21 Проектирование цепных передач

Классификация. Преимущества и недостатки

Ц епная передача с основана на зацеплении цепи 1 и звездочек 2.

Зубчатые цепи классифицируются:

По виду приводных цепей:

‑ роликовые;

‑ втулочные;

‑ зубчатые цепи.

По числу рядов цепей:

‑ однорядные;

‑ многорядные.

По виду применяемых шарниров:

‑ шарниры скольжения;

‑ шарниры качения.

Преимущества передачи перед ременными:

‑ возможность передавать цепью при прочих равных условиях большие нагрузки;

‑ отсутствие скольжения и буксования;

‑ постоянство передаточного отношения;

‑ возможность работы при значительных кратковременных перегрузках;

‑ не требуется предварительного натяжения цепи, в связи с чем уменьшается на грузка на валы и опоры;

‑ возможность передачи мощности от одного ведущего вала нескольким ведомым.

Недостатки: Основной причиной этих недостатков является то, что цепь состоит из отдельных жестких звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. С этим связаны износ шарниров цепи, шум и дополнительные динамические нагрузки, необходимость организации системы смазки.

Цепные передачи применяют при значительных межосевых расстояниях, а также для передачи движения от одного ведущего вала нескольким ведомым в тех случаях, когда зубчатые передачи неприменимы, а ременные недостаточно надежны.

Основные параметры. Силы в передаче

Мощность: .

Наибольшее распространение получили передачи до 100 кВт, так как при больших мощностях прогрессивно возрастает стоимость цепной передачи по сравнению с зубчатой.

Скорость цепи:

где  ‑ частота вращения звездочки, мин^-1.

Наибольшее распространение получили тихоходные и среднескоростные передачи с  до 15 м/с и  до 500 мин^-1. Однако встречаются передачи с  до 3000 мин^-1. При быстроходных двигателях цепную передачу, как правило, устанавливают после редуктора.

Передаточное отношение:

Преимущественно  < 6. При больших становится нецелесообразным выполнять одноступенчатую передачу из-за больших ее габаритов.

КПД передачи. Потери в цепной передаче складываются из потерь на трение в шарнирах цепи, на зубьях звездочек и в опорах валов. При смазке погружением цепи в масляную ванну учитывают также потери на перемешивание масла. Средний КПД  = 0,96…0,98.

Межосевое расстояние и длина цепи

Минимальное межосевое расстояние ограничивается минимально допустимым зазором между звездочками (30…50 мм):

где  ‑ наружный диаметр звездочки.

По соображениям долговечности цепи на практике рекомендуют принимать

Длина цепи, выраженная в шагах или числом звеньев цепи,

Эта формула выводится аналогично формуле для длины ремня а является приближенной. Величину округляют до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев. Для принятого уточняют .

Передача работает лучше при небольшом провисании холостой ветви цепи. Поэтому расчетное межосевое расстояние рекомендуют уменьшать примерно на .

Силовая схема цепной передачи аналогична силовой схеме ременной передачи. Здесь также можно различать:

 и   ‑ силы натяжения ведущей и ведомой ветвей цепи;

 ‑ окружную силу;

 ‑ силу предварительного натяжения;

 ‑ силу натяжения от центробежных сил.

По той же аналогии,

,

где   ‑ масса единицы длины цепи (по каталогу);

 ‑ окружная скорость.

Для цепной передачи принято определять как натяжение от силы тяжести свободной ветви цепи:

где   ‑ длина свободной ветви цепи, приближенно равная межосевому расстоянию;

 ‑ ускорение силы тяжести;

 ‑ коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и стрелы провисания цепи/

Для цепной передачи величина F₀ не имеет такого решающего влияния, как для ременной передачи. Для практических расчетов можно принимать

,

Кинематика и динамика цепной передачи. Неравномерность движения и колебания цепи. Удар шарнира о зуб и ограничение шага цепи

В момент времени шарнир А находится в зацеплении, а шарнир В приближается к зацеплению с зубом C.

Скорость шарнира А равна окружной скорости звездочки v в точке, совпадающей с центром шарнира.

Эту скорость можно разложить на составляющие:

 ‑ направленную вдоль ветви цепи;

 ‑ перпендикулярно цепи.

В зависимости от положения ведущего шарнира составляющие скорости изменяются:

, 

Здесь угол изменяется в пределах _.

Угол соответствует моменту входа в зацепление шарнира А, угол  ‑ шарнира В, а _.

Движение ведомой звездочки определяется скоростью . Периодическое изменение этой скорости обусловливает непостоянство мгновенного передаточного отношения и дополнительные динамические нагрузки. Со скоростью связаны поперечные колебания ветвей цепи и удары шарниров цепи о зубья звездочки. Колебания и удары в свою очередь также вызывают дополнительные динамические нагрузки.

При отсутствии резонансных колебаний вредное влияние пульсации скоростей и в значительной степени снижается вследствие упругости и провисания цепи. Для рекомендуемых параметров (z, р_ц а и пр.) непостоянство передаточного отношения не превышает 1...2%, а динамические нагрузки составляют несколько процентов от окружной силы .

При большинстве режимов работы цепных передач резонансные колебания не наблюдаются, так как частота возмущающих импульсов больше частоты собственных колебаний. Кроме того, амплитуды колебаний уменьшаются вследствие демпфирующих свойств цепи.

Для приближенной оценки критической частоты вращения можно использовать формулу

В момент входа в зацепление шарнира В с зубом С вертикальные составляющие их скоростей и направлены навстречу друг другу ‑ соприкосновение шарнира с зубом сопровождается ударом.

Последовательные удары сопровождаются шумом передачи и являются одной из причин разрушения шарниров цепи и зубьев звездочки. В некоторых случаях удары приводят к раскалыванию роликов.

Критерии работоспособности и расчета цепных передач. Материалы цепей и звездочек

Все детали стандартных цепей конструируют примерно равнопрочными. Это достигается соответствующим сочетанием размеров деталей, их материалов и термообработки. Для большинства условий работы цепных передач основной причиной потери работоспособности является износ шарниров цепи. В качестве основного расчета принят расчет износостойкости шарниров, а основной расчетный критерий давление в шарнире:

где F_t ‑ окружная сила;

и  ‑ диаметр валика и ширина цепи, равная длине втулки.

Допускаемое давление в шарнирах цепи рассчитывается по формуле:

где   ‑ величины допускаемого давления в типовой передаче, работающей в средних условиях эксплуатации: нагрузка постоянная и равномерная, расположение горизонтальное, натяжение поддерживается в пределах нормы, смазка и защита от загрязнения удовлетворительные, величины z, а, i, p_ц а также качество цепи ‑ в пределах рекомендуемых норм, долговечность цепи по износу не менее 3000...5000 ч.

 ‑ коэффициент эксплуатации

где   ‑ коэффициент динамической нагрузки;

 ‑ коэффициент межосевого расстояния или длины цепи;

 ‑ коэффициент наклона передачи к горизонту;

 ‑ коэффициент способа регулировки натяжения цепи;

 ‑ коэффициент смазки и загрязнения передачи;

 ‑ коэффициент режима или продолжительности работы передачи в течение суток.

Цепи и звездочки должны быть стойкими против износа и ударных нагрузок. По этим соображениям большинство цепей и звездочек изготовляют из углердистых и легированных сталей с последующей термической обработкой (улучшение, закалка).

для звездочек рекомендуется применять стали 45, 40Х и др.;

для пластин цепей — стали 45, 50 и др.;

для валиков вкладышей и роликов — стали 15, 20, 20Х и др.

Детали шарниров цепей в большинстве случаев цементируют, что повышает их износостойкость при сохранении ударной прочности. Перспективным является изготовление звездочек из пластмасс, позволяющих уменьшить динамические нагрузки и шум передачи.