Материал цепей

Цепи должны быть износостойкими и прочными. Пластины цепей изготовляют из стали 50 с закалкой до твердости HRC 38-45, оси, втулки, ролики, вкладыши и призмы – из цементуемых сталей, например 15; 20 с закалкой до твердости HRC 52-60.

Шаг цепи

Шаг цепи t является основным параметром цепной передачи и принимается по ГОСТу. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи, но сильнее удар звена о зуб в период набегания на звездочку, меньше плавность, бесшумность и долговечность передачи. При больших скоростях принимают цепи с малым шагом.

В быстроходных передачах при больших мощностях рекомендуются также цепи малого шага. Максимальные значения шага цепи ограничиваются угловой скоростью малой звездочки.

Звездочки

Звездочки по конструкциям отличаются от зубчатых колес лишь профилем зубьев, размеры и форма которых зависят от типа цепи.

На рисунке 3 представлена роликовая и втулочная звездочки, а на рисунке 4 – зубчатая.

Рисунок 3 – Звездочки роликовой и втулочной цепей

Рисунок 4 –Звездочка зубчатой цепи

Делительная окружность звездочек проходит через центры шарниров цепи.

Из треугольника ОАС (см. рис. 4)

,

где z – число зубьев у звездочки.

Для увеличения долговечности цепной передачи принимают по возможности большее число зубьев меньшей звездочки. При малом числе зубьев в зацеплении находится небольшое число звеньев, что снижает плавность передачи и увеличивает износ цепи из-за большого угла поворота шарнира. Для обеспечения оптимальных условий зацепления цепи со звездочкой рекомендуют максимальное число зубьев большой звездочки: для втулочной цепи z₂  90, для роликовой z₂ < 120⁰. Число зубьев малой звездочки принимают по таблицам в зависимости от передаточного числа.

Предпочтительно принимать нечетные числа зубьев звездочек, что в сочетании с четным числом звеньев в цепи способствует более равномерному износу.

Материал звездочек должен быть износостойким и хорошо сопротивляться ударным нагрузкам. Звездочки изготовляют из сталей 45, 40Х и др. с закалкой или из цементируемых сталей 15, 20Х и др. Перспективным является изготовление зубчатого венца звездочек из пластмасс, что понижает шум при работе передачи и износ цепи.

Передаточное число цепной передачи

Цепь за один оборот звездочки проходит путь t_z, следовательно, средняя скорость цепи

, (2)

где t – шаг цепи, мм;

z₁,z₂ – число зубьев ведущей и ведомой звездочек;

₁, ₂ - угловые скорости ведущей и ведомой звездочек, рад/с.

Из равенства скоростей цепи на звездочках

, (3)

Передаточное число цепной передачи переменно в пределах поворота звездочки на один зуб, что практически заметно при малом числе z₁. Непостоянство i вызывает неравномерность хода передачи. Среднее передаточное число за оборот постоянно. Для цепных передач рекомендуется i  8.

Основные геометрические соотношения в цепных Передачах

Оптимальное межосевое расстояние передачи (рисунок 5) принимают из условия долговечности цепи

, (4)

где t – шаг цепи.

Рисунок 5 – Схема цепной передачи

, (5)

Длину цепиL₁ вычисляют по формуле, аналогичной формуле для определения длинны ремня где L₁ – длина цепи в шагах или число звеньев в цепи.

Значение L округляют до целого четного числа, что в сочетании с нечетным числом зубьев звездочек способствует более равномерному износу цепи.

Межосевое расстояние передачи при окончательно выбранном числе шагов

(6)

Для нормальной работы ведомая ветвь должна иметь небольшое провисание f, для чего расчетное межосевое расстояние уменьшают на (0,002 - 0,004)a.

Усилия в ветвях цепи

, (7)

Окружное усилие, передаваемое цепью,

где d - диаметр делительной окружности звездочки.

Предварительное натяжение цепи от провисания ведомой ветви

F₀ = K_f q a_, (8)

где q – вес 1 м цепи, Н;

а_ - межосевое расстояние, м;

Рисунок 6 – Эпюра усилий в звеньях цепипри при работе передачи

К_f – коэффициент провисания; для горизонтальных передач К_f = 6, для наклонных к горизонту до 40⁰ - К_f = 3, для вертикальных - К_f = 1.

, (9)

Натяжение цепи от центробежных сил.

Сила F_V нагружает звенья цепи по всему ее контуру, но звездочками не воспринимаются.

Натяжение ведущей ветви цепей работающей передачи (рисунок 6)

F₁= F+F₀+F_V, (10)

Натяжение ведомой ветви цепи

F₁= F₀+F_V, (11)

Благодаря тому, что шарнир сбегающего звена цепи упирается в зуб, усилие F₂ не передается на звенья, расположенные на звездочке.

Нагрузка на валы звездочек

Цепь действует на валы звездочек с силой

Q = K_вF+2F₀ , (12)

где К_в – коэффициент нагрузки вала.

Направление силы Q принимают по линии центров вала.

Расчет цепной передачи на износостойкость

Основным критерием работоспособности цепных передач является долговечность цепи, определяемая износом шарниров. В соответствии с этим за основной принимают расчет цепных передач, обеспечивающий износостойкость шарниров. Цепи, выбранные из условия износостойкости, обладают, как правило, достаточной прочностью.

Расчет передачи.Нагрузочная способность цепи определяется из условия, чтобы среднее давление р в шарнире звена не превышало допускаемого р (см. таблицу)

, (13)

где F_t – окружное усилие, передаваемое цепью;

S – площадь проекции опорной поверхности шарнира.

Для роликовых и втулочных цепей

S = d B , (14)

где d – диаметр оси;

В – длинна втулки или шарнира зубчатой цепи.

К – коэффициент эксплуатации

К = К_д + К_а + К_с + К_ + К_р + К_рег , (15)

где К_д – коэффициент динамичности нагрузки; при спокойной нагрузке К_д = 1; при толчках К_д = 1,2 – 1,5;

К_а – коэффициент межосевого расстояния; К_апри К_ = (30-50)t; К_а = 1,25 – при К_< 25t; К_а = 0,8 – при К_ = (60-80)t.

К_ – коэффициент наклона линии центра звездочек к горизонту; при  60^о К_ = 1; при  > 60^о К_ = 1,25;

К_р – коэффициент режима работы; при односменной работе К_р = 1; при двухсменной К_р = 1,25; при трехсменной К_р = 1,5;

К_рег – коэффициент способа регулирования натяжения цепи; при регулировании отжимными опорами К_рег= 1; при регулировании нажимными роликами или оттяжными звездочками К_рег= 1,1; для нерегулируемой передачи К_рег= 1,25.

Выразив в формуле (13) окружное усилие через момент Т, на малой звездочке, шаг цепи t и число зубьев z, а площадь проекции опорной поверхности шарниров через шаг t, получим формулу для предварительного шага цепи

мм (16)

где  - число рядов роликовой или втулочной цепи.