Простейшая цепная передача (рис. 3) состоит из двух, закрепленных каждая на своем валу, звездочек (1 и 2), меньшая из которых чаще всего бывает ведущей, и охватывающей их цепи 3, составленной из множества жестких звеньев, имеющих возможность поворачиваться друг относительно друга.
Цепные передачи нашли широкое применение в машинах общепромышленного назначения.
Цепные передачи находят широчайшее применение в различных подъемных (например, в многоковшовых элеваторах) и транспортирующих устройствах. Применение цепных передач в этих случаях упрощает конструкцию узлов машин, повышает их надежность и производительность. В этих устройствах применяются цепи самых разных конструктивных типов.
Цепные передачи используют как для редуцирования (снижения скорости в процессе передачи) вращательного движения, так и для его мультиплицирования (повышения скорости).
Достоинства цепных передач: 1. Возможность передачи движения на достаточно большие расстояния (до 8 м). 2. Возможность передачи движения одной цепью нескольким валам. 3. Отсутствие проскальзывания, а следовательно, и стабильность передаточного отношения при уменьшенной поперечной нагрузке на валы и на их опоры. 4. Относительно высокий КПД (0,96…0,98 при достаточной смазке).
Недостатки цепных передач: 1. Повышенная шумность и виброактивность при работе вследствие пульсации скорости цепи и возникающих при этом динамических нагрузок. 2. Интенсивный износ шарниров цепи вследствие ударного взаимодействия со впадиной звездочки, трения скольжения в самом шарнире и трудности смазки. 3. Вытягивание цепи (увеличение шага между шарнирами звеньев) вследствие износа шарниров и удлинения пластин. 4. Сравнительно высокая стоимость.
Классификация:
Цепи по назначению могут быть разделены на:
1. тяговые цепи, предназначенные для перемещения грузов по горизонтальной или наклонной поверхности;
2. грузовые цепи, предназначенные для подъема грузов;
3. приводные цепи, предназначенные для передачи движения, чаще всего вращательного, в цепных передачах.
Наибольшее распространение в качестве приводных получили роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Эти три разновидности цепей стандартизованы.
8. Зубчатые передачи, схемы, назначение, достоинства, недостатки, классификация .
Зубчатая передача -трехзвенный механизм, включающий два подвижных звена, взаимодействующих между собой через высшую зубчатую кинематическую пару и образующих с третьим неподвижным звеном низшие (вращательные или поступательные) кинематические пары
Рис. 1. Виды зубчатых передач
Меньшее зубчатое колесо, участвующее в зацеплении обычно называют шестерней , большее – зубчатым колесом , звено зубчатой передачи, совершающее прямолинейное движение, называют зубчатой рейкой (рис. 1, к).
Рис. 2. Схема зубчатой передачи и ее параметры
Назначение зубчатой передачи - передача движения (чаще всего вращательного) с преобразованием параметров, а иногда и его вида (реечная передача). Зубчатые передачи вращательного движения наиболее распространены в технике (рис. 5). Они характеризуются передаваемыми мощностями от микроватт (механизм кварцевых наручных часов) до десятков тысяч киловатт (крупные шаровые мельницы, дробилки, обжиговые печи) при окружных скоростях до 150 м/с.
Достоинства зубчатых передач:
1. Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей.
2. Большой ресурс.
3. Малые габариты.
4 Высокий КПД.
5. Относительно малые нагрузки на валы и подшипники.
6. Постоянство передаточного числа.
7. Простота обслуживания.
Недостатки зубчатых передач :
1. Сложность изготовления и ремонта (необходимо высокоточное специализированное оборудование).
2. Относительно высокий уровень шума, особенно на больших скоростях.
3. Нерациональное использование зубьев – в работе передачи одновременно участвуют обычно не более двух зубьев каждого из зацепляющихся колёс.
Классификация зубчатых передач:
1. По величине передаточного числа:
1.1. с передаточным числом u >1 – редуцирующие (редукторы - большинство зубчатых передач);
1.2. с передаточным числом u <1 – мультиплицирующие (мультипликаторы).
2. По взаимному расположению валов:
2.1. с параллельными валами - цилиндрические зубчатые передачи
2.2. с пересекающимися осями валов - конические зубчатые передачи
(конические передачи с углом 90град между осями валов называют ортогональными);
2.3. с перекрещивающимися осями валов - червячные, винтовые (рис. 5, и), гипоидные;
2.4. с преобразованием движения – реечные
3. По расположению зубьев относительно образующей поверхности колеса:
3.1. прямозубые - продольная ось зуба параллельна образующей поверхности колеса;
3.2. косозубые - продольная ось зуба направлена под углом к образующей поверхности колеса;
3.3. шевронные - зуб выполнен в форме двух косозубых колес со встречным наклоном осей зубьев;
3.4. с круговым зубом - ось зуба выполнена по окружности относительно образующей поверхности колеса.
4. По форме зацепляющихся звеньев:
4.1. с внешним зацеплением - зубья направлены своими вершинами от оси вращения колеса;
4.2. с внутренним зацеплением - зубья одного из зацепляющихся колес направлены своими вершинами к оси вращения колеса;
4.3. реечное зацепление - одно из колес заменено прямолинейной зубчатой рейкой;
4.4. с некруглыми колесами.
5. По форме рабочего профиля зуба:
5.1. эвольвентные - рабочий профиль зуба очерчен по эвольвенте круга (линия описываемая точкой прямой, катящейся без скольжения по окружности);
5.2. циклоидальные - рабочий профиль зуба очерчен по круговой циклоиде (линия описываемая точкой окружности, катящейся без скольжения по другой окружности);
5.3. цевочное (разновидность циклоидального) – зубья одного из колес, входящих в зацепление, заменены цилиндрическими пальцами – цевками;
5.4. с круговым профилем зуба (зацепление Новикова) – рабочие профили зубьев образованы дугами окружности практически одинаковых радиусов.
6. По относительной подвижности геометрических осей зубчатых колес:
6.1. с неподвижными осями колес - рядовые передачи (рис. 5);
6.2. с подвижными осями некоторых колес - планетарные передачи.
7. По жесткости зубчатого венца колес, входящих в зацепление:
7.1. с колесами неизменяемой формы (с жестким венцом);
7.2. включающая колеса с венцом изменяющейся формы (гибким).
8. По окружной (тангенциальной) скорости зубьев:
8.1. тихоходные (Vз < 3 м/с);
8.2. среднескоростные (3< Vз < 15 м/с);
8.3. быстроходные (Vз > 15 м/с).
9. По конструктивному исполнению:
9.1. открытые (бескорпусные);
9.2. закрытые (корпусные).
Наиболее широкое применение находят редуцирующие зубчатые передачи вращательного движения, в том числе и в многоцелевых гусеничных и колесных машинах (коробки передач, бортовые редукторы, приводы различных устройств). Поэтому дальнейшее изложение, если это не упоминается особо, касается только передач вращательного движения.
Просмотр: эта статья прочитана 11372 раз
Pdf Выберите язык... Русский Украинский Английский
Полностью материал скачивается выше, предварительно выбрав язык
Цепная передача основана на зацеплении цепи и звездочек.
Преимущества и недостатки
Принцип зацепления и высокая прочность стальной цепи позволяют обеспечивать большую нагрузочную способность цепной передачи по сравнению с ременной передачей. Отсутствие скольжения и буксование обеспечивает постоянство передаточного отношения (среднего за оборот) и возможность работы при кратковременных перегрузках.
Принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи, что уменьшает нагрузку на опоры. Цепные передачи могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях, а также передавать мощность от одного ведущего вала нескольким ведомым.
Основной причиной недостатков цепной передачи является то, что цепь, состоит из отдельных жестких звеньев, располагающихся на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. Отсюда возникает износ шарниров цепи, шум и дополнительные динамические нагрузки. Цепные передачи нуждаются в организацию системы смазки.
Область применения:
- при значительных межосевых расстояниях, при скоростях меньше 15-20 м/с, при скоростях до 35 м/с применяют пластинчатые цепи (набор пластин из двумя зубоподобными выступами, принцип внутреннего зацепления);
- при передаче от одного ведущего вала нескольким ведомым;
- когда зубчатые передачи неприменимы и ременные ненадежны.
По сравнению с ременными, цепные передачи более шумные, а в редукторах их применяют на тихоходных степенях.
Основные характеристики цепной передачи
Мощность
Современные цепные передачи могут работать в довольно широком диапазоне: от долей до нескольких тысяч киловатт. Но при больших мощностях возрастает себестоимость передачи, поэтому наиболее распространены цепные передачи до 100 кВт.
Окружная скорость
С ростом скорости и частоты вращения увеличиваются износ, динамические нагрузки и шум.
Передаточное число:
Передаточное число цепной передачи ограничивается до 6, вследствие увеличения габаритов.
ККД передачи
Потери в цепной передаче состоят из потерь на трение в шарнирах цепи, на зубьях звездочек и в опорах валов. При смазывании погружением в смазочную ванну учитываются потери на перемешивание смазочного масла . Среднее значение ККД
Межосевое расстояние и длина цепи
Минимальное значение межосевого расстояния ограничивается минимально допустимым зазором между звездочками (30...50 мм). Для обеспечения долговечности, в зависимости от передаточного числа
Типы приводных цепей
- Роликовая
- Втулочная
- Зубчатые
Все цепи стандартизированы и изготовляются на специальных предприятиях.
Звездочки приводных цепей
Звездочки подобны зубчатым колесам. Делительная окружность проходит через центры шарниров цепи.
Профиль зубьев роликовых и втулочных цепей может быть выпуклый, прямолинейный и вогнутый, в котором только основной нижний участок профиля вогнут, у вершины форма выпуклая, в средней части есть небольшой прямолинейный переходной участок. Вогнутый профиль наиболее распространен.
Качество профиля определяется углом профиля, который для вогнутого и выпуклого профилей изменяется по высоте зуба. С увеличением угла профиля уменьшается износ зубьев и шарниров, однако это приводит к усилению ударов шарниров при входе в зацепление, а также к увеличению натяжения холостой ветви цепи.
Материалы
Цепи и звездочки должны быть стойкими против износа и ударных нагрузок. Большинство цепей и звездочек изготовляют из углеродистых и легированных сталей с дальнейшей термообработкой (улучшение, закалка).
Звездочки, как правило, изготовляют из сталей 45, 40Х и др., пластины цепей - из сталей 45, 50 и т.п., валики и ролики - из сталей 15, 20,20Х и др.
Детали шарниров цементируют для повышения износоустойчивости при сохранении ударной прочности.
В перспективе предполагается изготовление звездочек из пластмасс, которые позволяют уменьшить динамические нагрузки и шум передачи.
Силы в зацеплении
- силы натяжения ведущей и ведомой ветвей,
- окружная сила,
- сила предварительного натяжения,
- центробежная сила.
Кинематика и динамика цепных передач
Движение ведомой звездочки определяется скоростью V 2 , периодические изменения которой сопровождаются непостоянством передаточного отношения и дополнительными динамическими нагрузками. Со скоростью V 1 связаны поперечные колебания ветвей цепи и удары шарниров цепи о зубья звездочки, вызывающие дополнительные динамические нагрузки.
С уменьшением числа зубьев z 1 ухудшаются динамические свойства передачи.
Удары вызывают шум при работе передачи и являются одной из причин выхода из строя цепи. Для ограничения вредного влияния ударов разработаны рекомендации по выбору шага цепи в зависимости от быстроходности передачи. При некоторой частоте вращения может возникнуть явление резонанса колебаний цепи.
В ходе работы возникает износ шарниров цепи за счет увеличения зазоров между валиком и втулкой, в результате цепь вытягивается.
Срок службы цепи по износу зависит от межосевого расстояния, числа зубьев малой звездочки, давления в шарнире, условий смазки, износоустойчивости материала цепи, допустимого относительного износа
С увеличением длины цепи увеличивается срок службы. При меньшем числе зубьев звездочки динамика ухудшается. Увеличение числа зубьев ведет к увеличению габаритов, уменьшается допустимый относительный зазор, который ограничивается возможностью потери зацепления цепи со звездочкой, а также уменьшением прочности цепи.
Таким образом, с увеличением числа зубьев звездочки z уменьшается допустимый относительный износ шарниров, и как следствие, уменьшается срок работы цепи до потери зацепления со звездочкой.
Максимальный срок службы с учетом прочности и способности к зацеплению обеспечивается выбором оптимального числа зубьев звездочки.
Критерии работоспособности цепной передачи
Основной причиной потери работоспособности является износ шарниров цепи. Основной расчетный критерий износоустойчивости шарниров
Срок службы цепи по износу зависит:
- от межосевого расстояния (увеличивается длина цепи и уменьшается число пробегов цепи в единицу времени, т.е. уменьшается число поворотов в каждом шарнире цепи);
- от числа зубьев малой звездочки (с увеличением z1 уменьшается угол поворота в шарнирах).
Методика практического расчета цепной передачи приведена в.
цепная передача, цепь, звездочка, шаг цепи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи
Пример расчета прямозубой цилиндрической передачи . Выполнен выбор материала, расчет допускаемых напряжений, расчет на контактную и изгибную прочность.
Пример решения задачи на изгиб балки
В примере построены эпюры поперечных сил и изгибающих моментов, найдено опасное сечение и подобран двутавр. В задаче проанализировано построение эпюр с помощью дифференциальных зависимостей, провелен сравнительный анализ различных поперечных сечений балки.
Пример решения задачи на кручение вала
Задача состоит в проверке прочности стального вала при заданном диаметре, материале и допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания. Собственный вес вала не учитывается
Пример решения задачи на растяжение-сжатие стержня
Задача состоит в проверке прочности стального стержня при заданных допускаемых напряжениях. В ходе решения строятся эпюры продольных сил, нормальных напряжений и перемещений. Собственный вес стержня не учитывается
Применение теоремы о сохранении кинетической энергии
Пример решения задачи на применение теоремы о сохранение кинетической энергии механической системы
Определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
Пример решение задачи на определение скорости и ускорения точки по заданным уравнениям движения
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
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 отношение i =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)
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 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:
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:
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
Натяжение цепи от центробежных сил, Н,
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
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
n1.doc
Раздел 10. Цепные передачи.Общие сведения
Передачу механической энергии между параллельными валами, осуще ствляемую с помощью двух колес - звездочек 1 и 2 и охватывающей их цепи 3, называют цепной передачей (рис. 1). Служат для передачи вращения между удаленными друг от друга параллельными валами.
Рис.1. Цепная передача: 1 - ведущая звездочка; 2 - ведомая звездочка;
3 - цепь; 4 - натяжное устройство
Цепная передача, как и ременная, принадлежит к числу передач с гиб кой связью. Гибким звеном в этом случае является цепь, входящая в зацеп ление с зубьями звездочек. Цепь состоит из соединенных шарни рами звеньев, которые обеспечивают по движность или «гибкость» цепи. Зацепление обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с ременной передачей.
Цепную передачу можно классифицировать как передачу зацеплением с гибкой связью (ременная - трением с гибкой связью). Зацепление позволя ет обойтись без предварительного натяжения цепи. В конструкции цепных передач для компенсирования удлинения цепи при вытяжке и обеспечения эксплуатационной стрелы провисания f ведомой ветви иногда предусмат ривают специальные натяжные устройства (см. рис.1). Кроме перечисленных основ ных элементов, цепные передачи включают смазочные устрой ства и ограждения.
Угол обхвата звездочки цепью не имеет такого решающего значения, как угол обхвата шкива ремнем в ременной передаче.
Цепные передачи можно использовать как при больших, так и при малых межосевых расстояниях. Они могут передавать мощность от одного ве дущего звена 1 нескольким звездочкам 2 (рис.2).
Рис.2. Схема многозвенной передачи: 1 - ведущая звездочка; 2 - три ведомых звездочки
Рис.3. Многозвенная передача
Классификация
Цепные передачи разделяют по следующим основным признакам:
По типу цепей: с роликовыми (рис.4, а); с втулочными (рис.4, б ); с зубчатыми (рис.4, в).
По числу рядов роликовые цепи делят на однорядные (см. рис.4, а) и многорядные (например, двухрядные, см. рис.4, б).
По числу ведомых звездочек: нормальные двухзвенные (см. рис.1, 4, 5); специальные - многозвенные (см. рис. 2, 3).
По расположению звездочек: горизонтальные (рис.5, а); наклонные (рис.5, б ); вертикальные (рис.5, в ).
a) б) в)
Рис. 4. Типы цепных передач: а - с роликовой цепью; б - с втулочной цепью; в - с зубчатой цепью
Рис. 5. Виды цепных передач: а - горизон тальная;
б - наклонная; в - вертикальная
Рис. 6. Цепная передача с натяжным роликом
5. По способу регулирования провисания цепи: с натяжным устройст вом (см. рис. 1); с натяжной звездочкой (роликом, рис.6).
6. По конструктивному исполнению: открытые (см. рис.3), закрытые (рис.7).
Рис.7. Установка с цепной передачей
Достоинства и недостатки
Достоинства:
Большая прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяет передать цепью большие нагрузки с постоянным передаточным чис лом и при значительно меньшем межосевом расстоянии (передача более компактна);
Возможность передачи движения одной цепью нескольким звездоч кам;
По сравнению с зубчатыми передачами - возможность передачи вра щательного движения на большие расстояния (до 7 м);
Меньшая, чем в ременных передачах, нагрузка на валы;
Сравнительно высокий КПД (>> 0,9 ч 0,98);
Отсутствие скольжения;
Малые силы, действующие на валы, так как нет необхо димости в большом начальном натяжении;
Возможность легкой замены цепи.
Недостатки:
Сравнительно высокая стоимость цепей;
Невозможность использования передачи при реверсировании без ос тановки;
Пере дачи требуют установки на картерах;
Сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи;
Скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не посто янна, что вызывает колебания переда точного отношения. Основной причиной этого недостатка является то, что цепь состоит изотдельных звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. В связи с этим скорость цепи при равномерном вращении звездочки не постоянна. Нарис. 8 показаны скорости шарниров цепи и зубьев звездочки. В данный момент, когда шарнир А находится в зацеплении, скорость шарнира и окружная скорость звездочки в точке, совпадающей с центром, шарнира,равны. Разложим эту скорость на двесоставляющие: направленную вдоль ветви цепи,и перпендикулярную к цепи. Движениеведомой звездочки определяется скоростью. Поскольку величина угла изменяется в пределах от (момент входа в зацепление шарнира А) до (момент входа в зацепление шарнира В ), то изменяетсяи скорость, а это является причиной непостоянства передаточного отношения i идополнительных динамических нагрузок в передаче.
Повышенный шум, особенно на высоких скоростях, вследствие удара звена цепи при входе в зацепле ние и дополнительные динамические нагрузки из-за многогранности звездочек; Со скоростью связаны поперечные колебания ветвей цепи. В момент входав зацепление шарнира В с зубом С вертикальные составляющие их скоростей и, направлены навстречу друг другу, соприкосновение шарнира с зубом сопровождается ударом. Последовательные удары являются причиной шума передачи и paзpyшения шарниров цепи и зубьев звездочек. Для ограничения вредного влияния ударов выработаны рекомендации по выбору шага цепи в зависимости от частоты вращения ведущей звездочки.
Они работают в условиях отсутствия жидкостного трения в шарни рах и, следовательно, с неизбежным их износом, существенным при плохом сма зывании и попадании пыли и грязи. За один пробег в каждом шарнире совершаются четыре поворота: два на ведущей и два на ведомой звездочках. Эти повороты вызывают износ втулок и валиков шарниров. Износ цепи и зубьев звездочек связан и с перемещением шарниров по профилю зуба в процессе зацепления. Это приводит к вытягиванию цепи, для устранения последствий которого требуется применение натяжных устройств. Для уменьшения износа необходимо следить за удовлетворительной смазкой шарниров.
Они требуют более высокой точности установки валов, чем клиноременные передачи, во избежание соскакивания цепи со звездочки и более сложного ухо да - смазывания, регулировки.
Область применения
Цепные передачи широко распространены в транспортирующих устройствах (конвейерах, элеваторах, мотоциклах, велосипедах), в приводах станков и сельскохозяйственных машин, в химическом, горнорудном и нефтепромысловом машиностроении.
Кроме цепных приводов , в машино строении применяют цепные устройства , т.е. цепные передачи с рабочими орга нами (ковшами, скребками) в транспор терах, элеваторах, экскаваторах и дру гих машинах.
Наибольшее применение получили цепные передачи мощностью до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/с.
Конструкции приводных цепей и звездочек
Цепи, применяемые в машиностроении, по характеру выполняемой ими работы подразделяют на две группы: приводные и тяговые. Цепи стандартизованы, их производят на специализированных заво дах. Выпуск только приводных цепей в России превышает 80 млн. м в год. Ими оснащается ежегодно более 8 млн. машин.
Приводные цепи осуществляют передачу движения непосредственно от источника энергии к рабочему органу или через промежуточные устройства. Конструктивно они делятся на роликовые , втулочные и зубчатые (табл.1). В СНГ приводные цепи стандартизованы и изготовляются на специализированных заводах. Для них характерны малые шаги (для уменьшения динамических нагрузок) и износоустойчивые шарниры (для обеспе чения долговечности).
Основными геометрическими характе ристиками цепей являются шаг и ширина, основной силовой характеристикой - разрушающая нагрузка, устанавливаемая опытным путем. В соответствии с между народными стандартами применяют цепи с шагом, кратным 25,4 мм (т. е. ~ 1 дюйму)
В России изготовляют следующие при водные роликовые и втулочные цепи по ГОСТ 13568-75*:
ПРЛ - роликовые однорядные нор мальной точности;
ПР - роликовые повышенной точно сти;
ПРД - роликовые длиннозвенные;
ПВ - втулочные;
ПРИ - роликовые с изогнутыми пластинами,
А также роликовые цепи по ГОСТ 21834-76* для буровых установок (в бы строходных передачах).
Роликовая цепь (рис.9) состоит из наружных Н и внутренних Вн звеньев (каждое из которых состоит из двух пластин), шарнирно соединенных с помощью валиков и втулок. Наружные и внутренние звенья в цепи чередуются. Сцепление со звездочкой осуществляется роликом 1, свободно сидящим на втулке 2, запрессованной в пластины 3 внутреннего звена. Валик 4 запрессован в пластины 5 наружного звена. Валики (оси) цепей выполняют ступен чатыми или гладкими. Концы валиков расклепывают, поэтому звенья цепи неразъемны. Концы цепи соединяют соединительными звеньями с закреплением валиков шплинтами или расклепыванием. В слу чае необходимости использования цепи с нечетным числом звеньев применяют специальные переходные звенья, которые, однако, слабее, чем основные. Поэтому обычно стремятся применять цепи с четным числом звеньев. Соединительное звено С служит для соединения двух концов цепи с четным числом шагов, а переходное звено П - с нечетным. Благодаря роликам трение сколь жения между цепью и звездочкой заме няется трением качения, что уменьшает износ зубьев звездочек. Пластины очер чивают контуром, напоминающим циф ру 8 и приближающим пластины к телам равного сопротивления растяжению.
Материал пластин роликовых цепей - сталь 50 (с закалкой до HRC 38-45); валиков, втулок, роликов - стали 15, 20, 25 (с последующей цементацией и закалкой до HRC 52-60).
Рис. 9. Роликовая цепь: 1 - ролик; 2 - втулка; 3 - пластины внутреннего звена;
4 - валик; 5 - пластины наружного звена
В машиностроении чаще применяют однорядные роликовые цепи (см. рис.4, а и 9). При больших нагрузках и скоростях во избежание применения цепей с большими шагами, неблагоприятных в отно шении динамических нагрузок, применяют многорядные цепи. Многорядные цепи (двухрядные - см. рис.4, б ) содер жат несколько ветвей однорядных цепей, соединенных удлиненными вали ками. Передаваемые мощности и разрушающие нагрузки многорядных цепей почти пропорциональны числу рядов.
Роликовые цепи нормальной точности ПРЛ стандартизированы в диа пазоне шагов 15,875...50,8 и рассчитаны на разрушающую нагрузку на 10…30% меньше, чем у цепей повышенной точности.
Длиннозвенные роликовые цепи ПРД выполняют в удвоенным шагом по сравнению с обычными роли ковыми. Поэтому они легче и дешевле обычных. Их целесообразно применять при малых скоростях, в частности, в сельскохозяйственном машиностроении.
Втулочные цепи (рис.10) по конструкции аналогичны предыдущим. Эти цепи отличаются от роликовых отсутствием ролика, что удешевляет цепь и уменьшает габариты и массу при уве личенной площади проекции шарнира. В зацепле ние с зубьями звездочки входит непосредственно втулка; изнашивание звездочки значительно большее, чем при использовании роликовой цепи. Эти цепи изготовляют с шагом только 9,525 мм и применяют, в частности, в мотоциклах и в автомоби лях (привод к распределительному валу). Цепи показывают достаточную работо способность.
Роликовые цепи с изогну тыми пластинами ПРИ наби рают из одинаковых звеньев, подобных переходному звену. В связи с тем, что пластины работают на изгиб и поэтому обладают повышен ной податливостью, эти цепи применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.).
В обозначении роликовой или втулоч ной цепи указывают: тип, шаг, разрушающую нагрузку и номер ГОСТа (напри мер, Цепь ПР-25,4-5670 ГОСТ 13568 -75*}. У многорядных цепей в начале обо значения указывают число рядов.
Рис. 10. Втулочная цепь: 1 - пластины внутреннего звена; 2 - пластины наружного звена
Таблица 1.
Основные технические характеристики приводных цепей
| Параметр | Роликовые и втулочные однорядные нормальные по ГОСТ 13568-75 (звездочки по ГОСТ 591-69) | Зубчатые по ГОСТ 13552-81 (звездочки по ГОСТ |
|||||||||||
| Шаг, мм | 12,7 | 15,87 | 19,05 | 25,4 | 31,75 | 50,8 | 12,7 | 15,875 | 19,05 | 25,4 | 31,75 |
||
| 4,5 | 17,8 | 22,1 | 31,0 | 55,1 | 86,2 | 223,1 | 23,6-52,7 | 38,7-88,7 | 71,6-140,8 | 115,7-215,6 | 170,6 -302,7 |
||
| Ширина внутреннего звена В о или ширина цепи В, мм | 3,0 | 5,4 | 6,48 | 12,70 | 15,68 | 19,05 | 31,75 | 22,5-52,5 | 30-70 | 45-93 | 57-105 | 69-117 |
|
| Диаметр валика d, мм | 2,31 | 4,45 | 5,08 | 5,96 | 7,95 | 9,55 | 14,29 | 3,45 | 3,9 | 4,9 | 5,9 | 7,9 |
|
| Масса 1 м цепи q , кг | 0,20 | 0,65 | 0.80 | 19 | 3,8 | 9,70 | 1,3-3,0 | 2,2-5,0 | 3,9-8,0 | 6,5-12,0 | 10-16,7 |
||
| Допускаемый коэффициент запаса прочности [ s ] при частоте вращения, об/мин | До 50 | - | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | ,-7- | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| 400 | - | 8,5 | 8,5 | 9,3 | 9,3 | 10,2 | 11,7 | 24 | 24 | 26 | 26 | 32 |
|
| 800 | - | 10,2 | 10,2 | 11,7 | 11,7 | 14,8 | 16,3 | 29 | 29 | 33 | 33 | 41 |
|
| 1000 | - | 11,0 | 11,0 | 12,9 | 12,9 | 16,3 | - | 31 | 31 | 36 | 36 | 46 |
|
| 1200 | - | 11,7 | 11,7 | 14 | 14 | 19,5 | - | 33 | 33 | 40 | 40 | 51 |
|
| 1600 | - | 13,2 | 13,2 | - | - | - | - | 37 | 37 | 46 | 46 | - |
|
| 2800 | - | 18,0 | 18,0 | - | - | - | - | 51 | 51 | - | - | - |
|
| Допускаемое давление* в шарнирах цепей [р], МПа, при частоте вращения, об/мин | До 50 | - | 34,3 | 34,3 | 34,3 | 34,3 | 34,3 | 34,3 | 19,6 | 19,6 | 19,6 | 19,6 | 19,6 |
| 400 | - | 28,1 | 28,1 | 25,7 | 25,7 | 23,7 | 20,6 | 16,1 | 16,1 | 14,7 | 14,7 | 13,7 |
|
| 800 | - | 23,7 | 23,7 | 20,6 | 20,6 | 28,1 | 14,7 | 13,7 | 13,7 | 11,8 | 11,8 | 10,3 |
|
| 1000 | - | 22,0 | 22,0 | 18,6 | 18,6 | 16,3 | - | 12,9 | 12,9 | 10,8 | 10,8 | 9,32 |
|
| 1200 | - | 20,6 | 20,6 | 17,2 | 17,2 | 14,7 | - | 11,8 | 11,8 | 9,81 | 9,81 | 8,43 |
|
| 1600 | - | 18,1 | 18,1 | 14,7 | 14,7 | - | - | 10,3 | 10,3 | 8,43 | 8,43 | - |
|
| 2800 | - | 13,4 | 13,4 | - | - | - | - | 7,6 | 7,6 | - | - | - |
|
| Наибольшие допустимые частоты вращения - малой звездочки, об/мин при числе зубьев z | 15 | - | 2300 | 1900 | 1350 | 1150 | 1000 | 600 | - | - | - | - | - |
| 23 | - | 2500 | 2100 | 1500 | 1250 | 1100 | 650 | - | - | - | - | - |
|
| 30 | - | 2600 | 2200 | 1550 | 1300 | 1100 | 700 | - | - | - | - | - |
|
| 17-35 | - | - | - | - | - | - | - | 3300 | 2650 | 2200 | 1650 | 1300 |
|
| Допустимое число ударов [ U ] за 1 с | - | 60 | 50 | 35 | 30 | 25 | 15 | 80 | 65 | 50 | 30 | 25 |
|
| Рекомендуемая, наибольшая скорость v , м/с | Для роликовых цепей до 15 | для втулочных до 1 | 25 | ||||||||||
| Рекомендуемые числа зубьев меньшей звездочки z при передаточном числе | 1-2 | 30-27 | 40-35 | ||||||||||
| 2-3 | 27-25 | 35-31 | |||||||||||
| 3-4 | 25-23 | 31-27 | |||||||||||
| 4-5 | 23-21 | 27-21 | |||||||||||
| 5-6 | 21-16 | 23-19 | |||||||||||
| >6 | 17- 15 | 19-27 | |||||||||||
*При втулочно-роликовой цепи = 15 ч 30; при зубчатой = 17 ч 35.
Зубчатые цепи (рис. 11) состоят из набора зубчатых пластин 1, шарнирно соединенных между собой с помощью валиков 2 (рис. 11, а). Каждая пластина имеет по два зуба со впадиной между ними для размещения зуба звездочки. Рабочие (внешние) поверхности зубьев этих пластин (поверхности контакта со звездочками, ограничены плоскостями и наклонены одна к другой под углом вкли нивания, равным 60°). Этими поверхностями каждое звено садится на два зуба звездочки. Зубья звездочек имеют тра пециевидный профиль. Для предохранения цепи от схода со звездочек предусмот рены внутренние направляющие пластины 3. Ко личество пластин 1 зависит от передаваемой мощ ности. Пластины в звеньях раздвинуты на толщину одной или двух пластин сопряженных звеньев. Эти пластины изготовляют из стали 50 с закалкой до HRC 38-45.
4 - шарнир; 5 - призмы
Зубчатые цепи поставляют с шарниром 4 (трения скольжения, см. рис. 11, б) или шарниром 5 (призмы, закрепленные в пластинах) (трения качения, см. рис.11, в). В настоящее время в основном изго товляют цепи с шарнирами качения, которые стандартизованы (ГОСТ 13552-81*). Для образования шарниров в отвер стия звеньев вставляют призмы с цилин дрическими рабочими поверхностями. Призмы опираются на лыски. При специ альном профилировании отверстии пластин и соответствующих поверхностей призм можно получить в шарнире практически чистое качение. Имеются экспери ментальные и эксплуатационные данные о том, что ресурс зубчатых цепей с шарнира ми качения во много раз выше, чем цепей с шарнирами скольжения.
Во избежание бокового сползания цепи со звездочек предусматривают направ ляющие пластины, представляющие со бой обычные пластины, но без выемок для зубьев звездочек. Применяют внутренние или боковые направляю щие пластины. Внутренние направляющие пластины требуют проточки соответствую щей канавки на звездочках. Они обеспечивают лучшее направление при высоких скоростях и имеют основное применение. Вкладыш 4 и призмы 5 изготовляют из цементуе мыхсталей 15 и 20 с закалкой до HRC 52-60. В зависимости от расположения зубьев цепи бывают односторонними (см. рис. 11) и двусторонними (см. рис. 3).
Достоинствами зубчатых цепей по срав нению с роликовыми являются меньший шум, повышенная кинематическая точ ность и допускаемая скорость, а также повышенная надежность, связанная с многопластинчатой конструкцией. Однако они тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже. Поэтому они имеют ограничен ное применение и вытесняются роликовыми цепями.
Рис. 12. Звездочка втулочной и роликовой цепей
Звездочки для приводных цепей. По конструкции звездочки напоминают зубчатые колеса . Профиль их зубьев зависит от типа цепи. Звездочки роликовой и втулочной цепей (рис. 12) имеют рабочий профиль зуба, очерченный дугой окружности; звездочки зубчатых цепей (рис.13) - прямолинейный рабочий профиль. В связи с тем, что зубья звездочек в роликовых передачах имеют относительно небольшую ширину, звездочек в роликовых передачах имеют относительно небольшую ширину, звездочки нередко изготовляют из диска и ступицы, соединяемых болтами, заклепками или сваркой.
Для облегчения замены после износа, звездочки, устанавливаемые на валах между опорами, в машинах с трудной раз боркой делают разъемными по диаметральной плоскости. Плоскость разъема проходит через впадины зубьев, для чего числи зубьев звездочки приходится вы бирать чётным. Долговечность и надежность цепей передачи во многом зависит от правильного выбора профиля зубьев звездочки, ее параметров, материала и термической обработки.
Рис.13. Звездочка зубчатой цепи
Важным фактором для увеличения долговечности цепной передачи яв ляется правильный выбор числа зубьев меньшей звездочки. При малом числе зубьев плавность передачи снижается, наблюдается повышенное из нашивание цепи из-за большого угла поворота шарнира и значительных динамических усилий. При износе шарниров и увеличении в связи с этим шага цепь стремится подняться по профилю зубьев, причем тем выше, чем больше число зубьев звездочки. При большом числе зубьев даже у мало изношенной цепи в результате радиального сползания по профилю зуб цепь соскакивает с ведомой звездочки.
Рекомендуемые числа зубьев меньшей звездочки в зависимости от передаточного числа приведены в табл.1. Максимальное число зубьев большей звездочки
также ограничено: для втулочной цепи
Материал звездочек выбирают в зависимости от назначения и конст рукции передачи. Звездочки с большим число зубьев тихоходных передач (до 3 м/с) при отсутствии ударных нагрузок допустимо из готовлять из чугуна марки СЧ 20, СЧ 30 с закалкой. В неблагоприятных условиях с точки зрения износа, например в сельскохозяйственных машинах, применяют антифрикционный и высокопрочный чугун с закалкой. Для изготовления ведущих звездочек с малым числом зубьев ( >
50), кроме перечисленных материалов, может быть при менен серый чугун СЧ15, СЧ20, СЧ35 и др. При необходимости бесшумной и плавной работы передач мощностью Р
Ј 5 кВт и Ј 8 м/с можно изготовлять венцы звездочек из пластмасс - тексто лита, полиформальдегида, полиамидов, что приводит к снижению шума и к повышению долговечности цепей (в связи со сниже нием динамических нагрузок).
Вследствие невысокой прочности пласт масс применяют также металлопластмассовые звездочки.
Тяговые цепи
Тяговые цепи подразделяют на три основных типа: пластинчатые но ГОСТ 588-81*; разборные по ГОСТ 589 85; круглозвенные (нормальной и повышенной прочности) соответственно по ГОСТ 2319-81.
Пластинчатые цепи служат для пере мещения грузов под любым углом к гори зонтальной плоскости в транспортирую щих машинах (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.). Они обычно состоят из пластин простой формы и осей со втул ками 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 , пере дающие движение между звездочками с взаимно перпендикулярными осями. Валики (оси) двух соседних звеньев такой цепи взаимно перпендикулярны.
Все цепи стандартизованы в мировом масшта бе. Основным параметром является шаг цепи t, который выражается в миллиметрах или дюймах. В таблицах ГОСТа приводятся также стандартные ширины цепей, минимальное число зубьев звездочки, предельное число оборотов, допу скаемые нагрузки и вес.
Цепные вариаторы
Цепные вариаторы, как и фрикционные, предназначены для бес ступенчатого изменения передаточного числа. Они выполняются в закры том корпусе и состоят из двух пар раздвижных зубчатых конусов 1, 2 и ох ватывающей их цепи 3 специальной конструкции с выдвижными пласти нами, входящими в пазы конусов (рис. 7.16). Регулирование передаточного числа осуществляется сближением одной пары звездочек-конусов и раздвижением другой. При этом цепь меняет свое положение на конусах. Все звездочки-конусы 1 , 2 изготовляют одинаковых размеров z K =60. Мощ ность, передаваемая такими вариаторами, достигает 70 кВт; =6...10 м/с; =0,85...0,95 с диапазоном регулирования.
Разновидность цепных вариаторов - фрикционные цепные вариаторы. Отличаются они тем, что конусы выполняются гладкими, а цепи вместо поперечных пластин включают ролики, заменяющие колодки, имеющиеся во фрикционных вариаторах. Эти вариаторы имеют диапазон регулирова ния Д10. По сравнению с фрикционными вариаторами цепные сложнее в изготовлении, поэтому их применение в машиностроении ограничено.
Рис. 14. Цепной вариатор
Основные геометрические и кинематические соотношения, КПД передачи
Геометрические параметры передачи (см. рис.15).
1. Межосевое расстояние
Где t - шаг цепи.
Шаг цепи является основным параметром цепной передачи и принимается по ГОСТу. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи, но сильнее удар звена о зуб в период набегания на звездочку, меньше плавность, бесшумность и долговечность передачи.
При больших скоростях выбирают цепи с малым шагом. В быстроходных передачах при больших мощностях рекомендуются также цепи малого шага: зубчатые большой ширины или роликовые многорядные. Максимальное значение шага цепи ограничивается угловой скоростью малой звездочки.
Минимальное межосевое расстояние (мм) выбирают из условия минимально допустимого зазора между звездочками:
, (2)
Где, - диаметры вершин зубьев ведущей и ведомой звездочек.
Максимальное межосевое расстояние = 80Л
Рис.15. Схема цепной передачи
При известной длине цепи межосевое расстояние
, (3)
где L p - длина цепи в шагах (или число звеньев цепи); z 1 , z 2 - числа зубьев ведущей и ведомой звездочек.
2. Число звеньев цепи определяют по приближенной формуле
. (4)
Значение L p округляют до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев.
Передача работает лучше при небольшом провисании холостой ветви цепи. Поэтому расчетное межосевое расстояние рекомендуют уменьшить примерно на (0,002 – 0,004)а .
3. Допускаемая величина стрелы провисания
4. Делительный диаметр звездочки
5. Диаметр вершин зубьев: для втулочных и роликовых цепей
; (7)
Для зубчатых цепей
.
Среднее передаточное число определяют из равенства средних ско ростей цепи . Для цепной передачи скорость цепи
, (8)
Где - шаг цепи, мм; z 1 и z 2 - числа зубьев ведущей и ведомой звездочек; и - средние угловые скорости ведущей и ведомой звездочек, рад/с.
Со скоростью цепи и частотой вращения звездочки связаны износ, шум и динамические нагрузки привода. Наибольшее распространение получили тихоходные и среднескоростные передачи с v до 15 м/с и n до 500 мин -1 . В быстроходных двигателях цепную передачу, как правило, устанавливают после редуктора.
Из формулы (8) имеем передаточное отношение
(9)
Распространенные значения u до 6.При больших значениях u становится нецелесообразным выполнять одноступенчатую передачу из-за больших ее габаритов.
Передаточное число цепной передачи меняется в пределах поворота звездочки на один зуб, что заметно при малом числе z . Непостоянство не превышает 1...2%, но вызывает неравномерность хода передачи и поперечные колебания цепи. Среднее передаточное число за оборот постоянно. Для одноступенчатых цепных передач рекомендуется и? 7 (в отдельных случаях принимают u ? 10 ).
В цепной передаче
,
Т. e. .
КПД передачи зависит от следующих потерь: на трение в шарни рах (и между пластинами смежных звеньев), на трение в подшипниках и потери на взбалтывание (разбрызгивание) масла.
Для повышения КПД цепной передачи желательно улучшить условия смазывания шарниров и подшипников. Это снизит потери и повысит кпд. Средние значения КПД при передаче полной расчетной.мощности достаточно точно изготовленных и хорошо смазывае мых передач составляют 0,96...0,98.
Силы в ветвях цепи
Упрощенная схема передачи сил в цепной передаче аналогична, силовой схеме в ременной передаче.
Окружная сила
Где Т - вращающий момент на звездочке; d - делительный диаметр звез дочки (см. рис. 12 и 13).
Силы натяжения:
Ведущей ветви цепи работающей передачи (рис. 16)
; (11)
Ведомой ветви цепи
От провисания цепи
Где - коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и величины стрелы провисания цепиf
При f = (0,01 ч0,002) a для горизонтальных передач K f =6; для наклонных (? 40°) - K f = 3 ; для вертикальных K f =1
q - масса 1 м цепи, кг (см. табл.1);
а - межосевое расстояние, м; g = 9,81 м/с 2 ;
От центробежных сил;
Рис. 16. Силы натяжения в цепной передаче
Вал и опора воспринимают силы натя жения от провисания цепи и от окружной силы. Приближенно
, (15)
К B - коэффициент нагрузки на вал (табл.2).
Нагрузка на валы и опоры в цепной передаче значительно меньше, чем в ременной передаче.
Таблица 2.
Значение коэффициента нагрузки на вал К
в
| Наклон линии центров звездочек к горизонту, град | Характер нагрузки | К в |
| 0 ч 40 | Спокойная Ударная | 1,15 |
| 40 ч 90 | Спокойная Ударная | 1,05 |
Методика подбора и проверки цепей с учетом их долговечности
Расчет цепи на износостойкость шарниров. Среднее давление р в шарнире не должно превышать допускаемого (указанного в табл.1), т. е.
Где F t - окружная сила, передаваемая цепью; А - площадь проекции опор ной поверхности шарнира, для роликовых и втулочных цепей А = dB ; для зубчатых цепей А = 0,76 dB ; К - коэффициент эксплуатации;
(17)
(значения коэффициентов - см. табл. 3).
Таблица 3.
Значение различных коэффициентов при расчете цепи по износостойкости шарниров
| Коэффициент | Условия работы | Значение |
| К 1 - динамичности | При спокойной нагрузке При толчкообразной или переменной нагрузке | 1,0 |
| K 2 - межосевого расстояния | | 1,25 |
| K 3 - способа смазывания | Смазывание: Непрерывное Капельное периодическое | |
| К 4 - наклона линии центров в горизонту | При наклоне линии центров к горизонту, град.: свыше 60 | |
| К 5 - режима работы | При работе: Односменной Двухсменной непрерывной | |
| К 6 - способа регулирова ния натяжения цепи | При подвижных опорах При оттяжных звездочках При отжимном ролике | 1,0 |
Преобразуем формулу (16):
А) выразим окружную силу через момент на меньшей звездочке 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
; (18)
Для зубчатой цепи с шарниром скольжения
, (19)
Где т - число рядов в роликовой или втулочной цепи;
Коэффициент ширины зубчатой цепи.
Расчет цепи по разрушающей нагрузке (по запасу прочности). В от ветственных случаях выбранную цепь проверяют по коэффициенту запаса прочности
- суммарная нагрузка в веду щей цепи;
Требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности (выби рают по табл.1).
Долговечность по числу входов в зацепление с обеими звездочками (число ударов) проверяют по формуле
, (21)
Где L p - общее число звеньев цепи; - число зубьев и частота враще ния 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 рабо ты 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.
3. Определить вращающий момент Т х на малой звездочке, по табл.1 выбрать допускаемое давление в шарнирах [р], задать расчетные коэффи циенты, и по формуле (17) определить коэффициент эксплуатации . После чего из условия износостойкости шарниров [см. формулы (18), (19)] определить шаг цепи. Полученное значение шага t округлить до стандартного (см. табл.1).
4. Принятый шаг проверить по допустимой угловой скорости малой звездочки (см. табл.1). При несоблюдении условия увеличить число рядов роликовой (втулочной) цепи или ширину зубчатой цепи.
5. По формуле (8) определить среднюю скорость цепи v и силу F t , по сле чего по формуле (16) проверить износостойкость цепи. При несоблю дении условия рувеличить шаг цепи и расчет повторить.
6. Определить геометрические размеры передачи.
7. Для особо ответственных цепных передач по формуле (20) прове рить 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.
Исходя из критерия износостойкости шарнира зубчатой цепи по известным Р 1 (кВт), (мм) и v (м/с) вычисляют требуемую ширину В (мм) цепи:
Где К э = К д - коэффициент эксплуатации для зубчатых цепей;
K v - скоростной коэффициент, учитывающий снижение несущей способности цепи из-за центробежных сил.
K ? =1...1,1·10 -3 v 2 (23)
Критерии работоспособности цепных передач.
Материалы цепей
Экспериментальные наблюдения показывают, что основными причинами выхода из строя цепных передач являются:
1. Износ шар ниров (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 звездоч ками (основной критерий работоспособ ности для большинства передач).
2. Усталостное разрушение пластин по проушинам основной крите рий для быстроходных тяжелонагруженных роликовых цепей, работающих в за крытых картерах с хорошим смазыванием.
3. Проворачивание валиков и вту лок в пластинах в местах запрессовки - распространенная причина выхода из строя цепей, связанная с недостаточно высоким качеством изготовления.
4. Выкрашивание и разруше ние роликов.
5. Достижение предельного про висания холостой ветви - один из кри териев для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием, работающих при отсутствии натяжных устройств и стес ненных габаритах.
6. Износ зубьев звездочек.
В соответствии с приведенными причи нами выхода цепных передач из строя можно сделать вывод о том, что срок службы передачи чаще всего ограничи вается долговечностью цепи.
Долговечность же цепи в первую оче редь зависит от износостойкости шарни ров.
В ответственных случаях проверяют коэффициент запаса проч ности (s >[ s ]), число входов шарниров цепи в зацеплении в 1 с (U ? [ U ] ).
Материал и термическая об работка цепей имеют решающее зна чение 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 пла стины, как правило, изготовляют из леги рованных сталей. Пластины в зависимости от назначения цепи закаливают до твер дости 40.-.50 HRCэ. Детали шарниров валики, втулки и призмы - выполняют преимущественно из цементуемых ста лей 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 легиро ванные стали. Эффективно применение га зового цианирования рабочих поверхно стей шарниров. Многократного повышения ресурса цепей можно достигнуть диффу зионным хромированием шарниров. Усталостную прочность пластин роликовых цепей существенно повышают обжатием краев отверстий. Эффективна также дро беструйная обработка.
В шарнирах роликовых цепей для ра боты 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 пласти нами; 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 зацеп ления; г) на трение в опорах; д) потерь на разбрызгивание масла.
Основными являются потери на трение в шарнирах и опорах.
Потери на разбрызгивание масла суще ственны только при смазывании цепи окунанием на предельной для этого вида смазки скорости = 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. Оптималь ными расположениями цепной передачи являютсягоризонтальное и наклонное под углом до 45° к горизонту. Вертикаль но расположенные передачи требуют более тщательной регулировки натяжения цепи, так как ее провисание не обеспечи вает самонатяжения; поэтому целесо образно хотя бы небольшое взаимное сме щение звездочек в горизонтальном на правлении.
Ведущей в цепных передачах может быть как верхняя, так и нижняя ветви. Ведущая ветвь должна быть верхней в сле дующих случаях:
А) в передачах с малым межосевым расстоянием (а и> 2) и в пере дачах, близких к вертикальным, во избежание захвата провисающей верхней ведомой ветвью дополнительных зубьев;
Б) в горизонтальных передачах с боль шим 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 ? f ] а; при ? > 45° [f ] а, где а - межосевое расстояние. Поэтому цепные переда чи, как правило, должны иметь возможность регулирования ее на тяжения. Предварительное натяжение су щественно в вертикальных передачах . В горизонтальных и наклонных передачах зацепление цепи со звездочками обеспе чивается 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 сле дует по возможности устанавливать на ве домой ветви цепи в местах ее наиболь шего 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 регули рующих звездочек выбирают равным числу малой рабочей звездочки или большим. При этом в зацеплении с регулирую щей звездочкой должно быть не меньше трех звеньев цепи. Перемещение регули рующих звездочек и роликов в цепных передачах аналогично таковому в ремен ных передачах и осуществляется грузом, пружиной или винтом. Наибольшее рас пространение имеет конструкция звездочки с эксцентрической осью, поджимаемой спи ральной пружиной.
Известно успешное применение цепных передач роликовыми цепями повышенного качества в закрытых картерах при хоро шем 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.
Внутренние размеры картера должны обеспечивать возможность провисания це пи, а также возможность удобного обслу живания передачи. Для наблюдения за состоянием цепи и уровнем масла картер снабжают окном и указателем уровня масла.
Смазывание
Смазывание цепи оказывает решающее влияние на ее долговечность.
Для ответственных силовых передач следует по возможности применять непре рывное 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 ско рости цепи 10 м/с во избежание недопустимого взбалтывания масла;
Б) разбрызгивание с помощью спе циальных разбрызгивающих выступов или колец и отражающих щитков, по которым масло стекает на цепь, применяют при скорости 6...12 м/с в случаях, когда уро вень масла в ванне не может быть поднят до расположения цепи;
В) циркуляционное струйное смазыва ние от насоса, наиболее совершенный способ, применяют для мощных быстро ходных передач;
Г) циркуляционное центробежное с по дачей масла через каналы в валах и звездочках непосредственно на цепь; при меняют при стесненных габаритах пере дачи, например, в транспортных машинах;
Д) циркуляционное смазывание распы лением капель масла в струе воздуха под давлением; применяют при скорости более 12 м/с.
В среднескоростных передачах, не имею щих герметичных картеров, можно при менять пластичное внутришарнирное или капельное смазывание. Пластичное внут ришарнирное смазывание осуществляют периодическим, через 120...180 ч, погружением цепи в масло, нагретое до темпе ратуры, 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 струй ном смазывании от насоса необходимо обеспечивать распределение смазочного материала по всей ширине цепи и попада ние его между пластинами для смазы вания шарниров. Подводить смазку предпочтительно на внутреннюю поверхность цепи, Откуда под действием центробеж ной силы она лучше подается к шарнирам.
В зависимости от нагрузки для смазы вания 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 ра боты при легких режимах цепи, не требующие смазывания, трущиеся поверх ности 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 > 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.
Вопросы для самопроверки
1. Кратко опишите устройство цепной передачи.
2. Перечислите по пунктам признаки классификации, характеризующие кон структивные особенности, связанные с цепями и со звездочками.
3. Укажите основные достоинства и недостатки цепной передачи по срав нению с другими известными Вам видами передач.
4. Почему в велосипеде применяется цепная передача? Какую другую передачу можно использовать для этой цели?
5. Сформулируйте определение цепного вариатора.
6. Какие профили имеют зубья звездочек для втулочной, роликовой и зубча той цепи?
7. Чем объясняется меньшая нагрузка на валы цепной передачи по сравнению с ременной при одинаковой передаваемой мощности?
8. Назовите наиболее характерную причину выхода из строя цепной пе редачи.
9. По какой формуле определяют межосевое расстояние, если известна дли на цепи?
10. Какая ветвь (ведущая или ведомая) работающей цепной передачи больше нагружена?
11. Каковы достоинства и недостатки цепных передач по сравнению с ременными? Где применяют цепные передачи?
12. Какова конструкция роликовой и втулочной цепи?
13. В каких случаях применяют многорядные роликовые цепи?
15. Чем вызвана неравномерность движения приводных цепей и почему она возрастает с увеличением шага?
16. Чем обусловлены ограничения минимального числа зубьев малой звездочки и максимального числа зубьев большой звездочки?
18. Что является основным критерием работоспособности цепных передач? Как производят проверку цепи по этому критерию?
19. Что такое коэффициент эксплуатации, от чего он зависят?
20. Чем вызвана необходимость в применении натяжных устройств в цепных передачах? Каковы способы натяжения цепи?
21. Какие способы смазывания применяют в цепных передачах?
22. Цепная передача обеспечивает при постоян ной угловой скорости ведущей звездочки...
1) ...постоянную среднюю скорость ве домой звездочки
2) ...непостоянную среднюю угловую скорость ведомой звездочки
23. Какая цепь показана на рис.?
2. Втулочная
2. Роликовая
3. Зубчатая
4. Определить нельзя, но не зубчатая
24. Какой параметр является базовым для расчета цепной передачи?
1. Диаметр валика
2. Ширина цепи
25. От какого параметра зависит стрела провиса ния цепи?
1. t
3. L P
4. d a
5. V
26. По какой формуле определяется натяже ние ведомой ветви цепной передачи?
27. Какая наиболее характерная причина раз рушения шарниров цепи?
1. Действие сил F 1 , F 2 , F v
2. Удары при вхождении цепи в зацепление с зубьями звездочек
3. Действие переменных напряжения изгиба
28. Назовите основной критерий, по которо му следует вести проверочные расчеты цепных передач
1. Износостойкость шарниров цепи
2. Запас прочности (по разрушающей на грузке цепи)
3. Долговечность (по числу ударов)
29. Как называется параметр U , определяе мый при расчете цепных передач?
1. Среднее окружное давление
2. Коэффициент запаса прочности
3. Число ударов за 1 сек
30. Какую цепную передачу можно рекомен довать для бесступенчатого изменения пе редаточного числа?
1. С втулочной цепью
2. С роликовой цепью
3. С зубчатой цепью
4. Цепной вариатор
5. Любую из перечисленных
лекция №7.doc
ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИРаздел №1: Конструктивные особенности цепных передач.
Цепная передача – это передача зацеплением с гибкой связью. Она состоит из ведущей и ведомой звездочек, огибаемых цепью.
Условное обозначение цепных передач на кинематических схемах:
ДОСТОИНСТВА ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
Могут приводить в движение одной цепью несколько валов
по сравнению с зубчатыми передачами
Возможность передачи движения на большие расстояния (до 8 м)
по сравнению с ременными передачами
Более компактны
Передают большие мощности
Обеспечивают постоянство передаточного числа
^ НЕДОСТАТКИ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
Значительный шум при работе
Плохо работают на больших скоростях
Быстрое изнашивание шарниров цепи
Удлинение цепи при изнашивании и сход ее со звездочек.
^
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
Цепные передачи применяются в станках транспортных, сельскохозяйственных и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно.
Цепи цепных передач называются приводными.
^
ТИПЫ ПРИВОДНЫХ ЦЕПЕЙ
Ц
епи бывают:
1 . роликовые
t – шаг цепи
Цепь состоит из наружных и внутренних звеньев . Наружное звено собрано из двух наружных пластин и валиков, запрессованных в их отверстиях. Внутреннее звено состоит из двух внутренних пластин и втулок, неподвижно закрепленных в отверстиях внутренних пластин. На втулке свободно надеты закаленные ролики. Наружные и внутренние звенья в сборе образуют цилиндр. Ролики, перекатываясь по зубьям звездочек, уменьшают их изнашивание. Роликовые цепи применяют при скоростях до 15 м /с.
2
. втулочные
Втулочные цепи не имеют роликов, поэтому они дешевле и легче роликовых, но износостойкость их ниже. Втулочные цепи применяют в неответственных передачах при скоростях ≤ 1 м /с
Р
оликовые и втулочные цепи могут быть:
однорядными
многорядными
Применение многорядных цепей значительно уменьшает габариты передачи в плоскости, перпендикулярным осям.
Пример обозначения приводных цепей по ГОСТ 13568-97.
ПР - 25,4 - 60
– однорядная приводная роликовая цепь с шагом 25,4 мм и разрушающей силой 60 кН.
2ПР – 25,4 – 114 – двухрядная приводная роликовая цепь с шагом 25,4 мм и разрушающей силой 114 кН.
Для высокоскоростных передач большой мощности применяют зубчатые передачи.
Звенья цепи состоят из набора шарниро соединенных между собой двузубых пластин. Рабочие грани пластин расположены под углом 60˚
Число пластин определяет ширина цепи В, которая зависит от передаваемой мощности. Зубчатые цепи к настоящему времени вытеснены более технологическими и дешевыми роликовыми цепями.
^
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ.
Частоты вращения звездочек и скорость цепи ограничивают:
Сила удара в зацеплении
Износ шарниров
Шум передачи
Скорость цепи обычно составляет до 15 м/c, но при эффектном смазывании может достигать до 35 м/c.
средняя скорость цепи: υ =
z1n1t
/ 60000
z1 – число зубьев малой звездочки
n1 – часта ее вращения
t – шаг цепи
Передаточное число цепной передачи определяется из условий равенства средней скорости цепи υ на звездочках:
υ = z1n1t = z2n2t → U = n1 /n2 = z2 /z1
z2 – число зубьев большой звездочки
n2
– частота ее вращения
Передаточное число ограничивают:
Габариты передачи
Диаметр большой звездочки
Угол обхвата цепью малой звездочки
обычно U≤7
Числа зубьев звездочек ограничивают:
Износом шарниров
Шумом передачи
Чем меньше число зубьев, тем больше износ шарниров.
Число зубьев малой звездочки принимают z1 = 29 -2U , при низких частотах вращения допускается z1min=13
Число зубьев большой звездочки z2 = z1U
По мере изнашивания шаг цепи увеличивается, и ее шарниры поднимаются по профилю зуба звездочки на больший диаметр, что может привести к соскакиванию цепи. Поэтому число зубьев большой звездочки ограничивают: z2max = 120.
З
вездочки цепной передачи отличаются от зубчатых колес профилем зубьев, размеры и форма которых зависит от типа цепи.
Шаг звездочки равен шагу цепи. Шаг t звездочки измеряют по хорде делительной окружности.
Делительная окружность
звездочек проходит через центры шарниров цепи: d = t
/sin(180˚
/z)
Оптимальное межосевое расстояние
передачи определяется из условия долговечности цепи: а = (30…50)t
Длину цепи
определяют по аналогии с длиной ремня
Число звеньев цепи W предварительно определяется по формуле:
W = 2a
/t (z1
z2)
/ 2 (z2 –
z1
/2π)² · t
/a
Чтобы не применять переходное звено для соединительных концов цепи, расчетное значение числа звеньев, W
округляют до ближайшего целого четного числа. После окончательного выбора числа звеньев уточняют межосевое расстояние, ограничивая аmax =80 t
^
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЦЕПЕЙ И ЗВЕЗДОЧЕК
Материал цепей и звездочек должен быть износостойким и выдерживать циклические и ударные нагрузки . Звездочки
изготавливают из сталей 50,40 Х
и других марок с последующей закалкой. Пластины цепей
изготавливают из сталей
50,40 Х
и других с последующей закалкой до твердости 40 . . 50 НRC. Оси, втулки
и ролики
изготавливают из цементируемых сталей
20,15 Х
и других с закалкой до твердости 56. . . 65 HRC
. В быстроходных передачах для снижения шума и изнашивания цепи зубчатый венец звездочек изготавливается из армированных пластмасс.
Раздел №2: Силы в цепной передачи
.
^
СИЛЫ В ВЕТВЯХ ЦЕПИ.
окружная сила, передаваемая цепью
предварительное натяжение цепи (от провисания ведомой ветви)
К – коэффициент провисания цепи
q - масса 1 метра цепи
натяжение цепи от центробежной силы
натяжение ведущей ветви цепи работающей передачи
натяжение ведомой ветви цепи равно большему из натяжений
при Fυ > Fo F2 = Fυ
.
Так как шарнир сбегающего звена цепи упирается в зуб, то сила F2
не передается на звенья, расположенные на звездочке.
Цепь действует на валы звездочки с силой Fn
.
Fn = Kb·Ft 2Fo
К
– коэффициент нагрузки вала, учитывающий влияние провисания цепи f
в зависимости от наклона межосевой линии к горизонту θ
и динамичности нагрузки.
^ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
Основным критерием работоспособности приводных цепей является износостойкость
их шарниров.
Нагрузочная способность цепи прямо пропорционально давлению в шарнирах.
Долговечность цепи обратно пропорциональна давлению в шарнирах.
Нагрузочная способность
цепи определяется из условия: среднее расчетное давление в шарнире звена цепи р
при работе передачи не должно превышать допускаемого[ р
].
р ≤ [ р ]
Величина [ р
] приведена в справочниках и установлена для типовой передачи с– ресурсом 3000 5000 часов.
Расчетное давление в шарнирах
: р = Ft Kэ
/ A
Ft – окружная сила, передаваемая цепью, Н
A – площадь проекции опорной поверхности шарнира, зависящая от шага цепи и ее конструкции, мм²
Кэ – коэффициент эксплуатации, который учитывает:
Динамичность нагрузки
Способ смазывания
Наклон межосевой линии передачи к горизонту
Сменность работы и др.
Величины Кэ приведены в справочной литературе.
Для определения значения А производят предварительный проектировочный расчет при котором ориентировочно выбирают значение шага цепи t , мм.
t = 4,5 ³√T1
T1 – вращающий момент на малой звездочке, Нм
Найденное значение шага t согласуют со стандартным и по справочным данным определяется площадь проекции опорной поверхности шарнира А для выбранной цепи. Долговечность втулочных и роликовых цепей, подобранных по критерию износостойкости составляет обычно 8 . . 10 тысяч часов .
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.
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)
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 принимаютFв = 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
Необычная Масленица: Цветные блины и торт из блинов с зеленым чаем
После маммопластики — что нельзя когда увеличила грудь Больно ли удалять дренаж после маммопластики
Нафтизин: инструкция по применению Можно ли нафтизин ребенку
Краткий пересказ романа Чарльза Диккенса «Приключения Оливера Твиста Краткая информация приключения оливера твиста
Академия мубинт входит в число эффективных вузов россии