12.11.1 Конструкции приводных цепей
Важным элементом цепной передачи является приводная цепь, которая состоит из соединенных шарнирами звеньев. Основными типами приводных цепей являются роликовые, втулочные и зубчатые, которые стандартизованы и изготовляются специализированными заводами с размерами, установленными в ГОСТах.
Рис. 12.33
Роликовые цепи. Они состоят из наружных и внутренних пластин 2 и 1 (рис. 12.33). В наружные пластины запрессованы валики 5, пропущенные через втулки 4, на которые запрессованы внутренние пластины. Валики и втулки образуют шарниры. На втулки свободно надеты ролики 3. Зацепление цепи со звездочкой происходит через ролик, который перекатывается по зубу и уменьшает его износ. Роликовые цепи имеют широкое распространение, рекомендуются при скоростях V ≤15 м/с.
Втулочные цепи. Эти цепи аналогичны роликовым, но не имеют роликов.
Они имеют меньшую массу, но менее износостойкие. Их используют в передачах, скорость которых до 10 м/с.
Зубчатые цепи. Данные цепи состоят из набора пластин с зубчиками, шарнирно соединенных между собой (рис. 12.34). Они обладают меньшим шагом и поэтому допускают более высокие скорости. Для устранения бокового спадания цепи со звездочки применяют направляющие пластины 1, расположенные по середине цепи или по ее бокам. Зубчатые цепи по сравнению с другими работают более плавно, с меньшим шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку, но тяжелее и дороже. Рекомендуются при скоростях V ≤ 25 м/с.
Рис. 12.34
Шаг цепи. Шаг Р цепи является основным параметром цепной передачи и принимается по ГОСТу. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи, но сильней удар звена о зуб в период набегания на звездочку приводит к меньшей плавности, бесшумности и долговечности передачи. При больших скоростях принимают цепи с малым шагом. В быстроходных передачах при больших мощностях рекомендуются также цепи малого шага: зубчатые большой ширины или роликовые многорядные.
Материалы цепей. Цепи должны быть износостойкими и прочными.
Пластины цепей изготовляют из стали 50, 40ХН и других с закалкой до твердости НRС 40...56; оси, втулки, ролики, вкладыши и призмы — из цементируемых сталей, например 15, 20, 12ХНЗА и других с закалкой до твердости НRС 52...65.
Натяжение и смазывание цепи. Натяжение цепи по мере изнашивания шарниров ослабевает. Цепь вытягивается, стрела провисания ведомой ветви увеличивается, что вызывает захлестывание звездочки цепью.
Регулирование натяжения цепи осуществляется 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 цепи два ее звена удаляют.
Для смазывания цепи применяют: периодическое смазывание вручную, непрерывное погружение в масляную ванну закрытого корпуса или циркуляционное струйное смазывание от насоса.
Звездочки по конструкции отличаются от зубчатых колес лишь профилем зубьев, 12.35, а) и зубчатой (рис. 12.35, б). Шаг Р у звездочек измеряется по хорде делительной окружности. Для увеличения долговечности цепной передачи принимают по возможности большее число зубьев меньшей звездочки, что
Рис. 12.35
повысит плавность передачи и уменьшит изнашивание цепи. Однако при вытягивании цепь стремится подняться по профилю зубьев, причем тем больше, чем больше число зубьев звездочки. При весьма большом числе зубьев цепь соскакивает со звездочки. Поэтому максимальное число зубьев большой звездочки ограничено: для втулочной цепи z2 < 90, для роликовой z2 < 120, для зубчатой z2 < 140. Число зубьев малой звездочки для втулочных и роликовых цепей принимают по эмпирической зависимости
z1min = 29-2u.
Для зубчатых цепей значение z1min увеличивают на 20—30%.
Предпочтительно принимать нечетные числа зубьев звездочек, что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует более равномерному ее изнашиванию.
Материал звездочек должен быть износостойким и хорошо сопротивляться ударным нагрузкам. Звездочки изготовляют из сталей 45, 40Х, 12ХНЗА и других с закалкой или из цементируемых сталей 15, 20Х и др. Перспективным является изготовление зубчатого венца звездочек из неметаллов, что понижает шум при работе передачи и изнашивание цепи.
12.11.2 Расчеты цепных передач
Кинематика цепной передачи. Цепь за один оборот звездочки проходит путь Рz, следовательно, скорость цепи
V = Pz1n1 = Pz2n2,
где п1 и п2 — частота вращения ведущей и ведомой звездочек.
Из равенства скоростей цепи на звездочках передаточное число
и = п1/ п2= z2 / z1.
Передаточное число цепной передачи переменно в пределах поворота звездочки на один зуб, что практически заметно лишь при малом числе z1
Непостоянство и (обычно в пределах 1—2%) вызывает неравномерность хода передачи и колебания самой цепи. Среднее передаточное число за оборот постоянно. Для цепных передач рекомендуется и < 7.
Геометрия передачи. Делительная окружность звездочек проходит через центры шарниров цепи. Из треугольника ОАС (рис. 12.35, б) находим делительный диаметр
d = Р/sin (180°/z).
Рекомендуется определять межосевое расстояние по формуле а = (30...50)Р
(большее значение при больших и). Длина цепи равна
L = 2а/Р + 0,5(z1 + z2) + Р(z2 - z1)+P(z2-z1)2/(4aπ2)
Силы в передаче. Окружная сила, передаваемая цепью:
Ft = 2 T / d,
Предварительное натяжение цепи от провисания ведомой ветви
F0 = kfqаg ,
где kf — коэффициент провисания (kf = 6 для горизонтальных передач; kf= 3 для наклоненных к горизонту до 40°; kf= 1 для вертикальных); q — масса 1 м цепи, кг/м; а — межосевое расстояние, м; g = 9,81 м/с2
Натяжение цепи от центробежных сил Fv = qV2. Сила Fυ нагружает звенья цепи по всему ее контуру, но звездочками не воспринимается. Натяжение ведущей ветви цепи работающей передачи
F1 = Ft + F0 + Fυ .
Натяжение ведомой ветви цепи F2 равно большему из натяжений F0 и Fυ Благодаря тому, что шарнир сбегающего звена цепи упирается в зуб, сила F2 не передается на звенья, расположенные на звездочке.
Нагрузка на валы звездочек. Цепь действует на валы звездочек с силой
где kв — коэффициент нагрузки вала (kв = 1,15...1,105).
При ударной нагрузке kв увеличивают на 10... 15%. Направление силы Fп принимают по линии центров валов.
Работоспособность цепных передач зависит от долговечности цепи, определяемой изнашиванием шарниров. В соответствии с этим за основной принят расчет цепных передач, обеспечивающий износостойкость шарниров.
Цепи, выбранные из условия износостойкости, обладают достаточной прочностью. Долговечность приводных цепей по износу составляет 8... 10 тыс. ч работы.
Расчет передачи с роликовой (втулочной) цепью. Нагрузочная способность цепи определяется из условия, чтобы среднее давление рц в шарнире звена не превышало допускаемого [рц] ([рц] = 15...35 МПа; с увеличением шага и скорости [рц] уменьшают):
рц = Fp KЭ /Аm ≤ [рц] ,
где Fp — расчетная окружная сила, передаваемая цепью; Кэ=КсКθКp — коэффициент эксплуатации (Кэ = 0,64. ..1,25); Кс — коэффициент способа смазывания (Кс = 0,8 при непрерывном смазывании; Кс = 1,5 при периодическом); Кθ — коэффициент наклона линии центров звездочек к горизонту (при θ < 60° Кθ = 1, при θ > 60° Кθ = 1,25); Кр — коэффициент способа регулирования натяжения цепи (при регулировании нажимными опорами Кр = 1, при регулировании нажимными звездочками Кр = 0,8, для нерегулируемой передачи Кр = 1,25);
А— площадь проекции опорной поверхности шарнира (для роликовых и втулочных цепей А = (d0b); d0 — диаметр оси; b — длина втулки); т — коэффициент рядности цепи (для одного ряда т = 1).
Выразив в последней формуле окружную силу Fр через момент Тр на малой звездочке, а площадь проекции опорной поверхности шарниров через шаг Р (А = bd = 0,28р2), получим формулу для выбора шага роликовой (втулочной) цепи:
где m = 1...4.