Московский Государственный Институт

Электроники и Математики

(Технический Университет)

Реферат

по курсу «Детали машин и основы конструирования»

На тему:

«Цепные передачи»

Москва 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

§ 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.

Цепные передачи применяют: а) при средних межосевых расстояниях, при которых зубчатые передачи требуют промежуточных ступеней или паразитных зубчатых колес, не вызываемых необхо­димостью получения нужного передаточ­ного отношения; б) при жестких требованиях к габаритам или в) при необхо­димости работы без проскальзывания (препятствующего применению клиноременных передач).

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).

§ 2. ЦЕПИ

Цепи, применяемые в машиностроении, по характеру выполняемой ими работыподразделяют 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-

цепи, мм.

Передаточное отношение определяют из условия равенства сред­ней скорости цепи на звездочках:

z1n1P=z2n2P

Отсюда передаточное отношение, понимаемое как отношение частот враще­ния ведущей и ведомой звездочек,

U=n1/n2=z2/z1,

где п1 и п2— частоты вращения ведущей и ведомой звездочек, мин^-1 ; z1 и z2— числа зубьев ведущей и ведомой звездо­чек.

Передаточное отношение ограничива­ется габаритами передачи, углами обхвата и числами зубьев. Обычно u£7. В отдельных случаях в тихоходных передачах, если позволяет место, u£10.

Числа зубьев звездочек. Минимальные числа зубьев звездочек ограничиваются износом шарниров, динамиче­скими нагрузками, а также шумом пере­дач. Чем меньше число зубьев звездочки, тем больше износ, так как угол поворота звена при набегании цепи на звездочку и сбегании с нее равен 360°/z.

С уменьшением числа зубьев возра­стают неравномерность скорости движения цепи и скорость удара цепи о звездочку. Минимальное число зубьев звездочек роликовых цепей в зависимости от пере­даточного отношения выбирают по эмпи­рической зависимости

Z1min=29-2u ³ 13

В зависимости от частоты вращения z1min выбирают при высоких частотах вращения z1min=19...23; средних 17...19, а при низких 13... 15. В передачах зуб­чатыми цепями z1min больше на 20...30 %.

По мере износа цепи ее шарниры под­нимаются по профилю зуба звездочки от ножки к вершине, что приводит в конечном счете к нарушению зацепления. При этом предельно допустимое увеличение шага цепи тем меньше, чем больше число зубьев звездочки. Поэтому максимальное число зубьев ограничивают при исполь­зовании роликовых цепей величиной 100...120, а зубчатых 120...140.

Предпочтительно выбирать нечетное число зубьев звездочек (особенно малой), что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует равномерному износу. Еще более благоприятно, с точки зрения износа, выбирать число зубьев малой звездочки из ряда простых чисел.

Расстояние м е ж д у о с я м и звездочек и длина цепи. Мини­мальное межосевое расстояние amin (мм) определяют из условий:

отсутствия интерференции (т. е. пере­сечения) звездочек

amin>0,5(De1+De2)

где De1 и De2— наружные диаметры звездочек;

чтобы угол обхвата цепью малой звездочки был больше 120°, т. е. угол наклона каждой ветви к оси передачи был меньше 30°. А так как sin30°=0,5, то amin> d2—d1 .

Оптимальные межоссвые расстояния

а = (30... 50) Р.

Обычно межосевые расстояния рекомен­дуют ограничивать величиной

Amax=80P

Потребное число звеньев це­пи W определяют по предварительно выбранному межосевому расстоянию а, шагу Р и числам зубьев звездочек z1 и z2:

W=(z1+z2)/2+2a/P+((z2-z1)/2 p )² P/a;

полученное значение W округляют до ближайшего целого (желательно четного) числа.

Эта формула выводится по аналогии с формулой для длины ремня и является приближенной. Первые два члена формулы дают потребное число звеньев при z1=z2, когда ветви цепи параллельны, третий член учитывает на­клон ветвей.

Расстояние между осями звездочек по выбранному числу звеньев цепи (без учета провисания цепи) следует из предыдущей формулы.

Цепь должна иметь некоторое прови­сание во избежание повышенной нагрузки от силы тяжести и радиального биения звездочек.

Для этого межосевое расстояние умень­шают на (0,002... 0.004) а.

Шаг цепи принят за основной пара­метр ценной передачи. Цепи с большим шагом имеют большую несущую способность, но допускают значительно меньшие частоты вращения, они работают с боль­шими динамическими нагрузками и шу­мом. Следует выбирать цепь с минимально допустимым для данной нагрузки шагом. Обычно a/80£P£a/25; уменьшить шаг зубчатых цепей при конструировании можно, увеличив ее ширину, а для ролико­вых цепей - применив многорядные цепи. Допустимые шаги по критерию быстроходности передачи следуют из табл. 3.

§ 4. КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И РАСЧЕТА ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ. МАТЕРИАЛЫ ЦЕПЕЙ

Цепные передачи выходят из строя по следующим причинам: 1. Износ шар­ниров, приводящий к удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездоч­ками (основной критерий работоспособ­ности для большинства передач).

2. У с т а л о с т н о е разрушение пластин по проушинам основной крите­рий для быстроходных тяжелонагружен-иых роликовых цепей, работающих в за­крытых картерах с хорошим смазыванием.

3. П р о в о р а ч и в а н и е 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.

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. Многократкого 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.

§ 5. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И РАСЧЕТ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ

В соответствии с основным критерием работоспособности ценных передач износостоикостью шарниров цени не­сущая способность цепных передач может быть определена согласно условию, но которому давление в шарнирах не должно превышать допустимого в данных условиях эксплуатации.

В расчетах ценных передач, в частности в учете условий эксплуатации, связанных с величиной пути трения, удобно исполь­зовать простейшую степенную зависимость между давлением р и путем трения Pm=С , где С в данных ограниченных условиях может рассматриваться как по­стоянная величина. Показатель т зависит от характера трения; при нормальной эксплуатации передач с хорошей смазкой т около 3 (в условиях скудной смазки т колеблется от 1 до 2).

Допустимая п о л е з н а я с и л а, которую может передавачь цепь с шарни­ром скольжения,

F=[p]oA/Kэ;

здесь [р] о— допустимое давление, МПа, в шарнирах для средних эксплуатацион­ных условий (табл. 12.4); A - проекция опорной поверхности шарнира, мм² , равная для роликовых и втулочных ценей dBвн|, [d — диаметр валика; Bвн - ширина внутреннего звена (см. табл. 12.1)]; Kэ - коэффициент эксплуатации.

Коэффициент эксплуатации Кэ, может быть представлен в виде произведения частных коэффициентов:

Кэ=KдKаKнKрегKсмKрежKт.

Коэффициент Kд учитывает динамичность нагрузки; при спокойной нагрузке Kд=1; при нагрузке с толчками 1,2. ..1,5; при сильных ударах 1,8. Коэффициент Kа учитывает длину цепи (межосевое рас­стояние); очевидно, что чем длиннее цепь, тем реже при прочих равных условиях каждое звено входит в зацепление со звездочкой и тем меньше износ в шар­нирах; при а=(30...50)P принимают Kа=1; при а<25Р Ка=-1,25, при a=(60... 80) Р Kа=0,9. Коэффициент Kн учитывает наклон передачи к горизонту; чем больше наклон передачи к горизонту, тем меньше допустимый суммарный износ цепи; при наклоне линии центров звездочек под уг­лом к горизонту до 45° Кн= 1; при наклоне под углом y более 45° Kн=0,15Öy. Коэффициент Крег учитывает регулировку передачи; для передач с регулировкой положения оси одной из звездочек Kрег=1; для передач с оттяжными звездоч­ками или нажимными роликами Kрег=1,1; для передач с нерегулируемыми осями звездочек Крег=1,25. Коэффициент Kcм учитывает характер смазывания; при не­прерывном смазывании в масляной панне или от насоса Kсм=0,8, при регулярном капельном или внутришарнирном смазывании Kсм=1, при периодическом смазы­вании 1,5. Коэффициент Kреж. учитывает режим работы передачи; при односменной работе Kреж=1. Коэффициент Kт учитывает температуру окружающей среды, при –25°<T<150°С принимают Kт=1; при экстре­мальных условиях Кт>1.

При оценке значения коэффициента эксплуатации Кэ необходимо хотя бы ориентировочно учитывать стохастический (случайный) характер ряда влияющих на него параметров.

Если по расчету значение коэффициента Kэ>2...3, то нужно принять конструктив­ные меры по улучшению работы передачи.

Приводные


29-04-2015, 02:00