17. Цепные передачи

Цепная передача состоит из ведущей и ведомой звёздочек, охватываемых цепью (рис. 17.1). В состав передачи также часто входят натяжные и смазочные устройства и ограждения. Возможно применение нескольких ведомых звёздочек. Цепь состоит из звеньев, шарнирно соединённых друг с другом, за счёт чего образуется гибкость цепи.

Рис. 17.1. Кинематическая схема цепной передачи

Цепные передачи, применяемые в машиностроении, по характеру работы делятся на грузовые, тяговые и приводные. Грузовые цепи служат для закрепления грузов, например, сварная круглозвенная цепь. Тяговые цепи – для перемещения грузов, например, пластинчатые цепи в конвейерах. Приводные цепи служат для передачи движения.

Передача основана на зацеплении приводной цепи и звездочек. Принцип передачи движения зацеплением, а также повышенная прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяет иметь преимущества в сравнении с ремённой передачей, сохраняя достоинства передачи гибкой связью.

Оценка и применение.

Достоинства:

1) Высокая нагрузочная способность.

2) Малые нагрузки на валы и опоры.

3) Высокий кпд.

4) Возможность перекрытия больших межосевых расстояний (до 8 м).

5) Отсутствие проскальзывания.

Недостатки:

1) Шум и динамические нагрузки.

2) Необходимость ухода при эксплуатации.

3) Непостоянство мгновенного передаточного отношения.

4) «Вытягивание» цепи вследствие износа.

Цепные передачи применялись в глубокой древности и не потеряли своего значения до настоящего времени. Они применяются при значительных межосевых расстояниях, а также в тех случаях, когда зубчатые передачи неприменимы, а ремённые недостаточно надежны. Как тяжело нагруженную, цепную передачу ставят обычно последней ступенью привода. Передаваемая мощность, как правило, не превышает 100 кВт, хотя имеются передачи в несколько тысяч киловатт.

Передачи получили большое распространение во всех отраслях машиностроения, в частности, в подъёмно-транспортных машинах, путевых машинах (снегоуборочные, щебнеочистительные и другие), в автомобилях, мотоциклах, велосипедах и во многих других машинах.

Основными типами современных приводных цепей являются шарнирные роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Все они стандартизованы. Наиболее широко применяются роликовые цепи. Главными характеристиками цепи являются: шаг p_ц, ширина B и разрушающая нагрузка F_р.

Роликовая цепь состоит из последовательно чередующихся внутренних и наружных звеньев (рис. 17.2). Внутренние звенья состоят из пластин и запрессованных в их отверстия гладких втулок. Наружные звенья состоят из пластин и запрессованных в их отверстия валиков. Втулка, свободно надеваемая на валик, и ролик на втулке могут свободно проворачиваться, образуя цилиндрический шарнир. Применение втулки позволяет распределить нагрузку по всей длине валика и этим уменьшить износ шарниров. Перекатывание ролика по зубу частично заменяет трение скольжения трением качения, что снижает износ зубьев. Кроме того, ролик выравнивает сосредоточенное давление зуба на втулку и тем самым уменьшает её износ.

Рис. 17.2. Роликовая цепь

Передаточное число

(17.1)

Межосевое расстояние по соображениям долговечности цепи рекомендуется принимать:

(17.2)

Приводная цепная передача работает без предварительного натяжения благодаря принципу зацепления. Передача работает лучше при небольшом провисании холостой ветви цепи. Поэтому расчётное а рекомендуют уменьшить на а = (0,002…0,004)а. Длина цепи увеличивается по мере износа шарниров, поэтому в конструкции необходимо предусмотреть устройства для регулирования провисания цепи.

Цепь огибает звёздочки не по дуге окружности, а по ломаной прямой, что является причиной неравномерности движения цепи. Периодическое изменение скорости движения цепи сопровождается непостоянством передаточного отношения u и динамическими нагрузками. Продольные подёргивания цепи в значительной степени снижаются вследствие упругости и провисания цепи. Поперечные колебания могут привести к резонансным разрушениям, однако при большинстве режимов работы (тихоходных) резонансные колебания не наблюдаются.

Причины выхода из строя.

1. Износ шарниров роликовой цепи – типичный вид повреждения. За один пробег цепи в каждом шарнире совершается 4 поворота: два на ведущей и два на ведомой звёздочках. Эти повороты вызывают износ втулок и валиков. При эксплуатации их центры расходятся на р_ц (рис. 17.3).

Рис. 17.3. Изношенный шарнир

Срок службы цепи по износу зависит от межосевого расстояния а, числа зубьев малой звёздочки z₁, давления в шарнирах р, износостойкости материала деталей шарниров, допускаемого относительного износа [р_ц/ р_ц]. Срок службы цепи увеличивается с увеличением межосевого расстояния а, так как при этом увеличивается длина цепи L и уменьшается число пробегов цепи в секунду W, то есть уменьшается число поворотов в каждом шарнире цепи.

С увеличением чисел зубьев звёздочек уменьшается угол поворота в шарнирах, что благоприятно сказывается на уменьшении износа. Одновременно повышается и плавность работы. Однако при этом увеличивается число звеньев цепи и её вытяжка. Поэтому число зубьев малой звёздочки z₁ выбирают таким (z₁ ≥ 17), при котором цепь будет иметь максимальный срок службы при обеспечении её прочности и способности к зацеплению.

Допускаемый износ [р_ц/ р_ц] назначают для предотвращения вытяжки цепи, приводящей к соскальзыванию цепи с большой звёздочки. Это вынуждает выбраковывать цепь, внешне не имеющую признаков разрушения. Для приводных цепей в машинах общего машиностроения:

[р_ц/ р_ц] = 2…2,5%.

Решающее значение на долговечность цепи по износу шарниров оказывает давление в шарнирах р. Расчёт по давлению служит упрощённым расчётом на износостойкость, которая для цепи является основным критерием работоспособности и расчёта.

2. Усталостные разрушения элементов цепи проявляются в виде разрыва пластин, выкрашивания роликов и втулок.

3. Раскалывание роликов при ударных нагрузках

4. Износ зубьев звездочек.

5. Ослабление прессовых соединений валиков и втулок с пластинами.

Основными критериями работоспособности и расчёта роликовых цепных передач являются износостойкость и прочность.

Расчётное давление: (17.3)

где - окружное усилие, Н; - коэффициент эксплуатации; – проекция опорной поверхности шарнира, мм².

Для обеспечения износостойкости необходимо выполнение условия:

(17.4)

Выбранную из расчёта на износостойкость цепь проверяют на прочность по коэффициенту запаса прочности:

, (17.5)

где - разрушающее усилие, Н; - коэффициент динамической нагрузки; - центрбежная сила, Н; - натяжение от провисания цепи, Н.