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.

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
§ 3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИВОДНЫХ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
§ 4. КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТА ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ. МАТЕРИАЛЫ ЦЕПЕЙ
§ 5. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И РАСЧЕТ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
§ 6. ПОСТОЯННЫЕ СИЛЫ В ВЕТВЯХ ЦЕПИ И НАГРУЗКИ НА ВАЛЫ
§ 7. КОЛЕБАНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ И ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
§ 8. ПОТЕРИ НА ТРЕНИЕ. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЕРЕДАЧ
§ 9. ЗВЕЗДОЧКИ
§ 10. СМАЗЫВАНИЕ
§ 11. ЦЕПИ “О-РИНГ” и “X-РИНГ”
ЛИТЕРАТУРА

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.

Изложение материала этой главы ведется в соответствии с ГОСТ «Цепи роликовые. Термины и определения», а также другими стандартами, имеющими отношение к цепным передачам.

Цепной передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательного движения между параллельными валами с помощью двух жестко закрепленных на них зубчатых колес - звездочек и надетой на них бесконечной цепи (рис. 10.1).

Рис. 10.1.

Цепью в общем случае называется многозвенная гибкая связь, которая может использоваться для перемещения грузов (тяговые цепи), подвески или подъема и опускания грузов (грузовые цепи), для передачи движения (приводные цепи). В дальнейшем мы будем рассматривать только приводные цепи, которые используются в цепных передачах.

Достоинства цепных передач заключаются в том, что они позволяют передавать вращение удаленным (до 8 м) валам, а также приводить в движение одной цепью несколько валов; в цепной передаче отсутствует проскальзывание, а радиальная нагрузка на валы в два раза меньше, чем в ременной передаче; цепные передачи имеют высокий КПД (при благоприятных условиях ц = 0,97...0,99), могут осуществлять передачу значительных мощностей (до нескольких тысяч киловатт), допускают скорости движения цепи до 35 м/с и передаточные числа до и = 10.

Недостатки цепных передач - повышенная виброактивность и шум при работе вследствие пульсации скорости цепи и динамических нагрузок; интенсивный износ шарниров вследствие трения и трудностей смазывания; вытягивание цепи вследствие износа шарниров и удлинения пластин.

Цепные передачи широко применяются в металлорежущих и деревообрабатывающих станках, в нефтяном, горном, транспортном, сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях. Цепные передачи выполняют как понижающими, так и повышающими", широко известна, например, повышающая передача к заднему колесу велосипеда. Ответственные цепные передачи выполняют закрытыми, заключенными в жесткий корпус, который служит масляной ванной.

Исходной расчетной характеристикой всех цепей является шаг цепи t, измеряемый по хорде делительной окружности звездочки.

Приводные цепи бывают роликовые, втулочные, зубчатые и фасонно- звенные", первые три вида цепей стандартизированы.

На рисунках 10.1, 10.2 показана двухзвездная передача однорядной роликовой цепью, состоящей из наружного звена I, собранного из двух наружных пластин 1 и валиков 2, неподвижно закрепленных в отверстиях наружных пластин и внутреннего звена II, состоящего из двух внутренних пластин 3, втулок 4, неподвижно закрепляемых в отверстиях внутренних пластин и роликов 5, свободно одеваемых на втулки. Ролики, перекатываясь по зубьям звездочек, уменьшают их износ.

Наружное и внутреннее звенья в сборе образуют вращательную кинематическую пару. Пластины имеют форму тел равного сопротивления.

Втулочная цепь отличается от роликовой тем, что не имеет роликов, а диаметр ее валиков и длина втулок несколько больше, благодаря чему при прочих равных условиях среднее давление в шарнирах втулочной цепи меньше. Втулочные цепи дешевле роликовых, но износостойкость их ниже.

Роликовые и втулочные цепи могут быть однорядными и многорядными.

Рис. 10.2.

На рисунке 10.3 показана двухрядная роликовая цепь, которая собирается из элементов однорядной цепи, за исключением валиков. Валики втулочных и роликовых цепей расклепывают, кроме валиков соединительного звена 1, с помощью которого пружинным замком или шплинтами соединяются концы цепи. Если число шагов цепи нечетное, то применяется переходное звено 2.

Рис. 10.3.

Согласно стандарту, приводные роликовые и втулочные цепи для машин и механизмов изготавливают следующих типов: ПРЛ - роликовые легкой серии; ПР - роликовые нормальной серии; ПРД - роликовые длиннозвенные; ПРИ - роликовые с изогнутыми пластинами; ПВ - втулочные.

Число рядов цепи указывается цифрой, которая ставится перед обозначением, например, ЗПР-25,4-170,1 - трехрядная приводная роликовая цепь нормальной серии с шагом 25,4 мм и разрушающей нагрузкой 170,1 кН.

Применение многорядных цепей значительно уменьшает габариты передачи в плоскости, перпендикулярной осям.

Втулочные цепи согласно стандарту изготавливают одно- и двухрядными с шагом 9,525 мм; эти цепи применяют, например, в автомобилях и мотоциклах.

Длиннозвенные роликовые цепи имеют звенья двойного шага, поэтому они легче и дешевле других и применяются при малых скоростях, в частности, в сельскохозяйственном машиностроении.

Роликовые цепи с изогнутыми пластинами обладают повышенной податливостью (пластины работают на изгиб) и поэтому их применяют при динамических нагрузках, например частых реверсах, ударах и т.д.

Кроме вышеуказанных стандартизированы роликовые приводные цепи для буровых установок, которые предназначены для работы в быстроходных передачах; пластины цепи имеют защитное или защитнодекоративное покрытие.

Пластины втулочных и роликовых цепей изготавливают из закаливаемых до невысокой твердости сталей, валики и втулки - из цементуемых сталей, а ролики - из тех и других с закалкой до высокой твердости.

Зубчатые цепи с шарнирами качения изготавливают по стандарту. На рисунке 10.4, а показаны три проекции звеньев зубчатой цепи типа I (с односторонним зацеплением), состоящей из рабочей пластины /; направляющей пластины 2, предотвращающей сползание цепи со звездочки; удлиненной призмы 3; внутренней призмы 4; соединительной призмы 5; шайбы 6 и шплинта 7. На рисунке 10.4, б показан шарнир качения 3-4. Пластины цепи имеют зубообразную форму, рабочие грани пластин расположены под углом 60°.

Рис. 10.4.

На рисунке 10.4, в показана зубчатая цепь типа II (с двусторонним зацеплением); эта конструкция предусмотрена стандартом для цепей с большими шагами.

Зубчатые цепи по сравнению с роликовыми работают более плавно и с меньшим шумом, обеспечивают высокую кинематическую точность, обладают большей надежностью и нагрузочной способностью. Зубчатая цепь с одним и тем же шагом может быть использована в большом диапазоне мощностей за счет изменения рабочей ширины (см. рис. 10.4) в значительных пределах. Такие цепи имеют высокий КПД (до 0,98), менее подвержены вытягиванию, но их масса и стоимость значительно больше, чем у роликовых цепей. Зубчатые цепи целесообразно применять при больших значениях передаваемой мощности и высокой скорости движения цепи, которая допускается до 35 м/с.

Пример обозначения приводной зубчатой цепи типа I с шагом t = 19,05 мм, с разрушающей нагрузкой 74 кН и рабочей шириной Ъ = 45 мм: ПЗ-1-19,05-74-45.

Рис. 10.5.

Пластины зубчатых цепей изготавливают из стали 50, обеспечивая твердость 38...45 HRC, а призмы - из сталей 15 или 20 с последующей цементацией и закалкой до твердости 52...60 HRC.

Фасонно-звенные цепи применяют при малых скоростях в условиях плохой смазки и защиты, при отсутствии жестких требований к габаритам передачи, например в сельскохозяйственных машинах. На рисунке 10.5 показана крючковая цепь, допускающая свободное разъединение звеньев. Звенья фасонно-звенных цепей отливают из ковкого чугуна и в дальнейшем не обрабатывают; звенья крючковой цепи могут быть штампованными из полосовой стали.

Звездочки роликовых и втулочных, а также зубчатых цепей профилируют и изготавливают в соответствии с государственными стандартами.

На рисунке 10.6, а показан стандартный профиль зубьев звездочки для роликовой цепи, где d - диаметр делительной окружности звездочки; t - шаг цепи; D - диаметр ролика; радиус впадины звездочки г = 0,5025/1 + 0,05 мм. На рисунке 10.6, б показаны конструкции звездочек для одно-, двух- и трехрядной цепи.

Рис. 10.6.

На рисунке 10.7 показан стандартный профиль зубьев и сечение звездочки для зубчатой цепи типа I; в середине зубьев сделана прорезь для направляющих пластин.

Материалами для изготовления звездочек служит чугун (серый, ковкий, антифрикционный, высокопрочный) - для звездочек с большим числом зубьев и для цепей сельхозмашин; стали цементуемые - при динамических нагрузках; стали закаливаемые - при работе без резких толчков и ударов. Кроме того, для изготовления звездочек применяют пластмассы и композиционные материалы.

Рис. 10.7.

Диаметр делительной окружности звездочки, на которой располагаются оси шарниров

где t - шаг цепи; z - число зубьев звездочки.

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

Силы натяжения:

Ведущей ветви цепи работающей передачи (рис. 16)

F 1 = F t + F 0 + F v ;(11)

Ведомой ветви цепи

F 2 = F 0 + F v ;(12)

От провисания цепи

F 0 =K f ∙q∙a∙g ,(13)

где K f - коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и величины стрелы провисания цепи f

При f = (0,01 ÷ 0,002) a для горизонтальных передач K f =6; для наклон­ ных (≈ 40 ° ) - K f = 3; для вертикальных K f =1

q - масса 1 м цепи, кг (см. табл.1);

а - межосевое расстояние, м; g = 9,81 м/с 2 ;

От центробежных сил ;

F u = qv 2 ,(14)

где v – средняя скорость цепи в м / c .

Рис. 16. Силы натяжения в цепной передаче

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

F s = F t ∙ K в +2 F 0 ,(15)

где

К B - коэффициент нагрузки на вал (табл.3).

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

Таблица 3. Значение коэффициента нагрузки на вал К в

Наклон линии центров звездочек к горизонту, град	Характер нагрузки	К в
0 ÷ 40	Спокойная Ударная	1,15 1,30
40 ÷ 90	Спокойная Ударная	1,05 1,15

Методика подбора и проверки цепей с учетом их долговечности

Основным критерием работоспособности приводных цепей является износостойкость их шарниров. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, нагрузочная способность цепи прямо пропорциональна давлению в шарнирах, а долговечность – обратно пропорциональна.

Расчет цепи на износостойкость шарниров. Среднее давление р в шарнире не должно превышать допускаемого (указанного в табл.1), т. е.

где F t =2 t / d - окружная сила, передаваемая цепью; T - вращающий момент; d - диаметр делительной окружности звездочки (если задана мощность P передачи, то F t =p /v , где v – скорость цепи); А - площадь проекции опор­ной поверхности шарнира, для роликовых и втулочных цепей А = dB ; для зубчатых цепей А = 0,76 dB ; m – число рядов цепи; К - коэффициент эксплуатации;

K = K 1 ∙ K 2 ∙ K 3 ∙ K 4 ∙ K 5 ∙ K 6 (17)

(значения коэффициентов K 1 ÷ K 6 - см. табл.4).

Значение давления в шарнире должно находиться в пределах 0,6[p]≤p ≤1,05.

Если полученное значение давления в шарнире превышает или значительно меньше допустимого, то, меняя d, T, рядность цепи m или параметры, влияющие на К , добиваются выполнения указанного условия.

Таблица 4. Значение различных коэффициентов при расчете цепи по износостойкости шарниров

Коэффициент	Условия работы	Значение
К 1 - динамичности	При спокойной нагрузке При толчкообразной или переменной нагрузке	1,25-1,5
K 2 - межосевого расстояния	a<25t a=(30 ÷ 50)t a=(60 ÷8 0)t	1,25
K 3 - способа смазывания	Смазывание: непрерывное капельное периодическое
К 4 - наклона линии цен­тров в горизонту	При наклоне линии центров к горизонту, град.: до 60 свыше 60
К 5 - режима работы	При работе: односменной двухсменной непрерывной	1,25
К 6 - способа регулирова­ния натяжения цепи	При подвижных опорах При оттяжных звездочках При отжимном ролике	1,25

Преобразуем формулу (16):

а) выразим окружную силу через вращающий момент на ведущей звездочке T 1 , шаг цепи t и число зубьев этой звездочки z 1 ;

б) представим площадь опорной поверхности шарнира в виде функции от шага t . После чего получим выражение для определения шага цепи:

для роликовой и втулочной цепей

для зубчатой цепи с шарниром скольжения

где т - число рядов в роликовой или втулочной цепи;

𝜓 p = B / t =2 ÷ 8 - коэффициент ширины зубчатой цепи.

Расчет цепи по разрушающей нагрузке (по запасу прочности). В от­ветственных случаях выбранную цепь проверяют по коэффициенту запаса прочности

где F -

Σ F 1 = F t ∙ K B + F v + F

[ s ] - требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности (выби­рают по табл.1).

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

где z ц - общее число звеньев цепи; zn - число зубьев и частота враще­ния звездочки (ведущей или ведомой); U - действительное число входов звеньев цепи в зацепление за 1 с; v - окружная скорость, м /с; L - длина цепи, м; [ U ] - допускаемое число входов цепи в зацепление за 1 с (см. табл.1).

Последовательность проектировочного расчета цепных передач.

1. Выбрать тип цепи по ее предполагаемой скорости и из условий рабо­ты передачи (роликовая, втулочная, зубчатая).

2. По передаточному числу и выбрать по табл.1 число зубьев малой звездочки z 1 , по формуле (9) определить число зубьев большей звездочки z 2 . Проверить выполнение условия z 2

3. Определить вращающий момент Т х на малой звездочке, по табл.1 выбрать допускаемое давление в шарнирах [р ], задать расчетные коэффи­циенты K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 5 , K 6 и по формуле (17) определить коэффициент эксплуатации K . После чего из условия износостойкости шарниров [см. формулы (18), (19)] определить шаг цепи. Полученное значение шага t округлить до стандартного (см. табл.1).

4. Принятый шаг проверить по допустимой угловой скорости малой звездочки (см. табл.1). При несоблюдении условия ω = ω max увеличить число рядов роликовой (втулочной) цепи или ширину зубчатой цепи.

5. По формуле (8) определить среднюю скорость цепи v и силу F t , по­сле чего по формуле (16) проверить износостойкость цепи. При несоблю­дении условия р <[р] увеличить шаг цепи и расчет повторить.

6. Определить геометрические размеры передачи.

7. Для особо ответственных цепных передач по формуле (20) прове­рить выбранную цепь по коэффициенту запаса прочности.

8. По формуле (21) проверить передачу по числу ударов за 1 с.

Расчет передачи зубчатой цепью

Шаг цепи выбирают в зависимости от максимально допустимой частоты вращения п 1 max меньшей звездочки.

Число зубьев z 1 меньшей звездочки принимают по формуле, при этом учитывают, что с увеличением числа зубьев z 1 давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность цепи соответственно увеличивается.

Диаметры окружностей звездочек:

Делительной

Наружной

Числазубьевзвездочек: z 1 = 37-2и (но не меньше 17), z 2 = z 1 (но не больше 140): здесь u = n 1 / n 2 = z 2 / z 1 .

Угол вклинивания цепи α = 60° (см.р ис.13.2).

Двойной угол впадины зуба: 2β =α -φ .

Угол заострения зуба: γ =30° -φ ,

где φ = 360° / Z .

Ширина зубчатого венца звездочки: B =b +2S ,

где S – толщина пластины цепи.

Параметрыцепнойпередачи – межосевое расстояние а, длину цепи L - оп­ределяют по формулам для роликовых цепей.

Силы, действующие в передаче, определяют так же, как и в случае передачи ролико­выми цепями.

Главный параметр зубчатой цепи – ее ширину в мм , определяют по формуле

Здесь Р - передаваемая мощность, кВт; коэффициент К имеет то же значение, что и в передаче роликовой цепью [см. фор­мулу (17)]; [ P 10 ] - мощность, кВт, до­пускаемая для передачи зубчатой цепью шириной 10 мм (см. табл. 5). Так как значения Р 10 приведены в таблице в зависимости от шага t и скорости v , а в начале расчета эти величины неизвестны, то приходится выполнять расчет мето­дом последовательных приближений: принимая предварительно ориентировочное значение шага t , находят скорость цепи

По этим величинам определяют из табл.5 значение [Р 10 ] и вычисляют по формуле (24) ширину цепи b . Полученный результат округляют до ближайшего большего значения по табл. 2. Оптимальные результаты могут быть получены на основе просчета ряда вариантов на ЭВМ с раз­личными сочетаниями величин t , z 1, b ; при этом исходные дан­ные (Р , n 1, n 2 , условия монтажа и эксплуатации) не должны, как правило, изменяться.

Таблица 5. Значения [ Р 10 ] , кВт, для приводных зубчатых цепей

типа 1 (одностороннего зацепления) условной шириной 10 мм

t , мм	Скорость цепи v , м/с
12,7 15,875 19,05 25,4 31,75							2,35

Расчет заканчивается определением геометрических пара­метров передачи, нагрузок, действующих в ней, проверкой коэффициента прочности цепи - аналогично тому, как это из­ложено выше в расчете передачи приводными роликовыми цепями, с тем, однако, отличием, что расчетный коэффициент прочности должен быть не меньше нормативного [s ], указан­ного в табл. 6.

Таблица 6. Нормативный коэффициент запаса прочности [ s ]

приводных зубчатых цепей типа 1 (с односторонним зацеплением)

t , мм	Частота вращения меньшей звездочки n 1 обмин
12,7 15,875 19,05 25,4 31,75

Критерии работоспособности и виды повреждений цепных передач

Экспериментальные наблюдения показывают, что основными причинами выхода из строя цепных передач являются:

1. Износ шар­ниров (за счет ударов при вхождении цепи в зацепление с зубьями звездочки и из-за изнашивания их от трения) , приводящий к удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездоч­ками (основной критерий работоспособ­ности для большинства передач). Граничное удлинение цепи по причине износа шарниров не должно превышать 3%, так как нарушается правильность зацепления шарниров цепи и зубьев.

2. Усталостное разрушение пластин по проушинам основной крите­рий для быстроходных тяжелонагруженных роликовых цепей, работающих в за­крытых картерах с хорошим смазыванием.

3. Проворачивание валиков и вту­лок в пластинах в местах запрессовки - распространенная причина выхода из строя цепей, связанная с недостаточно высоким качеством изготовления.

4. Выкрашивание и разруше­ние роликов.

5. Достижение предельного про­висания холостой ветви - один из кри­териев для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием, работающих при отсутствии натяжных устройств и стес­ненных габаритах.

6. Износ зубьев звездочек.

В соответствии с приведенными причи­нами выхода цепных передач из строя можно сделать вывод о том, что срок службы передачи чаще всего ограничи­вается долговечностью цепи.

Долговечность же цепи в первую оче­редь зависит от износостойкости шарни­ров.

По этому критерию выполняется проектировочный расчет цепной передачи при использовании среднего давления в шарнире p u . Предохранение от чрезмерного растяжения цепи при эксплуатации либо от перегрузок и разрушения при пуске обеспечиваются проверочным расчетом цепи на прочность.

Материалы цепей

Материал и термическая об­работка цепей имеют решающее зна­чение для их долговечности.

Пластины выполняют из среднеуглеродистых или легированных закаливаемых сталей: 45, 50, 40Х, 40ХН, ЗОХНЗА твердостью преимущественно 40...50HRCэ; пластины зубчатых цепей - преимущественно из стали 50. Изогнутые пла­стины, как правило, изготовляют из леги­рованных сталей. Пластины в зависимости от назначения цепи закаливают до твер­дости 40.-.50 HRCэ . Детали шарниров валики, втулки и призмы - выполняют преимущественно из цементуемых ста­лей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗ, 20ХИЗА, 20Х2Н4А, ЗОХНЗА и подвергают закалке до 55-65 HRCэ . В связи с высокими требованиями к современным цепным передачам целесообразно применять легиро­ванные стали. Эффективно применение га­зового цианирования рабочих поверхно­стей шарниров. Многократного повышения ресурса цепей можно достигнуть диффу­зионным хромированием шарниров. Усталостную прочность пластин роликовых цепей существенно повышают обжатием краев отверстий. Эффективна также дро­беструйная обработка.

В шарнирах роликовых цепей для ра­боты без смазочного материала или при скудной его подаче начинают применять пластмассы.

Ресурс цепных передач в стационарных машинах должен составлять 10...15 тыс. ч работы.

Потери на трение. Конструирование передач

Потери на трение в цепных передачах складываются из потерь: а) на трение в шарнирах; б) на трение между пласти­нами; в) на трение между звездочкой и звеньями цепи, а в роликовых цепях также между роликом и втулкой, при входе звеньев в зацепление и выходе из зацеп­ления; г) на трение в опорах; д) потерь на разбрызгивание масла.

Основными являются потери на трение в шарнирах и опорах.

Потери на разбрызгивание масла суще­ственны только при смазывании цепи окунанием на предельной для этого вида смазки скорости v = 10…15 м/с .

Цепные передачи располагают так, чтобы цепь двигалась в вертикальной плоскости, причем взаимное положение по высоте ведущей и ведомой звездочек может быть произвольным. Оптималь­ными расположениями цепной передачи являются горизонтальное и наклонное под углом до 45° к горизонту. Вертикаль­но расположенные передачи требуют более тщательной регулировки натяжения цепи, так как ее провисание не обеспечи­вает самонатяжения ; поэтому целесо­образно хотя бы небольшое взаимное сме­щение звездочек в горизонтальном на­правлении.

Ведущей в цепных передачах может быть как верхняя, так и нижняя ветви. Ведущая ветвь должна быть верхней в сле­дующих случаях:

а) в передачах с малым межосевым расстоянием (а<30P при и> 2) и в пере­дачах, близких к вертикальным, во избежание захвата провисающей верхней ведомой ветвью дополнительных зубьев;

б) в горизонтальных передачах с боль­шим межосевым расстоянием (а> 60Р) и малыми числами зубьев звездочек во избежание соприкосновения ветвей.

Натяжение цепей

По мере изнашивания и контактных обмятий шарниров цепь вытягивается, стрела провисания f ведомой ветви увеличивается, что вызывает захлестывание звездочки цепью. Для передач с углом наклона θ <45° наклона к горизонту [f ]<0,02а ; при θ >45° [f ] < 0,015а , где а - межосевое расстояние. Поэтому цепные переда­чи, как правило, должны иметь возможность регулирования ее на­тяжения. Предварительное натяжение су­щественно в вертикальных передачах. В горизонтальных и наклонных передачах зацепление цепи со звездочками обеспе­чивается натяжением от собственной силы тяжести цепи, но стрела провисания цепи должна быть оптимальной в указанных выше пределах.

Регулирование натяжения цепи осуществляют устройствами, аналогичными применяемым для натяжения ремня, т.е. перемещением вала одной из звездочек, нажимными роликами или оттяжными звездочками.

Натяжные устройства должны компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев, при большей вытяжке - два звена цепи удаляют. Увеличение шага цепи вследствие износа в шарнирах не компенсируется ее натяжением. По мере изнашивания цепи шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев и возникает опасность соскакивания цепи со звездочек.

Регулирующие звездочки и ролики сле­дует по возможности устанавливать на ве­домой ветви цепи в местах ее наиболь­шего провисания. При невозможности установки на ведомой ветви их ставят на ведущей, но для уменьшения вибраций - с внутренней стороны, где они работают как оттяжные. В передачах с зубчатой цепью ПЗ-1 регулирующие звездочки могут работать только как оттяжные, а ролики как натяжные. Число зубьев регули­рующих звездочек выбирают равным числу малой рабочей звездочки или большим. При этом в зацеплении с регулирую­щей звездочкой должно быть не меньше трех звеньев цепи. Перемещение регули­рующих звездочек и роликов в цепных передачах аналогично таковому в ремен­ных передачах и осуществляется грузом, пружиной или винтом. Наибольшее рас­пространение имеет конструкция звездочки с эксцентрической осью, поджимаемой спи­ральной пружиной.

Известно успешное применение цепных передач роликовыми цепями повышенного качества в закрытых картерах при хоро­шем смазывании с неподвижными осями звездочек без специальных натяжных устройств.

Картеры

Для создания условий обильной смазки цепи, защиты от загрязнений, бесшумности и безопасности работы, цепные передачи заключают в картеры. Внутренние размеры картера должны обеспечивать возможность провисания цепи и ее удобного обслуживания. Радиальный зазор между внутренней стенкой картера и наружной поверхностью звездочек принимают равным l = (t + 30) мм. Зазор, учитывающий провисание цепи, назначают в пределах 0,1а , а ширину картера будут на 60 мм больше ширины цепи. Картерснабжают окном и указателем уровня масла.

а) окунанием цепи в масло на глубину, равную ширине пластины. Применяют при V ≤ 10 м/с .

б) разбрызгиванием с помощью специальных колец, отражательных щитков, по которым масло стекает на цепь. Применяют при V = 6…12 м/с в случаях, когда уровень масла не может быть поднят до горизонта цепи;

в) циркуляционную струйную смазку от насоса – это наиболее совершенный способ. Применяется для быстроходных мощных передач;

г) циркуляционную смазку с распылением капель масла в струе сжатого воздуха. Применяют при V > 12 м/с .

В среднескоростных передачах, не имеющих герметичных картеров, можно применять консистентную внутришарнирную или капельную смазку. Консистентную смазку осуществляютпериодических через 120…180 часов погружением цепи в нагретую смазку. Такая смазка применима при V ≤ 4 м/с .

Смазывание

Смазывание цепи оказывает решающее влияние на ее долговечность.

Смазка повышает износостойкость и выносливость цепи, а так же смягчает удары звеньев о зубья звездочки и снижает температуру нагрева цепи. Наиболее широко для смазки используются жидкие смазочные масла.

Для ответственных силовых передач следует по возможности применять непре­рывное картерное смазывание видов:

а) окунанием цепи в масляную ванну, причем погружение цепи в масло в самой глубокой точке не должно превышать ширины пластины; применяют до ско­рости цепи 10 м/с во избежание недопустимого взбалтывания масла;

б) разбрызгивание с помощью спе­циальных разбрызгивающих выступов или колец и отражающих щитков, по которым масло стекает на цепь, применяют при скорости 6...12 м/с в случаях, когда уро­вень масла в ванне не может быть поднят до расположения цепи;

в) циркуляционное струйное смазыва­ние от насоса, наиболее совершенный способ, применяют для мощных быстро­ходных передач;

г) циркуляционное центробежное с по­дачей масла через каналы в валах и звездочках непосредственно на цепь; при­меняют при стесненных габаритах пере­дачи, например, в транспортных машинах;

д) циркуляционное смазывание распы­лением капель масла в струе воздуха под давлением; применяют при скорости более 12 м/с .

В среднескоростных передачах, не имею­щих герметичных картеров, можно при­менять пластичное внутришарнирное или капельное смазывание. Пластичное внут­ришарнирное смазывание осуществляют периодическим, через 120...180 ч, погруже­нием цепи в масло, нагретое до темпе­ратуры, обеспечивающей его разжижение. Пластичный смазочный материал применим при скорости цепи до 4 м/с, а капельное смазывание - до 6 м/с .

В передачах с цепями крупных шагов предельные скорости для каждого способа смазывания несколько ниже.

При периодической работе и низких скоростях движения цепи допустимо периодическое смазывание с помощью ручной масленки (через каждые 6...8 ч). Масло подается на нижнюю ветвь у входа в зацепление со звездочкой.

При капельном ручном, а также струй­ном смазывании от насоса необходимо обеспечивать распределение смазочного материала по всей ширине цепи и попада­ние его между пластинами для смазы­вания шарниров. Подводить смазку пред­почтительно на внутреннюю поверхность цепи, Откуда под действием центробеж­ной силы она лучше подается к шарнирам.

Выбор типа смазки (табл.7) и вида смазочного материала по ГОСТ 17479.4-87 (табл.8) зависит от скорости цепи v и давления в шарнире цепи p .

Таблица 7

Смазка цепных передач при окружной скорости v , м/с
≤ 4	≤ 7		≥ 12
Капельная 4...10 кап/ мин	В масляной	Циркуляционная под давлением	Разбрызгиванием

Таблица 8

Давление в шарнире p , МПа	Скорость цепи v , м/с		Давление в шарнире p , МПа	Скорость цепи v , м/с
Капельная			В масляной ванне
≤ 10	≤ 1 ≥ 5		≤ 10	≤ 5 ≥ 10
	≤ 1 ≥ 5			≤ 5 ≥ 10
	≤ 1 ≥ 5			≤ 5 ≥ 10
≥ 30	≤ 1 ≥ 5		≥ 30	≤ 5 ≥ 10

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

1. В приводах с быстроходными двигателями цепную передачу, как правило, устанавливают после редуктора.

3. Для обеспечения достаточного самонатяжения цепи не следует делать угол наклона линии центров звездочек к горизонту более 60°. При θ > 60 0 на ведомую ветвь в местах наибольшего провисания цепи устанавливают оттяжную звездочку.

4. Диаметр оттяжной звездочки выполняют больше диаметра мены звездочки передачи, она должна входить в зацепление не менее, чем с тремя звеньями цепи.

5. Поскольку цепь в поперечном сечении не обладает гибкостью, валы цепной передачи должны быть параллельными, а звездочки установлены в одной плоскости.

6. Применение трех- и четырехрядных цепей нежелательно, так они дороги и требуют повышенной точности изготовления звездочек и монтажа передачи.

7. Для увеличения долговечности цепной передачи необходимо по возможности принимать большее число зубьев меньшей (ведущей) звездочки, так как при малом числе зубьев в зацеплении находится небольшое число звеньев, что снижает плавность работы передачи и увеличивает износ цепи из-за большого угла поворота шарнира.

Конструирование звездочек

Конструкция венца звездочек для роликовых цепей показана на рис. 17.

Рис. 17. Конструкция венца звездочек для роликовых цепей

Основные зависимости для конструирования звездочек этого типа приведены в табл.9.

Таблица 9. Основные зависимости для конструирования звездочек

	Параметр	Расчетные формулы
	делительный диаметр
	диаметр выступов	D e =P ц ∙
	диаметр впадин	D i =d д -2r
	диаметр проточки	D c =P ц ∙ ctg (180 ° /z)-1,3 ∙ h
	ширина зуба	b=0, 9∙ B ВН -0,15
	ширина венца	B=(n-1) ∙ A+b
	радиус скругления зуба	R=1,7 ∙ d 1
	радиус впадины	r=0,5025 ∙ d 1 -0,05
	радиус сопряжения	r 1 =1,3025 ∙ d 1 +0,05
	радиус головки зуба	r 2 =d 1 ∙ (1,24cos φ +0,08cos β -1,3025)-0,05
	половина угла зуба	φ =17 ° -64 ° /z
	угол сопряжения	β =18 ° -60 ° /z
	половина угла впадины	α =55 ° -60 ° /z
		f=0,2b
	угол скоса зуба	γ≈ 20 °
	смещение	e=0,03 ∙ P ц
	толщина обода	δ =1,5∙ (D e -d д )
	толщина диска	С=(1,2…1,3)∙δ

Числовые значения B ВН, A , d 1 и h принимают в зависимости от шага цепи P ц по табл.10.

Таблица 10

P ц, мм	Расстояние между внутренними пластинами B ВН, мм	Расстояние между осями симметрии многорядных цепей A , мм	d 1 , мм	внутренней пластины h , мм

При изготовлении звездочек обычно принимают 2-й класс точности по ГОСТ 591-69.

Пример оформления чертежа звездочки для роликовой цепи приведен на рис.18.

Таблицу параметров зубчатого венца размещают в правом верхнем углу чертежа. Она состоит из двух частей, разделенных сплошной основной линией. В первой части таблицы приводят обозначение сопрягаемой цепи. Во второй части указывают параметры звездочки: число зубьев - z ; профиль зуба со ссылкой на стандарт (ГОСТ 591-69) и указанием о смещении; класс точности - 2 й; радиус впадины - r ; радиус сопряжения – r 1 ; радиус головки зуба – r 2 ; половину угла впадины - α ; угол сопряжения - β .

Лекция 10 ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

П л а н л е к ц и и

1. Общие сведения.

2. Приводные цепи.

3. Особенности работы цепных передач.

4. Звездочки.

5. Силы в ветвях цепи.

6. Характер и причины отказов цепных передач.

7. Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью.

1. Общие сведения

Цепную передачу (рис. 10.1) относят к передачам зацеплением с гибкой связью. Движение передает шарнирная цепь 1 , охватывающая ведущую2 и ведомую3 звездочки и зацепляющаяся за их зубья.

Цепные передачи выполняют как понижающими, так и повышающими.

Достоинства цепных передач:

по сравнению с зубчатыми передачами цепные передачи могут передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях

по сравнению с ременными передачами цепные более компактные, передают бόльшие мощности, имеют возможность применения в значительном диапазоне межосевых расстояний, требуют значительно меньшей силы предварительного натяжения, обеспечивают постоянство передаточного числа (отсутствует скольжение и буксование), обладают высоким КПД;

могут передавать движение одной цепью нескольким ведомым звездочкам.

Недостатки цепных передач:

значительный шум при работе вследствие удара звена цепи о зуб звездочки при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев и большом шаге, что ограничивает применение цепных передач при больших скоростях;

сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи (увеличение шага цепи), необходимость применения системы смазывания и установки в закрытых корпусах;

удлинение цепи из-за износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств;

неравномерность вращения звездочек; необходимость в большой точности сборки передачи.

Цепные передачи применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, промышленных роботах, буровом оборудовании, строительно-дорожных, сельско-хозяйственных, полиграфических и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а использование ременных передач невозможно. Наибольшее применение получили цепные передачи мощ-ностью до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/с.

2. Приводные цепи

Главный элемент цепной передачи – приводная цепь состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Приводные цепи служат для передачи механической энергии от одного вала к другому.

Основные типы стандартизованных приводных цепей: роликовые, втулочные и зубчатые.

Роликовые приводные цепи. Стандартом предусмотрены следующие типы роликовых цепей: приводные роликовые (ПР, рис. 10.2), легкой серии (ПРЛ), длиннозвенные (ПРД), двух-, трех- и четырехрядные (2ПР, 3ПР, 4ПР).

Звенья роликовых цепей (рис. 10.3) состоят из двух рядов наружных 1 и внутренних2 пластин. В наружные пластины запрессованы оси3 , пропущенные через втулки4 , запрессованные, в свою очередь, во внутренние пластины. На втулки предварительно надеты свободно вращающиеся закаленные ролики5 . Концы осей после сборки расклепывают с образованием головок, препятствующих спаданию пластин. При относительном повороте звеньев ось проворачивается во втулке, образуя шарнир скольжения. Зацепление цепи со звездочкой происходит через ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки. Такая конструкция позволяет выравнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба.

Пластины очерчены контуром, напоминающим цифру 8 и обеспечивающим равную прочность пластины во всех сечениях.

Шаг Р цепи является основным параметром цепной передачи. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи.

Делительная окружность звездочек проходит через центры шарниров

d = P /,

где Z – число зубьев звездочки.

Шаг P у звездочек измеряют по хорде делительной окружности.

Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях 15–30 м/с.

Втулочные приводные цепи (рис. 10.4) по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет изготовление цепи, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек. Втулочные цепи применяют в неответственных передачах при скоростях 15–35 м/с.

Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными и многорядными с числом рядов 2–4 и более. Многорядная цепь с меньшим шагомP позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче. Многорядные цепи могут работать при существенно больших скоростях движения цепи. Нагрузочная способность цепи возрастает почти прямо пропорционально числу рядов.

Соединение концов цепи при четном числе ее звеньев производят соединительным звеном, при нечетном – переходным звеном, которое менее прочное, чем основные. Поэтому применяют цепи с четным числом звеньев.

Зубчатые приводные цепи (рис. 10.5) состоят из звеньев, составленных из набора пластин, шарнирно соединенных между собой. Каждая пластина имеет по два зуба и впадину между ними для размещения зуба звездочки.

Число пластин определяет ширину цепи, которая, в свою очередь, зависит от передаваемой мощности. Рабочими гранями являются плоскости пластин, расположенные под углом 60º. Этими гранями каждое звено цепи вклинивается между двумя зубьями звездочки, имеющими трапециевидный профиль. Благодаря этому зубчатые цепи работают плавно, с малым шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку и допускают скорости 25–40 м/с.

Для устранения бокового спадания цепи со звездочек применяют направляющие пластины, расположенные по середине или по бокам цепи. Делительный диаметр звездочки для зубчатых цепей больше ее наружного диаметра.

Относительный поворот звеньев обеспечивают шарниры скольжения или качения.

Шарнир качения ((рис. 10.5)) состоит из двух призм1 и2 с цилиндрическими рабочими поверхностями и длиной, равной ширине цепи. Призмы опирают на лыски. Призма1 закреплена в фигурном пазе пластиныВ , призма2 – в пластинеА . Призмы при повороте звеньев обкатываются одна по другой, обеспечивая чистое качение. Цепи с шарнирами качения более дорогие, но имеют малые потери на трение.

Шарнир скольжения состоит из оси, двух вкладышей, закрепленных в фигурных пазах пластинА иВ . При повороте пластин вкладыш скользит по оси, поворачиваясь в пазу пластины. Вкладыши позволяют увеличить площадь контакта в 1,5 раза. Шарнир допускает поворот пластины на угол

max . Обычноmax = 30°.

По сравнению с другими, зубчатые цепи тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже.

Преимущественное применение в настоящее время имеют передачи роликовыми и втулочными цепями.

Материал цепей. Цепи должны быть износостойкими и прочными. Пластины цепей изготовляют из сталей марок 50, 40Х и других с закалкой до твердости 40–50 HRC, оси, втулки, ролики и призмы – из цементуемых сталей марок 20, 15Х и других с закалкой до твердости 52–65 HRC. Повышением твердости деталей можно повысить износостойкость цепей.

Оптимальное межосевое расстояние передачи принимают из условия долговечности цепи (рис. 10.6):

a = (30–50)P ,

где P – шаг цепи.

При наклоне оси цепной передачи, с делительными окружностями d 1 иd 2 , к горизонту под углом α, ведомая ветвь провисает на величинуf .

3. Особенности работы цепных передач

Переменность мгновенного значения передаточного отношения.

Скорость v цепи, угловая скорость2 ведомой звездочки и передаточное отношениеi =1 /2 переменны при постоянной угловой скорости1 ведущей звездочки.

Движение шарнира звена, вошедшего последним в зацепление с ведущей звездочкой, определяет движение цепи в работающей передаче. Каждое звено ведет цепь при повороте звездочки на один угловой шаг, а потом уступает место следующему звену.

Рассмотрим цепную передачу с горизонтальным расположением ведущей ветви. Ведущий шарнир на малой звездочке в некоторый момент времени повернут относительно вертикальной оси на угол 1 . Окружная скорость на зубе ведущей звездочкиv 1 = 1 R 1 , гдеR 1 = d 1 /2 – радиус расположения шарниров цепи. Скорость движения цепиv =v 1 соs1 , где1 – угол обхвата ведущей звездочки относительно перпендикуляра к ведущей ветви. Так как при повороте звездочки угол1 изменяется по абсолютной величине в пределах (/Z 1 – 0 – /Z 1 ), то скоростьv цепи при повороте на один

угловой шаг колеблется в пределах (v min –v max –v min ), гдеv min =1 R 1 соs (/Z 1 ) иv min =1 R 1 . Мгновенная угловая скорость ведомой звездочки

2 = v /(R 2 соs2 ),

где угол 2 на ведомой звездочке меняется в пределах (/Z 2 – 0 – /Z 2 ).

М г н о в е н н о е п е р е д а т о ч н о е о т н о ш е н и е (с учетом v = 1 R 1 соs1 )

			R 2 cosα2
			R 1 cosα1

Передаточное отношение цепной передачи переменно в пределах поворота звездочки на один зуб. Непостоянство i вызывает неравномерность хода передачи, динамическое нагружение вследствие ускорения масс, соединяемых передачей, и поперечные колебания цепи. Равномерность движения тем выше, чем больше числа зубьев звездочек (меньше пределы изменения углов1 ,2 ).

С р е д н е е п е р е д а т о ч н о е о т н о ш е н и е. Цепь за один оборот звездочки проходит путь S =PZ . Время, c, одного оборота звездочки:t = 2 /1 = 60/n . Следовательно, скоростьv , м/с, цепи

v = S /t = РZ 1 10–3 /(60/n 1 ) = PZ 2 10–3 /(60/n 2 ),

где P – шаг цепи, мм;Z 1 ,n 1 иZ 2 ,n 2 – соответственно числа зубьев и частоты вращения ведущей и ведомой звездочек, об/мин.

Из равенства скоростей цепи на звездочках следует

i = n1 / n2 = Z2 / Z1 = R2 / R1 .

Среднее передаточное отношение i за оборот постоянно. Максимально допустимое значение передаточного отношения цепной передачи ограничено дугой обхвата цепью малой звездочки и числом шарниров, находящихся на этой дуге. Рекомендуют угол обхвата принимать не менее 120°, а число шарниров на дуге обхвата – не менее пяти. Это условие может быть выполнено при любых межосевых расстояниях, еслиi < 3,5. Приi > 7 межосевое расстояние выходит за пределы оптимальных значений. Поэтому обычноi 6.

Удары звеньев цепи о зубья звездочек при входе в зацепление.

Окружная скорость зуба звездочки в момент, предшествующий входу шарнира цепи в зацепление, – v 1 , а вертикальная проекция этого вектора –v" . Поскольку ведущим пока является предыдущий шарнир, то вся цепь, в том числе и шарнир, входящий в зацепление, перемещается со скоростьюv 1 . Вертикальная проекция вектора скоростиv 1 , входящего в зацепление

звездочки.

Поворот звеньев под нагрузкой. При повороте звездочки на один угловой шаг звенья, соединяемые ведущим шарниром, поворачиваются на

угол. Поворот в шарнире происходит при передаче окружной силы и вызывает изнашивание. Угол поворота, определяющий путь трения (изнашивание), тем меньше, чем больше число зубьев звездочки.

4. Звездочки

Звездочки (рис. 10.7) цепных передач в соответствии со стандартом выполняют с износоустойчивым профилем зубьев. Для увеличения долговечности цепной передачи принимают по возможности большее число зубьев меньшей звездочки. Число Z 1 зубьев малой звездочки для роликовых и втулочных цепей, при условииZ 1 min 13,

Z 1 = 29 – 2i ,

где i – передаточное отношение.

Минимально допустимое число зубьев малой звездочки принимают:

при высоких частотах вращения Z 1 min = 19–23; при средних –Z 1 min = 17–19; при низких –Z 1 min = 13–15.

При износе шарниров и увеличении в связи с этим шага цепь стремится подняться по профилю зубьев, причем тем выше, чем больше число зубьев звездочки. При большом числе зубьев даже у мало изношенной цепи в результате радиального сползания по профилю зубьев цепь соскакивает с ведомой звездочки. Поэтому максимальное число зубьев большой звездочки ограничивают: Z 2 90 для втулочной цепи;Z 2 120 для роликовой. Предпочтительно принимать нечетные числа зубьев звездочек, что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует ее более равномерному изнашиванию.

Материал звездочек должен быть износостойким и хорошо сопротивляться действию ударных нагрузок. Звездочки изготовляют из стали

марок 45, 40Х и других с закалкой до твердости 45–55 HRC или из цементуемой стали марок 15, 20Х с закалкой до твердости 55–60 HRC. С целью снижения уровня шума и динамических нагрузок в передачах с легкими условиями работы изготовляют зубчатый венец звездочек из полимерных материалов: стеклопластиков и полиамидов.

5. Силы в ветвях цепи

Ведущая ветвь цепи при работе передачи нагружена силой F 1 , состоящей из полезной (окружной) силыF t и силыF 2 натяжения ведомой ветви цепи:

F1 = Ft + F2 .

Окружная сила F t Н, передаваемая цепью:

F t = 2 103 T /d ,

где d – делительный диаметр звездочки, мм.

Силу F 2 натяжения ведомой ветви цепи составляют силаF 0 натяжения от собственной силы тяжести и силаF ц натяжения от действия центробежных сил:

F2 = F0 + Fц .

Натяжение F 0 , Н от силы тяжести при горизонтальном или близком к нему положении линии, соединяющей оси звездочек:

F0 = qga2 / 8 f =1,2 qa2 / f,

где q – масса 1 м цепи, кг/м;g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;а – межосевое расстояние, м;f – стрела провисания ведомой ветви, м (рис. 10.6).

При вертикальном или близком к нему положении линии центров звездочек

F0 = qga.

Натяжение цепи от центробежных сил, Н,

Fц = qv2 ,

где v – скорость движения цепи, м/с.

Сила F ц действует на звенья цепи по всему ее контуру и вызывает дополнительно изнашивание шарниров. Цепные передачи проверяют на прочность по значениям разрушающей силы, приводимой в стандарте, и силы натяжения ведущей ветви, которую при этом вычисляют с учетом дополнительного динамического нагружения от неравномерного движения цепи, ведомой звездочки и приведенных к ней масс. Натяжение ведомой ветви цепиF 2 равно большему из натяженийF 0 илиF ц .

Центробежная сила валы и опоры не нагружает. Расчетная нагрузкаF в на валы цепной передачи несколько больше полезной окружной силы вследствие натяжения цепи от собственной силы тяжести. Условно принимают

Fв = Kв Ft ,

где K в – коэффициент нагрузки вала; для горизонтальных передач,K в = 1,15, для вертикальныхK в = 1,05. Направление силыF в – по линии центров звездочек.

6. Характер и причины отказов цепных передач

Для приводных цепей характерны следующие основные виды предельных состояний :

изнашивание деталей шарниров вследствие их взаимного поворота под нагрузкой. Приводит к увеличению шага цепи. По мере изнашивания шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев и возникает опасность соскакивания цепи со звездочек;

изнашивание зубьев звездочек вследствие относительного скольжения и схватывания в сопряжении ролик – зуб звездочки. Приводит к увеличению шага звездочки;

усталостное разрушение пластин цепей вследствие циклического нагружения. Наблюдают в быстроходных тяжело нагруженных передачах, работающих в закрытых корпусах с хорошим смазыванием;

ударно-усталостное разрушение тонкостенных деталей – роликов и втулок. Эти отказы обусловлены ударами шарниров о зубья звездочек при входе

в зацепление.

В правильно спроектированной и эксплуатируемой цепной передаче увеличение шага цепи по мере износа шарниров опережает увеличение шага звездочки. С этим связаны нарушение зацепления, недопустимое провисание холостой ветви цепи, соскакивание со звездочки, задевание за стенки кожуха или картера, а также увеличение вибраций, шума. В результате цепь заменяют, как правило, до наступления усталостных разрушений. Таким образом, основным видом отказа цепных передач является изнашивание шарниров.

7. Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью

Износостойкость шарниров является основным критерием работоспособности и расчета цепных передач. Изнашивание зависит от давления р в шарнире и величины пути тренияS , количественную оценку

В подразделе помещены сведения о приводных и тяговых цепях. Приводные цепи применяют для передачи механической энергии на средние расстояния между параллельными валами. По сравнению с ременными передачами цепные имеют меньшие габариты и обеспечивают постоянное передаточное отношение, так как работают без скольжения. Для облегчения подбора приводных роликовых цепей в таблицу основных параметров включены площади проекций опорных поверхностей шарниров. Тяговые цепи применяют в качестве тягового элемента в различных конвейерах.

Описание цепной передачи

Цепной называется передача, состоящая из двух колес-звездочек, соединенных цепью (рис. 13). Вращение ведущей звездочки преобразуется во вращение ведомой благодаря сцеплению цепи с зубьями звездочек. Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число (например, цепной вариатор).

Рис. 1 — Устройство цепной передачи

Цепь состоит из подвижных звеньев. В замкнутое кольцо для передачи непрерывного вращательного движения концы цепи соединяются с помощью специального разборного звена.

Как правило, число зубьев на звёздочках и число звеньев цепи стараются делать взаимно простыми, что обеспечивает равномерность износа: каждый зуб звёздочки поочерёдно работает со всеми звеньями цепи.

Характеристики

Цепные передачи универсальны, просты и экономичны. По сравнению с зубчатыми передачами они менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам, допускают практически неограниченные межцентровые расстояния, обеспечивают более простую компоновку, большую подвижность валов друг относительно друга. Цепная передача может быть сделана почти бесшумной в работе, при гораздо большей технологической простоте по сравнению с бесшумными косозубыми шестернями.

Достоинства цепных передач

В сравнении с ремёнными передачами они характеризуются следующими достоинствами:

• отсутствие проскальзывания;
• компактность (занимают значительно меньше места по ширине);
• постоянство среднего передаточного отношения;
• отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники;
• передача большой мощности как при высоких, так и при низких скоростях;
• сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах;
• приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.
• возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;
• по сравнению с зубчатыми передачами - возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м);
• сравнительно высокий КПД (> 0,9 ÷ 0,98);
• возможность легкой замены цепи.

Недостатки цепных передач

• удлинение цепи вследствие износа ее шарниров и растяжения пластин;
• сравнительно высокая стоимость цепей;
• невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;
• передачи требуют установки на картерах;
• затруднен подвод смазки к шарнирам цепи, что сокращает срок службы передачи.
• скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения.
• цепь состоит из отдельных звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многограннику, что вызывает шум дополнительные динамические нагрузки;

Классификация цепей

По назначению:

• приводные цепи
• тяговые цепи
• грузовые цепи.

В некоторых механизмах грузоподъёмные цепи, например, цепная таль с ручным приводом, играют роль приводных цепей.

По конструкции различают приводные цепи:

• роликовые,
• втулочные,
• зубчатые,
• фасоннозвенные.

Роликовые приводные цепи

Зацепление цепи со звездочкой происходит через свободно вращающийся закаленный ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки, образуя шарнир скольжения. Такая конструкция позволяет выровнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба.

Пластины очерчены контуром, напоминающим цифру 8 и обеспечивающим равную прочность пластины во всех сечениях.
Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях v ≤ 15 м/сек .

Приводные роликовые цепи выпускают по ГОСТ 13568-75. Различают:

• однорядные нормальные (ПР) ,
• однорядные длиннозвенные облегченные (ПРД) ,
• однорядные усиленные (ПРУ) ,
• двухрядные (2ПР) ,
• трехрядные (ЗПР) ,
• четырехрядные (4ПР) ,
• с изогнутыми пластинками (ПРИ) .

Из роликовых однорядных цепей наиболее распространены нормальные ПР . Длиннозвенные облегченные цепи ПРД изготовляют с пониженной разрушающей нагрузкой; допускаемая скорость для них до 3 м/сек .
Усиленные цепи ПРУ изготовляют повышенной прочности и точности; их применяют при больших и переменных нагрузках, а также при высоких скоростях.

Многорядные цепи позволяют увеличивать нагрузку пропорционально числу рядов, поэтому их применяют при передаче больших мощностей. Роликовые цепи с изогнутыми пластинами повышенной податливости применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.) .

Рис. 2 — Однорядные и двухрядные роликовые цепи

Втулочные приводные цепи

Втулочные приводные цепи по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет цепь, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек.

Втулочная однорядная цепь (см. рис. 3) состоит из внутренних пластин, напрессованных на втулки, свободно вращающиеся на валиках, на которых напрессованы наружные пластины.
В зависимости от передаваемой мощности приводные втулочные цепи изготовляют однорядными (ПВ) и двухрядными (2ПВ) .
Эти цепи просты по конструкции, имеют небольшую массу и наиболее дешевы, но менее износоустойчивы, поэтому применение их ограничивают небольшими скоростями, обычно до 10 м/сек .

Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными и многорядными с числом рядов 2, 3, 4 и более. Многорядная цепь с меньшим шагом t позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче.
Многорядные цепи могут работать при существенно больших скоростях движения цепи. Нагрузочная способность цепи возрастает почти прямо пропорционально числу рядов.

Соединение концов цепи при четном числе ее звеньев производят соединительным звеном, при нечетном – менее прочным переходным звеном с изогнутыми пластинами. Поэтому применяют цепи с четным числом звеньев.

Однорядные и двухрядные втулочные цепи типа ПВ выпускают по ГОСТ 13568-75.

Рис. 3 — Однорядные и двухрядные втулочные цепи типа ПВ

Тяговые пластинчатые цепи

Тяговые пластинчатые цепи (втулочные и роликовые) выпускают по ГОСТ 588-81; этот ГОСТ распространяется на тяговые пластинчатые втулочные, роликовые и катковые цепи (с гладкими катками и подшипниками скольжения), применяемые в подъемно-транспортных машинах и других механизмах.

Приводные зубчатые цепи

Приводные зубчатые цепи выпускают по ГОСТ 13552-81. Эти цепи работают плавно, с небольшим шумом, обеспечивают высокую кинематическую точность передачи вследствие равномерного изменения шага в процессе работы, обладают повышенной надежностью. Зубчатые цепи состоят из набора пластин зубообразной формы, шарнирно соединенных между собой. Число пластин определяет ширина цепи, которая зависит от передаваемой мощности. Рабочими гранями пластин являются плоскости зубьев, расположенные под углом 60°, которыми каждое звено цепи садится на два зуба звездочки. Благодаря этой особенности зубчатые цепи обладают минимально возможным шагом и поэтому допускают более высокие скорости.
Для устранения бокового спадания цепи со звездочки применяют направляющие пластины, расположенные по середине цепи или по бокам ее. Зубчатые цепи по сравнению с другими работают более плавно, с меньшим шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку, но тяжелее и дороже.

Рис. 4 — Зубчатая цепь

Фасоннозвенные цепи

Фасоннозвенные цепи различают двух типов:

• крючковые;
• штыревые.

Крючковая цепь состоит из звеньев одинаковой формы, отлитых из ковкого чугуна или штампованных из полосовой стали 30Г без дополнительных деталей.
Сборку и разборку этой цепи осуществляют путем взаимного наклона звеньев на угол 60°.

В штыревой цепи литые звенья из ковкого чугуна соединяются зашплинтованными стальными (из стали Ст3) штырями.

Фасоннозвенные цепи применяют при передаче небольших мощностей, при малых скоростях (крючковая — до 3 м/сек, штыревая — до 4 м/сек) , обычно в условиях несовершенной смазки и защиты.
Звенья фасоннозвенных цепей не обрабатывают. Благодаря небольшой стоимости и легкости ремонта фасоннозвенные цепи широко применяют в сельскохозяйственных машинах.

Область применения цепных передач

Цепные передачи находят широкое применение во многих областях машиностроения, конструкциях сельскохозяйственных и дорожных машин, станкостроении и т. д.
Их применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, автомобилях, промышленных роботах, буровом оборудовании, подъемно-транспортных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, полиграфических и других машинах, в нефтяном оборудовании для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно. Цепные передачи применяют при сравнительно больших межосевых расстояниях, когда зубчатые передачи невозможно использовать вследствие их громоздкости, а ременные передачи в связи с требованиями компактности или постоянства передаточного отношения. Преимущественное распространение имеют открытые цепные передачи, работающие без смазки, или с периодической ручной смазкой, с однорядными втулочно-роликовыми цепями, непосредственно встроенные в машины.

Цепные передачи наибольшее применение получили для передачи мощностей до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/сек .

Звездочки

Работа цепной передачи во многом зависит от качества звездочек: точности их изготовления, каче­ства поверхности зубьев, материала и термообработки.

Конструктивные размеры и форма звездочек зависят от параметров вы­бранной цепи и передаточного отношения, определяющего число зубьев меньшей ведущей звездочки. Параметры и качественные характеристики звездочек установлены ГОСТ 13576-81. Звездочки приводных роликовых и втулочных выполняют по ГОСТ 591-69, звездочки для пластинчатых цепей по ГОСТ 592-81, звездочки для зубчатых цепей по ГОСТ 13576-81.

Рабочий профиль зуба звездочки для роликовых и втулочных цепей очерчен дугой, соответствующей окружности. Для зубчатых цепей рабочие профили зубьев звездочек прямолинейны. В поперечном сечении профиль звездочки зависит от числа рядов цепи.

Материал звездочек должен быть износостойким, способным сопротив­ляться ударным нагрузкам. Звездочки изготовляют из сталей 40, 45, 40Х и других с закалкой до твердости HRC 40…50 или цементируемой стали 15, 20, 20Х и других с закалкой до твердости HRC 50.. .60. Для звездочек тихоходных передач применяют серый или модифицированный чугун СЧ 15, СЧ 20 и др.

В последнее время применяют звездочки с зубчатым венцом из пластмасс. Для таких звездочек характерны пониженный изно­с цепи и малый шум при работе передачи.

Примеры конструкций и элементы цепных передач

• Цепи приводные роликовые по ГОСТ 13568-75 (СТ СЭВ 2640-80)
• Цепи приводные зубчатые по ГОСТ 13552-81
• Цепи тяговые разборные по ГОСТ 589-85 (СТ СЭВ 535-77)
• Конструкции звездочек, натяжные звездочки.
• Ограждение и смазывание цепных передач
• Цепи тяговые пластинчатые по ГОСТ 588-81 (СТ СЭВ 1011-78)