Глава 10 цепные передачи

§ 10.1. Общие сведения и детали передач

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 при помощи двух жесткозакрепленных на них зубчатых колес — звездочек и надетой на них бесконечной цепи (рис. 10.1).

Цепь — 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 η= 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 применяют 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 стандартизованы.

На рис. 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 надеваемых 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 у первой нет роликов, а диаметр 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.

На рис. 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.

Согласно ГОСТу, приводные роликовые и втулочные цепи для ма­шин и механизмов изготовляют 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:

Цепь ЗПР—25,4—170,1 ГОСТ 13568—75 — 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 изготовляют 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 стандартизованы роликовые приводные цепи для буровых установок, которые предназначены для работы в быстроходных пе­редачах; пластины цепи имеют защитное или защитно-декоративное покрытие.

Пластины втулочных и роликовых цепей изготовляют 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 изготовляют согласно ГОСТу. На рис. 10.4, а показаны три проекции звеньев зубчатой цепи типа I (с односторонним зацеплением), состоящей из рабочей пластины 1; направляющей пластины 2, предотвращающей сползание цепи со звез­дочки; удлиненной призмы 3; внутренней призмы 4; соединительной призмы 5; шайбы 6 и шплинта 7. На рис. 10.4, б показан шарнир качения 3—4. Пластины цепи имеют зубообразную форму, рабочие грани пластин расположены под углом 60°.

На рис. 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 (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 1 с шагом t = 19,05 мм, с разрушающей нагрузкой 74 кН и рабочей шириной b = 45 мм: ГОСТ 15332-81*.

Пластины зубчатых цепей изготовляют из стали 50, обес­печивая твердость 38...45 HRC_э а призмы из сталей 15 или 20 с последующей цементацией и закалкой до твердости 52...60 HRC_э.

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 рис. 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 изготовляют в соответствии с государственными стандартами.

На рис. 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 = 0,5025.0 + 0,05 мм. На рис. 10.6, б показаны конструкции звездочек для одно-, двух- и трехрядной цепи.

На рис. 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.

Диаметр делительной окружности звездочки, на которой располага­ются оси шарниров, равен

d=t/

где t — шаг цепи; z — число зубьев звездочки.