ЛЕКЦИЯ 10. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

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 Z1 зубьев малой звездочки для роликовых и втулочных цепей, при условии Z1 min ≥ 13,

Z1 = 29 – 2i,

где i – передаточное отношение.

Минимально допустимое число зубьев малой звездочки принимают: при высоких частотах вращения Z1 min = 19–23; при средних – Z1 min = 17–19; при низких – Z1 min = 13–15.

Рис. 10.7

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

врезультате радиального сползания по профилю зубьев цепь соскакивает

сведомой звездочки. Поэтому максимальное число зубьев большой звездоч-

ки ограничивают: Z2 ≤ 90 для втулочной цепи; Z2 ≤ 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.

ЛЕКЦИЯ 10. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

5. Силывветвяхцепи

Ведущая ветвь цепи при работе передачи нагружена силой F1, состоящей из полезной (окружной) силы Ft и силы F2 натяжения ведомой ветви цепи:

F1 = Ft + F2.

Окружная сила Ft Н, передаваемая цепью:

Ft = 2 103 T/d,

где d – делительный диаметр звездочки, мм.

Силу F2 натяжения ведомой ветви цепи составляют сила F0 натяжения от собственной силы тяжести и сила Fц натяжения от действия центробежных сил:

F2 = F0 + Fц.

Натяжение F0, Н от силы тяжести при горизонтальном или близком к нему положении линии, соединяющей оси звездочек:

F0 = qga2 / 8f = 1,2qa2 / 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 звез-

дочек

F0 = qga.

Натяжение цепи от центробежных сил, Н,

Fц = qv2,

где v – скорость движения цепи, м/с.

Сила Fц 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 цепи F2 равно большему из натяжений F0 или Fц.

Нагрузка на валы звездочек. Центробежная сила валы и опоры не нагружает. Расчетная нагрузка Fв на валы цепной передачи несколько больше

ЛЕКЦИЯ 10. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

5. Силы в ветвях цепи

полезной окружной силы вследствие натяжения цепи от собственной силы тяжести. Условно принимают

Fв = KвFt,

где Kв – коэффициент нагрузки вала; для горизонтальных передач, Kв = 1,15, для вертикальных Kв = 1,05. Направление силы Fв – по линии центров звездочек.

6. Характерипричиныотказовцепныхпередач

Для приводных цепей характерны следующие основные виды предель-

ных 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 вту-лок. 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. Расчетпередачироликовой(втулочной) цепью

Износостойкость шарниров является основным критерием работоспособности и расчета цепных передач. Изнашивание зависит от давления р в шарнире и величины пути трения S, количественную оценку которой производят с учетом условий эксплуатации в соответствии со степенной зависимостью рmS = const, где показатель m = 3 при нормальной эксплуатации передач с хорошим смазыванием.

ЛЕКЦИЯ 10. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

7. Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью

Нагрузочную способность цепи определяют из условия: среднее давление р в шарнире звена цепи не должно превышать допускаемое [р], МПа, в данных условиях эксплуатации:

р = Ft Kэ /А ≤ [р],

где Ft – окружная сила, передаваемая цепью, Н; Kэ – коэффициент эксплуатации (при оптимальном межосевом расстоянии а = (30–50)Р);

Kэ = Kд Kсм Kн Kрег Kр,

где Kд – коэффициент динамичности нагрузки; при равномерной нагрузке Kд = 1 (ленточные, цепные конвейеры), при работе с толчками Kд = 1,2–1,5 (металлорежущие станки, компрессоры); Kсм – коэффициент способа смазывания; при непрерывном смазывании Kсм = 0,8, при регулярном капельном Kсм = 1, при периодическом Kсм = 1,5; Kн – коэффициент наклона передачи к горизонту: чем больше наклон передачи к горизонту, тем меньше допустимый суммарный износ цепи; Kн = 1 при ϑ ≤ 45°, Kн = 0,15 ϑ при ϑ > 45°, где угол ϑ получают из компоновки привода; Kрег – коэффициент способа регулирования натяжения цепи; при регулировании положения оси одной из звездочек Kрег = 1, при регулировании оттяжными звездочками или нажимными роликами Kрег = 1,1, для нерегулируемой передачи Kрег = 1,25; Kр – коэффициент режима работы; при односменной работе Kр = 1, при двухсменной, учитывая удвоенный путь трения, Kр = 3 2 = 1,25, при трехсменной – Kр = 3 3 = = 1,45; А – площадь проекции опорной поверхности шарнира; для роликовых (втулочных) цепей А = d0В, где d0 – диаметр оси, мм; В – длина втулки, мм; [р] – допускаемое давление в шарнирах цепи, МПа; принимают по опытным данным в зависимости от шага Р цепи и частоты вращения малой звездочки: меньшие значения [р] соответствуют бόльшим частотам вращения n1 и бόльшим шагам Р.

Выразив окружную силу Ft через момент T1 на малой звездочке, шаг цепи Р и число зубьев Z1, площадь проекции опорной поверхности шарниров через шаг Р (А = 0,25Р2), получим формулу для предварительного определе-

ния шага роликовой (втулочной) цепи, мм:

P ≥ 28 3 KэТ1 , vZ1[ p]

где v – коэффициент числа рядов, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по рядам цепи; для однорядной цепи v = 1, для двухрядной v = 1,7, для трехрядной v = 2,5; [р] – допускаемое давление в шарнирах цепи, МПа, принимают по опытным данным в зависимости от предполагаемого шага Р' цепи и частоты вращения малой звездочки.

ЛЕКЦИЯ 10. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

7. Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью

Натяжение цепи. По мере изнашивания шарниров цепь вытягивается, провисание ведомой ветви увеличивается, что вызывает захлестывание звездочки цепью.

Регулирование натяжения цепи осуществляют перемещением вала одной из звездочек, нажимными роликами или оттяжными звездочками. Натяжные устройства должны компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев, при большей вытяжке два звена цепи удаляют. Натяжение не компенсирует увеличение шага цепи вследствие износа в шарнирах.

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

Контрольныевопросы

1.Каковы достоинства и недостатки цепных передач по сравнению

сременными? Где применяют цепные передачи?

2.Охарактеризуйте конструкции роликовой и втулочной цепей?

3.В каких случаях применяют многорядные роликовые цепи?

4.Почему при высоких скоростях рекомендуют применять цепи с малым шагом?

5.Чем вызвана неравномерность движения приводных цепей и почему она возрастает с увеличением шага?

6.Чем обусловлены ограничения минимального числа зубьев малой звездочки и максимального числа зубьев большой звездочки?

7.Почему при определении длины цепи рекомендуют принимать четное число звеньев цепи?

8.Что является основным критерием работоспособности цепных передач? Как выполняют проверку цепи по этому критерию?

9.Что такое коэффициент эксплуатации, от чего он зависит?

10.Чем вызвана необходимость в применении натяжных устройств в цепных передачах? Каковы способы натяжения цепи?

11.Какие способы смазывания применяют в цепных передачах?