Черчение. Цепная передача Типы цепных передач
Передача энергии между двумя или несколькими параллельными валами, осуществляемая зацеплением с помощью гибкой бесконечной цепи и звездочек, называется цепной .
Цепная передача состоит из цепи и двух звездочек - ведущей 1 (рис. 190) и ведомой 2, работает без проскальзывания и снабжается натяжными и смазочными устройствами.
Рис. 190
Цепные передачи дают возможность передавать движение между валами в значительном, по сравнению с зубчатыми передачами, диапазоне межосевых расстояний; имеют достаточно высокий КПД равный 0,96...0,97; оказывают меньшую, чем в ременной передаче, нагрузку на вал; одной цепью передают вращение нескольким звездочкам (валам).
К недостаткам цепных передач относятся: некоторая неравномерность хода, шум при работе, необходимость тщательного монтажа и ухода; необходимость регулировки натяжения цепи и своевременной смазки; быстрый износ шарниров цепи; высокая стоимость; вытягивание цепи в период эксплуатации и т. д.
Наибольшее распространение цепные передачи получили в различных станках, велосипедах и мотоциклах, в подъемно-транспортных машинах, лебедках, в буровом оборудовании, в ходовых механизмах экскаваторов и кранов и особенно в сельскохозяйственных машинах. Так, например, в самоходном зерновом комбайне С-4 имеется 18 цепных передач, приводящих в движение целый ряд его рабочих органов. Цепные передачи часто встречаются и на предприятиях текстильной и хлопчатобумажной промышленности.
Детали цепных передач
Звездочки . 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 роликовых и втулочных цепей (рис. 191, I) профилируют по ГОСТ 591-69.
Рис. 191
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 настоящее время применяют звездочки с зубчатым венцом, изготовленным из пластмасс. Эти звездочки характеризуются пониженным износом цепи и малым шумом при работе передачи.
Цепи. Цепи изготовляют на специальных заводах, а их конструкция, размеры, материалы и другие показатели регламентированы стандартами. По своему назначению цепи разделяют на следующие типы:
- грузовые цепи, (рис. 192,I) служащие для подвески, подъема и опускания грузов. Применяются главным образом в грузоподъемных машинах;
- тяговые цепи (рис. 192, II), служащие для перемещения грузов в транспортирующих машинах;
- приводные цепи, служащие для передачи механической энергии от одного вала к другому.
Рис. 192
Рассмотрим несколько подробнее приводные цепи, применяемые в цепных передачах. Различают следующие виды приводных цепей: роликовые, втулочные, зубчатые и крючковые.
Роликовые цепи (рис. 192, III) состоят из чередующихся наружных и внутренних звеньев, которые имеют относительную подвижность. Звенья выполнены из двух пластин, напрессованных на оси (наружные звенья) или на втулки (внутренние звенья). Втулки надеты на оси сопряженных звеньев и образуют шарниры. Чтобы уменьшить износ звездочек при набегании на них цепей, на втулки надевают ролики, которые заменяют трение скольжения трением качения (рис. 191, II и III).
Оси (валики) цепей расклепывают и звенья становятся неразъемными. Соединение концов цепи производят: при четном числе звеньев - соединительным звеном, а при нечетном - переходным.
При больших нагрузках и скоростях с целью уменьшения шага и диаметра звездочек применяют многорядные роликовые цепи.
Роликовые цепи с изогнутыми пластинами (рис. 192, IV) состоят из одинаковых звеньев, подобных переходному звену. Эти цепи применяются тогда, когда передача работает с ударной нагрузкой (реверсирование, толчки). Деформирование пластин способствует гашению ударов, которые возникают при входе цепи в зацепление со звездочкой.
Втулочные цепи (рис. 192, V) по своей конструкции не отличаются от предыдущих, но не имеют роликов, что приводит к усилению износа зубьев. Отсутствие роликов удешевляет цепь и уменьшает ее массу.
Втулочные цепи, так же как и роликовые, могут быть однорядными и многорядными.
Зубчатые (бесшумные) цепи (рис. 192, VI) состоят из набора пластин с зубьями, шарнирно соединенных в определенной последовательности. Эти цепи обеспечивают плавность и бесшумность работы. Их применяют при значительных скоростях. Зубчатые цепи сложнее и дороже роликовых и требуют особого ухода. Рабочими гранями пластин, воспринимающих давление от зубьев звездочки, служат плоскости зубьев, расположенные под углом 60°. Чтобы обеспечить достаточную износостойкость, рабочие поверхности пластин закаливают до твердости Н RC 40...45.
Для того чтобы исключить соскальзывание зубчатых цепей со звездочек при работе, их снабжают направляющими пластинами (боковыми или внутренними).
Крючковые цепи (рис. 192, VII) состоят из одинаковых звеньев специальной формы и не имеют никаких дополнительных деталей. Соединенней разъединение звеньев осуществляются при взаимном наклоне на угол приблизительно 60°.
Втулочно-штыревые цепи (рис. 192, VIII) собирают из звеньев с помощью штырей, изготовляемых из стали СтЗ. Штифты расклепывают, а в соединительных звеньях их фиксируют шплинтами. Эти цепи находят большое применение в сельскохозяйственном машиностроении.
Для обеспечения хорошей работоспособности цепи материалы ее элементов должны быть износостойкими и прочными. Для пластин используют сталь 50 и 40Х и закалкой до твердости HRC35...45, для осей, валиков и втулок - сталь 20Г, 20Х и др. при твердости HRC54...62-, для роликов - сталь 60Г при твердости HRС48...55.
В связи с износом шарниров цепь постепенно вытягивается. Регулирование натяжения цепи обеспечивается перемещением оси одной из звездочек, применением регулирующих звездочек или роликов. Обычно натяжные устройства позволяют компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев, при большей вытяжке цепи для звена ее удаляют.
Долговечность цепи во многом зависит от правильного применения смазки. При скорости цепи (v) равной или менее 4 м/с применяют периодическую смазку, которая осуществляется ручной масленкой через каждые 6...8 ч. При v s 10 м/с применяют смазку масленками-капельницами. Более совершенна смазка окунанием цепи в масляную ванну. При этом погружение цепи в масло не должно превышать ширины пластины. В мощных быстроходных передачах применяют циркуляционную струйную смазку от насоса.
Общие сведения о цепных передачах
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.
Классификация цепных передач
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.
Достоинства цепных передач
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.
Недостатки цепных передач
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.
Область применения цепных передач
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 .
Приводные цепи
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
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:
- однорядные нормальные (ПР) ,
- однорядные длиннозвенные облегченные (ПРД) ,
- однорядные усиленные (ПРУ) ,
- двухрядные (2ПР) ,
- трехрядные (ЗПР) ,
- четырехрядные (4ПР) ,
- с изогнутыми пластинками (ПРИ) .
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
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.
Зубчатые приводные цепи
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
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.
Материал цепей
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.
Геометрические и кинематические параметры цепной 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.
Цепную передачу относят к передачам зацеплением с гибкой связью. Она состоит из ведущей и ведомой звездочек, огибаемых цепью Достоинства цепных передач . 1. По сравнению с зубча- тыми передачами цепные передачи могут передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях (до 5 м).
2. По сравнению с ременными передачами: более компактны, могут передавать большие мощности, требуют значительно меньшей силы предварительного натяжения, обеспечивают постоянство передаточного числа (отсутствуют скольжение и буксование).
3. Могут передавать движение одной цепью нескольким звездочкам. Недостатки. 1. Значительный шум 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.
3. Удлинение цепи из-за износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств.
Применение. Цепные передачи применяют в станках, промышленных роботах, транспортных, сельскохозяйственных и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно. Наибольшее применение получили цепные передачи мощностью до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/с.
32. Классификация цепей
Приводная цепь - главный элемент цепной передачи - состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Помимо приводных бывают тяговые и грузовые цепи, которые здесь не рассматриваются. Основные типы стандартизованных приводных цепей: роликовые, втулочные и зубчатые. Роликовые приводные цепи. Состоят из двух рядов наружных и внутренних пластин (рис. 14. 2). В наружные пла стины запрессованы оси, пропущенные через втулки, запрессованные, в свою очередь, во внутренние пластины. На втулки предварительно свободно надеты закаленные ролики. 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. Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях v ≤ 15 м/с. 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/с. Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными (рис. 14.2) и многорядными (рис. 14.3) с числом рядов 2, 3 и 4. Многорядная цепь с меньшим шагом позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче. Концы осей расклепывают, поэтому звенья цепи неразъемны. Зубчатые приводные цепи состоят из звеньев, составленных из набора пластин и шарнирно соединенных между собой (рис. 14.4). Каждая пластина имеет по два зуба и впадину между ними для размещения зуба звездочки. Число пластин определяет ширина цепи В, которая зависит от передаваемой мощности. Рабочими гранями являются плоскости пластин, расположенные под углом 60°. Этими гранями каждое звено цепи вклинивается между двумя зубьями звездочки, имеющими трапециевидный профиль (см. рис. 14.7). Благодаря этому зубчатые цепи работают более плавно, с малым шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку и допускают более высокие скорости. Однако по сравнению с другими зубчатые цепи тяжелее и дороже. Их применяют при скоростях v ≤ 35 м/с. Для устранения бокового спадания цепи со звездочек применяют направляющие пластины 1 (см. рис. 14. 4), расположенные в середине или по бокам цепи.
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.
Описание цепной передачи
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).
Рис. 1 — Устройство цепной передачи
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.
Характеристики
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.
Достоинства цепных передач
В сравнении с ремёнными передачами они характеризуются следующими достоинствами:
- отсутствие проскальзывания;
- компактность (занимают значительно меньше места по ширине);
- постоянство среднего передаточного отношения;
- отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники;
- передача большой мощности как при высоких, так и при низких скоростях;
- сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах;
- приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.
- возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;
- по сравнению с зубчатыми передачами - возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м);
- сравнительно высокий КПД (> 0,9 ÷ 0,98);
- возможность легкой замены цепи.
Недостатки цепных передач
- удлинение цепи вследствие износа ее шарниров и растяжения пластин;
- сравнительно высокая стоимость цепей;
- невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;
- передачи требуют установки на картерах;
- затруднен подвод смазки к шарнирам цепи, что сокращает срок службы передачи.
- скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения.
- цепь состоит из отдельных звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многограннику, что вызывает шум дополнительные динамические нагрузки;
Классификация цепей
По назначению:
- приводные цепи
- тяговые цепи
- грузовые цепи.
В некоторых механизмах грузоподъёмные цепи, например, цепная таль с ручным приводом, играют роль приводных цепей.
По конструкции различают приводные цепи:
- роликовые,
- втулочные,
- зубчатые,
- фасоннозвенные.
Роликовые приводные цепи
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:
- однорядные нормальные (ПР) ,
- однорядные длиннозвенные облегченные (ПРД) ,
- однорядные усиленные (ПРУ) ,
- двухрядные (2ПР) ,
- трехрядные (ЗПР) ,
- четырехрядные (4ПР) ,
- с изогнутыми пластинками (ПРИ) .
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.) .
Рис. 2 — Однорядные и двухрядные роликовые цепи
Втулочные приводные цепи
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.
Рис. 3 — Однорядные и двухрядные втулочные цепи типа ПВ
Тяговые пластинчатые цепи
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
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.
Рис. 4 — Зубчатая цепь
Фасоннозвенные цепи
Фасоннозвенные цепи различают двух типов:
- крючковые;
- штыревые.
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.
Область применения цепных передач
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 .
Звездочки
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.
Примеры конструкций и элементы цепных передач
- Цепи приводные роликовые по ГОСТ 13568-75 (СТ СЭВ 2640-80)
- Цепи приводные зубчатые по ГОСТ 13552-81
- Цепи тяговые разборные по ГОСТ 589-85 (СТ СЭВ 535-77)
- Конструкции звездочек, натяжные звездочки.
- Ограждение и смазывание цепных передач
- Цепи тяговые пластинчатые по ГОСТ 588-81 (СТ СЭВ 1011-78)
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 |
Методика подбора и проверки цепей с учетом их долговечности
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
. Расчет передачи зубчатой цепью
Критерии работоспособности и виды повреждений цепных передач
Материалы цепей
Потери
на трение. Конструирование передач
Натяжение цепей
Картеры
Смазывание
Конструирование звездочек