Цепные передачи. Характеристика. Типы приводных цепей. Условное обозначение.

Принцип действия и сравнительная оценка. Цепная передача основана на зацеп­лении цепи 1 и звёздочек 2. Принцип зацепления, а не трения, а также повышенная прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяют передавать цепью при прочих равных условиях большие нагрузки (однако меньшие, чем зубчатыми колесами). Отсутствие скольжения и буксования обеспечивает постоянство передаточного отношения и возможность работы при значительных кратковременных перегрузках. Принцип зацепления не требует "предварительного натяжения цепи, в связи с чем уменьшается нагрузка на валы и опоры. Угол обхвата звездочки цепью не имеет столь решающего значения, как угол обхвата шкива ремнем. Поэтому цепные передачи могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях, а также передавать мощность от одного ведущего вала 1 нескольким ведомым 2 (рис. 13.2).

Рис. 13.1 Рис. 13.2

Цепные передачи имеют и недостатки. Основной причиной этих недостатков является то, что цепь состоит из отдельных жестких звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. С этим связаны износ шарниров цепи, шум и дополнительные динамические нагрузки, необходимость организации системы смазки.

Область применения. Цепные передачи применяют при значительных межосевых расстояниях, а также для передачи движения от одного ведущего вала нескольким ведомым в тех случаях, когда зубчатые передачи неприменимы, а ременные недостаточно надежны. Наибольшее распространение цепные передачи получили в сельскохозяйственном, транспортном и химическом машиностроении, станкостроении, горнорудном оборудовании и подъемно-транспортных устройствах.

Они могут работать в диапазонах: Р<5000 кВт; К< 35 м/с; /<10;а<8м.

1.

§ 13.2. Основные характеристики

Мощность

Р=f/v (13.1)

Современные цепные передачи применяют в диапазоне мощностей от долей до нескольких тысяч киловатт. Наиболь­шее распространение получили передачи до 100 кВт, так как при больших мощностях прогрессивно возрастает стоимость цепной передачи но сравнению с зубчатой.

Скорость цепи и частота вращения звездочки

V=nzp/60 (13.2)

где 2—число зубьев звездочки; р_п—шаг цепи, м; и—частота вращения звездочки, мин"¹.

Со скоростью цепи и частотой вращения звездочки связаны износ, щум и динамические нагрузки привода. Наибольшее распространение получили тихоходные и среднескоростные передачи с V до 15 м/с и п до 500 мин^-1. Однако встречаются передачи с п до 3000 мин"¹. При быстроходных двигателях цепную передачу, как правило, устанавливают после редуктора.

Передаточное отношение

i=n1/n2=z2/z1 (13.3)

Распространенные значения i до 6. При больших значениях i становится нецелесообразным выполнять односту­пенчатую передачу из-за больших ее габаритов.

КПД передачи. Потери в цепной передаче складываются из потерь на трение в шарнирах цепи, на зубьях звездочек и в.опорах валов. При смазке погружением цепи в масляную ванну учитывают также потери на перемешивание масла. Среднее значение КПД «0,96...0,98.

Межосевое расстояние и длина цепи. Минимальное межосевое расстояние ограничивается минимально допустимым зазором между звездочками (30...50 мм):

Amin = (d₁+d₂)/2+(30...50),

где d—наружный диаметр звездочки.

По соображениям долговечности цепи (см. ниже) на прак­тике рекомендуют принимать

а = (30...50)/p_ц. (13.5)

Нижние значения для малых i=1...2 и верхние для больших i=6...7.

Длина цепи, выраженная в шагах или числом звеньев цепи,

Эта формула выводится аналогично формуле для дли­ны ремня и является приближенной. Значение l_р округляют до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев. Для принятого значения l_р уточняют значение а. Из формулы имеем

Передача работает лучше при небольшом провисании холостой ветви цепи. Поэтому расчетное межосевое расстояние рекомендуют уменьшать примерно на (0,002...0,004) а. Длина цепи увеличивается по мере износа шарниров (см. ниже), поэтому в конструкции* должны быть предусмотрены специальные устройства для регулирования провисания цепи. Обычно это достигается перемещением опор одного из Валов или установкой специальных натяжных звездочек.

Приводные цепи. Основными типами современных приво­дных цепей являются шарнирные роликовые, втулочные и зуб­чатые цепи. Они стандартизованы и изготовляются специ­ализированными заводами. Главными характеристиками цепи являются шаг, ширина и разрушающая нагрузка.

Роликовая цепь изображена на рис. 13.3, а—однорядная, на рис. 13.3,6—двухрядная. Здесь валик 3 запрессован в отверстие внешнего звена 2, а втулка 4—в отверстие внутреннего звена 7. Втулка на валике и ролик 5 на втулке могут свободно поворачиваться. Зацепление цепи с зубом звездочки б проис­ходит через ролик. Применение втулки позволяет распределить нагрузку по всей длине валика и этим уменьшить износ шарниров. Перекатывание ролика по зубу частично заменяет трение скольжения трением качения, что снижает износ зубьев. Кроме того, ролик выравнивает сосредоточенное давление зуба на втулку и тем самым уменьшает ее износ.

Роликовые цепи применяют при окружных скоростях до 20 м/с. Наряду с однорядными изготовляют двух-, трёх и четырехрядные цепи (рис. 13.3,6). Их собирают из тех же элементов, только валик проходит через все ряды. Многоряд­ные цепи позволяют увеличивать нагрузку почти пропорци­онально числу рядов. Такие цепи применяют при больших нагрузках в сочетании с высокой скоростью: В этих случаях нецелесообразно применять однорядные тяжелые цепи с боль­шим шагом из-за больших динамических нагрузок.

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

Зубчатые цепи (рис. 13.4, а, б) состоят из набора пластин с двумя зубообразными выступами. Пластины цепи зацепля­ются с зубьями звездочки своими торцовыми плоскостями. Угол вклинивания ($ принят равным 60°. Конструкция зубчатых

цепей позволяет изготовлять их широ­кими и передавать большие нагрузки. Зубчатые цепи работают плавно, с меньшим шумом. Их рекомендуют применять при сравнительно высоких скоростях—до 35 м/с.

Известные зубчатые цепи различают в основном по конструкции шарниров. Совершенствование шарниров направ­лено на уменьшение износа и потерь на трение. Применяют шарниры сколь­жения (рис. 13.5,а) и шарниры качения (рис. 13.5,6). В шарнирах скольжения вкладыши 1 и 2 пронизы­вают пластины по всей ширине цепи. При этом вкладыш 1 закреплен в пластинах Б, а вкладыш 2—в пластинах А. Шарнир допускает поворот пластины в одну или в обе стороны на <р_тах. Обычно Ф=30⁰. Значение угла ф_тах огра­ничивает минимальное число зубьев звездочки по условию z = 360/ф=12.

Шарниры качения не имеют валика. Их изготовляют с двумя сегментными вкладышами 1 и 2: При повороте звеньев вкладыши не скользят, а перекатываются, что позволяет повысить КПД передачи и долговечность цепи. Шарниры качения разработаны сравнительно недавно. Они быстро заво­евали признание. Зубчатые цепи с шарнирами качения стандартизованы (ГОСТ 13552—81).

Звездочки приводных цепей. По конструкции они во многом подобны зубчатым колесам (см. рис. 13.1). Делительная окру­жность звездочки проходит через цен­тры шарниров цепи. Диаметр этой окружности определяется равенством (рис. 13.6)

D=p/sin(п/z)

Формула (13.8) справедлива и для
звездочек зубчатых цепей. Конструк-
ция зубчатых цепей такова, что де-
лительный диаметр звездочки больше
ее наружного диаметра (см. рис. 13.4).
Рис. 13.6 Профиль и размеры зубьев звездочек

зависят от типа и размеров цепи. Для стандартных цепей все размеры зубьев звездочек стандартизованы. У звездочек зубчатых цепей форуга рабочего участка профиля прямолинейна (см. рис. 13.4).

Роликовые и втулочные цепи могут зацепляться с зубьями различного профиля: выпуклым, прямолинейным и вогнутым (рис. 13.7, а, б, в). Вогнутым выполняют только основной ниж­ний участок профиля. У вершины зуб имеет скругленную выпуклую форму, а в средней части—небольшой прямолиней­ный переходный участок. Такая форма зуба позволяет изготовь лять его методом обкатки, что повышает производительность и точность. Вогнутый профиль (рис. 13.7, #) в настоящее время принят за основной. Зуб любого профиля должен обеспечивать свободный вход и выход шарниров из зацепления.

Качество профиля в значительной степени определяется значением угла профиля у (рис. 13.7, для выпуклого и вогнутого профилей у изменяется по высоте зуба). При увеличении у уменьшается износ зубьев и шарниров, связанный с перемеще­ниями шарниров по профилю зуба в процессе зацепления (см. ниже). С другой стороны, увеличение у приводит к усиле­нию удара шарниров при входе в зацепление, а также к увеличению натяжения холостой ветви цепи. Более благо­приятным в этом отношении является также вогнутый профиль.

Материалы цепей и звездочек. Цепи и звёздочки должны быть стойкими против износа и ударных нагрузок. По этим соображениям большинство цепей и звездочек изготовляют из углеродистых и легированных сталей с последующей термичес­кой обработкой (улучшение, закалка). Рекомендации по выбору материалов и термообработки цепей и звездочек можно найти в соответствующих справочниках [4, 27]. Так, например, для звездочек рекомендуется применять стали 45, 40Х и др.; для пластин цепей—стали 45, 50 и др.; для валиков вкладышей и роликов—стали 15, 20, 20Х и др. Детали шарниров цепей в большинстве случаев цементируют, что повышает их износо­стойкость при сохранении ударной прочности. Перспективным является изготовление звездочек из пластмасс, позволяющих уменьшить динамические нагрузки и шум передачи.