Тема 14 Цепные передачи. (1 час)

План лекции:

1. Общие сведения.

2. Роликовые приводные цепи

3. Зубчатые приводные цепи

3. Силы в ветвях цепи

4. Натяжение цепи.

5. КПД цепных передач

 

Цепная передача – это передача зацеплением с гибкой связью. Движение передает шарнирная цепь 1, охватывающая ведущую 2 и ведомую 3 звездочки и зацепляющаяся за их зубья (рис. 70).

Рисунок 70 – Цепная передача

Достоинства цепных передач.

1. По сравнению с зубчатыми цепные передачи могут передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях (до 8 м).

2. По сравнению с ременными передачами: более компактны, передают большие мощности, требуют значительно меньшей силы предварительного натяжения, обеспечивают постоянство передаточного числа (отсутствует скольжение и буксование).

3. Могут передавать движение одной цепью нескольким ведомым звездочкам.

Недостатки цепных передач.

1. Значительный шум при работе вследствие удара звена цепи о зуб звездочки при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев и большом шаге (этот недостаток ограничивает применение цепных передач при больших скоростях).

2. Сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи, необходимость применения системы смазывания и установки в закрытых корпусах.

3. Удлинение цепи вследствие износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств.

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

Приводные цепи. Приводная цепь – главный элемент цепной передачи – состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Помимо приводных бывают тяговые и грузовые цепи, которые в дальнейшем не рассмотрены.

Основные типы стандартизованных приводных цепей: роликовые, втулочные и зубчатые

Роликовые приводные цепи. Состоят из двух рядов наружных 1 и внутренних 2 пластин (рис. 71). В наружные пластины запрессованы оси 3, пропущенные через втулки 4, запрессованные в свою очередь во внутренние пластины. На втулки предварительно надеты свободно вращающиеся закаленные ролики 5. Концы осей после сборки расклепывают с образованием головок, препятствующих спаданию пластин. При относительном повороте звеньев ось проворачивается во втулке, образуя шарнир скольжения. Зацепление цепи со звездочкой происходит через ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки. Такая конструкция позволяет выровнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба.

Рисунок 71 – Роликовая приводная цепь

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 цепи. Из треугольника ОАВ (рис. 72):

, (119)

где z – число зубьев звездочки.

Шаг Р у звездочек измеряют по хорде делительной окружности.

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

Рисунок 72 – Геометрия роликовой приводной цепи

Втулочные приводные цепи по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет цепь, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек. Втулочные цепи применяют в неответственных передачах при v < 1 м/с.

Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными (рис. 71) и многорядными с числом рядов 2, 3, 4 и более. Многорядная цепь с меньшим шагом Р 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.

Рисунок 73 – Зубчатая приводная цепь

Зубчатые приводные цепи состоят из звеньев, составленных из набора пластин 1, шарнирно соединенных между собой (рис. 73). Каждая пластина имеет по два зуба и впадину между ними для размещения зуба звездочки. Пластины в звеньях раздвинуты на ширину одной или двух пластин сопряженных звеньев.

Число пластин определяет ширина цепи В (рис. 73),которая зависит от передаваемой мощности. Рабочими являются грани пластин, наклоненные одна к другой под углом 60°. 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 высокие скорости.

Для устранения бокового спадания цепи со звездочек применяют внутренние (расположенные по середине ширины цепи) или боковые направляющие пластины. Направляющие пластины представляют собой обычные пластины, но без выемок для зубьев звездочек. Для внутренних направляющих пластин на зубьях звездочек выполняют проточки соответствующего профиля.

Делительный диаметр d звездочки для зубчатых цепей больше ее наружного диаметра.

Относительный поворот звеньев обеспечивают шарниры скольжения или качения. Шарнир скольжения (рис. 74,а) состоит из оси 1, двух вкладышей 2 и 3, закрепленных в фигурных пазах пластин: 2 в пластине А, 3 в пластине В. При повороте пластин вкладыш 2 скользит по оси, поворачиваясь в пазу пластины В, а вкладыш 3 – в пазу пластины А. Вкладыши позволяют увеличить площадь контакта в 1,5 раза. Шарнир допускает поворот пластины на угол j_max. Обычно j_max = 30°. Шарнир качения (рис. 74,б)состоит из двух призм 1 и 2 с цилиндрическими рабочими поверхностями и длиной, равной ширине цепи. Призмы опирают на лыски. Призма 1 закреплена в фигурном пазе пластины В, призма 2 – в пластине А. Призмы при повороте звеньев обкатываются одна по другой, обеспечивая чистое качение. Цепи с шарнирами качения более дорогие, но имеют малые потери на трение.

По сравнению с роликовыми зубчатые цепи тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже. Область применения зубчатых цепей сокращается.

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

Рисунок 74 – Шарниры скольжения и качения

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...65HRC. Повышением твердости деталей можно повысить износостойкость цепей.

Оптимальное межосевое расстояние передачи (рис. 70) принимают из условия долговечности цепи:

, (120)

где Р – шаг цепи.

Силы в ветвях цепи. Ведущая ветвь цепи при работе передачи нагружена силой F ₁состоящей из полезной (окружной) силы F_t, силы F ₀натяжения от силы тяжести ведомой ветви цепи и силы F _цнатяжения от действия центробежных сил:

, (121)

Окружная сила F_t (H), передаваемая цепью:

, (122)

где d – делительный диаметр звездочки, мм; Т – в Нм.

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

, (123)

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. 25.8).

При вертикальном или близком к нему положении линии центров звездочек:

, (124)

Натяжение цепи от центробежных сил (Н):

, (125)

где v – скорость движения цепи, м/с.

Сила F _ц действует на звенья цепи по всему ее контуру и вызывает дополнительное изнашивание шарниров.

Рисунок 75 – Провисание ведомой ветви

Цепь передачи проверяют на прочность, сопоставляя значения 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.

Нагрузка на валы звездочек. Центробежная сила валы и опоры не нагружает. Расчетная нагрузка F _вна валы цепной передачи несколько больше полезной окружной силы вследствие натяжения цепи от собственной силы тяжести. Условно принимают:

, (126)

где – коэффициент нагрузки вала; =1,15 – для горизонтальных передач, =1,05 –для вертикальных.

Направление силы F _в– по линии центров звездочек.

Натяжение цепи. По мере изнашивания шарниров цепь вытягивается, стрела f провисания ведомой ветви увеличивается (рис. 75), что вызывает захлестывание звездочки цепью.

Регулирование натяжения цепи осуществляют 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. Натяжение не компенсирует увеличение шага цепи вследствие износа деталей шарниров.

КПД передачи зависит от потерь на трение в шарнирах цепи, в контакте цепи с зубьями звездочек, в опорах валов, а также от потерь на перемешивание масла при смазывании погружением: h=0,95...0,97. При нерегулярном периодическом смазывании h=0,92...0,94.

 

Рекомендуемая литература

1. Гузенков П.Г. Детали машин. – М.: Высшая школа,1986.

2. Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высшая школа, 1991.

3. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. – М.: Машиностроение, 2004.