Просмотр: эта статья прочитана 14944 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
§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Цепная передача состоит из ведущей и ведомой звездочек и цепи, охватывающей звездочки и зацепляющейся за их зубья. Применяют также цепные передачи с несколькими ведомыми звездочками. Кроме перечисленных основных элементов, цепные передачи включают натяжные устройства, смазочные устройства и ограждения.
Цепь состоит из соединенных шарнирами звеньев, которые обеспечивают подвижность или "гибкость" цепи.
Цепные передачи могут выполняться в широком диапазоне параметров.
Широко используют цепные передачи в сельскохозяйственных и подьемно-транспортных машинах, нефтебуровом оборудовании, мотоциклах, велосипедах, автомобилях.
Кроме цепных приводов, в машиностроении применяют цепные устройства, т. е. цепные передачи с рабочими органами (ковшами, скребками) в транспортерах, элеваторах, экскаваторах и других машинах.
К достоинствам цепных передач относят: 1) возможность применения в значительном диапазоне межосевых расстояний; 2) меньшие, чем у ременных передач, габариты; 3) отсутствие скольжения; 4) высокий КПД; 5) малые силы, действующие на валы, так как нет необходимости в большом начальном натяжении; 6) возможность легкой замены цепи; 7) возможность передачи движения нескольким звездочкам.
Вместе с тем цепные передачи не лишены недостатков: 1) они работают в условиях отсутствия жидкостного трения в шарнирах и, следовательно, с неизбежным их износом, существенным при плохом смазывании и попадании пыли и грязи; износ шарниров приводит к увеличению шага звеньев и длины цепи, что вызывает необходимость применения натяжных устройств; 2) они требуют более высокой точности установки валов, чем клиноременные передачи, и более сложного ухода - смазывания, регулировки; 3) передачи требуют установки н картерах; 4) скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения, хотя эти колебания небольшие (см. § 7).
Цепи, применяемые в машиностроении, по характеру выполняемой ими работы подразделяют на две группы: приводные и тяговые. Цепи стандартизованы, их производят на специализированных заводах. Выпуск только приводных цепей в СССР превышает 80 млн. м в год. Ими оснащается ежегодно более 8 млн. машин.
В качестве приводных применяют роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Для них характерны малые шаги (для уменьшения динамических нагрузок) и износоустойчивые шарниры (для обеспечения долговечности).
Основными геометрическими характеристиками цепей являются шаг и ширина, основной силовой характеристикой - разрушающая нагрузка, устанавливаемая опытным путем. В соответствии с международными стандартами применяют цепи с шагом, кратным 25,4 мм (т. е. ~ 1 дюйму)
В СССР изготовляют следующие приводные роликовые и втулочные цепи по ГОСТ 13568-75*:
ПРЛ - роликовые однорядные нормальной точности;
ПР - роликовые повышенной точности;
ПРД - роликовые длиннозвенные;
ПВ - втулочные;
ПРИ - роликовые с изогнутыми пластинами,
а также роликовые цепи по ГОСТ 21834-76* для буровых установок (в быстроходных передачах).
Роликовые цепи - это цепи со звеньями, каждое из которых выполнено из двух пластин, напрессованных на валики (наружные звенья) или на втулки (внутренние звенья). Втулки надеты на валики сопряженных звеньев и образуют шарниры. Наружные и внутренние звенья в цепи чередуются.
Втулки, в свою очередь, несут ролики, которые входят во впадины между зубьями на звездочках и сцепляются со звездочками. Благодаря роликам трение скольжения между цепью и звездочкой заменяется трением качения, что уменьшает износ зубьев звездочек. Пластины очерчивают контуром, напоминающим цифру 8 и приближающим пластины к телам равного сопротивления растяжению.
Валики (оси) цепей выполняют ступенчатыми или гладкими.
Концы валиков расклепывают, поэтому звенья цепи неразъемны. Концы цепи соединяют соединительными звеньями с закреплением валиков шплинтами или расклепыванием. В случае 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.
При больших нагрузках и скоростях во избежание применения цепей с большими шагами, неблагоприятных в отношении динамических нагрузок, применяют многорядные цепи. Их составляют из тех же элементов, что и однорядные, только их налики имеют увеличенную длину. Передаваемые мощности и разрушающие нагрузки многорядных цепей почти пропорциональны числу рядов.
Характеристики роликовых цепей повышенной точности ПР приведены в табл. 1. Роликовые цепи нормальной точности ПРЛ стандаргизованы в диапазоне шагов 15,875.. .50,8 и рассчитаны на разрушающую нагрузку на 10…30% меньше, чем у цепей попышонной точности.
Длинно з в е н н ы е р о л и к о в ы е цепи ПРД выполняют в удвоенным шагом по сравнению с обычными роликовыми. Поэтому они легче и дешевле обычных. Их целесообразно применять при малых скоростях, в частности, в сельскохозяйственном машиностроении.
Втулочные цепи ПВ по конструкции совпадают с роликовыми, но не имеют роликов, что удешевляет цепь и уменьшает габариты и массу при увеличенной площади проекции шарнира. Эти цепи изготовляют с шагом только 9,525 мм и применяют, в частности, в мотоциклах и в автомобилях (привод к распределительному валу). Цепи показывают достаточную работоспособность.
Роликовые цепи с изогнутыми пластинами ПРИ набирают из одинаковых звеньев, подобных переходному звену (см. рис. 12.2, е). В связи с тем, что пластины работают на изгиб и поэтому обладают повышенной податливостью, эти цепи применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.).
В обозначении роликовой или втулочной цепи указывают: тип, шаг, разрушающую нагрузку и номер ГОСТа (например, Цепь ПР-25,4-5670 ГОСТ 13568 -75*}. У многорядных цепей в начале обозначения указывают число рядов.
Зубчатые цепи (табл. 2) - это цепи со звеньями из наборов пластин. 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 вклинивания a, равным 60°). Этими поверхностями каждое звено садится на два зуба звездочки. Зубья звездочек имеют трапециевидный профиль.
Пластины в звеньях раздвинуты на толщину одной или двух пластин сопряженных звеньев.
В настоящее время в основном изготовляют цепи с шарнирами качения, которые стандартизованы (ГОСТ 13552-81*).
Для образования шарниров в отверстия звеньев вставляют призмы с цилиндрическими рабочими поверхностями. Призмы опираются на лыски. При специальном профилировании отверстии пластин и соответствующих поверхностей призм можно получить в шарнире практически чистое качение. Имеются экспериментальные и эксплуатационные данные о том, что ресурс зубчатых цепей с шарнирами качения во много раз выше, чем цепей с шарнирами скольжения.
Во избежание бокового сползания цепи со звездочек предусматривают направляющие пластины, представляющие собой обычные пластины, но без выемок для зубьев звездочек. Применяют внутренние или боковые направляющие пластины. Внутренние направляющие пластины требуют проточки соответствующей канавки на звездочках. Они обеспечивают лучшее направление при высоких скоростях и имеют основное применение.
Достоинствами зубчатых цепей по сравнению с роликовыми являютсются меньший шум, повышенная кинематическая точность и допускаемая скорость, а также повышенная надежность, связанная с многопластинчатой конструкцией. Однако они тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже. Поэтому они имеют ограниченное применение и вытесняются роликовыми цепями.
Тяговые цепи подразделяют г. а три основных типа: пластинчатые но ГОСТ 588-81*; разборные по ГОСТ 589 85; круглозвепные (нормальной и повышенной прочности) соответственно по ГОСТ 2319-81.
Пластинчатые цепи служат для перемещения грузов под любым углом к горизонтальной плоскости в транспортирующих машинах (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.). Они обычно состоят из пластин простой формы и осей со втулками 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, передающие движение между звездочками с взаимно перпендикулярными осями. Валики (оси) двух соседних звеньев такой цепи взаимно перпендикулярны.
§ 3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИВОДНЫХ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
Мощности, для передачи которых применяют цепные передачи, изменяются в диапазоне от долей до сотен киловатт, в общем машиностроении обычно до 100 кВт. Межосевые расстояния цепных передач достигают 8 м.
Частоты вращения звездочек и скорость ограничиваются величиной силы удара, возникающей между зубом звездочки и шарниром цепи, износом и шумом передач. Наибольшие рекомендуемые и предельные частоты вращения звездочек приведены в табл. 3. Скорости движения цепей обычно не превышают 15 м/с, однако в передачах с цепями и звездочками высокого качества при эффективных способах смазывания достигают 35 м/с.
Средняя скорость цепи, м/с,
V=znP/(60*1000)
где z - число зубьев звездочки; п стота ее вращения, мин-1; Р-
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.
При этом сама цепь включает в себя многочисленные подвижные звенья. Они соединяются между собой в виде замкнутой окружности.
Обычно количество зубцов на звездочке и количество звеньевых элементов в цепях определяется взаимно простым числом. Благодаря этому, обеспечивается максимально равномерное изнашивание механизма в целом.
Преимущества и недостатки цепной передачи
Кроме цепных, существуют еще и ременные передачи. Однако в большинстве случаев прибегают именно к цепным, так как они обладают рядом немаловажных достоинств:
- Отсутствие проскальзывания, как это при определенных условиях бывает в ременных передачах.
- Можно обеспечить высокую степень компактности механизма.
- Средний показатель передаточного отношения находится на постоянном уровне.
- Благодаря отсутствию такого явления, как предварительное натяжение, отсутствуют второстепенные нагрузки на ключевые узлы механизма.
- Даже если скорость падает, показатели мощности остаются довольно высокими.
- Цепные передачи практически не чувствительны к влажностным и температурным перепадам.
- Можно быстро адаптировать такую передачу практически под любые механизмы, если прибавить или удалить цепное звено.
- При необходимости можно передать вращательный момент сразу нескольким звездочкам посредством всего одной цепи.
- Можно организовывать передачу вращательного момента на довольно большие расстояния – до 7 метров.
- Цепная передача отличается большим коэффициентом полезного действия – порядка 98 процентов.
- При необходимости вышедшие из строя звенья, саму цепь или звездочки можно быстро заменить.
Однако имеются у цепных передач и определенные недостатки:
- При длительной интенсивной эксплуатации шарниры в звеньях цепей изнашиваются, что приводит к растяжению пластин и увеличению общей длины цепи.
- Передачу можно применять без необходимости останавливать движение во время реверсированного хода.
- Цепь в некоторых видах механизмов достаточно сложно смазывать.
- Можно наблюдать неравномерность передаточного отношения и, как следствие, неравномерность скорости. Особенно данный эффект заметен в случае, если звездочка не обладает большим числом зубцов.
Все перечисленное следует непременно учитывать, делая выбор между цепными и ременными разновидностями передач.
Какими характеристиками обладают цепные передачи
Среди важнейших характеристик практически любых цепных передач следует назвать:
- Показатель шага цепи – данный параметр влияет на плавность и точность хода. При уменьшении данного параметра увеличиваются показатели точности и плавности хода.
- Количество зубьев на ведущих и ведомых звездочках.
- Радиусы вписанной и описанной окружностей звездочек.
- Соотношение радиусов ведущей и ведомой звездочек. Соответственно, чем больше диаметр ведущей звездочки по отношению к ведомой, тем легче будет передавать движение.
- Расстояние между центрами окружностей звездочек – от этого будет зависеть, например, длина цепи.
Все эти моменты также необходимо принимать во внимание.
Из чего состоит цепная передача
Цепные передачи – достаточно простые в конструктивном плане механизмы. Тем не менее, не будет лишним знать, из каких элементов они состоят.
Звездочка. Обычно в цепных передачах конструктивно предусмотрены лишь две звездочки (хотя есть варианты). Одна из них выступает в роли ведущей, а вторая – в качестве ведомой. Стабильность и эффективность функционирования цепных видов передач в немалой степени будет зависеть именно от их качества и точности производства: соблюдению размеров (вплоть до миллиметра), используемого при изготовлении материала.
Стоит отметить, что размеры и формы звездочек будут определяться количественными характеристиками цепей (а не наоборот, как думают некоторые), числом передаточного отношения, количеством зубьев на наименьшей ведущей звездочке в механизме. Параметрические и иные характеристики звездочек определяются ГОСТом 13576 — 81. Характеристики звездочек для цепей роликовых и втулочных разновидностей определяются ГОСТом 591 — 69.
Звездочки должны быть изготовлены из достаточно крепких и износостойких материалов, которые смогут длительное время эксплуатироваться под существенными механическими нагрузками, в том числе, и ударного характера. Согласно ГОСТу, в качестве такого материала может выступать сталь марок 40, 45, 40Х и иных видов со степенью закалки HRC 50 – 60. Звездочки, не предназначенные для высокоскоростных механизмов, могут быть изготовлены из модифицированных видов чугуна марок СЧ 15, СЧ 20.
Сегодня можно встретить звездочки с наконечниками зубцов, изготовленными из различных видов пластика. Такие изделия отличаются пониженной степенью износа и бесшумностью работы.
Другой составляющей цепных передач является, разумеется, цепь. Цепи производятся на промышленных производственных линиях. Их параметры строго регламентируются соответствующими стандартами. Сегодня промышленность может предложить такие разновидности цепей, как:
- Грузовые – предназначаются для поднятия и опускания грузов и для их подвешивания. Используются такие цепи, как правило, на разного рода грузоподъемниках.
- Тяговые – они служат для передвижения грузов и используются в транспортирующих устройствах.
- Приводные – служат для передачи механической энергии от одной звездочки к другой. Ярким примером использования такой передачи может служить самый обычный велосипед и иные виды транспортных средств.
Основные элементы стандартной цепи приведены на рисунке ниже.
Классификация цепей
Поскольку именно приводные цепи являются наиболее распространенной разновидностью, имеет смысл рассмотреть подробнее, какие ее разновидности существуют.
Роликовые цепи (позиция III на рисунке) включают в себя внутренние и наружные звенья. Те, чередуясь между собой, формируют подвижные относительно друг друга последовательные соединения. Каждое звено включает в себя по две пластинки, напрессованные на осевые или на втулочные опоры. Втулки надеваются на оси звена, образуя шарнирное соединение. Во избежание увеличения степени износа звездочек на втулку обычно надевают ролик, который должен заменить трение скольжения трением качения.
Концы цепи могут соединяться между собой:
- Посредством соединительных звеньев – при нечетном количестве звеньев.
- Через переходное звено – при четном количестве звеньев.
Если передача должна работать в интенсивном режиме в течение продолжительного времени, то используют многорядную роликовую цепь. Это позволяет уменьшить размер каждой звездочки и ее шаг.
Роликовые цепи могут быть выполнены и с изогнутыми пластинами на каждом звене (позиция IV на рисунке). Такая разновидность применяется, если предполагается эксплуатация соединения в условиях высоких ударных нагрузок. Благодаря особой форме пластины, сила удара существенно гасится.
Втулочные цепи (позиция V) конструктивно не имеют отличий от роликовых, однако роликами не обладают. Благодаря этому, удешевляется производство таких цепей и уменьшается их масса. Но это одновременно способствует и более быстрому износу зубцов.
Бесшумные зубчатые цепи (на рисунке позиция VI) включают в себя специальные пластинки, оснащенные зубцами. Сами пластины имеют шарнирное соединение. Благодаря такой конструкции, можно обеспечивать низкий уровень шума механизма, а также плавность хода. При этом зубья располагаются под углом в 60 градусов. Используются такие разновидности цепей в механизмах с высокой скоростью работы. Поэтому пластину следует изготавливать из закаленной стали по твердости Н RC 40 — 45. Недостатком таких цепей можно считать их относительную дороговизну, а также необходимость в особом уходе.
Крючковые цепи (позиция VII). В свой состав они включают звенья особой формы безо всяких дополнительных элементов.
Втулочно-штыревые цепи (позиция VIII на рисунке) – в них звенья соединяются при помощи штырей. Такая разновидность цепей используется в самых разных сферах сельского хозяйства и машиностроения.
Поскольку в процессе интенсивной работы любая цепь будет со временем вытягиваться, следует периодически осуществлять регулировку ее натяжения. Это достигается путем перемещения одной звездочки или сразу двух, в зависимости от конструктивных особенностей регулировочного механизма. Он позволяет, как правило, проводить регулировку, если цепь растянулась всего на одно-два звена. Если же степень растяжения больше, то цепь просто заменяют на новую.
Не стоит забывать и про своевременную смазку любой цепи. От этого будет напрямую зависеть срок ее работы. Если скорость передвижения цепи не слишком большая – до 4 метров в секунду, то допускается смазка при помощи обычной ручной масленки. При скоростях до 10 метров в секунду используется масленка-капельница.
Для более глубокой смазки цепь погружают в емкость, наполненную маслом. Степень погружения цепи не должна превышать ширину каждой пластины.
Если приходится иметь дело с мощными высокоскоростными механизмами, то применяется циркуляционная струйная смазка с помощью насосов.
Выбирая тот или иной метод смазки, необходимо опираться на конструктивные особенности каждого конкретного вида механизмов, а также на характер потерь энергии при трении. Потери при трении возникают из-за трения шарнирных соединений, пластин друг с другом, между зубьями и элементами цепи, а также в опорных элементах конструкции. Кроме того, существуют потери при разбрызгивании смазочного материала. Правда, они являются существенными лишь в случае, если смазку проводят с помощью погружения цепей в смазочные материалы и при работе на скоростях, близких к предельно допустимым.
Области использования цепной передачи
Примечательно, что данный вид передачи известен человечеству довольно давно. По крайней мере, в теории. Изучение работ известного изобретателя и художника Леонардо да Винчи показало, что он задумывался над различными вариантами использования цепных передач во всевозможных механизмах. На рисунках можно увидеть прообразы современных велосипедов и многих других известных сегодня механизмов. Правда, доподлинно не известно, смог ли великий Леонардо воплотить на практике свои идеи. Промышленность того времени не позволяла изготавливать механизмы с необходимой степенью точности.
Впервые же на практике удалось использовать данный вид передач лишь в 1832 году. Стоит отметить, что на внешний облик современного велосипеда, а также на его технико-эксплуатационные характеристики в немалой степени повлияло именно то, что в 1876 году изобретателю Лоусону пришло в голову использовать именно цепную передачу. До того момента колеса в движение приводились либо напрямую через педали, либо ездок должен был отталкиваться ногами от земли.
Данная разновидность передач во всевозможных модификациях сегодня используются крайне обширно в различных сферах машинного строения. Транспорт, производственное станковое оборудование, сельскохозяйственные агрегаты – перечислить все без исключения механизмы, в которых находят свое использование разновидности цепной передачи, не представляется возможным.
К ней прибегают и тогда, когда межосевые расстояния достаточно велики. В этих случаях применение передачи ременного типа нецелесообразно, а зубчатые применить невозможно из-за значительного усложнения конструкции и увеличения массы механизма. Не стоит забывать и про силу трения, которая увеличивается прямо пропорционально количеству зубчатых колес в механизме. В случае с цепными передачами, как уже отмечалось, есть сила трения качения, которая в разы меньше силы трения скольжения.
Можно также встретить данный вид передач в технике, которая использует цепь в качестве непосредственного рабочего элемента, а не в роли приводного. К таковым, например, относятся снегоуборочные агрегаты, элеваторные и скребковые механизмы, а также им аналогичные.
Как правило, прибегают к цепным передачам открытого типа, которые при необходимости смазываются вручную. В таких конструкциях либо вовсе не осуществляется влаго-пылевой защиты, либо она присутствует на минимальном уровне, как в случае с велосипедом.
Обычно те или иные виды цепных передач используются, если необходимо осуществить передачу мощностей до 120 киловатт при наружных скоростях не более 15 метров в секунду.
Немного о звездочках
Эффективность и продолжительность работы всего цепного механизма будет в немалой степени зависеть от того, как были изготовлены звездочки в механизме. Это касается как соблюдения всех точных размеров, так и материалов изготовления.
Количество зубцов – одна из важнейших характеристик любой звездочки.
Натяжная звездочка используется там, где нужно предотвратить эффект провисания цепи. Обычно ее устанавливают на ведомых частях механизмов.
Главные параметрические характеристики звездочек описаны в соответствующих пунктах ГОСТа 13576-81.
Цепные виды передач – это действительно высокоэффективный и притом экономичный вид механизмов. Их используют во многих областях транспорта и машинного строения.
Разновидности цепной передачи
Сегодня можно столкнуться с самыми разными классификациями данного вида передачи. Все зависит от того, по какому именно признаку проводить классификацию:
- По своему предназначению передачи бывают тяговыми, приводными, а также грузовыми.
- Сложными или простыми – если проводить классификацию по общему числу звездочек в механизме. К сложным принято относить те механизмы, в состав которых входит более двух звездочек.
- Также передачи могут быть ведущими и ведомыми.
- Если классифицировать передачи на основании направления вращения, то они могут быть прямыми и реверсивными.
- Согласно принципу расположения, они бывают замкнутыми, горизонтально или вертикально расположенными.
- Также звездочки могут быть по-разному отцентрованы. В этом случае принято различать горизонтально расположенные и вертикально расположенные передачи, а также под определенным углом.
- Пониженные и повышенные передачи – согласно частоте оборотов.
- Открытого и закрытого типа передачи – в зависимости от того, помещены они в пылезащитные кожухи или нет. Передачи закрытого типа также могут помещаться внутрь механизма, корпус которого и защищает их от проникновения пыли и влаги.
- Наконец, по способу внесения смазочного материала передачи могут быть ручными, масляными и циркуляционными. Об их специфике уже немного было упомянуто выше.
Каждый из этих видов применяется в тех или иных областях техники.
Широкое применение цепных передач в самых различных машинах и механизмах обусловлено набором предоставляемых ими характеристик. Главными достоинствами подобного способа передачи энергии выступает универсальность, простота и экономичность.
Под цепной передачей понимается передача вращательного движения, которая осуществляется между расположенными параллельно друг к другу валами при помощи бесконечной цепи, соединяющей размещенные на них звездочки. Как ременная, цепная передача относится к передачам с гибкой связью. Однако, она способна изгибаться исключительно в одной плоскости, поэтому может быть эффективно использована только для расположенных параллельно валов.
Особенности цепной передачи и ее отличия от ременной
Первое серьезное отличие двух самых широко распространенных видов передач – цепной и ременной – было указано выше. Оно заключается в возможности изгиба цепи только в одной плоскости и, как следствие, использование исключительно для валов, расположенных параллельно друг другу.
Другим немаловажным отличием выступает отсутствие в цепной передаче ключевого значения такого важного параметра, как угол обхвата цепью звездочки. В отличие от ременной передачи он не играет настолько серьезной роли в обеспечиваемых при передаче энергии характеристиках.
В качестве существенного фактора, являющегося плюсом цепной передачи, можно назвать отсутствие необходимости предварительно натягивать цепь, так как действие механизма обеспечивается зацеплением звеньев цепи с зубьями звездочек.
Важной особенностью цепной передачи выступает возможность эффективного использования практически для любых межосевых расстояний – как для малых, так и для больших. Она дополняется способностью передачи мощности от одного вала сразу нескольким. Кроме того, цепная передача может быть как понижающей, так и повышающей, что также является характерной отличительной чертой этого способа передачи энергии.
Классификация цепных передач
При классификации цепных передач применяется несколько признаков. Например, по функциональному назначению и способу использования в машиностроении и других отраслях промышленности различают три вида цепей:
грузовые. Основной целью использования этого типа выступает подвеска и перемещение различных грузов. В подобной ситуации механизм, как правило, является частью какого-либо грузоподъемного оборудования или устройства, а скорость перемещения, главным образом, по вертикали составляет не более 0,5 м/с;
тяговые. В этом случае цепь также используется для перемещения грузов, но с более высокой скоростью, достигающей 2-4 м/с. Это объясняется тем, что движение осуществляется в значительной степени по горизонтали с применением таких механизмов, как элеваторы, транспортеры, эскалаторы и т.д.;
приводные. Наиболее распространенный вариант цепей, обычно используемый с малым шагом, что позволяет снизить нагрузки и увеличить срок службы изделия. Целью его использования выступает передача энергии в крайне обширном интервале скоростей, причем показатель передаточного отношения является величиной постоянной.
Именно последний вид цепей применяется в цепных передачах. Более того, слово приводные при их описании часто опускается, а в большей части технической и справочной литературы понятия «приводная цепь» и «цепь в цепной передаче» в значительной степени тождественны.
Другими классифицирующим параметрами цепных передач выступают:
тип цепи – роликовые, зубчатые или втулочные;
число рядов – одно- и многорядные;
количество ведомых валов/звездочек – двух- и многозвенные;
расположение звездочек – горизонтальные, вертикальные или наклонные;
вариант регулировки степени провисания цепи – с натяжной звездочкой или специальным натяжным устройством;
конструкция – открытые и закрытые;
влияние на частоту вращения валов – повышающие и понижающие.
Достоинства цепной передачи
Большая часть преимуществ цепной передачи обычно рассматривается по сравнению с ременной. Это вполне логично, так именно эти два способа передачи вращательной энергии используются наиболее широко. Некоторые достоинства цепной передачи наглядно проявляются по отношению к зубчатой, которая также применяется на практике достаточно часто.
Основными плюсами использования цепной передачи выступают такие:
высокий уровень прочностных характеристик, который допускает намного более серьезные нагрузки. В результате при компактных размерах обеспечивается большая эффективность;
возможность использования в одном механизме сразу нескольких ведомых звездочек;
возможность передачи энергии на крайне серьезные расстояния, доходящие до 8 м;
относительно небольшой (по сравнению с ременной передачей – меньше в 2 раза) уровень радиальной нагрузки на валы;
высокая эффективность. КПД цепной передачи находится на уровне 90%-98%;
серьезная мощность передаваемой энергии, параметры которой достигают нескольких тысяч кВт;
впечатляющие показатели скорости движения цепи и значения передаточного числа, составляющие, соответственно, до 35 м/с и 10;
компактность механизма;
отсутствие такого негативного фактора, характерного для ременной передачи, как скольжение;
простая и удобная замена цепи, которая дополняется отсутствием необходимости серьезного начального натяжения.
Недостатки цепной передачи
Количество очевидных минусов рассматриваемого способа передачи энергии существенно меньше числа достоинств, перечисленных выше. Тем не менее, недостатки присутствуют и к их числу относятся:
достаточно высокая цена изготовления механизма и главной его расходной части – самой цепи;
отсутствие возможности применять передачу при реверсировании без ее полной остановки;
использование цепной передачи предусматривает практически обязательное применение картеров;
далеко не всегда конструкция механизма позволяет обеспечить удобную подачу смазки к шарнирам и звеньям цепи;
при небольшом количестве зубьев наблюдается непостоянство скорости движения цепи, что становится причиной колебания такого важного параметра как передаточное отношение;
высокий уровень шума, сопровождающего эксплуатацию устройства;
серьезные требования к правильному расположению валов;
необходимость в постоянном контроле над работой механизма и его обслуживании, отсутствие которых могут привести к быстрому износу.
Сравнение недостатков и достоинств показывает, что при грамотном использовании цепная передача позволяет добиться высокого КПД при разумном уровне затрат. Главное при этом – грамотно воспользоваться очевидными преимуществами этого механизма, минимизировав его минусы.