис.4, а) и многорядные (например, двухрядные, см. рис.4, б).

По числу ведомых звездочек: нормальные двухзвенные (см. рис.1, 4, 5); специальные — многозвенные (см. рис. 2, 3).

По расположению звездочек: горизонтальные (рис.5, а); наклон­ные (рис.5, б); вертикальные (рис.5, в).

a) б) в)

Рис. 4. Типы цепных передач: а — с роликовой цепью; б — с втулочной цепью; в — с зубчатой цепью

Рис. 5. Виды цепных передач: а — горизон­тальная; б— наклонная; в — вертикальная

Рис. 6. Цепная передача с на­тяжным роликом

По способу регулирования провисания цепи: с натяжным устройст­вом (см. рис. 1); с натяжной звездочкой (роликом, рис.6).

По конструктивному исполнению: открытые (см. рис.3), закрытые (рис.7).

Рис.7. Установка с цепной передачей

Достоинства и недостатки

Достоинства:

- большая прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяет передать цепью большие нагрузки с постоянным передаточным чис­лом и при значительно меньшем межосевом расстоянии (передача более компактна);

- возможность передачи движения одной цепью нескольким звездоч­кам;

- по сравнению с зубчатыми передачами — возможность передачи вра­щательного движения на большие расстояния (до 7 м);

- меньшая, чем в ременных передачах, нагрузка на валы;

- сравнительно высокий КПД ( >> 0,9 ÷ 0,98);

- отсутствие скольжения;

- малые силы, действующие на валы, так как нет необхо­димости в большом начальном натяжении;

- возможность легкой замены цепи.

Недостатки:

- сравнительно высокая стоимость цепей;

- невозможность использования передачи при реверсировании без ос­тановки;

- пере­дачи требуют установки на картерах;

- сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи;

- скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не посто­янна, что вызывает колебания переда­точного отношения. Основной причиной этого недостатка является то, что цепь состоит из отдельных звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. В связи с этим скорость цепи при равномерном вращении звездочки не постоянна. На рис. 8 показаны скорости шарниров цепи и зубьев звездочки. В данный момент, когда шарнир А находится в зацеплении, скорость шарнира и окружная скорость звездочки в точке, совпадающей с центром, шарнира, равны. Разложим эту скорость на две составляющие: направленную вдоль ветви цепи, и перпендикулярную к цепи. Движение ведомой звездочки определяется скоростью . Поскольку величина угла изменяется в пределах от (момент входа в зацепление шарнира А) до (момент входа в зацепление шарнира В), то изменяется и скорость , а это является причиной непостоянства передаточного отношения i и дополнительных динамических нагрузок в передаче.

Рис.8

- повышенный шум, особенно на высоких скоростях, вследствие удара звена цепи при входе в зацепле­ние и дополнительные динамические нагрузки из-за многогранности звездочек; Со скоростью связаны поперечные колебания ветвей цепи. В момент входа в зацепление шарнира В с зубом С вертикальные составляющие их скоростей и , направлены навстречу друг другу, соприкосновение шарнира с зубом сопровождается ударом. Последовательные удары являются причиной шума передачи и paзpyшения шарниров цепи и зубьев звездочек. Для ограничения вредного влияния ударов выработаны рекомендации по выбору шага цепи в зависимости от частоты вращения ведущей звездочки.

- они работают в условиях отсутствия жидкостного трения в шарни­рах и, следовательно, с неизбежным их износом, существенным при плохом сма­зывании и попадании пыли и грязи. За один пробег в каждом шарнире совершаются четыре поворота: два на ведущей и два на ведомой звездочках. Эти повороты вызывают износ втулок и валиков шарниров. Износ цепи и зубьев звездочек связан и с перемещением шарниров по профилю зуба в процессе зацепления. Это приводит к вытягиванию цепи, для устранения последствий которого требуется применение натяжных устройств. Для уменьшения износа необходимо следить за удовлетворительной смазкой шарниров.

- они требуют более высокой точности установки валов, чем клиноременные передачи, во избежание соскакивания цепи со звездочки и более сложного ухо­да — смазывания, регулировки.

Область применения

Современные цепные передачи могут переда­вать большие мощности (до 5 тыс. кВт) при сравнительно высоких скоро­стях (до 25—30 м/с). Цепные передачи применяют: а) при средних межосевых расстояниях, при которых зубчатые передачи требуют промежуточных ступеней или паразитных зубчатых колес, не вызываемых необхо­димостью получения нужного передаточ­ного отношения; б) при жестких требованиях к габаритам или в) при необхо­димости работы без проскальзывания (препятствующего применению клиноременных передач).

Цепные передачи широко распространены в транспортирующих устройст­вах (конвейерах, элеваторах, мотоциклах, велосипедах), в приводах станков и сельскохозяйственных машин, в химическом, горнорудном и нефтепро­мысловом машиностроении.

Кроме цепных приводов, в машино­строении применяют цепные устройства, т.е. цепные передачи с рабочими орга­нами (ковшами, скребками) в транспор­терах, элеваторах, экскаваторах и дру­гих машинах.

Наибольшее применение получили цепные передачи мощностью до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/с.

Виды приводных цепей и звездочек

Приводные цепи

Цепи, применяемые в машиностроении, по характеру выполняемой ими работы подразделяют на две группы: приводные и тяговые. Цепи стандартизованы, их производят на специализированных заво­дах. Выпуск только приводных цепей в России превышает 80 млн. м в год. Ими оснащается ежегодно более 8 млн. машин.

Приводные цепи осуществляют передачу движения непосредственно от источника энергии к рабочему органу или через промежуточные устройст­ва. Конструктивно они делятся на роликовые, втулочные и зубчатые (табл.1). В СНГ приводные цепи стандартизованы и изготовляются на специализированных заводах. Для них характерны малые шаги (для уменьшения динамических нагрузок) и износоустойчивые шарниры (для обеспе­чения долговечности).

Основными геометрическими характе­ристиками цепей являются шаг и ширина, основной силовой характеристикой — разрушающая нагрузка, устанавливаемая опытным путем. В соответствии с между­народными стандартами применяют цепи с шагом, кратным 25,4 мм (т. е. ~ 1 дюйму)

В России изготовляют следующие при­водные роликовые и втулочные цепи по ГОСТ 13568—75*:

ПРЛ — роликовые однорядные нор­мальной точности;

ПР — роликовые повышенной точно­сти;

ПРД — роликовые длиннозвенные;

ПВ — втулочные;

ПРИ — роликовые с изогнутыми пластинами,

а также роликовые цепи по ГОСТ 21834—76* для буровых установок (в бы­строходных передачах).

Роликовая цепь (рис.9) состоит из наружных Н и внутренних Вн звеньев (каждое из которых состоит из двух пластин), шарнирно соединен­ных с помощью валиков и втулок. Наружные и внутренние звенья в цепи чередуются. Сцепление со звездочкой осуществляет­ся роликом 1, свободно сидящим на втулке 2, запрессованной в пластины 3 внутреннего звена. Валик 4 запрессован в пластины 5 наружного звена. Валики (оси) цепей выполняют ступен­чатыми или гладкими. Концы валиков расклепывают, поэтому звенья цепи неразъемны. Концы цепи соединяют соединительными звеньями с закреплением валиков шплинтами или расклепыванием. В слу­чае необходимости использования цепи с нечетным числом звеньев применяют спе­циальные переходные звенья, которые, однако, слабее, чем основные. Поэтому обычно стремятся применять цепи с четным числом звеньев. Соединительное звено С служит для соединения двух концов цепи с чет­ным числом шагов, а переходное звено П — с нечетным. Благодаря роликам трение сколь­жения между цепью и звездочкой заме­няется трением качения, что уменьшает износ зубьев звездочек. Пластины очер­чивают контуром, напоминающим циф­ру 8 и приближающим пластины к телам равного сопротивления растяжению.

Материал пла­стин роликовых цепей — сталь 50 (с закалкой до HRC 38—45); валиков, втулок, роликов — стали 15, 20, 25 (с последующей цементацией и закал­кой до HRC 52—60).

Рис. 9. Роликовая цепь: 1 — ролик; 2 — втулка; 3 — пластины внутреннего звена; 4 — валик; 5 — пластины наружного звена

В машиностроении чаще применяют однорядные роликовые цепи (см. рис.4, а и 9). При больших нагрузках и скоростях во избежание применения цепей с большими шагами, неблагоприятных в отно­шении динамических нагрузок, применяют многорядные цепи. Многорядные цепи (двухрядные — см. рис.4, б) содер­жат несколько ветвей однорядных цепей, соединенных удлиненными вали­ками. Передаваемые мощности и разрушающие нагрузки многорядных цепей почти пропорциональны числу рядов.

Роликовые цепи нормальной точности ПРЛ стандартизированы в диа­пазоне шагов 15,875...50,8 и рассчитаны на разрушающую нагрузку на 10…30% меньше, чем у цепей повышенной точности.

Длиннозвенные роликовые цепи ПРД выполняют в удвоенным шагом по сравнению с обычными роли­ковыми. Поэтому они легче и дешевле обычных. Их целесообразно применять при малых скоростях, в частности, в сельскохозяйственном машиностроении.

Втулочные цепи (рис.10) по конструкции аналогичны предыдущим. Эти цепи отличаются от роликовых отсутствием ролика, что удешевляет цепь и уменьшает габариты и массу при уве­личенной площади проекции шарнира. В зацепле­ние с зубьями звездочки входит непосредственно втулка; изнашивание звездочки значительно большее, чем при использо­вании роликовой цепи. Эти цепи изготовляют с шагом только 9,525 мм и применяют, в частности, в мотоциклах и в автомоби­лях (привод к распределительному валу). Цепи показывают достаточную работо­способность.

Роликовые цепи с изогну­тыми пластинами ПРИ наби­рают из одинаковых звеньев, подобных переходному звену. В связи с тем, что пластины работают на изгиб и поэтому обладают повышен­ной податливостью, эти цепи применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.).

В обозначении роликовой или втулоч­ной цепи указывают: тип, шаг, разрушающую нагрузку и номер ГОСТа (напри­мер, Цепь ПР-25,4-5670 ГОСТ 13568 -75*}. У многорядных цепей в начале обо­значения указывают число рядов.

Рис. 10. Втулочная цепь: 1 — пластины внутренне­го звена; 2 — пластины наружного звена

Зубчатые цепи (рис. 11) состоят из набора зубчатых пластин 1, шарнирно соединенных между собой с помощью валиков 2 (рис. 11, а). Каждая пластина имеет по два зуба со впадиной между ними для размещения зуба звездочки. Рабочие (внешние) поверхности зубьев этих пластин (поверхности контакта со звездочками, ограничены плоскостями и наклонены одна к другой под углом вкли­нивания , равным 60°). Этими поверхностями каждое звено садится на два зуба звездочки. Зубья звездочек имеют тра­пециевидный профиль. Для пре­дохранения цепи от схода со звездочек предусмот­рены внутренние направляющие пластины 3. Ко­личество пластин 1 зависит от передаваемой мощ­ности. Пластины в звеньях раздвинуты на толщину одной или двух пластин сопряженных звеньев. Эти пластины изготовляют из стали 50 с закалкой до HRC 38—45.

Рис. 11. Зубчатая цепь: 1 — пластины; 2 — валики; 3 — направляющие пластины; 4 — шарнир; 5 — призмы

Зубчатые цепи поставляют с шарниром 4 (трения скольжения, см. рис. 11, б) или шарниром 5 (призмы, закрепленные в пластинах) (трения качения, см. рис.11, в). В настоящее время в основном изго­товляют цепи с шарнирами качения, которые стандартизованы (ГОСТ 13552—81*). Для образования шарниров в отвер­стия звеньев вставляют призмы с цилин­дрическими рабочими поверхностями. Призмы опираются на лыски. При специ­альном профилировании отверстии пластин и соответствующих поверхностей призм можно получить в шарнире практически чистое качение. Имеются экспери­ментальные и эксплуатационные данные о том, что ресурс зубчатых цепей с шарнира­ми качения во много раз выше, чем цепей с шарнирами скольжения.

Во избежание бокового сползания цепи со звездочек предусматривают направ­ляющие пластины, представляющие со­бой обычные пластины, но без выемок для зубьев звездочек. Применяют внутренние или боковые направляю­щие пластины. Внутренние направляющие пластины требуют проточки соответствую­щей канавки на звездочках. Они обеспечивают лучшее направление при высоких скоростях и имеют основное применение. Вкладыш 4 и призмы 5 изготовляют из цементуе­мых сталей 15 и 20 с закалкой до HRC 52—60. В зависимости от располо­жения зубьев цепи бывают односторонними (см. рис. 11) и двусторонни­ми (см. рис. 3).

Достоинствами зубчатых цепей по срав­нению с роликовыми являются меньший шум, повышенная кинематическая точ­ность и допускаемая скорость, а также повышенная надежность, связанная с многопластинчатой конструкцией. Однако они тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже. Поэтому они имеют ограничен­ное применение и вытесняются роликовыми цепями.

Рис. 12. Звездочка втулочной и роликовой цепей

Звездочки для приводных цепей

По конструкции звездочки напоми­нают зубчатые колеса. Профиль их зубьев зависит от типа цепи. Звездочки роликовой и втулочной цепей (рис. 12) имеют рабочий профиль зуба, очерченный дугой окружности; звездочки зубчатых цепей (рис.13) — прямолинейный рабочий профиль. В связи с тем, что зубья звездочек в роликовых передачах имеют относительно небольшую ширину, звездочек в роликовых передачах имеют относительно небольшую ширину, звездочки нередко изготовляют из диска и ступицы, соединяемых болтами, заклепками или сваркой.

Для облегчения замены после износа, звездочки, устанавливаемые на валах между опорами, в машинах с трудной раз­боркой делают разъемными по диаметральной плоскости. Плоскость разъема проходит через впадины зубьев, для чего числи зубьев звездочки приходится вы­бирать чётным. Долговечность и надежность цепей пе­редачи во многом зависит от правильного выбора профиля зубьев звездоч­ки, ее параметров, материала и термической обработки.

Рис.13. Звездочка зубчатой цепи

Важным фактором для увеличения долговечности цепной передачи яв­ляется правильный выбор числа зубьев меньшей звездочки. При малом числе зубьев плавность передачи снижается, наблюдается повышенное из­нашивание цепи из-за большого угла поворота шарнира и значительных динамических усилий. 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 зуб цепь соскакивает с ведомой звездочки.

Рекомендуемые числа зубьев меньшей звездочки в зависимости от передаточного числа приведены в табл.1. Максимальное число зубьев большей звездочки также ограничено: для втулочной цепи < 90; для роликовой < 120; для зубчатой < 140. Предпочтительно принимать нечетные числа зубьев звездочек, что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует более равномерному ее изнашиванию.

Материал звездочек выбирают в зависимости от назначения и конст­рукции передачи. Звездочки с большим число зубьев тихоходных передач (до 3 м/с) при отсутствии ударных нагрузок допустимо из­готовлять из чугуна марки СЧ 20, СЧ 30 с закалкой. В неблагоприятных условиях с точки зрения износа, например в сельскохозяйственных машинах, применяют антифрикционный и высокопрочный чугун с закалкой. Для изготовления ведущих звездочек с малым числом зубьев ( < 30) неответственного назначения применяют сталь 20 (цемента­ция, закалка, отпуск); ответственного назначения — сталь 40, 50 (закалка, отпуск); при повышенных передаваемых нагрузках сталь 40Х, 45Х, 45ХН (закалка, отпуск). Для ведомых звездочек больших диаметров с большим числом зубьев ( > 50), кроме перечисленных материалов, может быть при­менен серый чугун СЧ15, СЧ20, СЧ35 и др. При необходимости бесшумной и плавной работы передач мощностью Р £ 5 кВт и £ 8 м/с можно изготовлять венцы звездочек из пластмасс — тексто­лита, полиформальдегида, полиамидов, что приводит к снижению шума и к повышению долговечности цепей (в связи со сниже­нием динамических нагрузок).

Вследствие невысокой прочности пласт­масс применяют также металлопластмассовые звездочки.

Тяговые цепи

Тяговые цепи подразделяют на три основных типа: пластинчатые но ГОСТ 588—81*; разборные по ГОСТ 589 85; круглозвенные (нормальной и повышенной прочности) соответственно по ГОСТ 2319—81.

Пластинчатые цепи служат для пере­мещения грузов под любым углом к гори­зонтальной плоскости в транспортирую­щих машинах (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.). Они обычно состоят из пластин простой формы и осей со втул­ками или без втулок; для них характерны большие шаги, так как боковые пластины часто используют для закрепления полотна транспортера. Скорости движения цепей этого типа обычно не превышают 2...3 М/С.

Круглозвенные иепи используют в основном для подвеса и подъема грузов.

Существуют специальные цепи, пере­дающие движение между звездочками с взаимно перпендикулярными осями. Валики (оси) двух соседних звеньев такой цепи взаимно перпендикулярны.

Все цепи стандартизованы в мировом масшта­бе. Основным параметром является шаг цепи t, который выражается в миллиметрах или дюймах. В таблицах ГОСТа приводятся также стандартные ширины цепей, минимальное число зубьев звездочки, предельное число оборотов, допу­скаемые нагрузки и вес.

Основные геометрические и кинематические

соотношения, КПД передачи

1. Межосевое расстояние

, (1)

где t — шаг цепи.

Шаг цепи является основным параметром цепной передачи и принимается по ГОСТу. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи, но сильнее удар звена о зуб в период набегания на звездочку, меньше плавность, бесшумность и долговечность передачи.

При больших скоростях выбирают цепи с малым шагом. В быстроходных передачах при больших мощностях рекомендуются также цепи малого шага: зубчатые большой ширины или роликовые многорядные. Максимальное значение шага цепи ограничивается угловой скоростью малой звездочки.

Минимальное межосевое расстояние (мм) выбирают из условия минимально допустимого зазора между звездочками:

, (2)

где , — диаметры вершин зубьев ведущей и ведомой звездочек.

Максимальное межосевое расстояние = 80Л

Рис.15. Схема цепной передачи

При известной длине цепи межосевое расстояние

, (3)

где L_p — длина цепи в шагах (или число звеньев цепи); z₁ , z₂ — числа зубьев ведущей и ведомой звездочек.

2. Число звеньев цепи определяют по приближенной формуле

. (4)

Значение L_p округляют до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев.

Передача работает лучше при небольшом провисании холостой ветви цепи. Поэтому расчетное межосевое расстояние рекомендуют уменьшить примерно на (0,002 – 0,004)а.

3. Допускаемая величина стрелы провисания

. (5)

4. Делительный диаметр звездочки

. (6)

5. Диаметр вершин зубьев: для втулочных и роликовых цепей

; (7)

для зубчатых цепей

.

Среднее передаточное число определяют из равенства средних ско­ростей цепи . Для цепной передачи скорость цепи

, (8)

где — шаг цепи, мм; z₁ и z₂ — числа зубьев ведущей и ведомой звездочек; и — средние угловые скорости ведущей и ведомой звездочек, рад/с.

Со скоростью цепи и частотой вращения звездочки связаны износ, шум и динамические нагрузки привода. Наибольшее распространение получили тихоходные и среднескоростные передачи с v до 15 м/с и n до 500 мин^-1. В быстроходных двигателях цепную передачу, как правило, устанавливают после редуктора.

Из формулы (8) имеем передаточное отношение

(9)

Распространенные значения u до 6. При больших значениях u становится нецелесообразным выполнять одноступенчатую передачу из-за больших ее габаритов.

Передаточное число цепной передачи меняется в пределах поворота звездочки на один зуб, что заметно при малом числе z. Непостоянство не превышает 1...2%, но вызывает неравномерность хода передачи и поперечные колебания цепи. Среднее передаточное число за оборот постоянно. Для одноступенчатых цепных передач рекомендуется и ≤ 7 (в отдельных случаях принимают u ≤ 10).

В цепной передаче

,

т. e. .

КПД передачи зависит от следующих потерь: на трение в шарни­рах (и между пластинами смежных звеньев), на трение в подшипниках и потери на взбалтывание (разбрызгивание) масла.

Для повышения КПД цепной передачи желательно улучшить условия смазывания шарниров и подшипников. Это снизит потери и повысит кпд. Средние значения КПД при передаче полной расчетной мощности достаточно точно изготовленных и хорошо смазывае­мых передач составляют 0,96...0,98.

Силы в ветвях цепи

Упрощенная схема передачи сил в цепной передаче аналогична, силовой схеме в ременной передаче.

Окружная сила

, (10)

где Т — вращающий момент на звездочке; d — делительный диаметр звез­дочки (см. рис. 12 и 13).

Силы натяжения:

- ведущей ветви цепи работающей передачи (рис. 16)

; (11)

- ведомой ветви цепи

; (12)

- от провисания цепи

, (13)

где — коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и величины стрелы провисания цепиf

При f = (0,01 ÷0,002)a для горизонтальных передач K_f=6; для наклон­ных (≈ 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/с²;

- от центробежных сил;

. (14)

Рис. 16. Силы натяжения в цепной передаче

Нагрузка на валы и опоры

Вал и опора воспринимают силы натя­жения от провисания цепи и от окружной силы. Приближенно

, (15)

где F_s — нагрузка на вал;

К_B — коэффициент нагрузки на вал (табл.2).

Нагрузка на валы и опоры в цепной передаче значительно меньше, чем в ременной передаче.

Таблица 2. Значение коэффициента нагрузки на вал К_в

Методика подбора и проверки цепей с учетом их долговечности

Расчет цепи на износостойкость шарниров

Среднее давление р в шарнире не должно превышать допускаемого (указанного в табл.1), т. е.

, (16)

где F_t — окружная сила, передаваемая цепью; А — площадь проекции опор­ной поверхности шарнира, для роликовых и втулочных цепей А = dB; для зубчатых цепей А = 0,76dB; К — коэффициент эксплуатации;

(17)

(значения коэффициентов — см. табл. 3).

Таблица 3. Значение различных коэффициентов при расчете цепи по износостойкости шарниров

Преобразуем формулу (16):

а) выразим окружную силу через момент на меньшей звездочке шаг цепи t и число зубьев этой звездочки z₁;

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

; (18)

для зубчатой цепи с шарниром скольжения

, (19)

где т — число рядов в роликовой или втулочной цепи;

— коэффициент ширины зубчатой цепи.

Расчет цепи по разрушающей нагрузке (по запасу прочности)

В от­ветственных случаях выбранную цепь проверяют по коэффициенту запаса прочности

, (20)

где F — разрушающая нагрузка цепи (см. табл.1);

— суммарная нагрузка в веду­щей цепи;

— требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности (выби­рают по табл.1).

Долговечность по числу входов в зацепление с обеими звездочками (число ударов)

проверяют по формуле

, (21)

где L_p — общее число звеньев цепи; - 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 z₁, по формуле (9) определить число зубьев большей звездочки z₂. Проверить выполнение условия .

3. Определить вращающий момент Т_х на малой звездочке, по табл.1 выбрать допускаемое давление в шарнирах [р], задать расчетные коэффи­циенты , , , , , и по формуле (17) определить коэффициент эксплуатации . 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 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.

Расчет передачи зубчатой цепью

Шаг цепи выбирают в зависимости от максимально допустимой частоты вращения п_1max меньшей звездочки.

Число зубьев z₁ меньшей звездочки принимают по формуле, при этом учитывают, что с увеличением числа зубьев z₁ давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность цепи соответственно увеличивается.

Исходя из критерия износостойкости шарнира зубчатой цепи по известным Р₁ (кВт), (мм) и v (м/с) вычисляют требуемую ширину В (мм) цепи:

(22)

где К_э = К_д — коэффициент эксплуатации для зубчатых цепей;

K_v — скоростной коэффициент, учитывающий снижение несущей способности цепи из-за центробежных сил.

K_υ=1...1,1·10³v² (23)

Критерии работоспособности цепных передач. Материалы цепей

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).

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.

Ещё посмотрите лекцию "15 Основная модель научного предвидения" по этой теме.

Долговечность же цепи в первую оче­редь зависит от износостойкости шарни­ров.

В ответственных случаях проверяют коэффициент запаса проч­ности (s>[s]), число входов шарниров цепи в зацеплении в 1 с (U≤ [U]).

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.