3433

Если ветви ремней не параллельны (передаточное число не равно единице), силу на вал определяют по треугольнику ОАВ (рис.11.8):

Приближение тем справедливее, чем i ближе к единице.

Рис. 11.8. Схема сил, действующих на валы в ременной передаче

91

ТЕМА 12. ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

12.1. Общие сведения

Работа цепных передач так же, как и зубчатых, основана на принципе зацепления, но, подобна ременным, с использованием промежуточной гибкой связи (цепи). Цепь схватывает звездочки и передает вращение от ведущего вала (звездочки) к ведомому. Это позволяет осуществить передачу энергии с постоянным значением среднего передаточного числа, без проскальзывания при значительных межосевых расстояниях (6 8 м).

Цепные передачи можно использовать для одновременного привода нескольких параллельных валов, несущих звездочки.

Наиболее широкое применение цепные передачи нашли в легких транспортных машинах (велосипеды, мопеды), в машинах непрерывного транспорта (конвейеры), в химическом машиностроении, станкостроении, горном оборудовании, в подъемно транспортных устройствах.

Передачи выполняются горизонтальными, наклонными (до 45 ) и реже

– вертикальными (требуется систематическое регулирование межосевого расстояния). Чаще всего цепные передачи используются со скоростями цепи V 10 м/с в приводах малой, средней мощности (до 100 кВт). Ведущей должна быть верхняя ветвь, т. к. при этом исключается возможность касания ветвей при провисании. Наибольшее провисание ведомой ветви составляет f=0.02aw (где f – наибольшее провисание ведомой ветви, aw – межосевое расстояние) (наклон до 45 ) и f=(0.015…0.010)aw; при наклоне > 45 . Для натяжения и регулирования провисания применяются подвижные опоры звездочек или гладкие натяжные ролики.

Для повышения износостойкости и долговечности цепной передачи и уменьшения потерь на трение необходима хорошая смазка – в первую очередь шарниров цепи.

Кдостоинствам цепных передач относятся:

-возможность передачи движения, на большие расстояния: 6 8

метров;

-плавность передачи;

-быстроходность передачи (обычные V 10 м/с и короткозвенные с

высокой точностью изготовления и Zmin 50 – V 25 30 м/с);

-равномерное распределение нагрузки между зубьями звездочки;

-компактность передачи (по сравнению с зубчатой) при значительном межосевом расстоянии;

-высокий КПД ( 0,98);

-отсутствие скольжения;

-малые силы, действующие на валы, т. к. мало предварительное натяжение.

Недостатками цепных передач являются:

-высокая стоимость цепей;

92

-вытяжка цепей вследствие износа шарниров;

-необходимость тщательного ухода и более высокой точности установки валов;

-значительный шум при работе;

-неравномерность движения цепи, что вызывает дополнительные динамические нагрузки.

12.2. Классификация цепных передач и цепей

По характеру работы – грузовые тяговые, приводные. По типу цепей – роликовые, втулочные, зубчатые.

По количеству цепей, передающих нагрузку – однорядные и многорядные.

По характеру изменения, частоты вращения ведомого вала – понижающие и повышающие.

По количеству ведомых звездочек – нормальные (одна ведомая звездочка) и специальные (несколько ведомых звездочек).

По способу компоновки – открытые, полуоткрытые и закрытые.

Цепь является основным элементом передачи, определяющим ее надежность и долговечность. Цепь состоит из шарнирно соединительных звеньев. Параметры цепей регламентированы стандартами. Характеристикой прочности цепи служит разрушающее усилие, величина которого устанавливается опытным путем на заводе-изготовителе. Основными геометрическими характеристиками цепи является шаг t и ширина b . По этим размерам выбирают цепи.

Грузовые цепи работают при малых (до 0,25 м/с) скоростях и больших нагрузках. Их выполняют круглозвенными или простыми пластинчатыми (рис. 1,а,б). Используются для подвески, подъема и опускания груза в грузоподъемных машинах.

Тяговые цепи работают при средних (до 2 4 м/с) скоростях. Они состоят из пластин простой формы и осей со втулками или без них. Эти цепи имеют большие шаги, т. к. общая длина цепи значительна и взаимодействуют со звездочками, габариты которых не жестко ограничены (рис. 12.1,в). Применяются для перемещения грузов в транспортирующих машинах.

Приводные цепи (рис. 12.1,г-л) работают при значительных скоростях. Они выполняются с малыми шагами для уменьшения динамических нагрузок и износоустойчивыми шарнирами для обеспечения необходимой долговечности. Служат для передачи энергии от одного вала к другому. В настоящем курсе рассматриваются только приводные цепи.

93

Рис. 12.1. Основные типы цепей

94

(4), впрессованной в отверстие внутренних пластин. Ролик (5) свободно вращается на втулке и предназначен для уменьшения износа зубьев звездочки. Концы цепи соединяются с помощью разборного дополнительного звена. Нормального при четном числе звеньев и специального при нечетном (рис.

3).

Приводная втулочная (ПВ), отличается от роликовой тем, что не имеет роликов (5). Эти цепи меньше, но износ зубьев звездочки больше, вследствие скольжения между втулками и зубьями (рис.12.1,ж). Для передачи больших усилий применяют цепи с большим шагом. При этом диаметры звездочек получаются большими. Для уменьшения диаметра и использования цепей с малым шагом применяют многорядные цепи. Их собирают из тех же элементов, за исключением валиков, длина которых равна общей ширине цепи. Чаще всего применяют 2-х (2 ПР) и 3-х (3 ПР) – рядные цепи

(рис.12.1,д).

Если передача работает в условиях ударной нагрузки, то применяют цепи с изогнутыми пластинками (ПРИ), благодаря чему в цепи возникает деформаций изгиба и повышается податливость цепи. Деформирование пластин способствует гашению ударов (рис. 12.1,е).

Для пластин используется сталь 50 и 40Х для втулок и валиков – сталь 20, 20Г, 20Х и др. при твердости HRC 54 62 и для роликов – сталь 60 Г при твердости HRC 47 55.

Зубчатая цепь (рис. 12.1,з,и) состоит из набора пластин, каждая из которых имеет по два зуба и впадину между ними для зуба звездочки. Цепи обеспечивают плавность и бесшумность работы. Для предотвращения смещений зубчатой цепи во время работы вдоль оси звездочки устанавливают направляющие пластины.

Крючковые цепи (рис. 12.1,к) составляются из одних звеньев специальной формы без дополнительных деталей. Соединение звеньев производится, при боковом перемещении их с наклоном звеньев друг к другу под углом 60 .

Рис. 12. 4. Зубчатый ремень

96

Втулочно-штыревые (рис. 12.1,л) цепи собираются из чугунных звеньев с помощью стальных штырей, фиксируемых шплинтами. Эти цепи широко применяются в сельхозмашиностроении.

Зубчатые ремни (рис. 12.4) – изготавливаются из резины, армированной стальными тросиками (0,3 0,8 мм). Основные размеры выбираются по нормам ОН 6-07-5-63 в зависимости от модуля m 2,3,4,5,7,10 мм.

12.3. Проектирование звездочек

Работоспособность цепной передачи во многом зависит от качества изготовления звездочек. Особое значение имеют точность изготовления элементов звездочки, качество поверхности, материал и термообработка. Звездочки изготавливают из серого чугуна (СЧ 18; СЧ 21; СЧ 24; СЧ 28 ГОСТ 1212-85) и из цементируемых сталей (15; 15X) с последующей закалкой или закаливаемых (40; 40X) и др. Зубья звездочек профилируют в зависимости от типа цепи по ГОСТу 951-69. Предусматривается профиль без смещения (для реверсивных передач) и со смещением e (для нереверсивных) (рис. 12.5). Профиль со смещением является, основным и характеризуется

шаг цепи, мм).

Профили зуба состоят из:

а) впадины, очерчиваемой радиусом r 0,5023D 0,05 мм, т.е. немного больше половины диаметра ролика D ;

б) дуги, очерчиваемой радиусом r1 0,8D r ; в) прямолинейного переходного участка;

г) головки, очерчиваемой радиусом r2 .

Радиус r2 выбирают таким, чтобы ролик цепи не катился по всему профилю зуба, а плавно входил в соприкосновение с зубом в рабочем положении на дне впадины или немного выше.

Ширина зубчатого венца звездочки однорядной цепи равна

b 0,93BBH 0,15 , (12.1)

где b – ширина зубчатого венца звездочки однорядной цепи, мм; BBH – расстояние между внутренними пластинками в свету. Ширина зубчатого венца двух- и трех рядной звездочки:

b 0,9BBH 0,15 . (12.2)

Радиус r3 зуба в продольном сечении (служит для плавного набегания цепи) и координату h центра кривизны принимают:

97

r3 1,7D и h 0,8D ,

где r3 – радиус зуба в продольном сечении;

h – координата центра кривизны; D – диаметр ролика.

Диаметр делительной окружности находится из построений:

z

где dд – диаметр делительной окружности;

z – число зубьев звездочки.

Диаметр окружности выступов равен:

где De – диаметр окружности выступов.

Рис. 12.5. Профиль звездочки роликовой цепной передачи со смещением e

98

12.4. Критерии работоспособности и расчета цепных передач

Причинами выхода из строя цепных передач является:

-износ шарниров, приводящий к удлинению цепи. Допустимое удлинение – 1,5 2,5 (для всех цепей);

-усталостное разрушение пластин по проушинам (основной критерий для быстроходных тяжело нагруженных роликовых цепей);

-проворачивание осей и втулок в пластинах в местах запрессовки;

-выкрашивание и раскалывание роликов;

-износ зубьев звездочек.

В качестве основного расчета передач следует принять расчет, обеспечивающий высокую износостойкость шарниров. Ресурс цепи P 3 5 тыс. часов работы (где P – ресурс цепи).

12.5. Расчет основных геометрических параметров цепных передач

Скорость цепей и частота вращения звездочек ограничиваются износом цепей. Средняя скорость цепи определяется по формуле:

где V – скорость цепи (средняя), м/с;

n – частота вращения звездочки, об/мин; t – шаг цепи, мм.

Считают, что n ограничивается напряжениями при ударе цепи о звездочку. Рекомендуемые значения n, в зависимости от типа цепи, величины ее шага приводятся в табл..

Передаточное число (среднее) определяется из условия равенства

Числа зубьев звездочек. Минимальные числа зубьев звездочек ограничиваются износом шарниров, динамическими нагрузками и шумом передач. С уменьшением z возрастают неравномерность скорости движения цепи и скорость удара цепи о звездочку. Минимальные числа зубьев в

99

силовых передачах роликовыми цепями при максимальных частотах

вращения: zmin 19 23; при средних: zmin 17 19; при низких: zmin 13 15 .

В передачах зубчатыми цепями zmin увеличивают на 20 50%. Следует выбирать нечетное число (особенно малой звездочки), что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует ее равномерному износу.

12.6. Расстояние между осями звездочек и длина цепи

Минимальное межосевое расстояние определяется из условия, при котором угол обхвата цепью малой звездочки должен быть 120 (где

где amin – минимальное межосевое расстояние передачи;

De1, De2 – диаметр окружности выступов быстроходной и тихоходной звездочек.

где a – оптимальное межосевое расстояние. Максимальное межосевое расстояние: amax 80t ,

где amax – максимальное межосевое расстояние.

Количество звеньев в цепи определяют по предварительно выбранному

где W – число звеньев цепи (потребное).

Первые два члена формулы определяют потребное число звеньев при z1 z2 , когда ветви цепи параллельны; третий член учитывает наклон

ветвей. Число звеньев W , полученное по формуле округляется до ближайшего четного числа. После этого находится уточненное межосевое расстояние:

100