3.7.4. Цепные передачи

Общие сведения

Цепными называют передачи движения с помощью цепей. Это передачи зацеплением с гибкой связью. Простейшая передача (рис. 3.31) включает две звездочки 1 и 2, соединенные приводной цепью 3. Одна из звездочек ведущая, другая – ведомая. Большинство конструкций цепных передач имеют натяжные и смазочные устройства, картеры и ограждения. Линия центров передачи может быть горизонтальной, наклонной и вертикальной. Могут быть передачи с приводом нескольких ведомых звездочек от одной ведущей.

Цепные передачи выполняют как понижающими, так и повышающими.

Рис. 3.31

Приводные цепи – роликовые, втулочные, зубчатые.

Главными характеристиками цепи являются шаг t, ширина в и разрушающая нагрузка. Роликовая цепь состоит из внутренних и внешних звеньев, шарнирно соединенных между собой. Применяют при скоростях до 25 м/с. Выпускают цепи легкой (ПРП) и нормальной (ПР) серии. При больших нагрузках и скоростях используют многорядные цепи (2ПР, 3ПР). Втулочные цепи по конструкции аналогичны роликовым, но у них нет роликов.

Зубчатая цепь состоит из шарнирно соединенных звеньев, набранных из пластин с зубообразными выступами. Зубчатые цепи обеспечивают большую быстроходность (до 35 м/с), прочность и плавную работу с меньшим шумом, но сложны в изготовлении и имеют большую массу.

Звездочки (рис. 3.32) конструктивно подобны зубчатым колесам. Профиль зубьев зависит от типа цепи. Звездочки характеризуются шагом t, числом зубьев z и диаметром d делительной окружности, которая проходит через центры шарниров цепи.

Рис. 3.32

Материалы. Пластины цепей изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей 45, 50, 40Х и др.; оси и втулки - из сталей 15, 15Х, 20Х и др.; звездочки тихоходных передач – из чугуна, а чаще из сталей 15, 20Х, 45, 45Х с закалкой.

Достоинства: возможность передачи вращательного движения и значительные расстояния (до 8 м) и одной цепью нескольким звездочкам; по сравнению с ременными передачами нет проскальзывания; меньше нагрузки на валы.

Недостатки: сравнительно высокая стоимость цепей; шум при работе; вытягивание цепи, вследствие износа шарниров; необходимость периодического регулирования натяжения цепи и ее смазывания. Цепные передачи применяют в транспортирующих устройствах (конвейерах, элеваторах, мотоциклах, автомобилях, в приводах станков).

Геометрия, кинематика и усилия

Межосевое расстояние

а ≥ (30…50) t, а_max = 80t. (3.90)

При малом а цепь быстро изнашивается, а при большом возникают значительные колебания ведомой ветви из-за провисания. Допускаемая величина стрелы провисания f = (0,002 … 0,004)d.

Делительный диаметр звездочки

d = . (3.91)

Диаметр вершин зубьев

d_a = t ctg(180⁰/z). (3.92)

Числа зубьев z₁ и z₂ выбирают из условия обеспечения минимальных габаритов и плавности хода. Обычно z₁ = (29 - 2ί) ≥ 19; z₂ = ί z₁.

Звенья цепи располагаются в зацеплении со звездочкой, образуя многоугольник, поэтому при ω₁ = const цепь движется неравномерно. За один оборот звездочки цепь перемещается на периметр многоугольника, в котором стороны равны шагу t, а число сторон равно числу зубьев z звездочки. Средняя скорость цепи

υ = ω z t / (2π · 1000) = n z t / (60 ·1000) , м·с (3.93)

где n мин^-1; t, мм.

Так как скорость цепи на обеих звездочках одинакова, то ω₁z₁t = ω₂z₂t и среднее передаточное отношение цепной передачи

ί = ω₁/ω₂ = n₁/n₂ = z₂ /z₁. (3.94)

Рекомендуется принимать ί ≤ 8.

Усилия в передачах (см. рис. 3.31). При работе передачи под нагрузкой ведущая ветвь растягивается усилием

F₁ = F_t + F_q + F_ц, (3.95)

а ведомая – усилием

F₂ = F_q + F_ц, (3.96)

где F_t = 2T₁/d₁ – окружная сила;

F_q = к_f qa – натяжение ветвей цепи от силы тяжести;

F_υ = q υ²_ц – натяжение цепи от сил инерции.

Здесь к_f – коэффициент провисания, зависящий от наклона цепи;

q – масса 1 м цепи, кг;

а – межосевое расстояние, м;

υ_ц – скорость цепи, м/с.

Работоспособность передач

Основной причиной выхода из строя цепных передач является износ шарниров, а также усталостное разрушение элементов цепи, вследствии переменных нагрузок, сил инерции и ударных нагрузок. Поэтому критериями работоспособности передач будут: износостойкость и прочность цепи.

На износостойкость расчет ведут по удельной нагрузке на шарнир:

Р_ц = к_д F_t/ А_оп ≤ [Р_и ], (3.97)

где к_д = 1,2 …1,5 – коэффициент динамической нагрузки;

А_оп = в d_в – площадь проекции опорной поверхности шарнира

(в – ширина втулки диаметром d_в);

[Р_и ] ≤ 40 МПа – допускаемая удельная нагрузка на шарнир (выбирается по таблице).

При проектировочном расчете определяется шаг цепи

t = 60 , (3.98)

где Р - мощность, передаваемая цепью, Вт;

n₁ - частота вращения ведущей звездочки, мин^-1.

Значение t округляется и принимается стандартным.

Для предотвращения вытяжки цепи или ее обрыва необходимо, чтобы

F_{t max} ≤ (F_min / n), (3.99)

где F_min – минимальная разрушающая нагрузка цепи;

n = 3 … 5 – коэффициент запаса прочности.