ОПМ / ЛекцииДеталиМашин_1 / Лекция 7 Цепная передача

ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

1. Общие сведения

Цепная передача – это передача зацеплением с гибкой связью. Движение передает шарнирная цепь, охватывающая ведущую и ведомую звездочки и зацепляющаяся за их зубья.

Достоинства:

1. Значительные межосевые расстояния (до 8м) – по сравнения с зубчатыми;

2. Более компактны, передают большие мощности, требуют меньшей силы предварительного натяжения, обеспечивают постоянство передаточного числа (отсутствует скольжение и буксование) – по сравнению с ременными;

3. Могут передавать движение одной цепью нескольким ведомым звездочкам.

Недостатки:

1. Значительный шум вследствии удара цепи о зуб звездочки (ограничивает применение передач при больших скоростях)

2. Сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи, необходимость применения системы смазывания и установки в закрытых корпусах.

3. Удлинение цепи, вследствии износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств.

Наибольшее применение цепные передачи получили для мощностей до 120кВт при окружных скоростях до 15 м/с.

2. Приводные цепи.

Приводная цепь – главный элемент цепной передачи – состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Основные типы стандартизированных приводных цепей: роликовые, втулочные и зубчатые.

Роликовые приводные цепи.

Состоят из двух рядов наружных и внутренних пластин. В наружные запрессованы оси пропущенные через втулки, запрессованные в свою очередь во внутренние пластины. Концы осей расклепывают с образованием головок. Пластины очерчены контуром (в виде 8) обеспечивает равную прочность пластины во всех сечениях.

Шаг цепи является основным параметром цепной передачи. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи (Р). Делительная окружность звездочек проходит через центры шарниров цепи: d = P/[sin(180/z)] ,

где z- число зубьев звездочки. Роликовые цепи применяют при скоростях до 15 м/с.

Втулочные приводные цепи – конструкция аналогична роликовым, но не имеет роликов, что удешевляет цепь, уменьшает ее массу, но увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек. Применяют в неответственных передачах при скорости до 1 м/с.

Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными и многорядными с числом рядов 2, 3, 4 и более. Многорядные цепи могут работать при существенно больших скоростях движения цепи и нагрузочная способность возрастает почти прямо пропорционально числу рядов. Применяют цепи с четным числом звеньев.

Зубчатые приводные цепи состоят из звеньев, составленных из набора пластин, шарнирно соединенных между собой. Каждая пластина имеет два зуба и впадину между ними для размещения зуба звездочки. Зубчатые цепи работают плавно, с малым шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку и допускают высокие скорости. Зубчатые цепи тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже.

Относительный поворот звеньев обеспечивают шарниры скольжения или качения.

Материал цепей. Цепи должны быть износостойкими и прочными. Пластины цепей изготавливают из сталей марок 50, 40Х, и других с закалкой до твердости 40…50 НRC. Оси, втулки, ролики и призмы – из цементуемых сталей марок 20, 15Х и других с закалкой до твердости 52..65 HRC. Оптимальное межосевое расстояние передачи:

а = (30…50)Р , где Р – шаг цепи.

Передаточное отношение цепной передачи переменно в пределах поворота звездочки на один зуб. Непостоянство u вызывает неравномерность хода передачи, динамическое нагружение вследствии ускорения масс, соединяемых передачей, и поперечные колебания цепи. Равномерность движения тем выше, чем больше числа зубьев звездочек (меньше пределы изменения углов α_1,α₂). Среднее передаточное отношение за оборот постоянно.

Цепь за один оборот звездочки проходит путь s = P z.

Время одного оборота звездочки: t = 2π / ω = 60/n, с.

Следовательно, скорость цепи – υ, м/с:

υ = s/t = P z₁10^-3/(60/n₁) = P z₂ 10^-3/(60/n₂).

Из равенства скоростей цепи на звездочках: u = n₁/n₂ = z₂/z₁ =R₂/R₁.

Удары тем сильнее, чем больше шаг и число зубьев звездочки. При повороте звездочки на один угловой шаг звенья, соединяемые ведущим шарниром, поворачиваются на угол β. Угол β поворота, определяющий путь трения и изнашивания тем меньше, чем больше число зубьев звездочки.

3. Звездочки.

Звездочки цепных передач в соответствии со стандартом выполняют с износоустойчивым профилем зубьев. Для увеличения долговечности цепной передачи принимают по возможности большее число зубьев меньшей звездочки.

Для роликовых и втулочных цепей число зубьев малой звездочки –

z₁ = 29 – 2u при условии z₁13. Минимально допустимое число зубьев малой звездочки принимают:при высоких частотах вращения z_1min = 19…23;

при средних частотах вращения z_1min = 17…19;

при низких частотах вращения z_1min= 13…15.

Максимальное число зубьев большой звездочки ограничивают: z₂ до 90 – для втулочной цепи; z₂ до120 – для роликовой. Предпочтительно принимать нечетное число зубьев звездочек, что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует более равномерному ее изнашиванию.

Материал звездочек должен быть износостойким и хорошо сопротивляться действию ударных нагрузок. Используют стали марок 45, 40Х и других с закалкой до твердости 45 – 55 НRC или из цементуемых сталей марок 15, 20Х с закалкой до 55 – 60 НRC. Для передач с легкими условиями работы ( Р до 5 кВт, υ до 8м/с) изготовляют зубчатый венец звездочек из полимерных материалов – стеклопластиков и полиамидов.

4. Силы в ветвях цепи.

Ведущая ветвь цепи при работе передачи нагружена силой F₁, состоящей из полезной (окружной) силы F_t, силы F_о натяжеия от силы тяжести ведомой ветви цепи и силы F_ц натяжения от действия центробежных сил:

F₁ = F_t + F_о + F_ц

Окружная сила F_t (Н), передаваемая цепью F_t = 2 10³Т/d,

где d – делительный диаметр звездочки, мм; Т – в Н.м.

Натяжение F_о(Н) от силы тяжести при горизонтальном или близком к нему положении линии, соединяющей оси звездочек - F_о = q g a²/8f = 1,2 qa²/f ,

где q- масса 1 м. цепи, кг/м; g = 9.81м/с - ускорение свободного падения;

а – межосевое расстояние, м; f - стрела провисания ведомой ветви, м.

При вертикальном или близком к нему положении линии центров звездочек - F_o=qga,

Натяжение цепи от центробежных сил (Н) - F_ц = qv²,

где v – скорость движения цепи, м/с.

Нагрузка на валы звездочек. Центробежная сила валы и опоры не нагружает. Расчетная нагрузка на валы несколько больше полезной окружной силы вследствии натяжения цепи от собственной силы тяжести - F_B = k_ВF_t, где k_В - коэффициент нагрузки вала; k_В = 1,15 – для горизонтальных передач, k_В = 1,05 – для вертикальных передач. Направление силы F_В – по линии центров звездочек.

5.Характер и причины отказов цепных передач.

Для приводных цепей характерны основные виды предельных состояний:

1.Изнашивание деталей шарниров вследствии их взаимного поворота под нагрузкой. Приводит к увеличению шага цепи.

2.Изнашивание зубьев звездочек вследствии относительного скольжения и схватывания в сопряжении ролик цепи – зуб звездочки.

3.Усталостное разрушение пластин цепей вследствии циклического нагружения.

4.Ударно – усталостное разрушение тонкостенных деталей – роликов и втулок. Эти отказы обусловлены ударами шарниров о зубья звездочек при входе в зацепление.

6.Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью.

Износостойкость шарниров является основным критерием работоспособности и расчета цепных передач. Изнашивание зависит от давления – р в шарнире и от пути трения – S. Для расчетов по критерию износа используют степенную зависимость р^mS = const, где показатель m = 3 при нормальной эксплуатации передач с хорошим смазыванием.

Нагрузочную способность цепи определяют из условия: среднее давление р в шарнире звена цепи не должно превышать допустимое [р], МПа в данных условиях эксплуатации:

р = F_t К_э/А< [р],

где F_t - окружная сила передаваемая цепью, Н; А – площадь проекции опорной поверхности шарнира: для роликовых (втулочных) цепей А = d_оВ, где d_о – диаметр оси, мм; В – длина втулки, мм. К_э – коэффициент эксплуатации (при оптимальном межосевом расстоянии а = (39…50) Р ):

К_э = К_Д К_см К_н К_рег К_р,

где К_Д – коэффициент динамической нагрузки (при равномерной – 1,0; при работе с толчками 1,2…1,5);

К_см – коэффициент способа смазывания (при непрерывном смазывании – 0,8; при регулярном капельном – 1,0; при переодическом – 1,5);

К_Н – коэффициент наклона к горизонту (при< 45^о – 1,0;

при >45^о – К_Н = 0,15);

К_рег –коэффициент способа регулирования натяжения цепи ( регулирование положения оси одной звездочки – 1,0; регулирование оттяжными звездочками или нажимными роликами – 1,1; нерегулируемая передача – 1,25);

К_р – коэффициент режима работы ( при односменной работе – 1,0; при двухсменной, учитывая удвоенный путь трения - = 1,25; при трехсменной работе - = 1,45).

Предварительно определяем шаг роликовой (втулочной) цепи, мм:

, где ν – коэффициент числа рядов, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по рядам цепи (однорядная цепь – 1,0; двухрядная – 1,7; трехрядная – 2,5).

Регулирование натяжения цепи осуществляют перемещением вала одной из звездочек, нажимными роликами или оттяжными звездочками. Натяжные устройства должны компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев, при большой вытяжке – два звена цепи удаляют. КПД передачи зависит от потерь на трение в шарнирах цепи, в контакте цепи с зубьями звездочек, в опорах валов, потерь на перемешивание масла в передачах погружением – η= 0,95 …0,97. При нерегулярном переодическом смазывании – η = 0,92 …0,94.