Глава 24. Цепные передачи

24.1. Общие сведения. Цепи. Материалы

Цепными называют передачи с помощью цепей. Обычно передача состоит из ведущей 1 и ведомой 2 звездочек, связанных между собой приводной цепью 3 (в машиностроении применяют также грузовые и тяговые цепи) (рис. 24.1).

Рис. 24.1. Цепные контуры

Цепные передачи используют в качестве понижающих или повыша­ющих для передачи вращения между параллельными валами. Передаваемая мощность обычно не превы­шает 100 кВт, межосевое рас­стояние до 6–8 м.

Цепные передачи в сравне­нии с ременными имеют значи­тельно меньшие габариты и на­грузки на валы, более высокий КПД (η = 0,96–0,98), в них исключено окружное проскальзы­вание цепи по звездочке.

Недостатки передачи: «вытягивание» цепей (увеличение шага цепей вследствие износа шарни­ров) и, как следствие, необходимость применения натяжных устройств, необходимость ухода при эксплуатации (смазка, регулирование), шум, неравномерность хода.

Роликовая цепь состоит из последовательно чередующихся внутренних 1 и внешних 2 звеньев, которые шарнирно соединены между собой. Каждое звено выполнено из двух пластин, напрессован­ных на втулки 3 (у внутренних звеньев) или оси 4 (у наружных звеньев). Втулки и оси образу­ют шарниры, которые обеспечи­вают «гибкость» цепи. Для уменьшения износа зубьев звез­дочек на втулку перед сборкой звена надевают ролик 5, свободно вращающийся на ней (рис. 24.2).

Рис. 24.2. Роликовая цепь

Основным параметром приводных цепей является шаг t – рас­стояние между осями двух смежных роликов наружного или внутренне­го звена, от которого зависит несущая способность цепи. Основные размеры и характеристики цепей зависят от шага.

Материалы. Пластины (2, 1 на рис. 24.2) цепей изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей 45, 50, 40Х, 40ХН и др. и затем за­каливают до твердости не менее 32 HRC. Оси, втулки и ролики (4, 3, 5 на рис. 24.2) обычно изготовляют из сталей 15, 15X, 20Х, 12XH3A и др., цементуют и подвергают закалке до твердости не менее 45 HRC. Звездочки тихоходных слабонагруженных передач изготовляют из чу­гуна СЧ 20 с закалкой или из других антифрикционных высокопрочных марок чугуна.

Звездочки быстроходных и тяжелонагруженных передач изготов­ляют из углеродистых легированных сталей (45, 40Х, 40ХН) или из сталей 15, 20, 12X2H4A.

Для обеспечения удовлетворительной работы цепи на средних и повышенных скоростях минимальное число зубьев ведущей звездочки ограничивают. На основании экспериментальных исследований, опыта проектирования и эксплуатации передач во многих странах принято z_1min ≥ 19 при υ_ц > 2 м/с, где υ_ц – скорость цепи. В тихоход­ных передачах допускается z_1min = 13–15.

24.2. Усилия в элементах передачи. Расчет передачи

Натяжение от силы тяжести

где q – масса цепи длиной 1 м;

a – межосевое расстояние;

f_ц – стрела провисания.

Провисание обеспечивает более плавную работу передачи и меньшее изнашивание в шарнирах цепи. Стрелу провисания ведомой ветви новой цепи на основании практического опыта назначают рав­ной f_ц = 0,02а при γ ≤ 40° и (0,015–0,01)а при γ > 40°, где γ – угол наклона ветви к горизонту.

В процессе работы под нагрузкой ведущая ветвь растягивается силой

где F_t – окружная сила;

F_q – натяжение в ведомой ветви от силы тяжести;

– натяжение цепи от действия центробежных сил;

F_д – динамическая нагрузка в передаче от неравномерного хо­да цепи.

В расчетах цепных передач влияние F_д на работоспособность учитывают с помощью специальных коэффициентов.

Ведомая ветвь под нагрузкой растягивается силой

Окружная сила

где Р – мощность, передаваемая цепью;

d₁ – диаметр делитель­ной окружности ведущей звездочки.

Нагрузка на валы цепной передачи при средних скоростях дви­жения цепи (υ_ц < 15 м/с)

где k = 1,15 (для горизонтальной передачи) и 1,05 (для верти­кальной).

Число зубьев z₁ и z₂ звездочек выбирают из условия обеспе­чения минимальных габаритов и более плавного хода цепи.

На практике стремятся к тому, чтобы a = (30–50)t.

В основу расчета износостойкости шарниров положено условие триботехнической надежности в форме

где P_и и [P_и] – соответственно расчетное и допускаемое по изно­состойкости давление (удельная нагрузка) в шарнире.

Расчетное давление в шарнире связано с внешней нагрузкой и геометрическими параметрами цепи очевидным соотношением, вытека­ющим из уравнения равновесия звена цепи:

где – номинальное давление в шарнире;

K_д – коэффици­ент динамичности;

K_m – коэффициент, учитывающий число рядов цепи (равен 1; 1.7; 2.5; 3 соответственно для m = 1; 2; 3; 4);

A_оп – опорная поверхность шарнира.

Коэффициенты K_д и K_m представляют собой ограничения эксплуатационного и конструктивного характера.