Передача движения со звездочки на реку. Цепные передачи, назначение, достоинства, недостатки, классификация. Достоинства зубчатых передач

Цепной передачей называется передача, в результате которой энергия между несколькими параллельными валами, производится сцепкой при помощи гибкой цепи и звездочек. Она складывается из цепи и двух звездочек. Одна звездочка ведущая, а другая ведома. Цепная передача функционирует без скольжения и обеспечивается натяжными и смазочными устройствами.

Цепная передача дает возможность передачи перемещения промеж валами в большем диапазоне межосевых расстояний в сравнении с зубчатой. КПД цепной передачи равняется - 0,96...0,97. Она меньше воздействуют на вал, чем отличается от ременной передачи. Одна цепь передает обороты нескольким звездочкам для цепных передач.

Разновидности и область применения цепных передач

Цепные передачи классифицируют на несколько категорий, которые отличаются своими конструкционными особенностями и принципом функционального действия. В зависимости от типа цепей передаточные приспособления разделяют на роликовые, втулочные и зубчатые. По количеству рядов цепи, на механизмах подающего усилия для движения, бывают однорядные и многорядные. В зависимости от количества ведомых звездочных элементов существуют двухзвенные и многозвенные механизмы. По расположению звездочек для цепных передач приспособления разделяются на горизонтальные, наклонные, вертикальные.

К негативным качествам передаточных механизмов относят: скачкообразность движения, усиленный грохот при осуществлении рабочих процессов, необходимость тщательно выдержанной по установленным параметрам сборки и регулярного эксплуатационного обслуживания, постоянная регулировка натяжения цепного устройства и смазывание механических соединений вовремя, быстрая подверженность амортизационному воздействию шарниров цепного приспособления, высокая стоимость устройства, растяжение цепи во время использования и т. д.

Большую популярность цепные передачи одержали в разнообразных станках, вело- и мото- технике, в машинах поднимающих грузы, лебедках, в буровых установках, в узлах и кранов, и исключительно в машинах сельскохозяйственного назначения. Например, в самоходном зерновом комбайне С-4 есть 18 цепных передач, которые приводят в ход множество его рабочих механизмов. Цепные передаточные механизмы, также получили распространение на предприятиях лёгкой промышленности.

Основные параметры цепных передач

Функционирования устройства изменяющего передающее усилие цепного типа зависит от особенности звездочных компонентов: правильность их производства, закал поверхности зубьев, металла и качества обработки. Габариты и формы звезд, изготовляются согласно величинам выбранной цепи и передаточного отношения, которая определяет количество зубьев меньшей ведущей звездочки. Передаточное число цепной передачи, в процессе работы изменяется и высчитывается аналогично передаточному значению цилиндрической . Сборка цепной передачи ограничивается установкой и закреплением звездочек на валах, надеванию цепи и ее регулировке.

Производя расчет цепной передачи, необходимо воздерживаться от тупых углов между линией, которая совмещает центры звездочек, и горизонтальной линией. Ведущую ветвь размещают обычно сверху. В передачах с большими углами подъема необходимо не забывать об натяжных устройствах. Цепные передачи, из-за неминуемого растяжения цепных звеньев, вследствие износа и смятия в шарнирах, обычно требуют возможности регулирования их натяжения.

Первоначальное натяжение важно только в вертикальных передаточных действиях. В горизонтальных и наклонных передаточных процессах соединение цепного приспособления со звездочными элементами, гарантируется натяжением от силы тяжести конкретного цепного звена, стрела же провисания цепного соединения обязана быть оптимальной в перечисленных изначально границах.

Цепная передача

К атегория:

Крановщикам и стропальщикам

Цепная передача

Для чего служит цепная передача?

Цепная передача служит для передачи вращательного движения между удаленными друг от друга валами.

Из каких частей состоит цепная передача?

Цепная передача (рис. 1) состоит из двух колес, называемых звездочками, и охватывающей их цепи. Причем одна звездочка называется ведущей, а другая ведомой и вращение ведущей звездочки преобразовывается во вращение ведомой звездочки благодаря сцеплению цепи с зубьями звездочки.

Как различают по конструкции приводные цепи?

По конструкции приводные цепи различают: зубчатые, роликовые, втулочные и др. Зубчатые цепи состоят из пластин с зубьями, соединенных между собой втулками, и шарнирно укреплены на общем валике. Роликовая цепь состоит из шарнирно соединенных пластинок, между которыми устанавливаются ролики, свободно вращающиеся на втулке, запрессованной в отверстие внутренних пластин.

Что называется шагом цепи?

Рис. 1. Цепная передача: 1 - цепь; 2 - звездочка; 3 - шаг

Расстояние между двумя одинаковыми точками звеньев называется шагом цепи. Причем у роликовых цепей шагом называется расстояние между центрами
роликов; у зубчатых цепей - расстояние между осями двух валиков, расположенных в смежных звеньях цепи.

Каковы достоинства цепных передач?

К достоинствам цепных передач по сравнению с ременными следует отнести то, что при цепной передаче не происходит проскальзывание. Кроме того, цепная передача имеет довольно высокий КПД, достигающий 0,98, и занимает значительно меньше места по ширине.

Общие сведения о цепных передачах

Цепная передача относится к передачам зацеплением с гибкой связью. Мощность в цепной передаче посредством многозвенной шарнирной цепи передается от ведущей к ведомой звездочке, размещенных на параллельных валах.

Классификация цепных передач

Цепные передачи классифицируют по типу применяемой цепи. В настоящее время применяют роликовые, втулочные и зубчатые цепи, которые, в свою очередь, могут быть однорядными и многорядными.

В роликовых и втулочных цепях зацепление звеньев со звездочкой осуществляется через ролик или втулку, при этом долговечность цепи возрастает, но возрастает ее масса и стоимость.

Зубчатые цепи набирают из пластин, при этом большое значение на эксплуатационные качества цепи имеет конструкция шарнира. В конструкцию входит направляющая пластина, предотвращающая сползание цепи со звездочки.

По сравнению со втулочными зубчатые цепи работают более плавно, обеспечивают большую кинематическую точность (плавность хода передачи) , могут передавать бóльшую мощность, имеют высокий КПД , но их масса и стоимость значительно выше.

В зависимости от типа применяемой цепи зависит конструкция звездочек цепной передачи. Звездочки для втулочной и роликовой цепи представлена на рис. 2 слева, звездочка для зубчатой цепи – справа.

Достоинства цепных передач

По сравнению с зубчатыми передачами:
Преимущество цепных передач в сравнении с зубчатыми заключается в том, что они способны передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях (до 8 м) .

По сравнению с ременными передачами:
По сравнению с ременными передачами (передачами трением) цепные передачи (передачи зацеплением) выгодно отличаются компактностью, способностью передавать бóльшие мощности при одинаковых размерах, постоянством передаточного числа и меньшей требовательностью к предварительному натяжению цепи (иногда предварительный натяг для цепных передач не применяется) .
Кроме того, цепные передачи устойчиво работают при малых межосевых расстояниях между звездочками, тогда как ременная передача может пробуксовывать при малых углах обхвата шкива ремнем.

К достоинствам цепных передач можно отнести высокий КПД и безотказность при работе в условиях частых пусков и торможений.

Недостатки цепных передач

1. Значительный шум и вибрация 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.

4. По сравнению с зубчатыми передачами цепные передают движение менее плавно и равномерно.

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, промышленных роботах, буровом оборудовании, подъемно-транспортных, 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/сек .

Приводные цепи

Приводная цепь – главный элемент цепной передачи – состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Помимо приводных бывают тяговые и грузовые цепи , которые в этом разделе сайта не рассмотрены.
Основные типы стандартизованных приводных цепей (см. рис. 1) : роликовые, втулочные и зубчатые.
В тихоходных цепных передачах применяются, также, фасоннозвенные цепи (крючковые или штыревые).

Роликовые приводные цепи

Роликовые приводные цепи состоят из двух рядов наружных 1 и внутренних 2 пластин (см. рис. 1) . 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.

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 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.) .

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. Втулочные цепи применяют в неответственных передачах при v < 1 м/сек .

Втулочная однорядная цепь (см. рис. 1) состоит из внутренних пластин 1 , напрессованных на втулки 2 , свободно вращающиеся на валиках 5 , на которых напрессованы наружные пластины 4 .
В зависимости от передаваемой мощности приводные втулочные цепи изготовляют однорядными (ПВ) и двухрядными (2ПВ) .
Эти цепи простые по конструкции, имеют небольшую массу и наиболее дешевые, но менее износоустойчивы, поэтому применение их ограничивают небольшими скоростями, обычно до 10 м/сек .

Роликовая однорядная цепь (рис. 1) отличается от втулочной тем, что на ее втулках 2 устанавливают свободно вращающиеся ролики 5 . Ролики заменяют трение скольжения между втулками и зубьями звездочек во втулочной цепи трением качения. Поэтому износостойкость роликовых цепей по сравнению со втулочными значительно выше и соответственно их применяют при окружных скоростях передач до 20 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.

Зубчатые приводные цепи

Зубчатая цепь (см. рис. 1) в каждом звене имеет набор пластин 1 (число их определяется шириной цепи и зависит от передаваемой мощности) с двумя выступами (зубьями) и с впадиной между ними для зуба звездочки. Эта цепь изготовляется с шарнирами трения качения. В отверстиях пластин каждого шарнира устанавливаются две призмы 2 и 3 с криволинейными рабочими поверхностями.
Одна из призм соединяется с пластинами одного звена, а другая - с пластинами соседнего звена, в результате чего в процессе движения цепи призмы перекатывают одна другую. Благодаря этому зубчатые цепи работают плавно, с малым шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку и допускают высокие скорости.

Применяют также зубчатые цепи с шарнирами трения скольжения, но их долговечность примерно в два раза ниже, чем у зубчатых цепей с шарнирами трения качения.

Относительный поворот звеньев в таких цепях обеспечивают шарниры скольжения.
Шарнир скольжения состоит из оси и двух вкладышей, закрепленных в фигурных пазах пластин. При повороте пластин вкладыши скользят по осям, поворачиваясь в пазах пластин.
Вкладыши позволяют увеличить площадь контакта в 1,5 раза.
Шарнир допускает поворот пластины на угол φ max , который обычно не превышает 30° .

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.

Зубчатые цепи вследствие лучших условий зацепления с зубьями звездочек работают с меньшим шумом, поэтому их иногда называют бесшумными. Так как ширина зубчатых цепей может быть какой угодно (встречаются цепи шириной до 1,7 м) , то их применяют для передачи больших мощностей.
Однако, по сравнению с роликовыми зубчатые цепи тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже, поэтому область применения зубчатых цепей сокращается.
Преимущественное применение в настоящее время имеют передачи роликовыми и втулочными цепями.

Фасоннозвенные цепи

Фасоннозвенные цепи (см. рис. 1) различают двух типов: крючковые и штыревые.
Крючковая цепь состоит из звеньев одинаковой формы, отлитых из ковкого чугуна или штампованных из полосовой стали ЗОГ без дополнительных деталей.
Сборку и разборку этой цепи осуществляют путем взаимного наклона звеньев на угол 60° .

В штыревой цепи литые звенья 1 из ковкого чугуна соединяются зашплинтованными стальными (из стали Ст3) штырями 2 .

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.

Материал цепей

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

Звездочки и диски составных звездочек в основном изготовляют из среднеуглеродистой или легированной стали 40, 45, 40Х, 50Г2, 35ХГСА, 40ХН с закалкой до твердости HRC40...50 или цементуемой стали 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХН2 с термообработкой до твердости HRC50...60 .

Звездочки тихоходных передач при скорости цепи v ≤ 3 м/сек и отсутствии динамических нагрузок изготовляют также из серого или модифицированного чугуна СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ30 с твердостью поверхности до НВ260...300 .
Применяют звездочки с зубчатым венцом из пластмасс (дюропласта или вулколана), которые способствуют уменьшению шума и износа цепей при работе передачи.

Геометрические и кинематические параметры цепной передачи

Основным параметром цепной передачи является шаг t цепи, т. е. расстояние между осями двух ближайших шарниров цепи (см. рис. 2) . Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи.

Диаметр делительной окружности звездочки d определяется по формуле:

d = t / ,

где z – число зубьев звездочки.

Шаг t у звездочек измеряют по хорде делительной окружности.

Оптимальное межосевое расстояние передачи принимают из условия долговечности цепи:

а = (30…50)t ,

где t – шаг цепи.

Длина цепи в шагах:

Lp = 2a/t + (z 2 + z 1)/2 +[(z 2 – z 1)/2π] 2 t/a ,

где z 1 и z 2 – число зубьев звездочек.

Число зубьев малой звездочки выбирают из соотношения

z 1 = 29 – 2u .

Тогда z 2 = z 1 u .

Окончательное значение межосевого расстояния :

a = t/4{L p - (z 2 + z 1)/2 + √| 2 – 8[(z 2 - z 1)/2π] 2 |} .

Передаточное число : u = ω 1 /ω 2 = n 1 /n 2 = z 2 /z 1 .

Передаточное отношение цепной передачи нельзя определять как отношение диаметров делительных окружностей звездочек. В пределах одного оборота звездочки передаточное отношение не остается постоянным, поэтому обычно говорят о средней скорости цепи, м/сек:

v = ωzt/2000π ,

где ω , z – угловая скорость и число зубьев звездочки.

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 )

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 .

Fв = Kв Ft ,

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

6. Характер и причины отказов цепных передач

Для приводных цепей характерны следующие основные виды предельных состояний :

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

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

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

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

в зацепление.

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

7. Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью

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

Передача энергии между двумя или несколькими параллельными валами, осуществляемая зацеплением с помощью гибкой бесконечной цепи и звездочек, называется цепной .

Цепная передача состоит из цепи и двух звездочек - ведущей 1 (рис. 190) и ведомой 2, работает без проскальзывания и снабжается натяжными и смазочными устройствами.

Рис. 190

Цепные передачи дают возможность передавать движение между валами в значительном, по сравнению с зубчатыми передачами, диапазоне межосе­вых расстояний; имеют достаточно высокий КПД равный 0,96...0,97; ока­зывают меньшую, чем в ременной передаче, нагрузку на вал; одной цепью передают вращение нескольким звездочкам (валам).

К недостаткам цепных передач относятся: некоторая неравномерность хода, шум при работе, необходимость тщательного монтажа и ухода; необ­ходимость регулировки натяжения цепи и своевременной смазки; быстрый износ шарниров цепи; высокая сто­имость; вытягивание цепи в период эксплуатации и т. д.

Наибольшее распространение цепные передачи получили в раз­личных станках, велосипедах и мо­тоциклах, в подъемно-транспортных машинах, лебедках, в буровом оборудовании, в ходовых механиз­мах экскаваторов и кранов и осо­бенно в сельскохозяйственных ма­шинах. Так, например, в самоходном зерновом комбайне С-4 имеется 18 цепных передач, приводящих в движение целый ряд его рабочих органов. Цепные передачи часто встречаются и на предприятиях текстильной и хлопчатобумажной промышленности.

Детали цепных передач

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

Конструктивные размеры и форма звездочек зависят от параметров вы­бранной цепи и передаточного отношения, определяющего число зубьев меньшей ведущей звездочки. Параметры и качественные характеристики звездочек установлены ГОСТ 13576-81. Звездочки роликовых и втулочных цепей (рис. 191, I) профилируют по ГОСТ 591-69.

Рис. 191

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

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

В настоящее время применяют звездочки с зубчатым венцом, изготов­ленным из пластмасс. Эти звездочки характеризуются пониженным изно­сом цепи и малым шумом при работе передачи.

Цепи. Цепи изготовляют на специальных заводах, а их конструкция, размеры, материалы и другие показатели регламентированы стандартами. По своему назначению цепи разделяют на следующие типы:

• грузовые цепи, (рис. 192,I) служащие для подвески, подъема и опу­скания грузов. Применяются главным образом в грузоподъемных машинах;
• тяговые цепи (рис. 192, II), служащие для перемещения грузов в транспортирующих машинах;
• приводные цепи, служащие для передачи механической энергии от одного вала к другому.

Рис. 192

Рассмотрим несколько подробнее приводные цепи, применяемые в цеп­ных передачах. Различают следующие виды приводных цепей: роликовые, втулочные, зубчатые и крючковые.

Роликовые цепи (рис. 192, III) состоят из чередующихся наружных и внутренних звеньев, которые имеют относительную подвижность. Звенья выполнены из двух пластин, напрессованных на оси (наружные звенья) или на втулки (внутренние звенья). Втулки надеты на оси сопряженных звень­ев и образуют шарниры. Чтобы уменьшить износ звездочек при набегании на них цепей, на втулки надевают ролики, которые заменяют трение сколь­жения трением качения (рис. 191, II и III).

Оси (валики) цепей расклепывают и звенья становятся неразъемными. Соединение концов цепи производят: при четном числе звеньев - соедини­тельным звеном, а при нечетном - переходным.

При больших нагрузках и скоростях с целью уменьшения шага и диаме­тра звездочек применяют многорядные роликовые цепи.

Роликовые цепи с изогнутыми пластинами (рис. 192, IV) состоят из одинаковых звеньев, подобных переходному звену. Эти цепи применяются тогда, когда передача работает с ударной нагруз­кой (реверсирование, толчки). Деформирование пластин способствует га­шению ударов, которые возникают при входе цепи в зацепление со звез­дочкой.

Втулочные цепи (рис. 192, V) по своей конструкции не отличаются от предыдущих, но не имеют роликов, что приводит к усилению износа зу­бьев. Отсутствие роликов удешевляет цепь и уменьшает ее массу.

Втулочные цепи, так же как и роликовые, могут быть однорядными и многорядными.

Зубчатые (бесшумные) цепи (рис. 192, VI) состоят из набора пла­стин с зубьями, шарнирно соединенных в определенной последователь­ности. Эти цепи обеспечивают плавность и бесшумность работы. Их применяют при значительных скоростях. Зубчатые цепи сложнее и до­роже роликовых и требуют особого ухода. Рабочими гранями пластин, воспринимающих давление от зубьев звездочки, служат плоскости зу­бьев, расположенные под углом 60°. Чтобы обеспечить достаточную из­носостойкость, рабочие поверхности пластин закаливают до твердости Н RC 40...45.

Для того чтобы исключить соскальзывание зубчатых цепей со звездочек при работе, их снабжают направляющими пластинами (боковыми или вну­тренними).

Крючковые цепи (рис. 192, VII) состоят из одинаковых звеньев специ­альной формы и не имеют никаких дополнительных деталей. Соединенней разъединение звеньев осуществляются при взаимном наклоне на угол при­близительно 60°.

Втулочно-штыревые цепи (рис. 192, VIII) собирают из звеньев с помощью штырей, изготовляемых из стали СтЗ. Штифты расклепывают, а в соединительных звеньях их фиксируют шплинтами. Эти цепи находят большое применение в сельскохозяйственном машиностроении.

Для обеспечения хорошей работоспособности цепи материалы ее элемен­тов должны быть износостойкими и прочными. Для пластин используют сталь 50 и 40Х и закалкой до твердости HRC35...45, для осей, валиков и втулок - сталь 20Г, 20Х и др. при твердости HRC54...62-, для роликов - сталь 60Г при твердости HRС48...55.

В связи с износом шарниров цепь постепенно вытягивается. Регулирова­ние натяжения цепи обеспечивается перемещением оси одной из звездочек, применением регулирующих звездочек или роликов. Обычно натяжные ус­тройства позволяют компенсировать удлинение цепи в пределах двух зве­ньев, при большей вытяжке цепи для звена ее удаляют.

Долговечность цепи во многом зависит от правильного применения смазки. При скорости цепи (v) равной или менее 4 м/с применяют пери­одическую смазку, которая осуществляется ручной масленкой через каждые 6...8 ч. При v s 10 м/с применяют смазку масленками-капельницами. Более совершенна смазка окунанием цепи в масляную ванну. При этом погружение цепи в масло не должно превышать ширины пластины. В мощных быстроходных передачах применяют циркуляционную струй­ную смазку от насоса.