6. Цепные передачи

Достоинства цепных передач по сравнению с ременными – отсутствие проскальзывания, компактность (они занимают меньше места по ширине), меньше нагрузки на валы и подшипники, больший КПД (до 98%). Недостатки цепных передач: удлинение цепи при эксплуатации; повышенные динамические нагрузки; шум при работе; необходимость внимательного ухода при эксплуатации.

Приводные цепи по конструкции бывают: втулочные; роликовые; зубчатые; фасоннозвенные. В приводах общего назначения применяют в основном приводные роликовые цепи. Они выпускаются следующих модификаций: ПРЛ – приводные роликовые легкой серии; ПР – нормальной серии; ПРУ – усиленные; ПРД – длиннозвенные; ПРИ – с изогнутыми пластинами. Наиболее распространены цепи нормальной серии: однорядные – ПР; двухрядные – 2ПР.

С хема цепной передачи показана на рис. 4.20.

Для уменьшения динамических нагрузок на цепь и звездочки в открытых передачах ограничивают v ≤ 7м/с. Допускаемые значения частот вращения меньшей звездочки n₁ приведены в таблице 8.4.

Таблица 8.4

Шаг t, мм	n1, об/мин		Шаг t, мм	n1, об/мин
12,7 15,875 19,05 25,4	1250 1000 900 800		31,75 38,1 44,45 50,8	630 500 400 300

Рис. 4.20

Число зубьев z₁ ведущей звездочки выбирают в зависимости от передаточного отношения u. Рекомендуется

z₁ = 31 -2 u. z₂ = z₁* u.

Методику расчета цепной передачи рассмотрим на примере.

Дано: передаваемая мощность N = 5 кВт; n₁ = 500 об/мин;

n₂ = 200 об/мин; расположение передачи вертикальное; работа в 3 смены; смазка периодическая; нагрузка спокойная.

Решение:

Вычисляем угловую скорость ведущей звездочки

ω₁ = πn₁/30 = 3,14*500/30 = 52,3 рад/с.

Крутящий момент Т₁ = N/ ω₁ = 5000/52,3 = 95,6 Н*м = 95,6*10³ Н*мм.

Передаточное отношение u = n₁/ n₂ = 500/200 = 2,5

Число зубьев ведущей звездочки z₁ = 31 -2 u = 31 – 5 = 26

Шаг цепи t определяется по формуле

(4.40)

Здесь К_э = k_Д*k_а*k_Н*k_р*k_см*k_п; k_Д – учитывает характер нагрузки,

k_Д = 1 при спокойной нагрузке, k_Д = 1,25…2,5 при ударной нагрузке;

k_а – учитывает влияние межосевого расстояния, рекомендуется а = (30…50)t, при этом k_а = 1, при а ≤ 25t - k_а = 1,25; k_Н – учитывает влияние наклона цепи; при наклоне до 60⁰ k_Н = 1, при наклоне свыше 60⁰ k_Н = 1,25; k_р – учитывает способ натяжения цепи, k_р = 1 при автоматическом натяжении, k_р = 1,25 при периодическом натяжении цепи; k_см – учитывает способ смазки,

k_см = 0,8 при постоянной (картерной) смазке, k_см = 1 при капельной смазке, k_см = 1,3…1,5 при периодической смазке; k_п – учитывает периодичность работы, k_п = 1 при односменной работе, k_п = 1,25 при двухсменной работе,

k_п = 1,5 при трехсменной работе. m – число рядов цепи.

[p] – допускаемое давление в шарнирах, МПа (таблица 9.4).

В нашем случае

К_э = k_Д*k_а*k_Н*k_р*k_см*k_п = 1*1*1,25*1,25*1,4*1,5 = 3,28.

Приняли а = 40 t; m = 1; [p] = 20 МПа (ориентировочно).

= 2,8*³√95,6*10³*3,38/(26*1*20)= 23,9 мм.

Таблица 9.4. Допускаемое давление [p], МПа

n1, об/мин	Шаг цепи t, мм
	12,7	15,875	19,05	25,4	31,75	38,1	44,45	50,8
50 100 200 300 500 750 1000 1250	46 37 29 26 22 19 17 16	43 34 27 24 20 17 16 15	39 31 25 22 18 16 14 13	36 29 23 20 17 15 13 12	34 27 22 19 16 14 13 -	31 25 19 17 14 13 - -	29 23 18 16 13 - - -	27 22 17 15 12 - - -
	Разрушающая нагрузка Q, кгс (m = 1)
	1820	2270	3180	5670	8850	12700	17240	22680
Примечания: 1 – если z1 ≠ 17, то [p] умножить на kz = 1 + 0,01(z1 – 17); 2 - для двухрядных цепей [p] уменьшить на 15 %; 3 - Q∑ ≈ Q* m

Принимаем t = 25,4 мм . Определяем скорость цепи

v = z₁* t* n₁/(60*10³) = 26*25,4* 500/60000 = 5,5 м/с.

Окружное усилие Р = N/ v = 5000/5,5 = 909 Н.

Нагрузка на валы Q_в ≈ 1,15*Р = 1,15*909 = 1045 Н. Коэффициент 1,15 учитывает центробежную силу и собственный вес цепи.

Коэффициент запаса прочности n = 9,81* Q/ Q_в = 9,81*5670/1045 = 53,2 , что значительно больше нормативного. Нормативный коэффициент запаса прочности берется в пределах 7…15. При этом меньшие значения принимаются при минимальной частоте вращения ведущей звездочки, а большие – при максимальной частоте вращения.

По всем параметрам проходит Цепь ПР-25,4-5670 ГОСТ 13568-75.

Геометрический расчет передачи

z₂ = z₁* u = 26*2,5 = 65. Межосевое расстояние а = 40 t = 40*25,4 = 1016 мм.

Число звеньев цепи определяется по формуле

L_t =2а_t + 0,5z_∑ + ∆²/ а_t , (4.41)

где а_t = а/ t = 1016/25,4 = 40; z_∑ = z₁ + z₂ = 26 + 65 = 91;

∆ = (z₂ – z₁)/2π = 39/6,28 = 6,2.

L_t =2а_t + 0,5z_∑ + ∆²/ а_t = 2*40 + 0,5*91 + 6,2²/40 = 126,46.

Округляем до ближайшего четного числа L_t = 126 звеньев.

Уточняем межосевое расстояние по формуле

=

= = 1010 мм.

Для обеспечения свободного провисания следует уменьшить а на 0,4%, т.е. на 4 мм.

Размеры звездочек определяются по ГОСТ 591-69.

7. Муфты

Муфтами называются устройства, соединяющие два вала и передающие крутящий момент без изменения угловой скорости.

Муфты бывают: глухие; подвижные; сцепные (кулачковые и фрикционные); свободного хода (обгонные); упругие; центробежные; комбинированные и специальные.

Приведенная классификация муфт говорит об очень большом количестве самых разнообразных конструкций муфт.

Остановимся лишь на принципиальных отличиях муфт разных классов и рассмотрим конструктивные схемы различных муфт.

Глухие муфты.

Н а рис. 4.21 приведены две схемы глухих муфт: втулочная (рис. 4.21, а); фланцевая (рис.4.21, б).

Основным достоинством этих муфт является простота

Рис. 4.21 конструкции. Существенный недостаток заключается в том, что муфта требует очень строгой соосности валов (0,002…0,05 мм). Эти муфты устанавливают на длинных гибких валопроводах или на консольных валах.

Муфты, в частности втулочная, могут выполнять роль предохранительных при условии, что штифты рассчитаны на номинальный крутящий момент, а все другие элементы конструкции на больший момент. При перегрузках штифт (штифты) срезается, но все другие элементы остаются целыми. Эту особенность используют в лодочных моторах, только там почему то штифт называют шпонкой.

Подвижные муфты

Подвижные муфты бывают: зубчатые; крестово-кулисные или с промежуточным сухарем; цепные; шариковые; муфты с гофрами и др. Эти муфты допускают осевое и угловое смещение валов. В частности, зубчатая муфта допускает осевое смещение валов до нескольких мм и угловое смещение до 0,5⁰. Цепная муфта допускает радиальное смещение валов до 1,2 мм и угловое до 1⁰ ( в специальных конструкциях – до 3…6⁰).

На рис. 4.22 показана муфта с промежуточным сухарем (аналогично устроена крестово-кулисная муфта). Такая муфта допускает все виды смещения валов. В процессе вращения валов сухарь перемещается по пазам в пределах несоосности валов.

Рис. 4.22 Очевидно, что возникают силы трения. Для их уменьшения материалы пары полумуфта-сухарь выбирают с малым коэффициентом трения-скольжения.

Сцепные муфты

На рис. 4.23, а) показана сцепная кулачковая муфта.

Профиль кулачков имеет форму трапеции (рис. 4.23, б). Результирующая сил N раскладывается на две составляющие: P – создает крутящий момент; Q – пытается раздвинуть полумуфты. Силе Q противостоит возвратная сила пружины S. Эта муфта может выполнять роль предохранительной. При перегрузках

Q ≥ S. При этом полумуфты выходят из

Рис. 4.23 зацепления. Срабатывание предохранительной сцепной муфты сопровождается характерным треском. Если профиль кулачков прямоугольный, то Q = 0 и муфта не будет предохранительной.

Б олее известны сцепные фрикционные муфты (устанавливаются в автомобилях). Схема такой муфты показана на рис. 4.24.

Передача крутящего момента в таких муфтах осуществляется за счет сил трения. Эта муфта так же

Рис. 4.24 является предохранительной.

При перегрузках фрикционные диски проскальзывают друг по другу.

Срабатывание муфты как предохранительной сопровождается характерным запахом. Говорят «горит сцепление».

Муфты свободного хода (обгонные) (рис. 4.25).

М уфта передает крутящий момент только в одну сторону.

Ведущий вал выполнен фасонным. В зазоры вставлены ролики и поджимаюшие пружинки. При вращении ведущего вала, ролики под действием сил трения и центробежных сил перемещаются по зазору и заклинивают ведущий и ведомый валы. Ведомый вал

Рис. 4.25 вращается вместе с ведущим. При остановке ведущего вала или при замедлении его вращения, ведомый вал, по инерции, продолжает вращаться (ω₂ > ω₁). Ролики перемещаются ведомым валом в больший зазор и расцепляют валы. Ведомый вал обгоняет ведущий.

С такими муфтами каждый из Вас находился рядом. Они установлены в каждом велосипеде.

Упругие муфты (рис. 4.26)

Э тот тип муфт устанавливается в приводах наиболее часто. Конструкций упругих муфт очень много, но принципиальная особенность одна. Она заключается в том, что между ведущим и ведомым валами устанавливаются упругие элементы (пружины, резина и др.). Характеристика упругих элементов обычно линейная (рис.4.26, б).

Рис. 4.26 При резком запуске двигателя упругие элементы муфты первыми воспринимают на себя внезапно возникшую нагрузку.

Они сжимаются и передают эту нагрузку по нарастающей исполнительному механизму. Муфта гасит жесткий удар при пуске двигателя и дает механизму время на «пробуждение». Процесс можно сравнить с тем, что если бы Вас разбудил будильник или вылитое на Вас ведро воды. В процессе работы так же возможны колебания нагрузки. И в этих случаях упругая муфта сглаживает перепады нагрузки.

Центробежные муфты (рис. 4.27)

Само название муфты характеризует ее принцип действия.

На ведущем валу шарнирно закреплены сектора, на ободах которых установлены фрикционные накладки. При вращении ведущего вала центробежные силы раздвигают сектора и прижимают накладки к диску ведомого вала. Возникающие при этом силы трения создают крутящий момент. По такой же схеме устроены

Рис. 4.27 дисковые тормоза автомобилей, только раздвижение секторов (тормозных колодок) осуществляется не за счет центробежных сил, а с помощью гидравлики.

Кроме выше приведенных, существует еще много других муфт: порошковые; электромагнитные; пневматические и др.