Характер и причины отказов цепных передач

Для приводных цепей характерны следующие основные виды предельных состояний.

1. Изнашивание деталей шарниров вследствие их взаимного поворота под нагрузкой. Приводит к увеличению шага цепи. По ме­ре изнашивания шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев и возникает опасность соскакивания цепи со звездочек.

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

3. Усталостное разрушение пластин цепей вследствие цикли­ческого нагружения. Наблюдают в быстроходных тяжело нагружен­ных передачах.

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

В правильно спроектированной и эксплуатируемой цепной пе­редаче увеличение шага цепи по мере износа шарниров опережает соответствующие изменения геометрии зубьев звездочек. С этим связаны: нарушение правильности зацепления, недопустимое прови­сание ведомой ветви цепи, соскакивание со звездочки, задевание за стенки кожуха или картера, а также увеличение вибраций, шума.

В результате цепь заменяют, как правило, до наступления усталост­ных разрушений.

Изнашивание зависит от давления р в шарнире и от пути трения S. Для расчетов по крите­рию износа используют степенную зависимость p^mS = const, где по­казатель т = 3 при нормальной эксплуатации передач с хорошим смазыванием.

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

,

где F_t – окружная сила, передаваемая цепью, Н; А – площадь проек­ции опорной поверхности шарнира: для роликовых (втулочных) це­пей А = d₀B , здесь d₀ – диаметр оси, мм; В – длина втулки, мм;

К_Э – коэффициент эксплуатации (при оптимальном межосевом расстоянии а = (30 ... 50)Р.

.

Здесь К_Д – коэффициент динамичности нагрузки: при равно­мерной нагрузке К_Д = 1 (ленточные, цепные конвейеры), при работе с толчками К_Д = 1,2 ... 1,5 (металлорежущие станки, компрессоры);

К_СМ – коэффициент способа смазывания: при непрерывном сма­зывании К_СМ = 0,8, при регулярном капельном К_СМ = 1, при перио­дическом К_СМ = 1,5.

К_Н – коэффициент наклона передачи к горизонту: К_Н = 1 при ≤45⁰ К_Н = 0,15√ при > 45°. Угол получают из компоновки привода. Чем больше наклон передачи к горизонту, тем меньше допустимый суммарный износ цепи;

К_Рег – коэффициент способа регулирования натяжения цепи: при регулировании положения оси одной из звездочек К_Рег = 1, при регулировании оттяжными звездочками или нажимными роликами К_Рег =1,1 для нерегулируемой передачи К_Рег = 1,25;

К_Р – коэффициент режима работы: при односменной работе К_Р = 1, при двухсменной, учитывая удвоенный путь трения, К_Р =³√2= 1,25, при трехсменной К_Р = ³√3 = 1,45;

[р] – допускаемое давление в шарнирах цепи (МПа) принимают по опытным данным в зависимости от шага Р цепи и частоты вра­щения малой звездочки: меньшие значения [р] соответствуют боль­шим частотам вращения n₁ и большим шагам Р.

Выразив окружную силу F_t через момент Т₁ на малой звездочке, шаг цепи Р и число зубьев z₁, а площадь проекции опорной поверхности шарниров через шаг Р (А = 0,25Р²), получим формулу для предварительного определения шага роликовой (втулочной) цепи (мм):

где ν – коэффициент числа рядов, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по рядам цепи: для однорядной цепи ν = 1, двухрядной ν = 1,7, трехрядной ν = 2,5; Т₁ – в Нм; [р] – допускаемое давление в шарнирах цепи (МПа) принимают по опытным данным в зависимости от предполагаемого шага P` цепи и частоты вращения малой звездочки.

Натяжение цепи. При эксплуатации цепных передач необходимо постоян­но контролировать натяжение цепей и расположение в одной плоскости ведущей, ведомой и натяжной звездочек. Натяжение цепи регулиру­ют, перемещая одну из звездочек. Натяжную звездочку рас­полагают как внутри, так и снаружи контура цепи. Натяжение считается нормальным (ГОСТ 13568-97), если при межосевом расстоянии передачи а = 1000 мм стрела провисания ведо­мой ветви цепи f = 40 мм ± 10 мм при приложении усилия 160Н±10Н. При увеличении или уменьшении а на каждые 100 мм f соответственно уве­личивается или уменьшается на 4 мм ± 1 мм. По мере изнашивания шарниров цепь вытя­гивается, стрела f провисания ведомой ветви увеличивается, что вызывает захлестывание звездочки цепью.

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 большей вытяжке два звена цепи удаляют. Натяжение не компенсирует увеличение шага цепи вслед­ствие износа деталей шарниров.

Критерии работоспособности. Основными причинами выхода из строя цепных передач являются износ шарниров цепи и зубьев звездочек (при этом цепь удлиняет­ся и нарушается ее зацепление со звездочкой), проворачивание валиков и втулок в местах запрессовки (обусловлено низким качеством изготовления), усталостное разрушение пластин по проушинам и роликов по внутреннему и внешнему диаметрам. Основным критерием работоспособности передачи приводной роликовой цепью является износостойкость шарниров цепи. Расчет заключается в проверке цепи по допускаемому давлению для шарниров. Также долговечность цепи проверяется по допустимому числу входов цепи в зацепление с обеими звездочками.