4.8. Цепная передача

Цепная передача – передача зацеплением с гибкой связью. Гибкую связь образует шарнирная цепь, охватывающая зубчатые звездочки (рис. 4.52).

Рис. 4.52. Схема цепной передачи

Цепи, применяемые в машиностроении, по характеру выполняемой ими работы подразделяют на две группы: приводные и тяговые. Цепи стандартизованы. Мы будем рассматривать только приводные цепи.

Области применения

Традиционно цепные передачи применяют в сельскохозяйственных и строительно-дорожных машинах, в химическом машиностроении, станкостроении и подъемно-транспортных устройствах.

Передаваемые ими мощности изменяются от долей до сотен киловатт, обычно не более 100. Межосевые расстояния достигают 8 метров. Скорости движения цепей обычно не превышают 15 м/с, но в специальных условиях достигают 35 м/с. Передаточное число обычно u ≤ 7. В тихоходных передачах, если позволяет место, u ≤ 10.

Достоинства приводных цепных передач:

• передача движения зацеплением, а не трением позволяет передавать большие мощности, чем с помощью ремня;

• практически не требуется натяжение цепи, следовательно, уменьшается нагрузка на валы и опоры;

• отсутствие скольжения и буксования обеспечивает постоянство среднего передаточного отношения;

• цепи могут устойчиво работать при меньших межосевых расстояниях и обеспечивать большее передаточное отношение, чем ременная передача;

• цепные передачи хорошо работают в условиях частых пусков и торможений;

• цепные передачи имеют высокий КПД.

Недостатки приводных цепных передач:

• износ цепи при недостаточной смазке и плохой защите от грязи;

• сложный уход за передачей;

• повышенная вибрация и шум;

• по сравнению с зубчатыми передачами повышенная неравномерность движения;

• удлинение цепи в результате износа шарниров и сход цепи со звездочек.

Классификация приводных цепных передач

В настоящее время в качестве приводных применяют шарнирные втулочные (рис. 4.53, а), роликовые (рис. 4.53, б) и зубчатые (рис. 4.53, в) цепи. В роликовых цепях зацепление цепи со звездочкой осуществляется через ролик: долговечность цепи возрастает, но возрастает масса и стоимость цепи.

Цепи бывают однорядными и многорядными.

Зубчатые цепи набирают из пластин; большое значение имеет конструкция шарнира. В конструкцию входит направляющая пластина, предотвращающая сползание цепи со звездочки. По сравнению с втулочными зубчатые цепи работают более плавно, обеспечивают большую кинематическую точность, могут передавать большую мощность, имеют высокий КПД, но их масса и стоимость значительно выше.

а	б	в

Рис. 4.53. Типы приводных цепей:

а – втулочные; б – роликовые; в – зубчатые

Форма профиля зуба звездочки зависит от конструкции и размеров цепи. Звездочка для втулочной и роликовой цепи представлена на рис. 4.54, а, звездочка для зубчатой цепи – на рис. 4.54, б.

Рис. 4.54. Типы звездочек для цепных передач:

а – для втулочной и роликовой цепи; б – для зубчатой цепи

Геометрические и кинематические параметры цепной передачи

Основной геометрический параметр цепи – шаг t, мм (см. рис. 10.3).

Оптимальное межосевое расстояние а = (30 ... 50)t.

Необходимое число звеньев цепи (длина цепи в шагах) определяют по предварительно выбранному межосевому расстоянию а, и шагу t:

, (4.143)

где z₁ и z₂ – число зубьев звездочек.

Значение L_p округляют до целого числа звеньев, которое желательно принимать четным во избежание использования специальных соединительных звеньев.

Число зубьев малой звездочки выбирают из соотношения

z₁ = 29 – 2u. (4.144)

Для зубчатых цепей z_1min на 20 … 30 % больше. Число зубьев боль­шой звездочки z₂ = u z₁. Если передаточное отношение велико, то z₂ может стать достаточно большим. А здесь появляется опасность спадания цепи со звездочки из-за потери зацепления, возникающей в основном из-за изнашивания цепи и увеличения ее шага. При этом на звездочке, имеющей большое число зубьев, вследствие суммирования погрешностей изношенной цепи, несовпадение положения зубьев и шарниров больше, чем при малом числе зубьев. К тому же из-за большого угла между звеньями цепи при огибании звездочки с большим числом зубьев сила прижима цепи к звездочке при одном и том же ее натяжении уменьшается. Все это требует ограничения и по увеличению числа зубьев большой звездочки, которое желательно принимать z₂ ≤ 100 … 120 для втулочных и роликовых цепей и z₂ ≤140 для зубчатых цепей. Следует дополнительно заметить, что при четном числе звеньев цепи, что рекомендовано выше, число зубьев хотя бы на одной из звездочек должно быть нечетным – так износ цепи и зубьев звездочек будет более равномерным.

Окончательное значение межосевого расстояния

. (4.145)

Диаметр делительной окружности звездочки

. (4.146)

Передаточное число .

В пределах одного оборота звездочки передаточное отношение не остается постоянным, поэтому говорят о средней скорости цепи, м/с:

, (4.147)

где ω, z – угловая скорость и число зубьев звездочки.

Текущее значение продольной скорости цепи в соответствии со схемой (рис. 4.55) определяется по формуле

. (4.148)

Рис. 4.55. Схема для определения скорости и график изменения скорости цепи

Критерии работоспособности и расчет цепной передачи

При проектном расчете предварительно определяют шаг цепи по формуле

, (4.149)

где Т₁ – вращающий момент на ведущей звездочке;

K_э – коэффициент эксплуатации;

z₁ = (29 – 2u) – минимальное число зубьев ведущей звездочки роликовой цепи;

[p_ц] – допускаемое среднее давление в шарнире;

т – число рядов цепи.

K_э = K_д K_с K₀ K_рег K_р; (4.150)

где K_д – коэффициент динамичности;

K_с – коэффициент способа смазывания передачи;

K₀ – коэффициент наклона передачи к горизонту;

K_рег – коэффициент способа регулирования;

K_р – коэффициент режима нагрузки;

После подбора цепи по стандарту выбранная передача проверяется на износостойкость по формуле

, (4.151)

где F_t – окружная сила;

А = d₀ B – площадь проекции опорной поверхности шарнира;

d₀ – диаметр оси;

B – длина втулки (см. рис. 4.53, а).

Допускаемое среднее давление в шарнире [р_ц], гарантирующее нормальную работу в течение принятого срока службы, определяется по справочным таблицам.