Глава 14. Ланцюгові передачі

14.1. Класифікація та основні характеристики

Ланцюгові передачі широко використовуються в сільськогосподарських і піднімально-транспортних машинах, нафто-свердлильному обладнанні, мотоциклах, велосипедах, автах.

Ланцюгові передачі застосовуються при: середніх міжвісевих відстанях, за яких зубчасті передачі вимагають проміжних ступеней або паразитних зубчастих коліс, що не створюють необхідності одержання потрібного передатного відношення; жорстких вимогах до ґабаритів; необхідності роботи без проковзування, яке перешкоджає застосуванню клинопасових передач.

Застосовуються у промисловості також ланцюгові пристрої, тобто ланцюгові передачі з робочими органами (ковшами, скребками) в транспортерах, елеваторах, екскаваторах та інших машинах.

Рис. 14.1. Схема ланцюгової передачі

У найпростішому варіанті ланцюгова передача (рис. 14.1) складається з ведучої ланки 1 та веденої 2 (зірочок), які розміщені на відповідних валах, і ланцюга 3 у вигляді замкнутого контура, що знаходиться в зачепленні із зірочками. За аналогією з пасовими передачами вільний відрізок ланцюга, що набігає на ведучу зірочку 1, називається ведучою віткою, а другий вільний - веденою. Ланцюг складається із з'єднаних шарнірами ланок, що забезпечує гнучкість ланцюга. За рахунок зчеплення ланцюга із зубцями зірочок забезпечується передавання обертового руху від ведучої зірочки до веденої.

Швидкість руху ланцюга у передачах загального призначення

ν=10^-3nzР, (14.1)

де z - число зубців; n - частота обертання зірочок, с^-1; Р - крок ланцюга, мм, який досягає 15 м/с при передаванні потужності до 100 кВт, а у спеціальних приводах - до 35 м/с при потужності до 2000 кВт. За допомогою ланцюгової передачі можна забезпечити передатне відношення u≤10, а найраціональніше мати u≤4.

Передатне відношення передачі:

u=n₁/n₂=ω₁/ω₂=z₂/z₁, (14.2)

де z₁ та z₂ - кількості зубців ведучої і веденої зірочок.

Ланцюгова передача дозволяє передавати обертовий рух валам, які знаходяться на порівняно великій відстані, а її ґабаритні розміри значно менші від ґабаритних розмірів пасової передачі. Допускається мінімальний проміжок між зірочками

α_min=(d_α +d_α )/2+ (30...50)мм, (14.3)

де d_α - зовнішні діаметри зірочок відповідно ведучої 1 та веденої 2 (рис. 14.2).

Рис. 14.2. Параметри зірочки

Втрати у ланцюговій передачі складаються із втрат на тертя в шарнірах ланцюга, на зубцях зірочок і в опорах валів. Середнє значення ККД = 0,92...0,96.

Ланцюгові передачі порівняно з іншими механічними передачами мають такі основні переваги: можливість використання при значних відстанях між валами; досить високий ККД; можливість передавання обертового руху одним ланцюгом кільком валам, у тому числі і з протилежним напрямком обертання; значно менші ґабарити, ніж у пасових; можливість легкої заміни ланцюга.

Недоліки ланцюгової передачі: збільшення довжини ланцюга через спрацювання шарнірів і відповідне ослаблення потрібного натягу; нерівномірність руху ланцюга і пов'язані з цим динамічні явища у передачі чи підвищений шум; низька кінематична точність при реверсуванні; потреба застосування додаткових пристроїв для реґулювання натягу ланцюга.

Ланцюгові передачі поділяють за такими ознаками:

- за типом ланцюга, яким оснащена передача, розрізняють ланцюгові передачі з роликовими і втулковими ланцюгами;

• за можливістю зміни відстані між вісями зірочок ланцюгові передачі бувають із реґульованою та постійною міжвісевою відстанню;

• за способом реґулювання натягу ланцюга розрізняють ланцюгові

передачі а періодичним і неперервним реґулюванням натягу;

- за кількістю зірочок, що охоплені одним ланцюгом, ланцюгові передачі можуть бути двозіркові, тризіркові тощо (рис. 14.3);

• за конструктивним виконанням розрізняють відкриті ланцюгові передачі і закриті, які працюють у спеціальному корпусі в умовах неперервного змащування.

Рис. 14.3. Схема чотиризірочкової передачі:

1 - ведуча зірочка; 2 - ведені зірочки

Матеріали та конструкції елементів передач. У машинобудуванні застосовуються ланцюги трьох груп: вантажні - для підвішування, піднімання та опускання вантажів; тягові - для переміщення вантажів у транспортувальних машинах (конвеєрах); приводні - для передавання механічної енергії від одного вала до іншого у ланцюгових передачах.

Розглянемо приводні ланцюги. За конструкцією приводні ланцюги бувають: роликові, втулкові, зубчасті. У ланцюгових передачах найчастіше використовують роликові та зубчасті ланцюги (стандартні).

Роликовий ланцюг (рис. 14.4) складається із ланок двох типів: зовнішніх ЗВ та внутрішніх ВН. Окремі деталі ланцюга: 1 - пластина зовнішньої ланки; 2 - ролик; 3 - валик; 4 - втулка; 5 - пластина внутрішньої ланки. Пластинки внутрішньої ланки напресовані на втулки 4 і утворюють нерухоме з'єднання. Валик 3 вільно вводить у втулку і утворюється таким чином шарнір. Зовнішні пластини напресовані на валики, які на торцях розвальцьовані. Ролик 2 на втулці 4 може вільно обертатися при вході у зачеплення із зубцями зірочки.

Приводні роликові ланцюги бувають одно- (ПР), дво- (2ПР), три- (ЗПР) та чотирирядними (4ПР). Використання багаторядних ланцюгів дозволяє значно зменшити габаритні розміри передачі у площині, перпендикулярній до вісей валів. У зв'язку з наявністю ланок двох типів число ланок у ланцюговому контурі повинно бути парним.

Рис. 14.4. Роликовий ланцюг

Різновидом роликових ланцюгів є приводні роликові ланцюги із зігнутими пластинами (рис. 14.5). Такі ланцюги мають однотипні ланки і кількість ланок у контурі може бути парним числом або непарним. Роликові ланцюги із зігнутими пластинами мають більшу поздовжню податливість і тому їх застосовують при навантагах ударного характеру.

Рис. 14.5. Ланцюг із зігнутими пластинами

Втулковий ланцюг за конструкцією не відрізняється від роликового, за винятком того, що він не має роликів. Приводні втулкові ланцюги бувають однорядними - ПВ та дворядними – 2ПВ. Такі ланцюги прості за конструкцією, мають меншу масу, значно дешевші, але вони мають меншу стійкість проти спрацювання.

Зубчастий ланцюг (рис. 14.6) складається з набору пластин двох типів. Основні пластини 1 мають зовнішні бічні плоскі поверхні, якими вони спрягаються з двома зубцями зірочки. Напрямні пластини 2 забезпечують центрування ланцюга відносно зірочок.

Зубчасті ланцюги розрізняють за конструкцією шарнірів: ковзання, кочення та ін.

Зубчасті ланцюги порівняно з роликовими допускають дещо більші швидкості (до 35 м/с), вони більш плавні та безшумні у роботі, мають підвищену надійність через багатопластинчасту конструкцію. Однак мають більшу масу, складніші у виготовленні і дорожчі. Тому зубчасті ланцюги застосовують обмежено.

Елементи роликових, втулкових та зубчастих ланцюгів виготовляють із таких матеріалів: пластини - із середньовуглецевих або леґованих сталей

Рис. 14.6. Зубчастий ланцюг (фрагмент):

1 - набір зубчастих пластин; 2 - валики; 3 - внутріші напрямні пластини для запобігання від сходження ланцюга із зірочки

40, 45, 50, ЗО ХНЗА із гартуванням до твердості 3445 HRC_e, а валики, втулки, ролики і вкладки - із цементованих сталей 10, 15, 20, 12 ХНЗА з термообробкою до твердості 4565 HRC_e.

Зірочки ланцюгових передач. Зубці зірочок для роликових ланцюгів із відношенням кроку ланцюга до діаметра ролика Р/D<2 профілюють згідно із стандартом, який передбачає стійкі проти спрацювання профілі зубців без зміщення та зі зміщенням для нереверсивних ланцюгових передач (рис. 14.7, а, б).

Профіль зі зміщенням відрізняється тим, що западина окреслена радіусом r із двох центрів, зміщених на е=0,03Р. Шарніри ланок ланцюга, який знаходиться у зчепленні із зірочками, розміщується (рис. 14.2) на ділильному обводі зірочки діаметром

d=Р/sin(/z), (14.4)

де z - число зубців зірочки.

Діаметр обводу вершин зубців зірочки визначається залежністю

d_α=Р(0,5+ctd(/z)). (14.5)

Профілі зубців складаються із западини, окресленої радіусом r=0,5025D+0,05мм; дуги радіуса r₁=0,8D+r; прямолінійного перехідного відрізка та головки, окресленої радіусом r₂, який вибирають таким, щоб ролик ланцюга не котився по всьому профілю зубця, а плавно входив у зачеплення із зубцем до свого робочого положення на дні западини (може трохи вище).

На рис. 14.7, в: ширина вінця зірочки для однорядного ланцюга В₁=0,93В_ВН-0,15мм, де В_ВН - відстань між пластинами внутрішніх ланок ланцюга; r₃=1,7D, h=0,8D - відповідно радіус зубця у поздовжньому перерізі /щоб ланцюг плавно набігав на зірочку/ та координата h центра кривини профілю у цьому перерізі.

Основними матеріалами для виготорлення зірочок є середньовуглецеві та леґовані сталі 45, 40Х, 50Г2, 35ХГСА із поверхневим або об'ємним гартуванням до твердості 4656 HRC_e, або цементовані сталі 15, 20Х, І2ХЗА на глибину 1,0-1,5мм і гартовані до твердості 5662 HRC_e. Зірочки тихохідних передач (ν3м/с) при відсутності ударних навантаг можна виготовляти з високоміцного або антифрикційного чавунів.

Рис. 14.7. Профілі стандартних зірочок ланцюгових передач:

а - зубці без зміщення; б - зубці зі зміщенням; в - зубчастий вінець зірочки для однорядного ланцюга

Реґулювання натягу ланцюга. Натяг ланцюга у передачі повинен відповідати корисній навантазі. Надмірний натяг погіршує набігання ланцюга на зірочки, збільшує спрацювання ланцюга та зубців зірочок, підвищує навантагу на опори валів передачі. Малий натяг спричинює значне провисання веденої вітки, що створює умови для пробук­совування ланцюга на зірочках або його сходу із зірочок. Потрібний натяг віток оцінюють стрілкою провисання f веденої вітки передачі. Для передач із кутом нахилу до горизонту до 40⁰ стрілка провисання f=0,02α, а для передач із кутом нахилу більше від 40⁰ f= 0,015α, де α - міжвісева відстань передачі.

Реґулювання натягу ланцюга здійснюється пристроями, аналогічними тим, що використовуються у пасових передачах, тобто переміщенням вала однієї із зірочок, натяжними або відтяжними зірочками. У деяких випадках застосовують підпружинені натяжні колодки або ролики. Недоліками таких пристроїв є додатковий згин ланцюга, який прискорює його спрацовання, та невідповідність натягу ланцюга його корисній навантазі при змінних режимах роботи.

Найраціональнішими є пристрої автоматичного реґулювання натягу ланцюгів.