Звездочка зубчатой передачи условие работы. Основные разновидности и параметры цепных передач. Разновидности и область применения цепных передач

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Цепная передача состоит из ведущей и ведомой звездочек и цепи, охватывающей звездочки и зацепляющейся за их зубья. Применяют также цепные передачи с несколькими ведомыми звездочками. Кроме перечисленных основных элементов, цепные передачи включают натяжные устройства, смазочные устройства и ограждения.

Цепь состоит из соединенных шарнирами звеньев, которые обеспечивают подвижность или "гибкость" цепи.

Цепные передачи могут выполняться в широком диапазоне параметров.

Широко используют цепные передачи в сельскохозяйственных и подьемно-транспортных машинах, нефтебуровом оборудовании, мотоциклах, велосипедах, автомобилях.

Кроме цепных приводов, в машиностроении применяют цепные устройства, т. е. цепные передачи с рабочими органами (ковшами, скребками) в транспортерах, элеваторах, экскаваторах и других машинах.

К достоинствам цепных передач относят: 1) возможность применения в значительном диапазоне межосевых расстояний; 2) меньшие, чем у ременных передач, габариты; 3) отсутствие скольжения; 4) высокий КПД; 5) малые силы, действующие на валы, так как нет необходимости в большом начальном натяжении; 6) возможность легкой замены цепи; 7) возможность передачи движения нескольким звездочкам.

Вместе с тем цепные передачи не лишены недостатков: 1) они работают в условиях отсутствия жидкостного трения в шарнирах и, следовательно, с неизбежным их износом, существенным при плохом смазывании и попадании пыли и грязи; износ шарниров приводит к увеличению шага звеньев и длины цепи, что вызывает необходимость применения натяжных устройств; 2) они требуют более высокой точности установки валов, чем клиноременные передачи, и более сложного ухода - смазывания, регулировки; 3) передачи требуют установки н картерах; 4) скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения, хотя эти колебания небольшие (см. § 7).

Цепи, применяемые в машиностроении, по характеру выполняемой ими работы подразделяют на две группы: приводные и тяговые. Цепи стандартизованы, их производят на специализированных заводах. Выпуск только приводных цепей в СССР превышает 80 млн. м в год. Ими оснащается ежегодно более 8 млн. машин.

В качестве приводных применяют роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Для них характерны малые шаги (для уменьшения динамических нагрузок) и износоустойчивые шарниры (для обеспечения долговечности).

Основными геометрическими характеристиками цепей являются шаг и ширина, основной силовой характеристикой - разрушающая нагрузка, устанавливаемая опытным путем. В соответствии с международными стандартами применяют цепи с шагом, кратным 25,4 мм (т. е. ~ 1 дюйму)

В СССР изготовляют следующие приводные роликовые и втулочные цепи по ГОСТ 13568-75*:

ПРЛ - роликовые однорядные нормальной точности;

ПР - роликовые повышенной точности;

ПРД - роликовые длиннозвенные;

ПВ - втулочные;

ПРИ - роликовые с изогнутыми пластинами,

а также роликовые цепи по ГОСТ 21834-76* для буровых установок (в быстроходных передачах).

Роликовые цепи - это цепи со звеньями, каждое из которых выполнено из двух пластин, напрессованных на валики (наружные звенья) или на втулки (внутренние звенья). Втулки надеты на валики сопряженных звеньев и образуют шарниры. Наружные и внутренние звенья в цепи чередуются.

Втулки, в свою очередь, несут ролики, которые входят во впадины между зубьями на звездочках и сцепляются со звездочками. Благодаря роликам трение скольжения между цепью и звездочкой заменяется трением качения, что уменьшает износ зубьев звездочек. Пластины очерчивают контуром, напоминающим цифру 8 и приближающим пластины к телам равного сопротивления растяжению.

Валики (оси) цепей выполняют ступенчатыми или гладкими.

Концы валиков расклепывают, поэтому звенья цепи неразъемны. Концы цепи соединяют соединительными звеньями с закреплением валиков шплинтами или расклепыванием. В случае необходимости использования цепи с нечетным числом звеньев применяют специальные переходные звенья, которые, однако, слабее, чем основные;

поэтому обычно стремятся применять цепи с четным числом звеньев.

При больших нагрузках и скоростях во избежание применения цепей с большими шагами, неблагоприятных в отношении динамических нагрузок, применяют многорядные цепи. Их составляют из тех же элементов, что и однорядные, только их налики имеют увеличенную длину. Передаваемые мощности и разрушающие нагрузки многорядных цепей почти пропорциональны числу рядов.

Характеристики роликовых цепей повышенной точности ПР приведены в табл. 1. Роликовые цепи нормальной точности ПРЛ стандаргизованы в диапазоне шагов 15,875.. .50,8 и рассчитаны на разрушающую нагрузку на 10…30% меньше, чем у цепей попышонной точности.

Длинно з в е н н ы е р о л и к о в ы е цепи ПРД выполняют в удвоенным шагом по сравнению с обычными роликовыми. Поэтому они легче и дешевле обычных. Их целесообразно применять при малых скоростях, в частности, в сельскохозяйственном машиностроении.

Втулочные цепи ПВ по конструкции совпадают с роликовыми, но не имеют роликов, что удешевляет цепь и уменьшает габариты и массу при увеличенной площади проекции шарнира. Эти цепи изготовляют с шагом только 9,525 мм и применяют, в частности, в мотоциклах и в автомобилях (привод к распределительному валу). Цепи показывают достаточную работоспособность.

Роликовые цепи с изогнутыми пластинами ПРИ набирают из одинаковых звеньев, подобных переходному звену (см. рис. 12.2, е). В связи с тем, что пластины работают на изгиб и поэтому обладают повышенной податливостью, эти цепи применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.).

В обозначении роликовой или втулочной цепи указывают: тип, шаг, разрушающую нагрузку и номер ГОСТа (например, Цепь ПР-25,4-5670 ГОСТ 13568 -75*}. У многорядных цепей в начале обозначения указывают число рядов.

Зубчатые цепи (табл. 2) - это цепи со звеньями из наборов пластин. Каждая пластина имеет по два зуба со впадиной между ними для размещения зуба звездочки. Рабочие (внешние) поверхности зубьев этих пластин (поверхности контакта со звездочками, ограничены плоскостями и наклонены одна к другой под углом вклинивания a, равным 60°). Этими поверхностями каждое звено садится на два зуба звездочки. Зубья звездочек имеют трапециевидный профиль.

Пластины в звеньях раздвинуты на толщину одной или двух пластин сопряженных звеньев.

В настоящее время в основном изготовляют цепи с шарнирами качения, которые стандартизованы (ГОСТ 13552-81*).

Для образования шарниров в отверстия звеньев вставляют призмы с цилиндрическими рабочими поверхностями. Призмы опираются на лыски. При специальном профилировании отверстии пластин и соответствующих поверхностей призм можно получить в шарнире практически чистое качение. Имеются экспериментальные и эксплуатационные данные о том, что ресурс зубчатых цепей с шарнирами качения во много раз выше, чем цепей с шарнирами скольжения.

Во избежание бокового сползания цепи со звездочек предусматривают направляющие пластины, представляющие собой обычные пластины, но без выемок для зубьев звездочек. Применяют внутренние или боковые направляющие пластины. Внутренние направляющие пластины требуют проточки соответствующей канавки на звездочках. Они обеспечивают лучшее направление при высоких скоростях и имеют основное применение.

Достоинствами зубчатых цепей по сравнению с роликовыми являютсются меньший шум, повышенная кинематическая точность и допускаемая скорость, а также повышенная надежность, связанная с многопластинчатой конструкцией. Однако они тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже. Поэтому они имеют ограниченное применение и вытесняются роликовыми цепями.

Тяговые цепи подразделяют г. а три основных типа: пластинчатые но ГОСТ 588-81*; разборные по ГОСТ 589 85; круглозвепные (нормальной и повышенной прочности) соответственно по ГОСТ 2319-81.

Пластинчатые цепи служат для перемещения грузов под любым углом к горизонтальной плоскости в транспортирующих машинах (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.). Они обычно состоят из пластин простой формы и осей со втулками или без втулок; для них характерны

большие шаги, так как боковые пластины часто используют для закрепления полотна транспортера. Скорости движения цепей этого типа обычно не превышают 2...3 М/С.

Круглозвенные иепи используют в основном для подвеса и подъема грузов.

Существуют специальные цепи, передающие движение между звездочками с взаимно перпендикулярными осями. Валики (оси) двух соседних звеньев такой цепи взаимно перпендикулярны.

§ 3. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИВОДНЫХ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ

Мощности, для передачи которых применяют цепные передачи, изменяются в диапазоне от долей до сотен киловатт, в общем машиностроении обычно до 100 кВт. Межосевые расстояния цепных передач достигают 8 м.

Частоты вращения звездочек и скорость ограничиваются величиной силы удара, возникающей между зубом звездочки и шарниром цепи, износом и шумом передач. Наибольшие рекомендуемые и предельные частоты вращения звездочек приведены в табл. 3. Скорости движения цепей обычно не превышают 15 м/с, однако в передачах с цепями и звездочками высокого качества при эффективных способах смазывания достигают 35 м/с.

Средняя скорость цепи, м/с,

V=znP/(60*1000)

где z - число зубьев звездочки; п стота ее вращения, мин-1; Р-

Изложение материала этой главы ведется в соответствии с ГОСТ «Цепи роликовые. Термины и определения», а также другими стандартами, имеющими отношение к цепным передачам.

Цепной передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательного движения между параллельными валами с помощью двух жестко закрепленных на них зубчатых колес - звездочек и надетой на них бесконечной цепи (рис. 10.1).

Рис. 10.1.

Цепью в общем случае называется многозвенная гибкая связь, которая может использоваться для перемещения грузов (тяговые цепи), подвески или подъема и опускания грузов (грузовые цепи), для передачи движения (приводные цепи). В дальнейшем мы будем рассматривать только приводные цепи, которые используются в цепных передачах.

Достоинства цепных передач заключаются в том, что они позволяют передавать вращение удаленным (до 8 м) валам, а также приводить в движение одной цепью несколько валов; в цепной передаче отсутствует проскальзывание, а радиальная нагрузка на валы в два раза меньше, чем в ременной передаче; цепные передачи имеют высокий КПД (при благоприятных условиях ц = 0,97...0,99), могут осуществлять передачу значительных мощностей (до нескольких тысяч киловатт), допускают скорости движения цепи до 35 м/с и передаточные числа до и = 10.

Недостатки цепных передач - повышенная виброактивность и шум при работе вследствие пульсации скорости цепи и динамических нагрузок; интенсивный износ шарниров вследствие трения и трудностей смазывания; вытягивание цепи вследствие износа шарниров и удлинения пластин.

Цепные передачи широко применяются в металлорежущих и деревообрабатывающих станках, в нефтяном, горном, транспортном, сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях. Цепные передачи выполняют как понижающими, так и повышающими", широко известна, например, повышающая передача к заднему колесу велосипеда. Ответственные цепные передачи выполняют закрытыми, заключенными в жесткий корпус, который служит масляной ванной.

Исходной расчетной характеристикой всех цепей является шаг цепи t, измеряемый по хорде делительной окружности звездочки.

Приводные цепи бывают роликовые, втулочные, зубчатые и фасонно- звенные", первые три вида цепей стандартизированы.

На рисунках 10.1, 10.2 показана двухзвездная передача однорядной роликовой цепью, состоящей из наружного звена I, собранного из двух наружных пластин 1 и валиков 2, неподвижно закрепленных в отверстиях наружных пластин и внутреннего звена II, состоящего из двух внутренних пластин 3, втулок 4, неподвижно закрепляемых в отверстиях внутренних пластин и роликов 5, свободно одеваемых на втулки. Ролики, перекатываясь по зубьям звездочек, уменьшают их износ.

Наружное и внутреннее звенья в сборе образуют вращательную кинематическую пару. Пластины имеют форму тел равного сопротивления.

Втулочная цепь отличается от роликовой тем, что не имеет роликов, а диаметр ее валиков и длина втулок несколько больше, благодаря чему при прочих равных условиях среднее давление в шарнирах втулочной цепи меньше. Втулочные цепи дешевле роликовых, но износостойкость их ниже.

Роликовые и втулочные цепи могут быть однорядными и многорядными.

Рис. 10.2.

На рисунке 10.3 показана двухрядная роликовая цепь, которая собирается из элементов однорядной цепи, за исключением валиков. Валики втулочных и роликовых цепей расклепывают, кроме валиков соединительного звена 1, с помощью которого пружинным замком или шплинтами соединяются концы цепи. Если число шагов цепи нечетное, то применяется переходное звено 2.

Рис. 10.3.

Согласно стандарту, приводные роликовые и втулочные цепи для машин и механизмов изготавливают следующих типов: ПРЛ - роликовые легкой серии; ПР - роликовые нормальной серии; ПРД - роликовые длиннозвенные; ПРИ - роликовые с изогнутыми пластинами; ПВ - втулочные.

Число рядов цепи указывается цифрой, которая ставится перед обозначением, например, ЗПР-25,4-170,1 - трехрядная приводная роликовая цепь нормальной серии с шагом 25,4 мм и разрушающей нагрузкой 170,1 кН.

Применение многорядных цепей значительно уменьшает габариты передачи в плоскости, перпендикулярной осям.

Втулочные цепи согласно стандарту изготавливают одно- и двухрядными с шагом 9,525 мм; эти цепи применяют, например, в автомобилях и мотоциклах.

Длиннозвенные роликовые цепи имеют звенья двойного шага, поэтому они легче и дешевле других и применяются при малых скоростях, в частности, в сельскохозяйственном машиностроении.

Роликовые цепи с изогнутыми пластинами обладают повышенной податливостью (пластины работают на изгиб) и поэтому их применяют при динамических нагрузках, например частых реверсах, ударах и т.д.

Кроме вышеуказанных стандартизированы роликовые приводные цепи для буровых установок, которые предназначены для работы в быстроходных передачах; пластины цепи имеют защитное или защитнодекоративное покрытие.

Пластины втулочных и роликовых цепей изготавливают из закаливаемых до невысокой твердости сталей, валики и втулки - из цементуемых сталей, а ролики - из тех и других с закалкой до высокой твердости.

Зубчатые цепи с шарнирами качения изготавливают по стандарту. На рисунке 10.4, а показаны три проекции звеньев зубчатой цепи типа I (с односторонним зацеплением), состоящей из рабочей пластины /; направляющей пластины 2, предотвращающей сползание цепи со звездочки; удлиненной призмы 3; внутренней призмы 4; соединительной призмы 5; шайбы 6 и шплинта 7. На рисунке 10.4, б показан шарнир качения 3-4. Пластины цепи имеют зубообразную форму, рабочие грани пластин расположены под углом 60°.

Рис. 10.4.

На рисунке 10.4, в показана зубчатая цепь типа II (с двусторонним зацеплением); эта конструкция предусмотрена стандартом для цепей с большими шагами.

Зубчатые цепи по сравнению с роликовыми работают более плавно и с меньшим шумом, обеспечивают высокую кинематическую точность, обладают большей надежностью и нагрузочной способностью. Зубчатая цепь с одним и тем же шагом может быть использована в большом диапазоне мощностей за счет изменения рабочей ширины (см. рис. 10.4) в значительных пределах. Такие цепи имеют высокий КПД (до 0,98), менее подвержены вытягиванию, но их масса и стоимость значительно больше, чем у роликовых цепей. Зубчатые цепи целесообразно применять при больших значениях передаваемой мощности и высокой скорости движения цепи, которая допускается до 35 м/с.

Пример обозначения приводной зубчатой цепи типа I с шагом t = 19,05 мм, с разрушающей нагрузкой 74 кН и рабочей шириной Ъ = 45 мм: ПЗ-1-19,05-74-45.

Рис. 10.5.

Пластины зубчатых цепей изготавливают из стали 50, обеспечивая твердость 38...45 HRC, а призмы - из сталей 15 или 20 с последующей цементацией и закалкой до твердости 52...60 HRC.

Фасонно-звенные цепи применяют при малых скоростях в условиях плохой смазки и защиты, при отсутствии жестких требований к габаритам передачи, например в сельскохозяйственных машинах. На рисунке 10.5 показана крючковая цепь, допускающая свободное разъединение звеньев. Звенья фасонно-звенных цепей отливают из ковкого чугуна и в дальнейшем не обрабатывают; звенья крючковой цепи могут быть штампованными из полосовой стали.

Звездочки роликовых и втулочных, а также зубчатых цепей профилируют и изготавливают в соответствии с государственными стандартами.

На рисунке 10.6, а показан стандартный профиль зубьев звездочки для роликовой цепи, где d - диаметр делительной окружности звездочки; t - шаг цепи; D - диаметр ролика; радиус впадины звездочки г = 0,5025/1 + 0,05 мм. На рисунке 10.6, б показаны конструкции звездочек для одно-, двух- и трехрядной цепи.

Рис. 10.6.

На рисунке 10.7 показан стандартный профиль зубьев и сечение звездочки для зубчатой цепи типа I; в середине зубьев сделана прорезь для направляющих пластин.

Материалами для изготовления звездочек служит чугун (серый, ковкий, антифрикционный, высокопрочный) - для звездочек с большим числом зубьев и для цепей сельхозмашин; стали цементуемые - при динамических нагрузках; стали закаливаемые - при работе без резких толчков и ударов. Кроме того, для изготовления звездочек применяют пластмассы и композиционные материалы.

Рис. 10.7.

Диаметр делительной окружности звездочки, на которой располагаются оси шарниров

где t - шаг цепи; z - число зубьев звездочки.

Простейшая цепная передача (рис. 3) состоит из двух, закрепленных каждая на своем валу, звездочек (1 и 2), меньшая из которых чаще всего бывает ведущей, и охватывающей их цепи 3, составленной из множества жестких звеньев, имеющих возможность поворачиваться друг относительно друга.

Цепные передачи нашли широкое применение в машинах общепромышленного назначения.

Цепные передачи находят широчайшее применение в различных подъемных (например, в многоковшовых элеваторах) и транспортирующих устройствах. Применение цепных передач в этих случаях упрощает конструкцию узлов машин, повышает их надежность и производительность. В этих устройствах применяются цепи самых разных конструктивных типов.

Цепные передачи используют как для редуцирования (снижения скорости в процессе передачи) вращательного движения, так и для его мультиплицирования (повышения скорости).

Достоинства цепных передач: 1. Возможность передачи движения на достаточно большие расстояния (до 8 м). 2. Возможность передачи движения одной цепью нескольким валам. 3. Отсутствие проскальзывания, а следовательно, и стабильность передаточного отношения при уменьшенной поперечной нагрузке на валы и на их опоры. 4. Относительно высокий КПД (0,96…0,98 при достаточной смазке).

Недостатки цепных передач: 1. Повышенная шумность и виброактивность при работе вследствие пульсации скорости цепи и возникающих при этом динамических нагрузок. 2. Интенсивный износ шарниров цепи вследствие ударного взаимодействия со впадиной звездочки, трения скольжения в самом шарнире и трудности смазки. 3. Вытягивание цепи (увеличение шага между шарнирами звеньев) вследствие износа шарниров и удлинения пластин. 4. Сравнительно высокая стоимость.

Классификация:

Цепи по назначению могут быть разделены на:

1. тяговые цепи, предназначенные для перемещения грузов по горизонтальной или наклонной поверхности;

2. грузовые цепи, предназначенные для подъема грузов;

3. приводные цепи, предназначенные для передачи движения, чаще всего вращательного, в цепных передачах.

Наибольшее распространение в качестве приводных получили роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Эти три разновидности цепей стандартизованы.

8. Зубчатые передачи, схемы, назначение, достоинства, недостатки, классификация .

Зубчатая передача -трехзвенный механизм, включающий два подвижных звена, взаимодействующих между собой через высшую зубчатую кинематическую пару и образующих с третьим неподвижным звеном низшие (вращательные или поступательные) кинематические пары

Рис. 1. Виды зубчатых передач

Меньшее зубчатое колесо, участвующее в зацеплении обычно называют шестерней , большее – зубчатым колесом , звено зубчатой передачи, соверша­ющее прямолинейное движение, называют зубчатой рейкой (рис. 1, к).

Рис. 2. Схема зубчатой передачи и ее параметры

Назначение зубчатой передачи - передача движения (чаще всего вращательного) с преобразованием параметров, а иногда и его вида (реечная передача). Зубчатые передачи вра­щательного движения наиболее распространены в технике (рис. 5). Они характеризуются передаваемыми мощностями от микроватт (механизм кварцевых наручных часов) до десятков тысяч киловатт (крупные шаровые мельницы, дробилки, обжиговые печи) при окружных скоростях до 150 м/с.

Достоинства зубчатых передач:

1. Высокая надежность работы в широком диапазоне нагрузок и скоростей.

2. Большой ресурс.

3. Малые габариты.

4 Высокий КПД.

5. Относительно малые нагрузки на валы и подшипники.

6. Постоянство передаточного числа.

7. Простота обслуживания.

Недостатки зубчатых передач :

1. Сложность изготовления и ремонта (необходимо высокоточное специализированное оборудование).

2. Относительно высокий уровень шума, особенно на больших скоростях.

3. Нерациональное использование зубьев – в работе передачи одновременно участвуют обычно не более двух зубьев каждого из зацепляющихся колёс.

Классификация зубчатых передач:

1. По величине передаточного числа:

1.1. с передаточным числом u >1 – редуцирующие (редукторы - большинство зубчатых передач);

1.2. с передаточным числом u <1 – мультиплицирующие (мультипликаторы).

2. По взаимному расположению валов:

2.1. с параллельными валами - цилиндрические зубчатые передачи

2.2. с пересекающимися осями валов - конические зубчатые передачи

(конические передачи с углом 90град между осями валов называют ортогональными);

2.3. с перекрещивающимися осями валов - червячные, винтовые (рис. 5, и), гипоидные;

2.4. с преобразованием движения – реечные

3. По расположению зубьев относительно образующей поверхности колеса:

3.1. прямозубые - продольная ось зуба параллельна образующей поверх­ности колеса;

3.2. косозубые - продольная ось зуба направлена под углом к образующей поверхности колеса;

3.3. шевронные - зуб выполнен в форме двух косозубых колес со встреч­ным наклоном осей зубьев;

3.4. с круговым зубом - ось зуба выполнена по окружности относительно образующей поверхности колеса.

4. По форме зацепляющихся звеньев:

4.1. с внешним зацеплением - зубья направлены своими вершинами от оси вращения колеса;

4.2. с внутренним зацеплением - зубья одного из зацепляющихся колес направлены своими вершинами к оси вращения колеса;

4.3. реечное зацепление - одно из колес заменено прямолинейной зуб­чатой рейкой;

4.4. с некруглыми колесами.

5. По форме рабочего профиля зуба:

5.1. эвольвентные - рабочий профиль зуба очерчен по эвольвенте круга (линия описываемая точкой прямой, катящейся без скольжения по окружности);

5.2. циклоидальные - рабочий профиль зуба очерчен по круговой циклоиде (линия описываемая точкой окружности, катящейся без скольжения по другой окружности);

5.3. цевочное (разновидность циклоидального) – зубья одного из колес, входящих в зацепление, заменены цилиндрическими пальцами – цевками;

5.4. с круговым профилем зуба (зацепление Новикова) – рабочие профили зубьев образованы дугами окружности практически одинаковых радиусов.

6. По относительной подвижности геометрических осей зубчатых колес:

6.1. с неподвижными осями колес - рядовые передачи (рис. 5);

6.2. с подвижными осями некоторых колес - планетарные передачи.

7. По жесткости зубчатого венца колес, входящих в зацепление:

7.1. с колесами неизменяемой формы (с жестким венцом);

7.2. включающая колеса с венцом изменяющейся формы (гибким).

8. По окружной (тангенциальной) скорости зубьев:

8.1. тихоходные (Vз < 3 м/с);

8.2. среднескоростные (3< Vз < 15 м/с);

8.3. быстроходные (Vз > 15 м/с).

9. По конструктивному исполнению:

9.1. открытые (бескорпусные);

9.2. закрытые (корпусные).

Наиболее широкое применение находят редуцирующие зубчатые передачи вращательного движения, в том числе и в многоцелевых гусеничных и колесных машинах (коробки передач, бортовые редукторы, приводы различных устройств). Поэтому дальнейшее изложение, если это не упоминается особо, касается только передач вращательного движения.

При этом сама цепь включает в себя многочисленные подвижные звенья. Они соединяются между собой в виде замкнутой окружности.

Обычно количество зубцов на звездочке и количество звеньевых элементов в цепях определяется взаимно простым числом. Благодаря этому, обеспечивается максимально равномерное изнашивание механизма в целом.

Преимущества и недостатки цепной передачи

Кроме цепных, существуют еще и ременные передачи. Однако в большинстве случаев прибегают именно к цепным, так как они обладают рядом немаловажных достоинств:

1. Отсутствие проскальзывания, как это при определенных условиях бывает в ременных передачах.
2. Можно обеспечить высокую степень компактности механизма.
3. Средний показатель передаточного отношения находится на постоянном уровне.
4. Благодаря отсутствию такого явления, как предварительное натяжение, отсутствуют второстепенные нагрузки на ключевые узлы механизма.
5. Даже если скорость падает, показатели мощности остаются довольно высокими.
6. Цепные передачи практически не чувствительны к влажностным и температурным перепадам.
7. Можно быстро адаптировать такую передачу практически под любые механизмы, если прибавить или удалить цепное звено.
8. При необходимости можно передать вращательный момент сразу нескольким звездочкам посредством всего одной цепи.
9. Можно организовывать передачу вращательного момента на довольно большие расстояния – до 7 метров.
10. Цепная передача отличается большим коэффициентом полезного действия – порядка 98 процентов.
11. При необходимости вышедшие из строя звенья, саму цепь или звездочки можно быстро заменить.

Однако имеются у цепных передач и определенные недостатки:

1. При длительной интенсивной эксплуатации шарниры в звеньях цепей изнашиваются, что приводит к растяжению пластин и увеличению общей длины цепи.
2. Передачу можно применять без необходимости останавливать движение во время реверсированного хода.
3. Цепь в некоторых видах механизмов достаточно сложно смазывать.
4. Можно наблюдать неравномерность передаточного отношения и, как следствие, неравномерность скорости. Особенно данный эффект заметен в случае, если звездочка не обладает большим числом зубцов.

Все перечисленное следует непременно учитывать, делая выбор между цепными и ременными разновидностями передач.

Какими характеристиками обладают цепные передачи

Среди важнейших характеристик практически любых цепных передач следует назвать:

1. Показатель шага цепи – данный параметр влияет на плавность и точность хода. При уменьшении данного параметра увеличиваются показатели точности и плавности хода.
2. Количество зубьев на ведущих и ведомых звездочках.
3. Радиусы вписанной и описанной окружностей звездочек.
4. Соотношение радиусов ведущей и ведомой звездочек. Соответственно, чем больше диаметр ведущей звездочки по отношению к ведомой, тем легче будет передавать движение.
5. Расстояние между центрами окружностей звездочек – от этого будет зависеть, например, длина цепи.

Все эти моменты также необходимо принимать во внимание.

Из чего состоит цепная передача

Цепные передачи – достаточно простые в конструктивном плане механизмы. Тем не менее, не будет лишним знать, из каких элементов они состоят.

Звездочка. Обычно в цепных передачах конструктивно предусмотрены лишь две звездочки (хотя есть варианты). Одна из них выступает в роли ведущей, а вторая – в качестве ведомой. Стабильность и эффективность функционирования цепных видов передач в немалой степени будет зависеть именно от их качества и точности производства: соблюдению размеров (вплоть до миллиметра), используемого при изготовлении материала.

Стоит отметить, что размеры и формы звездочек будут определяться количественными характеристиками цепей (а не наоборот, как думают некоторые), числом передаточного отношения, количеством зубьев на наименьшей ведущей звездочке в механизме. Параметрические и иные характеристики звездочек определяются ГОСТом 13576 — 81. Характеристики звездочек для цепей роликовых и втулочных разновидностей определяются ГОСТом 591 — 69.

Звездочки должны быть изготовлены из достаточно крепких и износостойких материалов, которые смогут длительное время эксплуатироваться под существенными механическими нагрузками, в том числе, и ударного характера. Согласно ГОСТу, в качестве такого материала может выступать сталь марок 40, 45, 40Х и иных видов со степенью закалки HRC 50 – 60. Звездочки, не предназначенные для высокоскоростных механизмов, могут быть изготовлены из модифицированных видов чугуна марок СЧ 15, СЧ 20.

Сегодня можно встретить звездочки с наконечниками зубцов, изготовленными из различных видов пластика. Такие изделия отличаются пониженной степенью износа и бесшумностью работы.

Другой составляющей цепных передач является, разумеется, цепь. Цепи производятся на промышленных производственных линиях. Их параметры строго регламентируются соответствующими стандартами. Сегодня промышленность может предложить такие разновидности цепей, как:

1. Грузовые – предназначаются для поднятия и опускания грузов и для их подвешивания. Используются такие цепи, как правило, на разного рода грузоподъемниках.
2. Тяговые – они служат для передвижения грузов и используются в транспортирующих устройствах.
3. Приводные – служат для передачи механической энергии от одной звездочки к другой. Ярким примером использования такой передачи может служить самый обычный велосипед и иные виды транспортных средств.

Основные элементы стандартной цепи приведены на рисунке ниже.

Классификация цепей

Поскольку именно приводные цепи являются наиболее распространенной разновидностью, имеет смысл рассмотреть подробнее, какие ее разновидности существуют.

Роликовые цепи (позиция III на рисунке) включают в себя внутренние и наружные звенья. Те, чередуясь между собой, формируют подвижные относительно друг друга последовательные соединения. Каждое звено включает в себя по две пластинки, напрессованные на осевые или на втулочные опоры. Втулки надеваются на оси звена, образуя шарнирное соединение. Во избежание увеличения степени износа звездочек на втулку обычно надевают ролик, который должен заменить трение скольжения трением качения.

Концы цепи могут соединяться между собой:

1. Посредством соединительных звеньев – при нечетном количестве звеньев.
2. Через переходное звено – при четном количестве звеньев.

Если передача должна работать в интенсивном режиме в течение продолжительного времени, то используют многорядную роликовую цепь. Это позволяет уменьшить размер каждой звездочки и ее шаг.

Роликовые цепи могут быть выполнены и с изогнутыми пластинами на каждом звене (позиция IV на рисунке). Такая разновидность применяется, если предполагается эксплуатация соединения в условиях высоких ударных нагрузок. Благодаря особой форме пластины, сила удара существенно гасится.

Втулочные цепи (позиция V) конструктивно не имеют отличий от роликовых, однако роликами не обладают. Благодаря этому, удешевляется производство таких цепей и уменьшается их масса. Но это одновременно способствует и более быстрому износу зубцов.

Бесшумные зубчатые цепи (на рисунке позиция VI) включают в себя специальные пластинки, оснащенные зубцами. Сами пластины имеют шарнирное соединение. Благодаря такой конструкции, можно обеспечивать низкий уровень шума механизма, а также плавность хода. При этом зубья располагаются под углом в 60 градусов. Используются такие разновидности цепей в механизмах с высокой скоростью работы. Поэтому пластину следует изготавливать из закаленной стали по твердости Н RC 40 — 45. Недостатком таких цепей можно считать их относительную дороговизну, а также необходимость в особом уходе.

Крючковые цепи (позиция VII). В свой состав они включают звенья особой формы безо всяких дополнительных элементов.

Втулочно-штыревые цепи (позиция VIII на рисунке) – в них звенья соединяются при помощи штырей. Такая разновидность цепей используется в самых разных сферах сельского хозяйства и машиностроения.

Поскольку в процессе интенсивной работы любая цепь будет со временем вытягиваться, следует периодически осуществлять регулировку ее натяжения. Это достигается путем перемещения одной звездочки или сразу двух, в зависимости от конструктивных особенностей регулировочного механизма. Он позволяет, как правило, проводить регулировку, если цепь растянулась всего на одно-два звена. Если же степень растяжения больше, то цепь просто заменяют на новую.

Не стоит забывать и про своевременную смазку любой цепи. От этого будет напрямую зависеть срок ее работы. Если скорость передвижения цепи не слишком большая – до 4 метров в секунду, то допускается смазка при помощи обычной ручной масленки. При скоростях до 10 метров в секунду используется масленка-капельница.

Для более глубокой смазки цепь погружают в емкость, наполненную маслом. Степень погружения цепи не должна превышать ширину каждой пластины.

Если приходится иметь дело с мощными высокоскоростными механизмами, то применяется циркуляционная струйная смазка с помощью насосов.

Выбирая тот или иной метод смазки, необходимо опираться на конструктивные особенности каждого конкретного вида механизмов, а также на характер потерь энергии при трении. Потери при трении возникают из-за трения шарнирных соединений, пластин друг с другом, между зубьями и элементами цепи, а также в опорных элементах конструкции. Кроме того, существуют потери при разбрызгивании смазочного материала. Правда, они являются существенными лишь в случае, если смазку проводят с помощью погружения цепей в смазочные материалы и при работе на скоростях, близких к предельно допустимым.

Области использования цепной передачи

Примечательно, что данный вид передачи известен человечеству довольно давно. По крайней мере, в теории. Изучение работ известного изобретателя и художника Леонардо да Винчи показало, что он задумывался над различными вариантами использования цепных передач во всевозможных механизмах. На рисунках можно увидеть прообразы современных велосипедов и многих других известных сегодня механизмов. Правда, доподлинно не известно, смог ли великий Леонардо воплотить на практике свои идеи. Промышленность того времени не позволяла изготавливать механизмы с необходимой степенью точности.

Впервые же на практике удалось использовать данный вид передач лишь в 1832 году. Стоит отметить, что на внешний облик современного велосипеда, а также на его технико-эксплуатационные характеристики в немалой степени повлияло именно то, что в 1876 году изобретателю Лоусону пришло в голову использовать именно цепную передачу. До того момента колеса в движение приводились либо напрямую через педали, либо ездок должен был отталкиваться ногами от земли.

Данная разновидность передач во всевозможных модификациях сегодня используются крайне обширно в различных сферах машинного строения. Транспорт, производственное станковое оборудование, сельскохозяйственные агрегаты – перечислить все без исключения механизмы, в которых находят свое использование разновидности цепной передачи, не представляется возможным.

К ней прибегают и тогда, когда межосевые расстояния достаточно велики. В этих случаях применение передачи ременного типа нецелесообразно, а зубчатые применить невозможно из-за значительного усложнения конструкции и увеличения массы механизма. Не стоит забывать и про силу трения, которая увеличивается прямо пропорционально количеству зубчатых колес в механизме. В случае с цепными передачами, как уже отмечалось, есть сила трения качения, которая в разы меньше силы трения скольжения.

Можно также встретить данный вид передач в технике, которая использует цепь в качестве непосредственного рабочего элемента, а не в роли приводного. К таковым, например, относятся снегоуборочные агрегаты, элеваторные и скребковые механизмы, а также им аналогичные.

Как правило, прибегают к цепным передачам открытого типа, которые при необходимости смазываются вручную. В таких конструкциях либо вовсе не осуществляется влаго-пылевой защиты, либо она присутствует на минимальном уровне, как в случае с велосипедом.

Обычно те или иные виды цепных передач используются, если необходимо осуществить передачу мощностей до 120 киловатт при наружных скоростях не более 15 метров в секунду.

Немного о звездочках

Эффективность и продолжительность работы всего цепного механизма будет в немалой степени зависеть от того, как были изготовлены звездочки в механизме. Это касается как соблюдения всех точных размеров, так и материалов изготовления.

Количество зубцов – одна из важнейших характеристик любой звездочки.

Натяжная звездочка используется там, где нужно предотвратить эффект провисания цепи. Обычно ее устанавливают на ведомых частях механизмов.

Главные параметрические характеристики звездочек описаны в соответствующих пунктах ГОСТа 13576-81.

Цепные виды передач – это действительно высокоэффективный и притом экономичный вид механизмов. Их используют во многих областях транспорта и машинного строения.

Разновидности цепной передачи

Сегодня можно столкнуться с самыми разными классификациями данного вида передачи. Все зависит от того, по какому именно признаку проводить классификацию:

1. По своему предназначению передачи бывают тяговыми, приводными, а также грузовыми.
2. Сложными или простыми – если проводить классификацию по общему числу звездочек в механизме. К сложным принято относить те механизмы, в состав которых входит более двух звездочек.
3. Также передачи могут быть ведущими и ведомыми.
4. Если классифицировать передачи на основании направления вращения, то они могут быть прямыми и реверсивными.
5. Согласно принципу расположения, они бывают замкнутыми, горизонтально или вертикально расположенными.
6. Также звездочки могут быть по-разному отцентрованы. В этом случае принято различать горизонтально расположенные и вертикально расположенные передачи, а также под определенным углом.
7. Пониженные и повышенные передачи – согласно частоте оборотов.
8. Открытого и закрытого типа передачи – в зависимости от того, помещены они в пылезащитные кожухи или нет. Передачи закрытого типа также могут помещаться внутрь механизма, корпус которого и защищает их от проникновения пыли и влаги.
9. Наконец, по способу внесения смазочного материала передачи могут быть ручными, масляными и циркуляционными. Об их специфике уже немного было упомянуто выше.

Каждый из этих видов применяется в тех или иных областях техники.

где Т - вращающий момент на звездочке; d - делительный диаметр ведущей звез­дочки (см. рис. 12 и 13).

Силы натяжения:

Ведущей ветви цепи работающей передачи (рис. 16)

F 1 = F t + F 0 + F v ;(11)

Ведомой ветви цепи

F 2 = F 0 + F v ;(12)

От провисания цепи

F 0 =K f ∙q∙a∙g ,(13)

где K f - коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и величины стрелы провисания цепи f

При f = (0,01 ÷ 0,002) a для горизонтальных передач K f =6; для наклон­ ных (≈ 40 ° ) - K f = 3; для вертикальных K f =1

q - масса 1 м цепи, кг (см. табл.1);

а - межосевое расстояние, м; g = 9,81 м/с 2 ;

От центробежных сил ;

F u = qv 2 ,(14)

где v – средняя скорость цепи в м / c .

Рис. 16. Силы натяжения в цепной передаче

Вал и опора воспринимают силы натя­жения от провисания цепи и от окружной силы. Приближенно

F s = F t ∙ K в +2 F 0 ,(15)

где

К B - коэффициент нагрузки на вал (табл.3).

Нагрузка на валы и опоры в цепной передаче значительно меньше, чем в ременной передаче.

Таблица 3. Значение коэффициента нагрузки на вал К в

Наклон линии центров звездочек к горизонту, град	Характер нагрузки	К в
0 ÷ 40	Спокойная Ударная	1,15 1,30
40 ÷ 90	Спокойная Ударная	1,05 1,15

Методика подбора и проверки цепей с учетом их долговечности

Основным критерием работоспособности приводных цепей является износостойкость их шарниров. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, нагрузочная способность цепи прямо пропорциональна давлению в шарнирах, а долговечность – обратно пропорциональна.

Расчет цепи на износостойкость шарниров. Среднее давление р в шарнире не должно превышать допускаемого (указанного в табл.1), т. е.

где F t =2 t / d - окружная сила, передаваемая цепью; T - вращающий момент; d - диаметр делительной окружности звездочки (если задана мощность P передачи, то F t =p /v , где v – скорость цепи); А - площадь проекции опор­ной поверхности шарнира, для роликовых и втулочных цепей А = dB ; для зубчатых цепей А = 0,76 dB ; m – число рядов цепи; К - коэффициент эксплуатации;

K = K 1 ∙ K 2 ∙ K 3 ∙ K 4 ∙ K 5 ∙ K 6 (17)

(значения коэффициентов K 1 ÷ K 6 - см. табл.4).

Значение давления в шарнире должно находиться в пределах 0,6[p]≤p ≤1,05.

Если полученное значение давления в шарнире превышает или значительно меньше допустимого, то, меняя d, T, рядность цепи m или параметры, влияющие на К , добиваются выполнения указанного условия.

Таблица 4. Значение различных коэффициентов при расчете цепи по износостойкости шарниров

Коэффициент	Условия работы	Значение
К 1 - динамичности	При спокойной нагрузке При толчкообразной или переменной нагрузке	1,25-1,5
K 2 - межосевого расстояния	a<25t a=(30 ÷ 50)t a=(60 ÷8 0)t	1,25
K 3 - способа смазывания	Смазывание: непрерывное капельное периодическое
К 4 - наклона линии цен­тров в горизонту	При наклоне линии центров к горизонту, град.: до 60 свыше 60
К 5 - режима работы	При работе: односменной двухсменной непрерывной	1,25
К 6 - способа регулирова­ния натяжения цепи	При подвижных опорах При оттяжных звездочках При отжимном ролике	1,25

Преобразуем формулу (16):

а) выразим окружную силу через вращающий момент на ведущей звездочке T 1 , шаг цепи t и число зубьев этой звездочки z 1 ;

б) представим площадь опорной поверхности шарнира в виде функции от шага t . После чего получим выражение для определения шага цепи:

для роликовой и втулочной цепей

для зубчатой цепи с шарниром скольжения

где т - число рядов в роликовой или втулочной цепи;

𝜓 p = B / t =2 ÷ 8 - коэффициент ширины зубчатой цепи.

Расчет цепи по разрушающей нагрузке (по запасу прочности). В от­ветственных случаях выбранную цепь проверяют по коэффициенту запаса прочности

где F -

Σ F 1 = F t ∙ K B + F v + F

[ s ] - требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности (выби­рают по табл.1).

Долговечность по числу входов в зацепление с обеими звездочками (число ударов) проверяют по формуле

где z ц - общее число звеньев цепи; zn - число зубьев и частота враще­ния звездочки (ведущей или ведомой); U - действительное число входов звеньев цепи в зацепление за 1 с; v - окружная скорость, м /с; L - длина цепи, м; [ U ] - допускаемое число входов цепи в зацепление за 1 с (см. табл.1).

Последовательность проектировочного расчета цепных передач.

1. Выбрать тип цепи по ее предполагаемой скорости и из условий рабо­ты передачи (роликовая, втулочная, зубчатая).

2. По передаточному числу и выбрать по табл.1 число зубьев малой звездочки z 1 , по формуле (9) определить число зубьев большей звездочки z 2 . Проверить выполнение условия z 2

3. Определить вращающий момент Т х на малой звездочке, по табл.1 выбрать допускаемое давление в шарнирах [р ], задать расчетные коэффи­циенты K 1 , K 2 , K 3 , K 4 , K 5 , K 6 и по формуле (17) определить коэффициент эксплуатации K . После чего из условия износостойкости шарниров [см. формулы (18), (19)] определить шаг цепи. Полученное значение шага t округлить до стандартного (см. табл.1).

4. Принятый шаг проверить по допустимой угловой скорости малой звездочки (см. табл.1). При несоблюдении условия ω = ω max увеличить число рядов роликовой (втулочной) цепи или ширину зубчатой цепи.

5. По формуле (8) определить среднюю скорость цепи v и силу F t , по­сле чего по формуле (16) проверить износостойкость цепи. При несоблю­дении условия р <[р] увеличить шаг цепи и расчет повторить.

6. Определить геометрические размеры передачи.

7. Для особо ответственных цепных передач по формуле (20) прове­рить выбранную цепь по коэффициенту запаса прочности.

8. По формуле (21) проверить передачу по числу ударов за 1 с.

Расчет передачи зубчатой цепью

Шаг цепи выбирают в зависимости от максимально допустимой частоты вращения п 1 max меньшей звездочки.

Число зубьев z 1 меньшей звездочки принимают по формуле, при этом учитывают, что с увеличением числа зубьев z 1 давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность цепи соответственно увеличивается.

Диаметры окружностей звездочек:

Делительной

Наружной

Числазубьевзвездочек: z 1 = 37-2и (но не меньше 17), z 2 = z 1 (но не больше 140): здесь u = n 1 / n 2 = z 2 / z 1 .

Угол вклинивания цепи α = 60° (см.р ис.13.2).

Двойной угол впадины зуба: 2β =α -φ .

Угол заострения зуба: γ =30° -φ ,

где φ = 360° / Z .

Ширина зубчатого венца звездочки: B =b +2S ,

где S – толщина пластины цепи.

Параметрыцепнойпередачи – межосевое расстояние а, длину цепи L - оп­ределяют по формулам для роликовых цепей.

Силы, действующие в передаче, определяют так же, как и в случае передачи ролико­выми цепями.

Главный параметр зубчатой цепи – ее ширину в мм , определяют по формуле

Здесь Р - передаваемая мощность, кВт; коэффициент К имеет то же значение, что и в передаче роликовой цепью [см. фор­мулу (17)]; [ P 10 ] - мощность, кВт, до­пускаемая для передачи зубчатой цепью шириной 10 мм (см. табл. 5). Так как значения Р 10 приведены в таблице в зависимости от шага t и скорости v , а в начале расчета эти величины неизвестны, то приходится выполнять расчет мето­дом последовательных приближений: принимая предварительно ориентировочное значение шага t , находят скорость цепи

По этим величинам определяют из табл.5 значение [Р 10 ] и вычисляют по формуле (24) ширину цепи b . Полученный результат округляют до ближайшего большего значения по табл. 2. Оптимальные результаты могут быть получены на основе просчета ряда вариантов на ЭВМ с раз­личными сочетаниями величин t , z 1, b ; при этом исходные дан­ные (Р , n 1, n 2 , условия монтажа и эксплуатации) не должны, как правило, изменяться.

Таблица 5. Значения [ Р 10 ] , кВт, для приводных зубчатых цепей

типа 1 (одностороннего зацепления) условной шириной 10 мм

t , мм	Скорость цепи v , м/с
12,7 15,875 19,05 25,4 31,75							2,35

Расчет заканчивается определением геометрических пара­метров передачи, нагрузок, действующих в ней, проверкой коэффициента прочности цепи - аналогично тому, как это из­ложено выше в расчете передачи приводными роликовыми цепями, с тем, однако, отличием, что расчетный коэффициент прочности должен быть не меньше нормативного [s ], указан­ного в табл. 6.

Таблица 6. Нормативный коэффициент запаса прочности [ s ]

приводных зубчатых цепей типа 1 (с односторонним зацеплением)

t , мм	Частота вращения меньшей звездочки n 1 обмин
12,7 15,875 19,05 25,4 31,75

Критерии работоспособности и виды повреждений цепных передач

Экспериментальные наблюдения показывают, что основными причинами выхода из строя цепных передач являются:

1. Износ шар­ниров (за счет ударов при вхождении цепи в зацепление с зубьями звездочки и из-за изнашивания их от трения) , приводящий к удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездоч­ками (основной критерий работоспособ­ности для большинства передач). Граничное удлинение цепи по причине износа шарниров не должно превышать 3%, так как нарушается правильность зацепления шарниров цепи и зубьев.

2. Усталостное разрушение пластин по проушинам основной крите­рий для быстроходных тяжелонагруженных роликовых цепей, работающих в за­крытых картерах с хорошим смазыванием.

3. Проворачивание валиков и вту­лок в пластинах в местах запрессовки - распространенная причина выхода из строя цепей, связанная с недостаточно высоким качеством изготовления.

4. Выкрашивание и разруше­ние роликов.

5. Достижение предельного про­висания холостой ветви - один из кри­териев для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием, работающих при отсутствии натяжных устройств и стес­ненных габаритах.

6. Износ зубьев звездочек.

В соответствии с приведенными причи­нами выхода цепных передач из строя можно сделать вывод о том, что срок службы передачи чаще всего ограничи­вается долговечностью цепи.

Долговечность же цепи в первую оче­редь зависит от износостойкости шарни­ров.

По этому критерию выполняется проектировочный расчет цепной передачи при использовании среднего давления в шарнире p u . Предохранение от чрезмерного растяжения цепи при эксплуатации либо от перегрузок и разрушения при пуске обеспечиваются проверочным расчетом цепи на прочность.

Материалы цепей

Материал и термическая об­работка цепей имеют решающее зна­чение для их долговечности.

Пластины выполняют из среднеуглеродистых или легированных закаливаемых сталей: 45, 50, 40Х, 40ХН, ЗОХНЗА твердостью преимущественно 40...50HRCэ; пластины зубчатых цепей - преимущественно из стали 50. Изогнутые пла­стины, как правило, изготовляют из леги­рованных сталей. Пластины в зависимости от назначения цепи закаливают до твер­дости 40.-.50 HRCэ . Детали шарниров валики, втулки и призмы - выполняют преимущественно из цементуемых ста­лей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗ, 20ХИЗА, 20Х2Н4А, ЗОХНЗА и подвергают закалке до 55-65 HRCэ . В связи с высокими требованиями к современным цепным передачам целесообразно применять легиро­ванные стали. Эффективно применение га­зового цианирования рабочих поверхно­стей шарниров. Многократного повышения ресурса цепей можно достигнуть диффу­зионным хромированием шарниров. Усталостную прочность пластин роликовых цепей существенно повышают обжатием краев отверстий. Эффективна также дро­беструйная обработка.

В шарнирах роликовых цепей для ра­боты без смазочного материала или при скудной его подаче начинают применять пластмассы.

Ресурс цепных передач в стационарных машинах должен составлять 10...15 тыс. ч работы.

Потери на трение. Конструирование передач

Потери на трение в цепных передачах складываются из потерь: а) на трение в шарнирах; б) на трение между пласти­нами; в) на трение между звездочкой и звеньями цепи, а в роликовых цепях также между роликом и втулкой, при входе звеньев в зацепление и выходе из зацеп­ления; г) на трение в опорах; д) потерь на разбрызгивание масла.

Основными являются потери на трение в шарнирах и опорах.

Потери на разбрызгивание масла суще­ственны только при смазывании цепи окунанием на предельной для этого вида смазки скорости v = 10…15 м/с .

Цепные передачи располагают так, чтобы цепь двигалась в вертикальной плоскости, причем взаимное положение по высоте ведущей и ведомой звездочек может быть произвольным. Оптималь­ными расположениями цепной передачи являются горизонтальное и наклонное под углом до 45° к горизонту. Вертикаль­но расположенные передачи требуют более тщательной регулировки натяжения цепи, так как ее провисание не обеспечи­вает самонатяжения ; поэтому целесо­образно хотя бы небольшое взаимное сме­щение звездочек в горизонтальном на­правлении.

Ведущей в цепных передачах может быть как верхняя, так и нижняя ветви. Ведущая ветвь должна быть верхней в сле­дующих случаях:

а) в передачах с малым межосевым расстоянием (а<30P при и> 2) и в пере­дачах, близких к вертикальным, во избежание захвата провисающей верхней ведомой ветвью дополнительных зубьев;

б) в горизонтальных передачах с боль­шим межосевым расстоянием (а> 60Р) и малыми числами зубьев звездочек во избежание соприкосновения ветвей.

Натяжение цепей

По мере изнашивания и контактных обмятий шарниров цепь вытягивается, стрела провисания f ведомой ветви увеличивается, что вызывает захлестывание звездочки цепью. Для передач с углом наклона θ <45° наклона к горизонту [f ]<0,02а ; при θ >45° [f ] < 0,015а , где а - межосевое расстояние. Поэтому цепные переда­чи, как правило, должны иметь возможность регулирования ее на­тяжения. Предварительное натяжение су­щественно в вертикальных передачах. В горизонтальных и наклонных передачах зацепление цепи со звездочками обеспе­чивается натяжением от собственной силы тяжести цепи, но стрела провисания цепи должна быть оптимальной в указанных выше пределах.

Регулирование натяжения цепи осуществляют устройствами, аналогичными применяемым для натяжения ремня, т.е. 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. Увеличение шага цепи вследствие износа в шарнирах не компенсируется ее натяжением. По мере изнашивания цепи шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев и возникает опасность соскакивания цепи со звездочек.

Регулирующие звездочки и ролики сле­дует по возможности устанавливать на ве­домой ветви цепи в местах ее наиболь­шего провисания. При невозможности установки на ведомой ветви их ставят на ведущей, но для уменьшения вибраций - с внутренней стороны, где они работают как оттяжные. В передачах с зубчатой цепью ПЗ-1 регулирующие звездочки могут работать только как оттяжные, а ролики как натяжные. Число зубьев регули­рующих звездочек выбирают равным числу малой рабочей звездочки или большим. При этом в зацеплении с регулирую­щей звездочкой должно быть не меньше трех звеньев цепи. Перемещение регули­рующих звездочек и роликов в цепных передачах аналогично таковому в ремен­ных передачах и осуществляется грузом, пружиной или винтом. Наибольшее рас­пространение имеет конструкция звездочки с эксцентрической осью, поджимаемой спи­ральной пружиной.

Известно успешное применение цепных передач роликовыми цепями повышенного качества в закрытых картерах при хоро­шем смазывании с неподвижными осями звездочек без специальных натяжных устройств.

Картеры

Для создания условий обильной смазки цепи, защиты от загрязнений, бесшумности и безопасности работы, цепные передачи заключают в картеры. Внутренние размеры картера должны обеспечивать возможность провисания цепи и ее удобного обслуживания. Радиальный зазор между внутренней стенкой картера и наружной поверхностью звездочек принимают равным l = (t + 30) мм. Зазор, учитывающий провисание цепи, назначают в пределах 0,1а , а ширину картера будут на 60 мм больше ширины цепи. Картерснабжают окном и указателем уровня масла.

а) окунанием цепи в масло на глубину, равную ширине пластины. Применяют при V ≤ 10 м/с .

б) разбрызгиванием с помощью специальных колец, отражательных щитков, по которым масло стекает на цепь. Применяют при V = 6…12 м/с в случаях, когда уровень масла не может быть поднят до горизонта цепи;

в) циркуляционную струйную смазку от насоса – это наиболее совершенный способ. Применяется для быстроходных мощных передач;

г) циркуляционную смазку с распылением капель масла в струе сжатого воздуха. Применяют при V > 12 м/с .

В среднескоростных передачах, не имеющих герметичных картеров, можно применять консистентную внутришарнирную или капельную смазку. Консистентную смазку осуществляютпериодических через 120…180 часов погружением цепи в нагретую смазку. Такая смазка применима при V ≤ 4 м/с .

Смазывание

Смазывание цепи оказывает решающее влияние на ее долговечность.

Смазка повышает износостойкость и выносливость цепи, а так же смягчает удары звеньев о зубья звездочки и снижает температуру нагрева цепи. Наиболее широко для смазки используются жидкие смазочные масла.

Для ответственных силовых передач следует по возможности применять непре­рывное картерное смазывание видов:

а) окунанием цепи в масляную ванну, причем погружение цепи в масло в самой глубокой точке не должно превышать ширины пластины; применяют до ско­рости цепи 10 м/с во избежание недопустимого взбалтывания масла;

б) разбрызгивание с помощью спе­циальных разбрызгивающих выступов или колец и отражающих щитков, по которым масло стекает на цепь, применяют при скорости 6...12 м/с в случаях, когда уро­вень масла в ванне не может быть поднят до расположения цепи;

в) циркуляционное струйное смазыва­ние от насоса, наиболее совершенный способ, применяют для мощных быстро­ходных передач;

г) циркуляционное центробежное с по­дачей масла через каналы в валах и звездочках непосредственно на цепь; при­меняют при стесненных габаритах пере­дачи, например, в транспортных машинах;

д) циркуляционное смазывание распы­лением капель масла в струе воздуха под давлением; применяют при скорости более 12 м/с .

В среднескоростных передачах, не имею­щих герметичных картеров, можно при­менять пластичное внутришарнирное или капельное смазывание. Пластичное внут­ришарнирное смазывание осуществляют периодическим, через 120...180 ч, погруже­нием цепи в масло, нагретое до темпе­ратуры, обеспечивающей его разжижение. Пластичный смазочный материал применим при скорости цепи до 4 м/с, а капельное смазывание - до 6 м/с .

В передачах с цепями крупных шагов предельные скорости для каждого способа смазывания несколько ниже.

При периодической работе и низких скоростях движения цепи допустимо периодическое смазывание с помощью ручной масленки (через каждые 6...8 ч). Масло подается на нижнюю ветвь у входа в зацепление со звездочкой.

При капельном ручном, а также струй­ном смазывании от насоса необходимо обеспечивать распределение смазочного материала по всей ширине цепи и попада­ние его между пластинами для смазы­вания шарниров. Подводить смазку пред­почтительно на внутреннюю поверхность цепи, Откуда под действием центробеж­ной силы она лучше подается к шарнирам.

Выбор типа смазки (табл.7) и вида смазочного материала по ГОСТ 17479.4-87 (табл.8) зависит от скорости цепи v и давления в шарнире цепи p .

Таблица 7

Смазка цепных передач при окружной скорости v , м/с
≤ 4	≤ 7		≥ 12
Капельная 4...10 кап/ мин	В масляной	Циркуляционная под давлением	Разбрызгиванием

Таблица 8

Давление в шарнире p , МПа	Скорость цепи v , м/с		Давление в шарнире p , МПа	Скорость цепи v , м/с
Капельная			В масляной ванне
≤ 10	≤ 1 ≥ 5		≤ 10	≤ 5 ≥ 10
	≤ 1 ≥ 5			≤ 5 ≥ 10
	≤ 1 ≥ 5			≤ 5 ≥ 10
≥ 30	≤ 1 ≥ 5		≥ 30	≤ 5 ≥ 10

За рубежом начали выпускать для ра­боты при легких режимах цепи, не требующие смазывания, трущиеся поверх­ности которых покрыты самосмазывающимися антифрикционными материалами.

1. В приводах с быстроходными двигателями цепную передачу, как правило, устанавливают после редуктора.

3. Для обеспечения достаточного самонатяжения цепи не следует делать угол наклона линии центров звездочек к горизонту более 60°. При θ > 60 0 на ведомую ветвь в местах наибольшего провисания цепи устанавливают оттяжную звездочку.

4. Диаметр оттяжной звездочки выполняют больше диаметра мены звездочки передачи, она должна входить в зацепление не менее, чем с тремя звеньями цепи.

5. Поскольку цепь в поперечном сечении не обладает гибкостью, валы цепной передачи должны быть параллельными, а звездочки установлены в одной плоскости.

6. Применение трех- и четырехрядных цепей нежелательно, так они дороги и требуют повышенной точности изготовления звездочек и монтажа передачи.

7. Для увеличения долговечности цепной передачи необходимо по возможности принимать большее число зубьев меньшей (ведущей) звездочки, так как при малом числе зубьев в зацеплении находится небольшое число звеньев, что снижает плавность работы передачи и увеличивает износ цепи из-за большого угла поворота шарнира.

Конструирование звездочек

Конструкция венца звездочек для роликовых цепей показана на рис. 17.

Рис. 17. Конструкция венца звездочек для роликовых цепей

Основные зависимости для конструирования звездочек этого типа приведены в табл.9.

Таблица 9. Основные зависимости для конструирования звездочек

	Параметр	Расчетные формулы
	делительный диаметр
	диаметр выступов	D e =P ц ∙
	диаметр впадин	D i =d д -2r
	диаметр проточки	D c =P ц ∙ ctg (180 ° /z)-1,3 ∙ h
	ширина зуба	b=0, 9∙ B ВН -0,15
	ширина венца	B=(n-1) ∙ A+b
	радиус скругления зуба	R=1,7 ∙ d 1
	радиус впадины	r=0,5025 ∙ d 1 -0,05
	радиус сопряжения	r 1 =1,3025 ∙ d 1 +0,05
	радиус головки зуба	r 2 =d 1 ∙ (1,24cos φ +0,08cos β -1,3025)-0,05
	половина угла зуба	φ =17 ° -64 ° /z
	угол сопряжения	β =18 ° -60 ° /z
	половина угла впадины	α =55 ° -60 ° /z
		f=0,2b
	угол скоса зуба	γ≈ 20 °
	смещение	e=0,03 ∙ P ц
	толщина обода	δ =1,5∙ (D e -d д )
	толщина диска	С=(1,2…1,3)∙δ

Числовые значения B ВН, A , d 1 и h принимают в зависимости от шага цепи P ц по табл.10.

Таблица 10

P ц, мм	Расстояние между внутренними пластинами B ВН, мм	Расстояние между осями симметрии многорядных цепей A , мм	d 1 , мм	внутренней пластины h , мм

При изготовлении звездочек обычно принимают 2-й класс точности по ГОСТ 591-69.

Пример оформления чертежа звездочки для роликовой цепи приведен на рис.18.

Таблицу параметров зубчатого венца размещают в правом верхнем углу чертежа. Она состоит из двух частей, разделенных сплошной основной линией. В первой части таблицы приводят обозначение сопрягаемой цепи. Во второй части указывают параметры звездочки: число зубьев - z ; профиль зуба со ссылкой на стандарт (ГОСТ 591-69) и указанием о смещении; класс точности - 2 й; радиус впадины - r ; радиус сопряжения – r 1 ; радиус головки зуба – r 2 ; половину угла впадины - α ; угол сопряжения - β .