Сталь для звездочек цепной передачи

Обновлено: 20.05.2024

Материал цепей и звездочек должен быть износостойким и выдерживать циклические и ударные нагрузки. Звездочки изготавливают из сталей 50,40 Х и других марок с последующей закалкой. Пластины цепей изготавливают из сталей50,40 Х и других с последующей закалкой до твердости 40 . . 50 НRC. Оси, втулки и ролики изготавливают из цементируемых сталей20,15 Х и других с закалкой до твердости 56. . . 65 HRC. В быстроходных передачах для снижения шума и изнашивания цепи зубчатый венец звездочек изготавливается из армированных пластмасс.

Силы в цепной передачи.

1 Окружная сила, передаваемая цепью: F_t = 2∙T∙10 3 /d, Н

где d, мм - делительный диаметр звездочки; Т, Н∙м - крутящий момент.

2 Предварительное натяжение цепи: F_o = K·q·a·g, Н

где где К- коэффициент провисания (для горизонтальных передач-К=6, для наклоненных к горизонту до 45° – К = 3, для вертикальных К = 1; q - масса 1 м цепи, кг/м; a, м - межосевое расстояние;

g = 9,81, м/с 2 –ускорение свободного падения.

3 Натяжение цепи от центробежной силы: F_v =q∙v²,Н

Сила F_v нагружает звенья цепи по всему ее контуру, но звездочками не воспринимается.

4 Натяжение ведущей ветви цепи работающей передачи: F₁ = F_t + F_o + F_v, Н

Вследствие того, что шарнир сбегающего звена цепи упирается в зуб, сила F2не передается на звенья, расположенные на звездочке.

6 Нагрузка на валы звездочек:F_n = K_b·F_t +2∙F_o, Н

где K_b — коэффициент нагрузки вала:

Наклон линии центров, θ	0. 45°	45. 90°
при спокойной нагрузке	1,15	1,05
при ударной нагрузке	1,25	1,15

Направление силы F_n принимают по линии центров звездочек.

Критерии работоспособности цепных передач.

Цепные передачи выходят из строя по следующим причинам:

1. Износ шарниров, приводящий к удлинению цепи, увеличению шага цепи и, как следствие, к нарушению ее зацепления с зубьями звездочек.

2. Усталостное разрушение пластинпо проушинам, характерное для закрытых быстроходных тяжелонагруженных передач, работающих при хорошем смазывании, когда износ шарниров не является определяющим.

3. Проворачивание валиков и втулокв пластинах в местах запрессовки, связанное с низким качеством изготовления.

4. Усталостное выкрашивание и разрушениероликов.

5. Недопустимое провисаниеведомой ветви цепи, характерное для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием при отсутствии натяжных устройств.

6 Износ зубьевзвездочек.

Ресурс цепных передач в стационарных машинах должен составлять 10…15 тыс. ч., он чаще всего ограничивается долговечностью цепи.

Расчет роликовой цепи

Нагрузочная способность цепи определяется из условия: среднее расчетное давление в шарнире звена цепир при работе передачи не должно превышать допускаемого[р]:

где F_t, Н -окружная сила, передаваемая цепью;

А, м 2 - площадь проекции опорной поверхности шарнира (для роликовых и втулочных цепей: А = d₀∙B; здесь d₀ , м - диаметр оси, а В, м - длина втулки );

Кэ — коэффициент эксплуатации.

где К_Д — коэффициент динамичности нагрузки: при равномерной нагрузке К_Д = 1 (ленточные, цепные конвейеры), при толчках К_Д =1,2. 1,5 (металлорежущие станки, компрессоры);

К_С - коэффициент способа смазывания: при непрерывном смазывании К_С = 0,8, при регулярном капельном - К_С = 1, при периодическом - К_С = 1,5;

K_Θ - коэффициент наклона передачи к горизонту: при Θ ≤ 45° , К_Θ = 1; при Θ > 45°, K_Θ =0,15∙Θ.

К_рег — коэффициент способа регулирования натяжения цепи: при регулировании положения оси одной из звездочек - К_рег = 1; при регулировании оттяжными звездочками или нажимными роликами - К_рег = 1,1; для нерегулируемой передачи - К_рег =1,25;

К_р — коэффициент режима работы: при односменной работе К_р = 1; при двухсменной К_р = 1,25; при трехсменной К_р = 1,45 .

Величина [р] приведена в справочниках и установлена для типовых передач.

Для определения значенияА производят предварительный проектировочный расчет при котором ориентировочно определяют значение шага цепи - t, мм.

Где: T₁ – вращающий момент на малой звездочке, Н∙м; z₁- число зубьев на малой звездочке; v - коэффициент числа рядов, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по рядам цепи (для однорядной цепи v = 1, двухрядной v = 1,7; трехрядной - v = 2,5); [р], Н/мм 2 - допускаемое давление в шарнирах цепи.

Звездочки для приводных цепей

Для передачи усилия или вращения довольно часто применяется цепь. При ее изготовлении используется металл, за счет чего обеспечивается высокая прочность и длительный эксплуатационный срок. Конструктивные особенности цепи определяют то, что для передачи вращения требуется звездочка. Она характеризуется определенными геометрическими особенностями, также изготавливается при применении металла с высокой износостойкостью. Процесс производства звездочек для приводных цепей и их конструкция характеризуются определенными особенностями, о которых далее поговорим подробнее.

Звездочки для цепей

Звездочки для приводных цепей представлены профилированными колесами, которые на поверхности имеют зубья. Эти элементы изделия предназначены для зацепления с приводной цепью на момент ее эксплуатации. Особенности заключаются в нижеприведенных моментах:

1. Изделие отличается от стандартных зубчатых колес и шкивов. При этом отличия заметны визуально.
2. Форма зуба характеризуется тем, что она не предназначена для непосредственного зацепления и контакта на момент эксплуатации.
3. При изготовлении звездочек применяется металл, характеризующийся повышенной устойчивостью к износу.
4. Основной характеристикой можно назвать количество зубьев. При этом производятся однорядные и многорядные варианты исполнения.

Подобное изделие сегодня получило широкое распространение, применяется в качестве основного элемента при создании различных механизмов.

Звездочки приводные для роликовых цепей

Приводные звездочки предназначены для непосредственной передачи усилия. Изделие применяется при создании различных механизмов, которые могут иметь самое различное предназначение. Требования, которые предъявляются звездочке цепной передачи, следующие:

1. Точность геометрической формы. Рассматриваемый элемент при работе находится в связке с приводной цепью. Если точность геометрической формы будет низкая, то устройство не будет работать плавно, через некоторое время может начаться быстрый износ приводной цепи.
2. Имеет значение и точность размеров. При производстве учитывается требуемая точность, так как это также снижает эксплуатационные характеристики устройства.
3. Применяемые материалы должны характеризоваться высокой устойчивостью к износу. Именно поэтому после изготовления изделия проводится закалка или цементация, за счет которой достигаются требуемые эксплуатационные характеристики.
4. Уделяется внимание и посадочному отверстию под вал. Оно должно иметь отверстие под шпонку, которая исключает вероятность прокручивания фиксирующего элемента.

К особенностям эксплуатации можно отнести то, что на момент работы зубья звездочки находятся в непосредственном контакте с роликами.

За счет этого существенно снижается степень износа поверхности и продлевается эксплуатационный срок. Приводы цепи могут быть самыми различными, часто вращение предается от электрического двигателя или ручного привода.

Особенности конструкции и основные виды

Сегодня звездочка цепной передачи может иметь самую различную геометрическую форму. Ключевыми моментами можно назвать следующее:

1. Конструкция и размеры во многом зависят от передаточного отношения.
2. Параметры выбранной цепи оказывают влияние на количество зубьев и их форму. Именно поэтом уделяется внимание всем параметрам создаваемого механизма.
3. Основные характеристики указываются в ГОСТ 13576-81. Этот стандарт применяется при изготовлении рассматриваемый деталей.
4. Звездочки со ступицей для приводных цепей также характеризуются тем, что имеют специальную ступень.
5. Для установки рассматриваемого изделия зачастую применяется вал. Именно поэтому создается определенное отверстие со шпоночной выемкой.
6. Основная рабочая поверхность представлена зубьями с определенной формой. Именно они находятся в непосредственном зацеплении с отверстиями, которые образуются роликами.

Особое внимание уделяется тому, какая форма у зуба. ГОСТ 591-69 определяет то, что форма рабочей поверхности образуется двумя дугами соответствующих окружностей. Также встречаются варианты исполнения, которые имеют прямолинейный профиль. Форма поперечного сечения зависит от количества рядов зубьев.

Для повышения надежности приводного элемента проводится создание нескольких рядов зубьев. За счет этого нагрузка распределяется равномерно и есть возможность передавать больше усилие от ведущего элемента к ведомому.

Параметры выбора звездочек

Приведенная выше информация определяет то, что звездочка цепной передачи характеризуется довольно большим количеством различных свойств, которые должны учитываться при выборе наиболее подходящего варианта исполнения. Рекомендациями по выбору назовем следующее:

1. Наружный диаметр. Этот параметр определяет то, какой длины устанавливается приводная цепь и какое усилие может передаваться. Показатель наружного диаметра варьирует в достаточно большом диапазоне. Кроме этого, слишком большой диаметр не позволяет проводить установку в конкретном случае. При различных диаметрах звездочки проводится понижение или повышение количества передаваемых оборотов.
2. Оптимальное передаточное отношение. Довольно большое распространение получило понятие передаточного отношения звездочки. Это значение определяет то, сколько зубьев ведущего элемента приходится на зубья ведомого. Для определения подобного показателя применяются специальные формулы.
3. Диаметр внутреннего посадочного отверстия также имеет значение. Этот показатель во многом зависит от наружного диаметра, также варьирует в достаточно большом диапазоне. При выборе рекомендуется уделять внимание и размерам шпоночной выемки.
4. Тип применяемого материала при изготовлении изделия может оказывать влияние на эксплуатационные характеристики. В большинстве случаев применяется углеродистая сталь, которая обладает достаточной прочностью и износоустойчивостью. В последнее время большое распространение получили изделия из легированных сплавов, так как они более устойчивы к воздействию повышенной влажности. В большинстве случаев проводится термическая обработка для существенного повышения эксплуатационных характеристик.
5. Форма зуба в большинстве случаев стандартная. По этому признаку выбирается изделие крайне редко.

В продаже встречается просто огромное количество различных вариантов исполнения звездочек для приводных цепей. При выборе проводится визуальный осмотр, в ходе которого выявляют:

1. Отсутствие дефектов. Есть вероятность того, что при производстве были допущены ошибки, которые становятся причиной появления трещин, выемок и других дефектов. Они могут негативно отразиться на прочности и других эксплуатационных характеристиках.
2. Точность геометрической формы. Этот момент проверить достаточно сложно, так как даже отклонение в несколько миллиметров может стать причиной возникновения биения и других проблем. Визуально подобный дефект практически не выявить.
3. Неравномерность оттенка металла указывает на то, что термическая или другая обработка была проведена с нарушениями. Именно поэтому рекомендуется отдавать предпочтение вариантам исполнения с однородным цветом.

В целом можно сказать, что заусенцы и другие дефекты указывают на низкое качество детали. Именно поэтому следует уделять внимание другим приводным звездочкам, которые на вид выглядят идеально. Основные параметры звездочек во многом определяют эксплуатационные характеристики механизма.

Преимущества универсальной конструкции звездочек

Универсальные варианты исполнения рассматриваемого изделия получили весьма широкое распространение. Особенности конструкции звездочек характеризуются следующими достоинствами:

1. Универсальность в применении. Существует довольно большое количество различных механизмов с цепью, которые работают за счет цепного привода. При этом не имеет значение то, для какой цели проводится передача усилия.
2. Длительный эксплуатационный срок. Применение стали определяет то, что зубья выдерживается длительную эксплуатацию для повышения основных эксплуатационных характеристик проводится закалка и отпуск, а также внесение различных веществ для изменения прочности.
3. Высокая устойчивость к воздействию окружающей среды. Как правило, при изготовлении звездочки используется сталь, которая в составе имеет легирующие элементы. К примеру, повышенная концентрация хрома становится причиной коррозионной стойкости.
4. Надежность в эксплуатации. Звездочка с правильными параметрами обеспечивает надежную передачу усилия или вращения.

Универсальные приводные элементы для приводных цепей можно встретить в продаже в специализированных магазинах.

Существенным недостатком, которым обладает звездочка цепной передачи, заключается в низкой коррозионной устойчивости.

Именно поэтому часто механизм смазывается моторным маслом или другим подобным веществом, которые способны повысить степень защиты поверхности от воздействия окружающей среды и снижения степени износа.

Изготовление звездочек на заказ: требования и условия

Довольно широкий ассортимент определяет то, что есть возможность выбрать подходящее изделие для конкретного механизма. Если требуется звездочка цепной передачи с нестандартными параметрами, то приходится заказывать изделие в фирмах, которые предоставляют соответствующие услуги.

К особенностям отнесем следующее:

1. Самостоятельно изготовить подобную деталь не получится, так как для этого требуется специальное оборудование.
2. При заказе услуг нужно указать основные параметры, по которым будет проводится производство. Примером можно назвать число зубьев, наружный диаметр, диаметр посадочного отверстия, твердость поверхности зуба и другие моменты.
3. Производство предусматривает применение специального оборудования, как правило, фрезеровальных станков. Именно поэтому стоимость приводного элемента, который производится под заказ, существенно повышается.
4. В зависимости от типа применяемого оборудования зависит точность изготовления и качество получаемой поверхности.

Самостоятельно провести изготовление звездочек можно только при наличии специального фрезеровального оборудования. В домашних условиях оно встречается крайне редко. Стоимость изделия, получаемого на заказ, зависит от точности, типа применяемого материала, размеров изделия и некоторых других параметров.

В заключение отметим, что качественные приводные звездочки могут прослужить в течение длительного периода. Именно поэтому не рекомендуется экономить на приобретении этого элемента различных механизмов.

Цепная передача

Идея цепной передачи была впервые предложена гениальным изобретателем и художником Леонардо да Винчи в XVI веке. Но несовершенство тогдашних технологий позволило начать внедрение такого привода лишь в начале XIX века. Сегодня применяется большое число разнообразных цепных приводов. Они используются в транспорте, сельскохозяйственных и дорожных машинах, в различных технологических установках и в системах управления. Для расчетов параметров таких передач в помощь конструкторам выведены приближенные формулы и созданы справочные таблицы.

Устройство и принцип работы

Устройство цепной передачи очень похоже на конструкцию зубчатого привода. Но зубья ведущей и ведомой шестеренок не входят в непосредственное зацепление, а крутящий момент передается с одной на другую с помощью закольцованной непрерывной цепи, чьи отверстия надеваются поочередно на зубья вращающихся колес.

Цепная передача способна передавать вращение на параллельный ведущему вал, отстоящий от него до 7 метров. Она обладает рядом достоинств и недостатков по сравнению со своим прообразом.

Общие сведения о цепных передачах

Среди разнообразных приводов цепной считают относящимся к передачам с гибкой связью. Зацепление в ней осуществляется с помощью натяжения сочлененных звеньев бесконечной цепи. Она же передает и мощность от ведущего вала к ведомому. Из общих сведений о цепных передачах следует упомянуть следующее:

• КПД цепной передачи доходит до 90-98 %; цепной передачи достигает 1:6;
• мощность на валу ограничена 120 кВт.

Передаточное отношение для цепной передачи рассчитывается по тем же формулам, что и для зубчатой. Изготавливаются цепные приводы из высокопрочных сортов стали, шестерни иногда делают текстолитовые или из полиамидных пластиков.

Классификация

Основная классификация цепных передач проводится по признаку использованной цепи. Выделяют:

• Роликовые. Контакт звена и шестерни осуществляется посредством ролика, одновременно скрепляющего звенья.
• Втулочные. Контакт идет посредством втулки, вращающейся вокруг ролика. Такое решение повышает ресурс цепного привода, но одновременно растут его вес и себестоимость.
• Зубчатые. Набираются из шарнирно сочлененных пластин, на внутренней стороне которых имеются профилированные впадины под зубья.

Кроме того, по числу насаженных на вал зубчатых колес и, соответственно, числу параллельных рядов в одном звене, различают такие виды, как:

• однорядные;
• двухрядные;
• многорядные.

Увеличение числа шестерен используется для повышения мощности либо для уменьшения габаритов изделия.

Достоинства

Относительно зубчатой можно сформулировать следующие достоинства цепной передачи:

• способность передавать крутящий момент да расстояние до 7 метров;
• частично гасить усилия, вызываемые изменением режима вращения.

По сравнению ременными передачами выделяют такие достоинства цепных, как:

• компактность;
• больший передаваемый момент при равных габаритах;
• стабильность передаточного числа, отсутствие пробуксовок.

Общим преимуществом цепных приводов считается их отказоустойчивость при частых разгонах и остановках.

Недостатки

К недостаткам цепных передач относятся следующие:

• высокая шумность, обуславливаемая постоянными соударениями деталей привода;
• скорый износ шарнирных сочленений, потребность в постоянной смазке и закрытом картере;
• растяжение по мере износа шарнирных сочленений;
• менее плавная передача вращения, чем у зубчатых приводов.

Для определенных сфер применения достоинства данного типа привода существенно перевешивают его недостатки

Сфера использования

Область применения цепных передач очень широка. Они традиционно используются в таких отраслях, как:

• транспорт;
• технологические установки;
• станочное оборудование;
• горная и дорожная техника;
• сельхозмашины.

Применение такого привода целесообразно при скоростях менее 15 метров в секунду, что ограничивает использование его в высокоскоростных приводах.

Приводные цепи

Приводы с зубчатой цепью используются в относительно медленных передачах. Для быстроходных механизмов используются роликовые и втулочные подвиды.

Цепной передачей служит и механизм подъема судовых якорных цепей, и подъемное оборудование — блок или полиспаст.

В этих механизмах цепь не имеет фиксированной длины, она изменяется по мере подъема (или горизонтального перемещения) груза. я

Роликовые приводные цепи

Роликовый подвид состоит из пары параллельных рядов боковых пластин, и осей, опрессованных в отверстиях наружных пластин. Оси проходят через втулки, которые, в свою очередь опрессованы в отверстиях внутренних пластин. На втулки надевают скользящие по ним ролики, а торцы осей расклепаны с формирование упоров, не дающим пластинам уходить вбок.

Ось поворачивается внутри втулки, создавая таким образом шарнирное сочленение. Ролик в момент зацепления катится по зубцу шестеренки, вращаясь на оси. Это выравнивает нагрузку от зубца и снижает износ элементов привода. Такие конструкции позволяют развивать скорость до 20 м/с

Втулочные приводные цепи

Втулочные конструкции лишены роликов, и по зубцу перекатывается сама втулка. Такое решение позволяет существенно снизить сложность, себестоимость и массу изделия, ни неминуемо повышает скорость его износа. Такие конструкции применяют для сравнительно тихоходных приводов (до 1 м/с), предающих ограниченную мощность.

Если же мощность требуется нарастить, на помощь конструкторам приходят многорядные цепи. параллельно расположенные звездочки меньшего размера дают возможность выбрать меньший шаг, понизить динамические усилия при разгоне и торможении валов. Скорость может достигать 10 м/с.

Мощность передачи при неизменном диаметре колес возрастает пропорционально их числу.

Сращивание концов при четном числе звеньев проводится звеном обычной формы. Если же число нечетное, то для сращивания приходится использовать особые переходные пластины, дважды изогнутые в плоскости вращения. Прочность этого звена получается значительно ниже, чем стандартного, поэтому конструкторы стараются избегать таких решений.

Зубчатые приводные цепи

Такие цепи в каждом своем звене имеют ряд пластин в выточенными (или отштампованными) на них парой зубьев, совпадающими по модулю с зубцами звездочек. Между зубцами на пластине выполнена впадина, соответствующая по форме зубцу. Пластины входят в зацепление с зубцами и передают энергию вращения. Звенья оснащают шарнирами трения качения — вращающимися вокруг осей втулками. Кроме того, в проемах пластин закрепляются парные криволинейные призмы. Одна из ник закреплена на пластинах первого звена, вторая- на следующем. В ходе вращения призмы проворачивают друг друга, смягчая ударные нагрузки и осуществляя мягкий и плавный ввод в зацепление с зубьями звездочки и столь же плавный выход из этого зацепления. Такое решение позволяет снизить уровень воздушного шума, повысить скорость вращения.

Используют и конструкции с шарнирами скольжения. Они изнашиваются приблизительно вдвое быстрее, чем их аналоги, но обходятся заметно дешевле. В прорезях пластин вставлены специальные вкладыши, их скольжение по осям и обеспечивает поворот на необходимый угол. Применение вкладышей увеличивает площадь зацепления на 50%, повышая плавность хода, сокращая удары при разгоне и торможении и снижая уровень воздушного шума.

Для того, чтобы звенья не спадали с шестерен, используют направляющие, размещенные по центру цепи или же парные- по ее краям. Это такие же пластины, но без отформованных выступов и впадин. Если направляющие размещаются внутри, в зубьях делают соответственный пропил. Такая конструкция снижает прочность зубьев и, соответственно, скорость передачи и передаваемую мощность по сравнению с наружным расположением.

Зубчатые цепи благодаря мягкому и плавному зацеплению с шестернями создают самый низкий уровень шума среди подобных себе приводов. Их часто называют малошумными или бесшумными. Неограниченная ширина передачи позволяет создавать приводы шириной до 1,8 метра, предающие весьма значительные мощности. Если сравнить с роликовыми или втулочными, то сложность конструкции, вес и стоимость таких передач многократно выше. Это ограничивает их применение.

Фасоннозвенные цепи

Этот вид цепей изготавливают методом фасонного литья или горячей штамповки из стальной полосы. Крючковая разновидность имеет звенья, отформованные в виде единственной детали сложной формы. В зацепление звенья входят, если соединять их под углом около 60 о, а потом выпрямлять. Штыревая версия представляет собой отлитую из высококовкого чугуна деталь с отверстием, в которое вставляется стальной штырь и закрепляется шплинтом.

Такие приводы ограничены в скорости (до 3 м/сек) и в передаваемой мощности, зато не требуют сложных систем смазки и защиты от загрязнений. Неприхотливый привод широко применяется в сельхозмашинах, изношенные звенья с легкостью заменяются с применением обычного слесарного инструмента, в полевых условиях. Ремонтопригодность фасоннозвенных цепей существенно выше, чем у других типов.

Материал цепей

Все детали цепного механизма должны хорошо сопротивляться повышенным статическим и ударным нагрузкам, и быть достаточно износостойкими. Боковые пластины делают из высокопрочных сплавов, они работают в основном на растяжение. Оси, втулки, ролики, вкладыши и призматические элементы делаются из высокопрочных и хорошо цементируемых сплавов. Цементация проводится на глубину до 1,5 мм и обеспечивает хорошую стойкость к износу трением. После этого детали подвергаются термообработке закаливанием. Твердость доводится до 65 ед.

Зубчатые колеса делают из легированных сталей, также подвергаемых закалке до 60 ед.

Для передач малой скорости и мощности, при умеренных параметрах разгона и торможения применяют ковкие чугуны.

Для снижения шума и повышения плавности хода при ограниченных мощностях используют шестеренки из текстолита или прочных пластмасс. Применяют также наплавку металлических и нанесение полимерных покрытий на детали и узлы, работающие в агрессивных средах.

Геометрические и кинематические параметры цепной передачи

Главным определяющим параметром цепной передачи служит наг цепи t. Он равен расстоянию между центрами шарниров двух соседних звеньев. С увеличением шага растет предаваемая мощность, но снижается плавность хода.

Следующий по важности параметр- число зубьев Zведущ на ведомом и Zведом на ведущем валу.

Диаметр делительной окружности вычисляется:

По хорде этой окружности берут значение шага для зубчатого колеса.

Расстояние a между ведущей и ведомой осями привода выбирают в пределах от 30 до 50 шагов t/ Как показала практика, при этом обеспечивается максимальный ресурс привода.

Число шагов цепи вычисляется по формуле:

передаточное число рассчитывается по формуле:

Количество зубцов меньшей звездочки получают из следующего выражения:

Важно понимать, что передаточное отношение не положено считать равным отношению

В рамках одного оборота зубчатого колеса передаточное отношение варьируется. По этой причине рассуждают о среднем значении скорости вращения.

Лекция № 3. Цепные передачи (ЦП)

Цепная передача – механизм для передачи вращательного движения между параллельными валами с помощью жестко закрепленных на них зубчатых колес – звездочек и охватывающей их многозвенной гибкой связи с жесткими звеньями, называемой цепью.

Рис. 3.1. Цепная передача.

Простейшая цепная передача (рис. 3.1) состоит из двух, закрепленных каждая на своем валу, звездочек (1 и 2), меньшая из которых чаще всего бывает ведущей, и охватывающей их цепи 3, составленной из множества жестких звеньев, имеющих возможность поворачиваться друг относительно друга.

Цепные передачи нашли широкое применение в машинах общепромышленного назначения и в военной технике: в двигателях внутреннего сгорания для привода кулачковых валов механизма газораспределения; для привода ведущих колес в автогрейдерах; для привода дополнительных колес в БРДМ; в приводе лебедки БТР-80; в автомате заряжания пушки БМП-3. Гусеничный движитель гусеничных машин также является цепной передачей специфического назначения, преобразующей вращательное движение ведущего колеса в поступательное движение самой машины.

Цепные передачи находят широчайшее применение в различных подъемных (например, в многоковшовых элеваторах) и транспортирующих устройствах. Применение цепных передач в этих случаях упрощает конструкцию узлов машин, повышает их надежность и производительность. В этих устройствах применяются цепи самых разных конструктивных типов.

Цепные передачи используют как для редуцирования (снижения скорости в процессе передачи) вращательного движения, так и для его мультиплицирования (повышения скорости).

Достоинства цепных передач: 1. Возможность передачи движения на достаточно большие расстояния (до 8 м). 2. Возможность передачи движения одной цепью нескольким валам. 3. Отсутствие проскальзывания, а следовательно, и стабильность передаточного отношения при уменьшенной поперечной нагрузке на валы и на их опоры. 4. Относительно высокий КПД (0,96…0,98 при достаточной смазке).

Недостатки цепных передач: 1. Повышенная шумность и виброактивность при работе вследствие пульсации скорости цепи и возникающих при этом динамических нагрузок. 2. Интенсивный износ шарниров цепи вследствие ударного взаимодействия со впадиной звездочки, трения скольжения в самом шарнире и трудности смазки. 3. Вытягивание цепи (увеличение шага между шарнирами звеньев) вследствие износа шарниров и удлинения пластин. 4. Сравнительно высокая стоимость.

Уже из названия и определения цепной передачи становится ясно, что основным её элементом является цепь. Цепи достаточно широко применяются в промышленности и по назначению могут быть разделены на:

1. тяговые цепи, предназначенные для перемещения грузов по горизонтальной или наклонной поверхности;

2. грузовые цепи, предназначенные для подъема грузов;

3. приводные цепи, предназначенные для передачи движения, чаще всего вращательного, в цепных передачах.

Наибольшее распространение в качестве приводных получили роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Эти три разновидности цепей стандартизованы.

Рис. 3.2. Конструкция роликовой цепи.

Рассмотрим конструкцию роликовой цепи, как наиболее часто применяемой (рис. 3.2). Эта цепь состоит из звеньев двух типов: звена с наружными пластинами 1, соединенными между собой двумя осями 2, и звена с внутренними пластинами 3, которые соединены между собой втулками 4. Втулки 4 при сборке цепи одеваются на оси 2 с возможностью проворота, образуя таким образом шарнир цепи. На каждую из втулок 4 одевается свободно вращающийся ролик 5. Цепь проектируется чаще всего с четным числом звеньев, тогда замыкающим звеном, соединяющим концы цепи в замкнутое кольцо, является звено с наружными пластинами, оси которого могут выниматься и закрепляются при сборке разрезной шайбой или шплинтом (рис. 3.2, б). Иногда допускается использование в цепи и нечетного числа звеньев. В этом случае для замыкания цепи применяется специализированное звено с неодинаковыми концевыми частями (рис. 3.2, в). Однако, применение такого звена нежелательно в связи с его пониженной прочностью в сравнении с другими звеньями цепи.

Втулочная цепь отличается от роликовой только отсутствием роликов, что несколько снижает массу цепи и позволяет уменьшить шаг между шарнирами звеньев, однако способствует увеличению скорости износа шарниров цепи и несколько снижает КПД цепной передачи.

Пластины роликовых и втулочных цепей изготавливаются из углеродистых или углеродистых легированных сталей (стали 45, 50, 40Х, 40ХН, 30ХН3А и др.) и закаливают до HRCЭ 40…50; оси, втулки и ролики – из мало- или среднеуглеродистых сталей с различной степенью легирования (стали 15, 20, 15Х, 20Х, 20ХН3А, 20ХН4А, 30ХН3А и др.), их подвергают поверхностной химико-термической обработке (цементация, цианирование, азотирование) и закаливают до поверхностной твердости HRC 50…65.

Рис. 3.3. Схема цепной передачи.

Основные геометрические соотношения в цепной передаче (рис. 3.3). Как указывалось выше, главным геометрическим параметром цепи и цепной передачи в целом является шаг t между осями шарниров цепи, равный расстоянию между центрами впадин между зубьями звездочек. Межосевое расстояние передачи выбирается в зависимости от шага цепи по следующему соотношению

В этом выражении меньшие значения коэффициента в правой части соответствуют меньшим передаточным числам и наоборот.

Делительный диаметр d звездочки (диаметр окружности на которой лежат оси шарниров цепи, охватывающей звездочку) также зависит от шага цепи t

где z –число зубьев звездочки.

В свою очередь число зубьев меньшей звездочки (её параметрам присвоим индекс «1») выбирают по эмпирическим соотношениям:

для роликовых и втулочных цепей

z₁ ³13; (3.3)

для зубчатых цепей

z₁ ³ 17; (3.4)

где u – передаточное число.

Число зубьев большей звездочки

Длину цепи L_р, выраженную в шагах (число звеньев цепи), для известного межосевого расстояния a можно вычислить по выражению

Полученное по выражению (3.5) значение необходимо округлить до ближайшего целого четного числа. При четном числе звеньев цепи и нечетных числах зубьев звездочек будет обеспечен наиболее равномерный износ как самих звездочек, так и шарниров цепи.

Далее по выбранному числу звеньев цепи необходимо уточнить межосевое расстояние передачи

Полученное расчетом по (3.6) значение межосевого расстояния с целью исключения перенатяжения цепи из-за неточностей изготовления и монтажа сокращают на 0,2…0,4%, так чтобы свободная (ведомая) ветвь цепи имела некоторое провисание f (рис. 3.3). Для передачи, у которой угол q наклона межосевой линии к горизонту не превышает 40°, величина провисания ведомой ветви цепи -

Кинематика ЦП.

Среднюю скорость V_ц (м/с) цепи в цепной передаче можно определить по выражению

где n_i – частота вращения i-того вала, об/мин; z_i – число зубьев звез­дочки, закрепленной на i-том валу; t – шаг цепи, мм.

Передаточное число u цепной передачи можно выразить через её кинематические и конструктивные показатели

где w - угловая скорость звездочки, индекс «1» соответствует ведущей звездочке, а «2» - ведомой.

Передаточное отношение, вычисленное по (3.7) является средним за оборот, но в пределах поворота звездочки на один угловой шаг (2p/z) мгновенное передаточное отношение не остается постоянным. Для доказательства этого обратимся к схеме рис. 3.4.

Рис. 3.4. Схема совместного движения цепи и звездочки.

Пусть ведущая звездочка, имеющая z зубьев, вращается с угловой скоростью w=const по ходу часовой стрелки. Тогда тангенциальная скорость любой точки, лежащей на делительной окружности может быть найдена по известному соотношению

Эта тангенциальная скорость всегда может быть представлена горизонтальной V_г и вертикальной V_в составляющими.Cоставляющие тангенциальной скорости звездочки для места входа шарнира цепи во впадину звездочки (на схеме рис. 3.4 левый шарнир верхней, набегающей, ветви цепи) и для предыдущего шарнира, уже движущегося совместно со звездочкой (на схеме рис. 3.4 правый верхний шарнир) по величине составляют

;

где угол g составляет половину углового шага звездочки, то есть V_г и, следовательно, в этом положении цепи и звездочки несколько меньше тангенциальной скорости V₀. После того как шарнир цепи попал во впадину звездочки он движется вместе с нею и после поворота звездочки на половину углового шага g его горизонтальная скорость движения сравняется с V₀, а при последующем повороте звездочки ещё на полшага g эта скорость снова сократится до первоначального значения. Величина пульсации скорости цепи, равная отношению разности этих двух скоростей к средней скорости цепи в этом случае составит

При подходе шарнира цепи к месту его входа в контакт с впадиной звездочки он имеет только горизонтальную скорость равную скорости цепи, а дно впадины между зубьями звездочки в момент встречи с шарниром цепи кроме горизонтальной имеет вертикальную скорость (см. схему рис. 3.4), следовательно их встреча произойдет с ударом. Соударение впадины звездочки с шарниром цепи ведет к возникновению микропластических деформаций в контактирующих поверхностях и, в конечном итоге, к усталостному изнашиванию этих поверхностей. Кроме того, соударение шарнира цепи со впадиной звездочки вызывает шум в работе передачи, а поперечные по отношению к ветви цепи движения шарнира генерируют в ней поперечные волновые колебания. Перечисленные отрицательные эффекты увеличиваются с уменьшением количества зубьев звездочки, это стало одной из причин ограничения числа зубьев звездочек с минимальной стороны (см. (3.3) и (3.4)).

Динамика и расчетЦП.

При работе цепной передачи на цепь действуют:

1. Окружная (тангенциальная для звездочек) сила F_t, участвующая в передаче мощности от ведущей звездочки к ведомой. Эту силу приближенно (то есть в среднем, поскольку её величина колеблется) можно найти по известному выражению

где T₂ –момент сопротивления на валу ведомой звездочки, а d₂ – делительный диаметр этой звездочки. Усилие это пульсирует в силу изменения расстояния между направлением действия этой силы и осью вращения ведомой звездочки. При постоянном моменте сопротивления относительная величина пульсации этой силы dF_t, как и пульсация скорости, составит

2. Сила предварительного натяжения F₀, обусловленная провисанием ведомой ветви цепи

где q – удельная масса цепи, кг/м; a – межосевое расстояние передачи, м; g – ускорение свободного падения, м/с 2 ; k_f – коэффициент учитывающий условия провисания цепи. Для горизонтальной передачи (q=0) k_f = 6; для наклонной передачи, у которой 0 < q £ 45°, k_f = 3; для вертикальной передачи (q = 90°) k_f = 1.

3. Натяжение F_V, от действия центробежных сил на злементы цепи при обегании ими звездочек. Это усилие, также как и в ременной передаче, составит

Сила F_V растягивает цепь по всей её длине, но звездочкам не передается.

В ведущей ветви цепи все эти силы суммируются

В ведомой ветви натяжение F₂ равно большей из двух сил F₀ или F_V.

Нагрузку, передаваемую цепью на валы звездочек можно определить по выражению

где k_в – безразмерный коэффициент нагрузки вала, изменяющийся в зависимости от условий работы цепной передачи в пределах 1,05…1,3.

Главным критерием работоспособности цепных передач является долговечность цепи, определяемая изнашиванием шарниров. Поэтому основным является расчет цепных передач по контактному давлению в шарнирах цепи, обеспечивающий их достаточную износостойкость.

Порядок расчета цепной передачи. Исходные данные для расчета: мощностьP₂, которую необходимо обеспечить на выходном валу; частоты вращения -входного вала (ведущей звездочки) n₁ и ведомой звездочки n₂.

Пошаговый алгоритм расчета цепной передачи с роликовой цепью:

1. Вычислить передаточное число u по формуле (3.8).

2. Определить число зубьев ведущей звездочки z₁ по формуле (3.3) и,

используя зависимость (3.8), найти число зубьев ведомой звездочки z₂. Полученные значения округлить до ближайшего целого нечетного числа. Проверить ограничительные условия для малой звездочки (обычно это z₁³13) и для большой звездочки (z₂£120). Если ограничительные условия выполнены, уточнить передаточное число u_ф по (3.8). Далее, где это необходимо, использовать только u_ф.

3. Выбрав по конструктивным условиям цепь с известным шагом t_ф, по таблицам в технической литературе (стандарты, технические условия, справочники и т.п.) определить величину допустимого давления в шарнире [p]_ц или вычислить её по эмпирической формуле

где n₁ – частота вращения меньшей из звёздочек, мин -1 , t – шаг цепи, мм.

4. Проверить шаг цепи по ограничению снизу согласно формуле

где K_Э – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации; n_r – число рядов цепи, а выражение в скобках эквивалентно коэффициенту, учитывающему неравномерность распределения нагрузки по рядам много­рядной цепи.

Коэффициент эксплуатации K_Э является произведением пяти частных коэффициентов

где K_Д – коэффициент динамичности нагрузки (1,2…1,5); K_С – коэффициент способа смазывания передачи, при непрерывном смазывании K_С = 0,8, при регулярном капельном K_С = 1, при периодическом K_С = 1,5; K_q - коэффициент наклона передачи, при угле наклона к горизонту q £ 45° K_q =1, при q > 45° K_Н – коэффициент способа натя­жения цепи, при регулировании натяжения путем смещения оси одной из звездочек K_Н = 1, при регулировании специальными оттяжными звездоч­ками или нажимными роликами K_Н = 1,1, для нерегулируемой передачи K_Н = 1,25; коэффициентсменности, работы, в котором Т_р - время работы передачи в течение суток, часов.

Если выбранный шаг цепи не удовлетворяет условию (3.18), следует использовать для передачи цепь с большим шагом и повторить проверку по (3.18), при удовлетворении этого условия перейти к п. 5.

5. Вычислить делительные диаметры звездочек d₁ и d₂по выражению (3.2).

6. Назначить предварительную величину межосевого расстояния передачи a по выражению (3.1), учитывая, что цепной передачей обычно охватываются передаточные числа u = 1…7.

7. По выражению (3.5) определить необходимое число звеньев цепи, округляя величину, полученную расчетом, до ближайшего большего четного числа.

8. Уточнить величину межосевого расстояния для полученного числа звеньев цепи по формуле (3.6), сократив полученное расчетом значение на 0,2…0,4%, как рекомендовано выше. Назначить величину провисания свободной ветви цепи f.

9. Используя выражения (3.11; 3.13…3.15), определить нагрузку в ведущей ветви цепи.

10. Вычислить коэффициент запаса цепи по нагрузке, используя выражение

где Q_Ц – паспортное разрывное усилие цепи, а [K_Ц] нормативный коэффициент запаса цепи по разрывному усилию. В общем машиностроении принимают[K_Ц] = 3…5. При получении меньших значений K_Ц необходимо выбрать другую цепь с большим шагом и расчет повторить для новой цепи. При получении коэффициента запаса K_Ц, значительно превышающего указанную величину допустим выбор цепи с уменьшенным шагом, что будет способствовать сокращению габаритных размеров передачи.

В заключение следует отметить, что в настоящей лекции в связи с малым количеством учебного времени свойства и качества цепных передач, а также порядок их расчета рассмотрены, в основном, на примере наиболее распространенной цепной передачи с роликовой цепью. Безусловно, расчет и конструирование цепных передач с цепями других типов имеют некоторые специфические особенности, познакомиться с которыми в случае необходимости можно по соответствующей технической литературе.

Вопросы для самоконтроля:

1. Какой механизм называют цепной передачей?

2. Назовите примеры применения цепных передач.

3. Назовите достоинства и недостатки цепных передач.

4. Назовите основные виды цепей (по их функциональному назначению), применяемых в промышленности.

5. Какие виды приводных цепей Вы знаете?

6. Какова конструкция роликовых и втулочных цепей?

7. Из каких материалов изготавливаются элементы приводных цепей?

8. Какой параметр цепи и цепной передачи является определяющим, какие пара­метры включены в маркировку цепей?

9. Назовите основные конструктивные параметры цепной передачи, как они взаимо­связаны?

10. Назовите основные кинематические параметры цепной передачи, и покажите их

11. взаимную связь.

12. Что является причиной нестабильности (периодического изменения) некоторых кинематических параметров? Назовите кинематические параметры, подвергающиеся периодическому изменению.

13. Какие конструктивные меры способствуют повышению стабильности скорости цепи и тягового усилия цепной передачи?

14. Какими силами обусловлено натяжение свободной ветви цепи в цепной передаче?

15. Какими силами обусловлено натяжение ведущей ветви цепи в цепной передаче?

16. Что является основным критерием работоспособности цепной передачи?

17. Какие данные необходимо иметь, чтобы спроектировать цепную передачу?

18. По какому параметру подбирается цепь при проектировании цепной передачи?

19. В процессе расчета цепной передачи получен коэффициент запаса цепи по разрывному усилию K_Ц = 1,5. Каковы будут Ваши дальнейшие действия?

Читайте также:

  
• Так закалялась сталь 1988
  
• Стальное пламя октябрьский район
  
• Стальные емкости под налив
  
• Нержавеющая сталь с покрытием antifingerprint
  
• Распределительный коллектор hlv на 8 групп нерж сталь