Просмотр: эта статья прочитана 14944 раз

Pdf Выберите язык... Русский Украинский Английский

Краткий обзор

Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык

Цепная передача основана на зацеплении цепи и звездочек.

Преимущества и недостатки

Принцип зацепления и высокая прочность стальной цепи позволяют обеспечивать большую нагрузочную способность цепной передачи по сравнению с ременной передачей. Отсутствие скольжения и буксование обеспечивает постоянство передаточного отношения (среднего за оборот) и возможность работы при кратковременных перегрузках.

Принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи, что уменьшает нагрузку на опоры. Цепные передачи могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях, а также передавать мощность от одного ведущего вала нескольким ведомым.

Основной причиной недостатков цепной передачи является то, что цепь, состоит из отдельных жестких звеньев, располагающихся на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. Отсюда возникает износ шарниров цепи, шум и дополнительные динамические нагрузки. Цепные передачи нуждаются в организацию системы смазки.

Область применения:

• при значительных межосевых расстояниях, при скоростях меньше 15-20 м/с, при скоростях до 35 м/с применяют пластинчатые цепи (набор пластин из двумя зубоподобными выступами, принцип внутреннего зацепления);
• при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым;
• когда зубчатые передачи неприменимы и ременные ненадежны.

По сравнению с ременными, цепные передачи более шумные, а в редукторах их применяют на тихоходных степенях.

Основные характеристики цепной передачи

Мощность
Современные цепные передачи могут работать в довольно широком диапазоне: от долей до нескольких тысяч киловатт. Но при больших мощностях возрастает себестоимость передачи, поэтому наиболее распространены цепные передачи до 100 кВт.

Окружная скорость
С ростом скорости и частоты вращения увеличиваются износ, динамические нагрузки и шум.

Передаточное число:
Передаточное число цепной передачи ограничивается до 6, вследствие увеличения габаритов.

ККД передачи
Потери в цепной передаче состоят из потерь на трение в шарнирах цепи, на зубьях звездочек и в опорах валов. При смазывании погружением в смазочную ванну учитываются потери на перемешивание смазочного масла. Среднее значение ККД

Межосевое расстояние и длина цепи
Минимальное значение межосевого расстояния ограничивается минимально допустимым зазором между звездочками (30...50 мм). Для обеспечения долговечности, в зависимости от передаточного числа

Типы приводных цепей

• Роликовая
• Втулочная
• Зубчатые

Все цепи стандартизированы и изготовляются на специальных предприятиях.

Звездочки приводных цепей

Звездочки подобны зубчатым колесам. Делительная окружность проходит через центры шарниров цепи.

Профиль зубьев роликовых и втулочных цепей может быть выпуклый, прямолинейный и вогнутый, в котором только основной нижний участок профиля вогнут, у вершины форма выпуклая, в средней части есть небольшой прямолинейный переходной участок. Вогнутый профиль наиболее распространен.

Качество профиля определяется углом профиля, который для вогнутого и выпуклого профилей изменяется по высоте зуба. С увеличением угла профиля уменьшается износ зубьев и шарниров, однако это приводит к усилению ударов шарниров при входе в зацепление, а также к увеличению натяжения холостой ветви цепи.

Материалы

Цепи и звездочки должны быть стойкими против износа и ударных нагрузок. Большинство цепей и звездочек изготовляют из углеродистых и легированных сталей с дальнейшей термообработкой (улучшение, закалка).

Звездочки, как правило, изготовляют из сталей 45, 40Х и др., пластины цепей - из сталей 45, 50 и т.п., валики и ролики - из сталей 15, 20,20Х и др.

Детали шарниров цементируют для повышения износоустойчивости при сохранении ударной прочности.

В перспективе предполагается изготовление звездочек из пластмасс, которые позволяют уменьшить динамические нагрузки и шум передачи.

Силы в зацеплении

• силы натяжения ведущей и ведомой ветвей,
• окружная сила,
• сила предварительного натяжения,
• центробежная сила.

Кинематика и динамика цепных передач

Движение ведомой звездочки определяется скоростью V 2 , периодические изменения которой сопровождаются непостоянством передаточного отношения и дополнительными динамическими нагрузками. Со скоростью V 1 связаны поперечные колебания ветвей цепи и удары шарниров цепи о зубья звездочки, вызывающие дополнительные динамические нагрузки.

С уменьшением числа зубьев z 1 ухудшаются динамические свойства передачи.

Удары вызывают шум при работе передачи и являются одной из причин выхода из строя цепи. Для ограничения вредного влияния ударов разработаны рекомендации по выбору шага цепи в зависимости от быстроходности передачи. При некоторой частоте вращения может возникнуть явление резонанса колебаний цепи.

В ходе работы возникает износ шарниров цепи за счет увеличения зазоров между валиком и втулкой, в результате цепь вытягивается.

Срок службы цепи по износу зависит от межосевого расстояния, числа зубьев малой звездочки, давления в шарнире, условий смазки, износоустойчивости материала цепи, допустимого относительного износа

С увеличением длины цепи увеличивается срок службы. При меньшем числе зубьев звездочки динамика ухудшается. Увеличение числа зубьев ведет к увеличению габаритов, уменьшается допустимый относительный зазор, который ограничивается возможностью потери зацепления цепи со звездочкой, а также уменьшением прочности цепи.

Таким образом, с увеличением числа зубьев звездочки z уменьшается допустимый относительный износ шарниров, и как следствие, уменьшается срок работы цепи до потери зацепления со звездочкой.

Максимальный срок службы с учетом прочности и способности к зацеплению обеспечивается выбором оптимального числа зубьев звездочки.

Критерии работоспособности цепной передачи

Основной причиной потери работоспособности является износ шарниров цепи. Основной расчетный критерий износоустойчивости шарниров

Срок службы цепи по износу зависит:

• от межосевого расстояния (увеличивается длина цепи и уменьшается число пробегов цепи в единицу времени, т.е. уменьшается число поворотов в каждом шарнире цепи);
• от числа зубьев малой звездочки (с увеличением z1 уменьшается угол поворота в шарнирах).

Методика практического расчета цепной передачи приведена в .

цепная передача, цепь, звездочка, шаг цепи

Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи. Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.

Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.

Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается

Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается

Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы

Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения

Широкое применение цепных передач в самых различных машинах и механизмах обусловлено набором предоставляемых ими характеристик. Главными достоинствами подобного способа передачи энергии выступает универсальность, простота и экономичность.

Под цепной передачей понимается передача вращательного движения, которая осуществляется между расположенными параллельно друг к другу валами при помощи бесконечной цепи, соединяющей размещенные на них звездочки. Как ременная, цепная передача относится к передачам с гибкой связью. Однако, она способна изгибаться исключительно в одной плоскости, поэтому может быть эффективно использована только для расположенных параллельно валов.

Особенности цепной передачи и ее отличия от ременной

Первое серьезное отличие двух самых широко распространенных видов передач – цепной и ременной – было указано выше. Оно заключается в возможности изгиба цепи только в одной плоскости и, как следствие, использование исключительно для валов, расположенных параллельно друг другу.

Другим немаловажным отличием выступает отсутствие в цепной передаче ключевого значения такого важного параметра, как угол обхвата цепью звездочки. В отличие от ременной передачи он не играет настолько серьезной роли в обеспечиваемых при передаче энергии характеристиках.

В качестве существенного фактора, являющегося плюсом цепной передачи, можно назвать отсутствие необходимости предварительно натягивать цепь, так как действие механизма обеспечивается зацеплением звеньев цепи с зубьями звездочек.

Важной особенностью цепной передачи выступает возможность эффективного использования практически для любых межосевых расстояний – как для малых, так и для больших. Она дополняется способностью передачи мощности от одного вала сразу нескольким. Кроме того, цепная передача может быть как понижающей, так и повышающей, что также является характерной отличительной чертой этого способа передачи энергии.

Классификация цепных передач

При классификации цепных передач применяется несколько признаков. Например, по функциональному назначению и способу использования в машиностроении и других отраслях промышленности различают три вида цепей:

грузовые. Основной целью использования этого типа выступает подвеска и перемещение различных грузов. В подобной ситуации механизм, как правило, является частью какого-либо грузоподъемного оборудования или устройства, а скорость перемещения, главным образом, по вертикали составляет не более 0,5 м/с;

тяговые. В этом случае цепь также используется для перемещения грузов, но с более высокой скоростью, достигающей 2-4 м/с. Это объясняется тем, что движение осуществляется в значительной степени по горизонтали с применением таких механизмов, как элеваторы, транспортеры, эскалаторы и т.д.;

приводные. Наиболее распространенный вариант цепей, обычно используемый с малым шагом, что позволяет снизить нагрузки и увеличить срок службы изделия. Целью его использования выступает передача энергии в крайне обширном интервале скоростей, причем показатель передаточного отношения является величиной постоянной.

Именно последний вид цепей применяется в цепных передачах. Более того, слово приводные при их описании часто опускается, а в большей части технической и справочной литературы понятия «приводная цепь» и «цепь в цепной передаче» в значительной степени тождественны.

Другими классифицирующим параметрами цепных передач выступают:

тип цепи – роликовые, зубчатые или втулочные;

число рядов – одно- и многорядные;

количество ведомых валов/звездочек – двух- и многозвенные;

расположение звездочек – горизонтальные, вертикальные или наклонные;

вариант регулировки степени провисания цепи – с натяжной звездочкой или специальным натяжным устройством;

конструкция – открытые и закрытые;

влияние на частоту вращения валов – повышающие и понижающие.

Достоинства цепной передачи

Большая часть преимуществ цепной передачи обычно рассматривается по сравнению с ременной. Это вполне логично, так именно эти два способа передачи вращательной энергии используются наиболее широко. Некоторые достоинства цепной передачи наглядно проявляются по отношению к зубчатой, которая также применяется на практике достаточно часто.

Основными плюсами использования цепной передачи выступают такие:

высокий уровень прочностных характеристик, который допускает намного более серьезные нагрузки. В результате при компактных размерах обеспечивается большая эффективность;

возможность использования в одном механизме сразу нескольких ведомых звездочек;

возможность передачи энергии на крайне серьезные расстояния, доходящие до 8 м;

относительно небольшой (по сравнению с ременной передачей – меньше в 2 раза) уровень радиальной нагрузки на валы;

высокая эффективность. КПД цепной передачи находится на уровне 90%-98%;

серьезная мощность передаваемой энергии, параметры которой достигают нескольких тысяч кВт;

впечатляющие показатели скорости движения цепи и значения передаточного числа, составляющие, соответственно, до 35 м/с и 10;

компактность механизма;

отсутствие такого негативного фактора, характерного для ременной передачи, как скольжение;

простая и удобная замена цепи, которая дополняется отсутствием необходимости серьезного начального натяжения.

Недостатки цепной передачи

Количество очевидных минусов рассматриваемого способа передачи энергии существенно меньше числа достоинств, перечисленных выше. Тем не менее, недостатки присутствуют и к их числу относятся:

достаточно высокая цена изготовления механизма и главной его расходной части – самой цепи;

отсутствие возможности применять передачу при реверсировании без ее полной остановки;

использование цепной передачи предусматривает практически обязательное применение картеров;

далеко не всегда конструкция механизма позволяет обеспечить удобную подачу смазки к шарнирам и звеньям цепи;

при небольшом количестве зубьев наблюдается непостоянство скорости движения цепи, что становится причиной колебания такого важного параметра как передаточное отношение;

высокий уровень шума, сопровождающего эксплуатацию устройства;

серьезные требования к правильному расположению валов;

необходимость в постоянном контроле над работой механизма и его обслуживании, отсутствие которых могут привести к быстрому износу.

Сравнение недостатков и достоинств показывает, что при грамотном использовании цепная передача позволяет добиться высокого КПД при разумном уровне затрат. Главное при этом – грамотно воспользоваться очевидными преимуществами этого механизма, минимизировав его минусы.

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.

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.

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.

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.

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.

Цепные передачи: достоинства и недостатки, классификация. Конструкции приводных цепей

Цепная передача основана на зацеплении цепи и звездочек. Принцип зацепления, а не трения, а также повышенная прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяют передавать цепью при прочих равных условиях большие нагрузки. Отсутствие скольжения обеспечивает постоянство среднего передаточного отношения.

Принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи, в связи с чем уменьшается нагрузка на валы и опоры. Цепные передачи могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях, а также передавать мощность от одного ведущего вала нескольким ведомым.

Основной причиной недостатков цепной передачи является то, что цепь состоит из отдельных жестких звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. С этим связаны непостоянство скорости цепи в пределах одного оборота, износ шарниров цепи, шум и дополнительные динамические нагрузки. Кроме того цепь дороже и сложнее в изготовлении.

Основными типами приводных цепей являются роликовые, втулочные (ГОСТ 13568-75) и зубчатые цепи ГОСТ 13552-81).

Роликовая цепь состоит из двух рядов наружных (1) и внутренних (2) пластин. В наружные пластины запрессованы валики (3), пропущенные через втулки (4). Втулки запрессованы в отверстия внутренних пластин. Втулка на валике и ролик на втулке могут свободно поворачиваться.

Применение втулки позволяет распределить нагрузку по всей длине валика и этим уменьшить износ шарниров. Наряду с однорядными изготовляют двух-, трех- и четырехрядные цепи. Их собирают из тех же элементов, только валик проходит через все ряды.

Втулочные цепи по конструкции аналогичны роликовым, но у них нет ролика (5). Вследствие этого износ цепи и звездочек увеличивается, но снижается масса и стоимость цепи.

Зубчатые цепи состоят из набора пластин с двумя зубообразными выступами. Пластины цепи зацепляются с зубьями звездочки своими торцовыми плоскостями. Угол заклинивания принят 60 .

Конструкция зубчатых цепей позволяет изготавливать их широкими и передавать большие нагрузки. Они работают плавно, с меньшим шумом. Их рекомендуют применять при сравнительно высоких скоростях - до 35 м/с.

Цепные передачи - это передачи зацеплением и гибкой связью, состоящие из ведущей 1 и ведомой 2 звездочек и охватывающей их цепи 3. В состав передачи также часто входят натяжные и смазочные устройства, ограждения. Возможно применение нескольких ведомых звездочек. Цепь состоит из соединенных шарнирно звеньев, за счет чего обеспечивается гибкость цепи. Передачи используют в сельскохозяйственных, подъемно-транспортных, текстильных и полиграфических машинах, мотоциклах, велосипедах, автомобилях, нефтебуровом оборудовании.

> Типы цепей

Цепи по назначению разделяют на три группы:

1. грузовые - используют для закрепления грузов;

2. тяговые - применяют для перемещения грузов в машинах непрерывного транспорта (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.);

3. приводные - используют для передачи движения.

Основные типы цепей: грузовые круглозвенная, пластинчатая шарнирная; тяговая пластинчатая; приводные роликовая однорядная, роликовая двухрядная, роликовая с изогнутыми пластинами, втулочная, зубчатая с внутренними направляющими пластинами, зубчатая с боковыми направляющими пластинами, фасоннозвенная крючковая, фасоннозвенная втулочно-штыревая. Грузовые и тяговые цепи подробно рассматривают в курсе подъемно- транспортных машин, в данном курсе основное внимание уделяется приводным цепям.

Основной геометрической характеристикой цепи является шаг P - расстояние между осями соседних шарниров. Большинство стандартных цепей имеют шаг, кратный 1 дюйму (25,4 мм).

Наиболее широко применяют роликовые цепи, которые образуются из последовательно чередующихся внутренних и наружных звеньев. Внутренние звенья состоят из внутренних пластин 1 и запрессованных в их отверстия гладких втулок 2, на которых свободно вращаются ролики 3. Наружные звенья состоят из наружных пластин 4 и запрессованных в их отверстия валиков 5. Концы валиков после сборки расклепывают. Благодаря натягу в соединениях наружных пластин с валиками и внутренних пластин со втулками и зазору между валиком и втулкой образуется шарнирное соединение. Для повышения сопротивления усталости значения натягов принимают значительно бьльшими, чем предусмотрено стандартными посадками. Пластическое деформирование пластин в зоне отверстий, неизбежное при столь больших натягах, существенно повышает сопротивление усталости пластин (в 1,6…1,7 раза). Многорядные цепи с числом рядов от двух до восьмисобирают из деталей с такими же размерами, что и однорядные, кроме валиков имеющих соответственно большую длину. Нагрузочная способность цепей почти прямо пропорциональна числу рядов, что позволяет в передачах с многорядными цепями уменьшить шаг, радиальные габариты звездочек и динамические нагрузки.

При больших динамических, в частности , частых реверсах применяют роликовые цепи с изогнутыми пластинами В связи с тем, что пластины работают на изгиб, они обладают повышенной податливостью.

При работе цепных передач в условиях, вызывающих возрастание трения в шарнирах (запыленные и химически активные среды) используют открытошарнирные пластинчатые цепи. Будучи открытым, шарнир такой цепи самоочищается от попадающих в него абразивных частиц. Наружные звенья такой цепи не отличаются от аналогичных звеньев роликовой цепи. Внутренние звенья образуются из пластин 2, имеющих отверстия в форме восьмерки, и фасонных валиков 3, заменяющих втулку. Валик 4 свободно проходит через отверстие в пластине 2 и взаимодействует с фасонным валиком 3. Замена тонкостенных втулки и ролика не только удешевляет цепь, но и резко повышает сопротивление усталости деталей цепи. Благодаря этому открытошарнирные цепи оказались значительно долговечнее роликовых при работе в тяжелонагруженных передачах.

Зубчатые цепи к настоящему времени вытеснены более дешевыми и технологичными прецизионными роликовыми цепями, которые не уступают зубчатым по кинематической точности и шумовым характеристикам. Зубчатые цепи используют преимущественно для замены разрушившихся цепей в старом оборудовании. Из-за ограниченности применения зубчатые цепи не рассматриваются.

Соединение концов роликовых, втулочных и открытошарнирных цепей в замкнутый контур осуществляют с помощью соединительных и переходных звеньев. Соединительное звено, используемое при четном числе звеньев цепи, отличается от обычного наружного тем, что одна из его пластин надевается на концы валиков свободно и фиксируется на валиках замками и шплинтами. В случае необходимости использования цепи с нечетным числом звеньев применяют изогнутые переходные звенья, которые являются слабым местом цепи.

В обозначении приводных цепей указывают число рядов цепи (если оно больше одного), тип цепи, ее шаг и разрушающую силу. Пример обозначения в соответствии с ГОСТ 13568-75 - 2ПР-25,4-114000 - двухрядная приводная роликовая цепь с шагом 25,4 мм и разрушающей силой 114000 Н.

Московский Государственный Институт

Электроники и Математики

(Технический Университет)

по курсу «Детали машин

и основы конструирования»

«Цепные передачи»

Москва 1998

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Цепная передача состоит из ведущей и ведомой звездочек и цепи, охваты­вающей звездочки и зацепляющейся за их зубья. Применяют также цепные передачи с несколькими ведомыми звездочками. Кроме перечисленных основ­ных элементов, цепные передачи включают натяжные устройства, смазочные устрой­ства и ограждения.

Цепь состоит из соединенных шарни­рами звеньев, которые обеспечивают по­движность или «гибкость» цепи.

Цепные передачи могут выполняться в широком диапазоне параметров.

Широко используют цепные передачи в сельскохозяйственных и подьемно-транспортных машинах, нефтебуровом оборудовании, мотоциклах, велосипедах, автомобилях.

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

К достоинствам цепных передач отно­сят: 1) возможность применения в зна­чительном диапазоне межосевых рас­стояний; 2) меньшие, чем у ременных передач, габариты; 3) отсутствие сколь­жения; 4) высокий КПД; 5) малые силы, действующие на валы, так как нет необхо­димости в большом начальном натяжении; 6) возможность легкой замены цепи; 7) возможность передачи движения не­скольким звездочкам.

Вместе с тем цепные передачи не лишены недостатков: 1) они работают в условиях отсутствия жидкостного трения в шарни­рах и, следовательно, с неизбежным их износом, существенным при плохом сма­зывании и попадании пыли и грязи; износ шарниров приводит к увеличению шага звеньев и длины цепи, что вызывает не­обходимость применения натяжных уст­ройств; 2) они требуют более высокой точности установки валов, чем клиноременные передачи, и более сложного ухо­да - смазывания, регулировки; 3) пере­дачи требуют установки н картерах; 4) скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не посто­янна, что вызывает колебания переда­точного отношения, хотя эти колебания небольшие (см. § 7).

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 СССР превышает 80 млн. м в год. Ими оснащается ежегодно более 8 млн. машин.

В качестве приводных применяют ро­ликовые, втулочные и зубчатые цепи. 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 СССР 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).

Роликовые цепи - это цепи со звеньями, каждое из которых выполнено из двух пластин, напрессованных на валики (наружные звенья) или на втулки (внутренние звенья). Втулки надеты на валики со­пряженных звеньев и образуют шарниры. Наружные и внутренние звенья в цепи чередуются.

Втулки, в свою очередь, несут ролики, которые входят во впадины между зубьями на звездочках и сцепляются со звездоч­ками. 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.

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.

При больших нагрузках и скоростях во избежание применения цепей с большими шагами, неблагоприятных в отно­шении динамических нагрузок, применяют многорядные цепи. Их составляют из тех же элементов, что и однорядные, только их налики имеют уве­личенную длину. Передаваемые мощности и разрушающие нагрузки многорядных цепей почти пропорциональны числу рядов.

Характеристики роликовых цепей по­вышенной точности ПР приведены в табл. 1. Роликовые цепи нормальной точности ПРЛ стандаргизованы в диа­пазоне шагов 15,875.. .50,8 и рассчитаны на разрушающую нагрузку на 10…30% меньше, чем у цепей попышонной точности.

Длинно з в е н н ы е р о л и к о в ы е 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 ПВ по кон­струкции совпадают с роликовыми, но не имеют роликов, что удешевляет цепь и уменьшает габариты и массу при уве­личенной площади проекции шарнира. 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 (см. рис. 12.2, е). 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.

Зубчатые цепи (табл. 2) - это цепи со звенья­ми из наборов пластин. 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 a, равным 60°). Этими поверхностями каждое звено садится на два зуба звездочки. Зубья звездочек имеют тра­пециевидный профиль.

Пластины в звеньях раздвинуты на толщину одной или двух пластин сопряженных звеньев.

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.

Достоинствами зубчатых цепей по срав­нению с роликовыми являютсются 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.

Тяговые цепи подразделяют г. а три основных типа: пластинчатые но ГОСТ 588-81*; разборные по ГОСТ 589 85; круглозвепные (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.

Мощности, для передачи которых применяют цепные передачи, изменяются в диапазоне от долей до сотен киловатт, в общем машиностроении обычно до 100 кВт. Межосевые расстояния цепных передач достигают 8 м.

Частоты вращения звездо­чек и скорость ограничиваются величиной силы удара, возникающей между зубом звездочки и шарниром цепи, износом и шумом передач. Наи­большие рекомендуемые и предельные частоты вращения звездочек приведены в табл. 3. Скорости движения цепей обычно не превышают 15 м/с, однако в передачах с цепями и звездочками вы­сокого качества при эффективных спо­собах смазывания достигают 35 м/с.

Средняя скорость цепи, м/с,

V=znP/(60*1000)

где z - число зубьев звездочки; п стота ее вращения, мин -1 ; Р-

Передаточное отношение определяют из условия равенства сред­ней скорости цепи на звездочках:

z1n1P=z2n2P

Отсюда передаточное отношение, понимаемое как отношение частот враще­ния ведущей и ведомой звездочек,

U=n1/n2=z2/z1,

где п1 и п2- частоты вращения ведущей и ведомой звездочек, мин -1 ; z1 и z2- числа зубьев ведущей и ведомой звездо­чек.

Передаточное отношение ограничива­ется габаритами передачи, углами обхвата и числами зубьев. Обычно u£7. В отдельных случаях в тихоходных передачах, если позволяет место, u£10.

Числа зубьев звездочек. Минимальные числа зубьев звездочек ограничиваются износом шарниров, динамиче­скими нагрузками, а также шумом пере­дач. Чем меньше число зубьев звездочки, тем больше износ, так как угол поворота звена при набегании цепи на звездочку и сбегании с нее равен 360°/z.

С уменьшением числа зубьев возра­стают неравномерность скорости движения цепи и скорость удара цепи о звездочку. Минимальное число зубьев звездочек роликовых цепей в зависимости от пере­даточного отношения выбирают по эмпи­рической зависимости

Z1min=29-2u ³13

В зависимости от частоты вращения z1min выбирают при высоких частотах вращения z1min=19...23; средних 17...19, а при низких 13... 15. В передачах зуб­чатыми цепями z1min больше на 20...30 %.

По мере износа цепи ее шарниры под­нимаются по профилю зуба звездочки от ножки к вершине, что приводит в конечном счете к нарушению зацепления. При этом предельно допустимое увеличение шага цепи тем меньше, чем больше число зубьев звездочки. Поэтому максимальное число зубьев ограничивают при исполь­зовании роликовых цепей величиной 100...120, а зубчатых 120...140.

Предпочтительно выбирать нечетное число зубьев звездочек (особенно малой), что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует равномерному износу. Еще более благоприятно, с точки зрения износа, выбирать число зубьев малой звездочки из ряда простых чисел.

Расстояние м е ж д у о с я м и звездочек и длина цепи. Мини­мальное межосевое расстояние amin (мм) определяют из условий:

отсутствия интерференции (т. е. пере­сечения) звездочек

amin>0,5(De1+De2)

где De1 и De2- наружные диаметры звездочек;

чтобы угол обхвата цепью малой звездочки был больше 120°, т. е. угол наклона каждой ветви к оси передачи был меньше 30°. А так как sin30°=0,5, то amin> d2-d1 .

Оптимальные межоссвые расстояния

а = (30... 50) Р.

Обычно межосевые расстояния рекомен­дуют ограничивать величиной

Amax=80P

Потребное число звеньев це­пи W определяют по предварительно выбранному межосевому расстоянию а, шагу Р и числам зубьев звездочек z1 и z2:

W=(z1+z2)/2+2a/P+((z2-z1)/2 p) 2 P/a;

полученное значение W округляют до ближайшего целого (желательно четного) числа.

Эта формула выводится по аналогии с формулой для длины ремня и является приближенной. Первые два члена формулы дают потребное число звеньев при z1=z2, когда ветви цепи параллельны, третий член учитывает на­клон ветвей.

Расстояние между осями звездочек по выбранному числу звеньев цепи (без учета провисания цепи) следует из предыдущей формулы.

Цепь должна иметь некоторое прови­сание во избежание повышенной нагрузки от силы тяжести и радиального биения звездочек.

Для этого межосевое расстояние умень­шают на (0,002... 0.004) а.

Шаг цепи принят за основной пара­метр ценной передачи. Цепи с большим шагом имеют большую несущую способность, но допускают значительно меньшие частоты вращения, они работают с боль­шими динамическими нагрузками и шу­мом. Следует выбирать цепь с минимально допустимым для данной нагрузки шагом. Обычно a/80£P£a/25; уменьшить шаг зубчатых цепей при конструировании можно, увеличив ее ширину, а для ролико­вых цепей - применив многорядные цепи. Допустимые шаги по критерию быстроходности передачи следуют из табл. 3.

Цепные передачи выходят из строя по следующим причинам: 1. Износ шар­ниров, приводящий к удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездоч­ками (основной критерий работоспособ­ности для большинства передач).

2. У с т а л о с т н о е разрушение пластин по проушинам основной крите­рий для быстроходных тяжелонагружен-иых роликовых цепей, работающих в за­крытых картерах с хорошим смазыванием.

3. П р о в о р а ч и в а н и е 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.

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. Многократкого 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.

В соответствии с основным критерием работоспособности ценных передач износостоикостью шарниров цени не­сущая способность цепных передач может быть определена согласно условию, но которому давление в шарнирах не должно превышать допустимого в данных условиях эксплуатации.

В расчетах ценных передач, в частности в учете условий эксплуатации, связанных с величиной пути трения, удобно исполь­зовать простейшую степенную зависимость между давлением р и путем трения Pm=С , где С в данных ограниченных условиях может рассматриваться как по­стоянная величина. Показатель т зависит от характера трения; при нормальной эксплуатации передач с хорошей смазкой т около 3 (в условиях скудной смазки т колеблется от 1 до 2).

Допустимая п о л е з н а я с и л а, которую может передавачь цепь с шарни­ром скольжения,

F=[p]oA/Kэ;

здесь [р] о- допустимое давление , МПа, в шарнирах для средних эксплуатацион­ных условий (табл. 12.4); A - проекция опорной поверхности шарнира, мм 2 , равная для роликовых и втулочных ценей dBвн|, ; Kэ - коэффициент эксплуатации.

Коэффициент эксплуатации Кэ, может быть представлен в виде произведения частных коэффициентов:

Кэ=KдKаKнKрегKсмKрежKт.

Коэффициент Kд учитывает динамичность нагрузки; при спокойной нагрузке Kд=1; при нагрузке с толчками 1,2. ..1,5; при сильных ударах 1,8. Коэффициент Kа учитывает длину цепи (межосевое рас­стояние); очевидно, что чем длиннее цепь, тем реже при прочих равных условиях каждое звено входит в зацепление со звездочкой и тем меньше износ в шар­нирах; при а=(30...50)P принимают Kа=1; при а Ка=-1,25, при a=(60... 80) Р Kа=0,9. Коэффициент Kн учитывает наклон передачи к горизонту; чем больше наклон передачи к горизонту, тем меньше допустимый суммарный износ цепи; при наклоне линии центров звездочек под уг­лом к горизонту до 45° Кн= 1; при наклоне под углом y более 45° Kн=0,15Öy. Коэффициент Крег учитывает регулировку передачи; для передач с регулировкой положения оси одной из звездочек Kрег=1; для передач с оттяжными звездоч­ками или нажимными роликами Kрег=1,1; для передач с нерегулируемыми осями звездочек Крег=1,25. Коэффициент Kcм учитывает характер смазывания; при не­прерывном смазывании в масляной панне или от насоса Kсм=0,8, при регулярном капельном или внутришарнирном смазывании Kсм=1, при периодическом смазы­вании 1,5. Коэффициент Kреж. учитывает режим работы передачи; при односменной работе Kреж=1. Коэффициент Kт учитывает температуру окружающей среды, при –25° 1.

При оценке значения коэффициента эксплуатации Кэ необходимо хотя бы ориентировочно учитывать стохастический (случайный) характер ряда влияющих на него параметров.

Если по расчету значение коэффициента Kэ>2...3, то нужно принять конструктив­ные меры по улучшению работы передачи.

Приводные цепи проектируют на основе геометрического подобия, поэтому пло­щадь проекции опорной поверхности шар­нира для каждого размерного ряда цепей можно представить в виде А =сР 2 , где с - коэффициент пропорциональности, с»0,25 для однорядных цепей, кроме цепей, не входящих в закономерный размерный ряд: ПР-8-460; ПР-12,7-400-1 и ПР. 12,7-900-2 (см. табл. 12.1).

Допустимая сила F цепи с mp рядами

F= сР 2 [p]o mp/Kэ,

где тр - коэффициент рядности цепи, учитывающий неравномерность распреде­ления нагрузки по рядам:

zp=1 . . . . 2 3

тp,=1 .... 1,7 2,5

Допустимый момент (Н*м) на малой звездочке

T1=Fd1/2*10 3 =FPz1/2 p10 3

Отсюда шаг цепи

Р=18,5 3 Ö T1Кэ/(cz1mp[p]o).

Ориентировочное значение шага одно­рядной цепи (мм)

P=(12,8…13,5) 3 ÖT1/z1

где коэффициент 12,8 - для цепей ПР, а коэффициент 13,5 - для цепей ПРЛ, Т\- момент, Н*м.

Подбор цепных передач произ­водят в следующем порядке. Сначала оп­ределяют или выбирают число зубьев ма­лой звездочки и проверяют число зубьев большой. Затем задаются шагами цепи с учетом частоты вращения малой звездоч­ки по табл. 12.3 или предварительно определяют шаг по одной из приведенных выше формул, в частности, задавшись ориентировочным значением Kэ.

Затем в порядке проверочного расчета определяют момент на малой звездочке, который может передавать цепь, и сопо­ставляют его с заданным. Обычно эти расчеты делают при нескольких, близких к оптимальным сочетаниям параметров и выбирают оптимальный вариант.

Долговечность цепей наиболее реально оценивать по методу подобия на основе установленного из опыта эксплуа­тации или испытаний ресурса передачи принимаемой за эталонную. Этот ресурс по И. И. Ивашкову умножается на отноше­ние уточненных корректирующих коэффи­циентов для эталонной и рассчитываемой передач.

Корректирующие коэффициенты:

по твердости шарниров при работе со смазкой и загрязнением абразивами: поверхности без термообработки 2, при объемной закалке 1, при цементации 0,65;

по давлению в шарнирах (р/р"о), где при непрерывной смазке х= 1,5...2,5, при периодической смазке без загрязнения абразивами x=1, то же с абразивным загрязнением при объемной закалке х=0,6;

по условию работы при смазывании маслом: без абразивного загрязнения 1, в абразивной среде 10... 100;

по характеру смазывания: периодиче­ское нерегулярное 0,3. регулярное 0,1, в маслянной ванне 0,06 и т. д.

Передачи зубчатыми цепями с шарнирами качения подбирают по фирменным данным или же полуэмпирическим завиcимостям из критерия износостойкости.

При определении коэффициента экс­плуатации Кэ допускается ограничиваться учетом коэффициента угла наклона Kн и при и> 10 м/с коэффициента влияния центробежных сил Кv=1+1,1*10 -3 v 2

Ведущая ветвь цепи в процессе работы испытывает постоянную нагрузку F1, соcтоящую из полезной силы F и натяже­ния ведомой ветви F2:

F1=F+F2

Натяжение ведомой ветви с заведомым запасом обычно принимают

F2=Fq+Fц

где Fq - натяжение от действия силы тяжести; Fц - натяжение от действия центробежных нагрузок на звенья цепи.

Натяжение Fq(Н) определяется при­ближенно, как для абсолютно гибкой не­растяжимой нити:

Fq=ql 2 /(8f)g cos y

где q - масса одного метра цепи, кг; l - расстояние между точками подвеса цепи, м; f - стрела провеса, м; g - уско­рение свободного падения, м/с 2 ; y - угол наклона к горизонту линии, соеди­няющей точки подвеса цепи, который при­ближенно принимают равным углу накло­на передачи.

Принимая l равным межосевому рас­стоянию а и f=0,02а, получаем упрощен­ную зависимость

Fq=60qa cosy³10q

Натяжение цепи от центробежных нагру­зок Fц(Н) для цепных передач определяют по аналогии с ременными передачами, т. е.

Fц=qv 2 ,

где v - скорость движения цепи, м/с.

Центробежная сила, действующая по всему контуру цепи, вызывает дополнительный износ шарниров.

Расчетная нагрузка на валы цепной пе­редачи несколько больше полезной окруж­ной силы вследствие натяжения цепи от массы. Ее принимают RmF. При горизон­тальной передаче принимают Rm = 1,15, при вертикальной Rm=1,05.

Цепные передачи всех типов проверяют на прочность по значениям разрушающей нагрузки Fразр (см. табл. 12.1) и натяже­нию наиболее нагруженной ветви F1max, определяя условную величину коэффициента запаса прочности

K=Fразр/F1max,

Где F1max=F+Fq+Fц+Fд (определение Fд см. § 12.7).

Если значение коэффициента запаса прочности К> 5...6, то полагают, что цепь удовлетворяет условиям статической проч­ности.

При работе цепной передачи движение цепи определяется движением шарнира звена, вошедшего последним в зацепление с ведущей звездочкой. Каждое звено ведет цепь при повороте звездочки на один угловой шаг, а потом уступает место следующему звену. В связи с этим скорость цепи при равномерном вращении звез­дочки не постоянна. Скорость цепи макси­мальна в положении звездочки, при ко­тором радиус звездочки, проведенный че­рез шарнир, перпендикулярен ведущей ветви цепи.

В произвольном угловом положении звездочки, когда ведущий шарнир повер­нут относительно перпендикуляра к веду­щей ветви под углом, продольная скорость цепи (рис. 12.6, а)

V= w1R1 cos a

Где w1 - постоянная угловая скорость ведущей звездочки; R1 - радиус располо­жения шарниров цепи (начальной окруж­ности) ведущей звездочки.

Так как угол a изменяется в пре­делах от 0 до p/z1, то скорость цепи изменяется от Vmax до Vmax cos p/z1

Мгновенная угловая скорость ведомой звездочки

w2=v/(R2 cos b)

где R2 - радиус начальной окружности ведомой звездочки; b - угол поворота шарнира, примыкающего к ведущей ветви цепи (по отношению к перпендикуляру на эту ветвь), изменяющийся в пределах от 0 до p/z2

Отсюда мгновенное передаточное отно­шение

u= w1/ w2=R2/R1 cos b/ cos a

Из этой формулы и рис. 12.6, б можно видеть, что:

1) передаточное отношение не посто­янно;

2) равномерность движения тем выше, чем больше числа зубьев звездочек, так как тогда cos a и cos b ближе к единице; основное значение имеет увеличение числа зубьев малой звездочки;

3) равномерность движения можно за­метно повысить, если сделать так, чтобы в ведущей ветви укладывалось целое число звеньев; при соблюдении этого условия равномерность тем выше, чем ближе одно к другому числа зубьев звездочек; при z1=z2 u=const.

Переменность передаточного отношения можно иллюстрировать коэффициентом не­равномерности вращения ведомой звез­дочки при равномерном вращении ведущей звездочки.

Например, для передачи с z1=18 и z2 =36 e изменяется в пределах 1,1...2,1 %. Меньшее значение соответствует передаче, у которой в ведущей ветви укладывается целое число W1 звеньев, а большее - передаче, у которой и W1+0,5 звеньев.

Динамические нагрузки цепных передач вызываются:

а) переменным передаточным отноше­нием, приводящим к ускорениям масс, соединяемых цепными передачами;

б) ударами звеньев цепи о зубья звездочек при входе в зацепление новых звеньев.

Сила удара при входе звеньев н зацепление оценивается из равенстве кинетической энергии удара набегающего звена цепи энергии деформации системы.

Приведенную массу рабочего участка цепи оценивают равной массе 1,7…2 звеньев. Обильное смазывание может сущест­венно снижать силу удара.

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 оку-нанием на предельной для этого вида смазки скорости v=10…15 м/с.

Средние значения КПД при передаче полной расчетной.мощности достаточно точно изготовленных и хорошо смазывае­мых передач составляют 0,96...0,98.

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 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.

Натяжение цепей. Цепные переда­чи в связи с неизбежным удлинением цепи в результате износа и контактных обмятий в шарнирах, 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.

Для передач с углом наклона до 45° к горизонту стрелу провисания f выбирают приближенно равной 0,02а. Для передач, близких к вертикальным, f=(0,01... 0,015)а.

Натяжение цепи регулируют:

а) перемещением оси одной из звез­дочек;

б) регулирующими звездочками или ро­ликами.

Желательна возможность компенсиро­вать удлинение цепи в пределах двух звеньев, после чего два звена цепи уда­ляют.

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 ро лики 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.

Картеры. Для обеспечения возможности непрерывного обильного смазывания цепи, защиты от загрязнений, бесшумности работы и для обеспечения безопасности эксплуатации цепные передачи заключают в картеры (рис. 12.7).

Внутренние размеры картера должны обеспечивать возможность провисания це­пи, а также возможность удобного обслу­живания передачи. Для наблюдения за состоянием цепи и уровнем масла картер снабжают окном и указателем уровня масла.

§ 9. ЗВЕЗДОЧКИ

Профилирование звездочек роли­ковых цепей в основном производят по ГОСТ 591-69, предусматривающему износоустойчивые профили без смещения (рис. 12.8, а) для кинематических точных передач и со смещением для остальных передач (рис. 12.8, б) Профиль со сме­щением отличается тем, что впадинаочерчена из двух центров, смещенных на величину е=0,03P

Шарниры звеньев цепи, находящиеся в зацеплении со звездочкой, располагают на делительной окружности звездочки.

Диаметр делительной окружности из рассмотрения треугольника с вершинами в центре звездочки и в центрах двух смеж­ных шарниров

Dд=P/(sin (180 0 /z))

Диаметр окружности выступов

De=P(0,5+ctg (180 0 /z))

Профили зуба состоят из: а) впадины, очерчиваемой радиусом r=0,5025d1+0,05 мм, т. е. немного большим половины диаметра ролика d1; б) дуги, очерчивае­мой радиусом r1=0,8d1+r ; в) прямо­линейного переходного участка; г) го­ловки, очерчиваемой радиусом r2. Радиус r2 выбирают таким, чтобы ролик цепи не катился по всему профилю зуба, а плавно входил в соприкосновение с зубом звез­дочки в рабочем положении на дне впадины или немного выше. Профиль звездочки обеспечивает зацепление с цепью, имеющей до определенной степени увеличенный шаг вследствие износа. При этом ролики цепи контактируют с участ­ками профиля зубьев, более удаленными от центра звездочек.

В уточнении ГОСТ 591-б9* коэффи­циент высоты зуба изменяется от 0,48 при отношении шага к диаметру ролика цепи Р/d1=1,4...1,5 до 0,565 при Р/d1 = 1,8... 2,0.

Ширина (мм) зубчатого венца звездочки для однорядной, двух- и трехрядной b1»0,95Bвн-0,15, где Ввн - расстояние между внутренними пластинами.

Радиус Rз зуба в продольном сечении (для плавного набегания цепи) и координату h центра кривизны от окружности вершин зубьев принимают Rз=1,7d1 и h=0,8d1.

При скорости цепи до 5 м/с допустимо по ГОСТ 592-81 применять упрощенный профиль звездочек, состоящий из впадины, очерченной по дуге, прямолинейного ра­бочего участка и закругления по дуге у вершин. Профиль позволяет сократитькомплект инструмента для нарезания звездочек.

Профилирование звездочек передач с зубчатыми цепями по ГОСТ 13576-81 (рис. 12.9) значительно проще, так как рабочие профили зубьев прямолинейны.

В передаче полезной нагрузки участвуют 3...7 зубьев (в зависимости от общего числа зубьев звездочки), затем следует переходный участок с ненагруженными зубьями и, наконец, 2...4 зуба, работающих тыльной стороной.

Диаметр делительной окружности звез­дочек определяется по той же зависи­мости, что и для роликовых цепей.

Диаметр окружности выступов

De=P ctg (180 0 /z)

Высота зуба h2=h1+е, где h1 - расстояние от линии центров пластины до ее основания; е - радиаль­ный зазор, равный 0,1 Р.

Угол вклинивания цепи a=60°. Двойной угол впадины зуба 2b=a-j, угол за­острения зуба g=30°-j, где j=360°/z.

Звенья неизношенной зубчатой цепи входят в зацепление с зубьями звездочки рабочими гранями обоих зубьев. В резуль­тате вытяжки от износа в шарнирах цепь располагается на большем радиусе, и звенья цепи контактируют с зубьями звездочки только по одной рабочей грани.

Ширина зубчатого венца звездочек с внутренним направлением В=b+2s, где s-толщина пластины цепи.

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.

Основные материалы для изготовления звездочек: среднеуглеродистые или леги­рованные стали 45, 40Х, 50Г2, 35ХГСА, 40ХН с поверхностной или общей закалкой до твердости 45...55 НКСэ или цементуемые стали 15, 20Х, 12ХНЗА с цемента­цией на 1...1,5 мм и закалкой до НКСэ 55...60. При необходимости бесшумной и плавной работы передач мощностью Р £5 кВт и v£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.

Звездочки по конструктив­ному оформлению аналогичны зубчатым колесам. 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 раз­боркай делают разъемными по диаметральной плоскости. Плоскость разъема проходит через впадины зубьев, для чего числи зубьев звездочки приходится вы­бирать чётным.

§ 10. СМАЗЫВАНИЕ

Для ответственных силовых передач следует по возможности применять непре­рывное картерноё 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.

В зависимости от нагрузки для смазы­вания цепных передач применяют масла индустриальные И-Г-А-46...И-Г-А-68, а при малых нагрузках Н-Г-А-32.

За рубежом начали выпускать для ра­боты при легких режимах цепи, не требующие смазывания, трущиеся поверх­ности которых покрыты самосмазывающимися антифрикционными материалами.

В настоящее время на современных мотоциклах применяют цепи имеющие защитные сальники-колпачки на каждом звене. Такие мотоциклы ездят с открытыми цепями, которые совершенно не боятся ни воды, ни грязи. Условно, по форме уплотнительных колечек, они получили название “О-ринг”. Такая конструкция цепи, обладающая сплошными достоинствами, имеет лишь один недостаток: по сравнению с обычными цепями, она имеет повышенное трение, ухудшающее КПД передачи в “суставах” с сальниками. Поэтому “О-ринг” не применется в мотоциклах для кросса и шоссейно-кольцевых гонок (в них чрезвычайно важна динамика, а ресурс цепи не имеет значения из-за непродолжительности заездов), а также на малокубатурной технике.

Однако имеются так же цепи, названные создателями “X-ринг”. В них уплотнительные кольца сделаны уже не в форме обучного бублика, а имеют в поперечном сечении форму, напоминающую букву “X”. Благодаря такому новшеству потери от трения в шарнирах цепи удалось снизить на 75% по сравнению с “О-ринг”.

ЛИТЕРАТУРА

1. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

2. МОТО № 7/98, Ублажайте хорошие цепи, с84…85. Ó “За рулем”, 1998.

Заказ работы

Наши специалисты помогут написать работу с обязательной проверкой на уникальность в системе «Антиплагиат»
Отправь заявку с требованиями прямо сейчас, чтобы узнать стоимость и возможность написания.

Механическая передача – механизм, превращающий кинематические и энергетические параметры двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов.

Типы механических передач :

• зубчатые (цилиндрические, конические);
• винтовые (винтовые, червячные, гипоидные);
• с гибкими элементами (ременные, цепные);
• фрикционные (за счёт трения, применяются при плохих условиях работы).

В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:

• редукторы (понижающие передачи) – от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;
• мультипликаторы (повышающие передачи) – от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.

Зубчатая передача – это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев.

Зубчатые передачи предназначены для:

• передачи вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся или скрещивающиеся оси;
• преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (передача “рейка-шестерня”).

Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй , второе колесо с большим числом зубьев называется колесом .

Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов :

• с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениями);
• с пересекающимися осями (конические);
• с перекрестными осями (рейка-шестерня).

Цилиндрические зубчатые передачи () бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колёса. С увеличением угла повышается прочность косозубых передач (за счёт наклона увеличивается площадь контакта зубьев, уменьшаются габариты передачи). Однако в косозубых передачах появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и создающая дополнительную нагрузку на опоры. Для уменьшения этой силы угол наклона ограничивают 8-20°. Этот недостаток исключён в шевронной передаче.

Рисунок 1 – Основные виды цилиндрических зубчатых передач

Рисунок 6 – Фрикционные передачи

Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

Фрикционные передачи делятся :

• по расположению валов:
  • с параллельными валами;
  • с пересекающимися валами;
• по характеру контакта:
  • с внешним контактом;
  • с внутренним контактом;
• по возможности варьирования передаточного отношения:
  • нерегулируемые;
  • регулируемые (фрикционный вариатор);
• при наличии промежуточных тел в передаче по форме контактирующих тел:
  • цилиндрические;
  • конические;
  • сферические;
  • плоские.

Перечень ссылок

1. Лекция 16. Механические передачи // Информационно-образовательный портал “Ореанда”. – http://bcoreanda.com/ShowObject.aspx?ID=252 .
2. Зубчатая передача // Википедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Зубчатая_передача .
3. Фрикционная передача // Википедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Фрикционная_передача .

Вопросы для контроля

1. Что называют механической передачей, их основные разновидности?
2. Что представляют собой зубчатые передачи: описание, назначение, классификация, достоинства и недостатки?
3. Каков принцип работы червячных зубчатых передач, их основные достоинства и недостатки?
4. Что представляют собой передачи с гибкими звеньями: описание, назначение, классификация?
5. Какие основные достоинства и недостатки ременных передач в сравнении с цепными?
6. Что представляют собой фрикционные передачи: описание, назначение, классификация?