цепи проектируют на основе геометрического подобия, поэтому пло­щадь проекции опорной поверхности шар­нира для каждого размерного ряда цепей можно представить в виде А =сР² , где с — коэффициент пропорциональности, с»0,25 для однорядных цепей, кроме цепей, не входящих в закономерный размерный ряд: ПР-8-460; ПР-12,7-400-1 и ПР. 12,7-900-2 (см. табл. 12.1).

Допустимая сила F цепи с mp рядами

F= сР² [p]o mp/Kэ,

где тр — коэффициент рядности цепи, учитывающий неравномерность распреде­ления нагрузки по рядам:

zp=1 . . . . 2 3

тp,=1 .... 1,7 2,5

Допустимый момент (Н*м) на малой звездочке

T1=Fd1/2*10³ =FPz1/2 p 10³

Отсюда шаг цепи

Р=18,5 ³ Ö T1Кэ/(cz1mp[p]o).

Ориентировочное значение шага одно­рядной цепи (мм)

P=(12,8…13,5) ³ Ö T1/z1

где коэффициент 12,8 — для цепей ПР, а коэффициент 13,5 — для цепей ПРЛ, Т— момент, Н*м.

Подбор цепных передач произ­водят в следующем порядке. Сначала оп­ределяют или выбирают число зубьев ма­лой звездочки и проверяют число зубьев большой. Затем задаются шагами цепи с учетом частоты вращения малой звездоч­ки по табл. 12.3 или предварительно определяют шаг по одной из приведенных выше формул, в частности, задавшись ориентировочным значением Kэ.

Затем в порядке проверочного расчета определяют момент на малой звездочке, который может передавать цепь, и сопо­ставляют его с заданным. Обычно эти расчеты делают при нескольких, близких к оптимальным сочетаниям параметров и выбирают оптимальный вариант.

Долговечность цепей наиболее реально оценивать по методу подобия на основе установленного из опыта эксплуа­тации или испытаний ресурса передачи принимаемой за эталонную. Этот ресурс по И. И. Ивашкову умножается на отноше­ние уточненных корректирующих коэффи­циентов для эталонной и рассчитываемой передач.

Корректирующие коэффициенты:

по твердости шарниров при работе со смазкой и загрязнением абразивами: поверхности без термообработки 2, при объемной закалке 1, при цементации 0,65;

по давлению в шарнирах (р/р'о), где при непрерывной смазке х= 1,5...2,5, при периодической смазке без загрязнения абразивами x=1, то же с абразивным загрязнением при объемной закалке х=0,6;

по условию работы при смазывании маслом: без абразивного загрязнения 1, в абразивной среде 10... 100;

по характеру смазывания: периодиче­ское нерегулярное 0,3. регулярное 0,1, в маслянной ванне 0,06 и т. д.

Передачи зубчатыми цепями с шарнирами качения подбирают по фирменным данным или же полуэмпирическим завиcимостям из критерия износостойкости.

При определении коэффициента экс­плуатации Кэ допускается ограничиваться учетом коэффициента угла наклона Kн и при и> 10 м/с коэффициента влияния центробежных сил Кv=1+1,1*10^-3 v²

§ 6. ПОСТОЯННЫЕ СИЛЫ В ВЕТВЯХ ЦЕПИ И НАГРУЗКИ НА ВАЛЫ

Ведущая ветвь цепи в процессе работы испытывает постоянную нагрузку F1, соcтоящую из полезной силы F и натяже­ния ведомой ветви F2:

F1=F+F2

Натяжение ведомой ветви с заведомым запасом обычно принимают

F2=Fq+Fц

где Fq — натяжение от действия силы тяжести; Fц — натяжение от действия центробежных нагрузок на звенья цепи.

Натяжение Fq(Н) определяется при­ближенно, как для абсолютно гибкой не­растяжимой нити:

Fq=ql² /(8f)g cos y

где q — масса одного метра цепи, кг; l — расстояние между точками подвеса цепи, м; f — стрела провеса, м; g — уско­рение свободного падения, м/с² ; y — угол наклона к горизонту линии, соеди­няющей точки подвеса цепи, который при­ближенно принимают равным углу накло­на передачи.

Принимая l равным межосевому рас­стоянию а и f=0,02а, получаем упрощен­ную зависимость

Fq=60qa cosy³10q

Натяжение цепи от центробежных нагру­зок Fц(Н) для цепных передач определяют по аналогии с ременными передачами, т. е.

Fц=qv² ,

где v — скорость движения цепи, м/с.

Центробежная сила, действующая по всему контуру цепи, вызывает дополнительный износ шарниров.

Расчетная нагрузка на валы цепной пе­редачи несколько больше полезной окруж­ной силы вследствие натяжения цепи от массы. Ее принимают RmF. При горизон­тальной передаче принимают Rm = 1,15, при вертикальной Rm=1,05.

Цепные передачи всех типов проверяют на прочность по значениям разрушающей нагрузки Fразр (см. табл. 12.1) и натяже­нию наиболее нагруженной ветви F1max, определяя условную величину коэффициента запаса прочности

K=Fразр/F1max,

Где F1max=F+Fq+Fц+Fд (определение Fд см. § 12.7).

Если значение коэффициента запаса прочности К> 5...6, то полагают, что цепь удовлетворяет условиям статической проч­ности.

§ 7. КОЛЕБАНИЯ ПЕРЕДАТОЧНОГО ОТНОШЕНИЯ И ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ

При работе цепной передачи движение цепи определяется движением шарнира звена, вошедшего последним в зацепление с ведущей звездочкой. Каждое звено ведет цепь при повороте звездочки на один угловой шаг, а потом уступает место следующему звену. В связи с этим скорость цепи при равномерном вращении звез­дочки не постоянна. Скорость цепи макси­мальна в положении звездочки, при ко­тором радиус звездочки, проведенный че­рез шарнир, перпендикулярен ведущей ветви цепи.

В произвольном угловом положении звездочки, когда ведущий шарнир повер­нут относительно перпендикуляра к веду­щей ветви под углом, продольная скорость цепи (рис. 12.6, а)

V= w 1R1 cos a

Где w 1 — постоянная угловая скорость ведущей звездочки; R1 - радиус располо­жения шарниров цепи (начальной окруж­ности) ведущей звездочки.

Так как угол a изменяется в пре­делах от 0 до p/z1, то скорость цепи изменяется от Vmax до Vmax cos p/z1

Мгновенная угловая скорость ведомой звездочки

w 2=v/(R2 cos b )

где R2 — радиус начальной окружности ведомой звездочки;b - угол поворота шарнира, примыкающего к ведущей ветви цепи (по отношению к перпендикуляру на эту ветвь), изменяющийся в пределах от 0 до p/z2

Отсюда мгновенное передаточное отно­шение

u= w 1/ w 2=R2/R1 cos b / cos a

Из этой формулы и рис. 12.6, б можно видеть, что:

1) передаточное отношение не посто­янно;

2) равномерность движения тем выше, чем больше числа зубьев звездочек, так как тогда cos a и cos b ближе к единице; основное значение имеет увеличение числа зубьев малой звездочки;

3) равномерность движения можно за­метно повысить, если сделать так, чтобы в ведущей ветви укладывалось целое число звеньев; при соблюдении этого условия равномерность тем выше, чем ближе одно к другому числа зубьев звездочек; при z1=z2 u=const.

Переменность передаточного отношения можно иллюстрировать коэффициентом не­равномерности вращения ведомой звез­дочки при равномерном вращении ведущей звездочки.

Например, для передачи с z1=18 и z2 =36 e изменяется в пределах 1,1...2,1 %. Меньшее значение соответствует передаче, у которой в ведущей ветви укладывается целое число W1 звеньев, а большее - передаче, у которой и W1+0,5 звеньев.

Динамические нагрузки цепных передач вызываются:

а) переменным передаточным отноше­нием, приводящим к ускорениям масс, соединяемых цепными передачами;

б) ударами звеньев цепи о зубья звездочек при входе в зацепление новых звеньев.

Сила удара при входе звеньев н зацепление оценивается из равенстве кинетической энергии удара набегающего звена цепи энергии деформации системы.

Приведенную массу рабочего участка цепи оценивают равной массе 1,7…2 звеньев. Обильное смазывание может сущест­венно снижать силу удара.

§ 8. 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 оку-нанием на предельной для этого вида смазки скорости v=10…15 м/с.

Средние значения КПД при передаче полной расчетной .мощности достаточно точно изготовленных и хорошо смазывае­мых передач составляют 0,96...0,98.

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. Цепные переда­чи в связи с неизбежным удлинением цепи в результате износа и контактных обмятий в шарнирах, 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.

Для передач с углом наклона до 45° к горизонту стрелу провисания f выбирают приближенно равной 0,02а. Для передач, близких к вертикальным, f=(0,01... 0,015)а.

Натяжение цепи регулируют:

а) перемещением оси одной из звез­дочек;

б) регулирующими звездочками или ро­ликами.

Желательна возможность компенсиро­вать удлинение цепи в пределах двух звеньев, после чего два звена цепи уда­ляют.

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 ро лики 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 обеспечения возможности непрерывного обильного смазывания цепи, защиты от загрязнений, бесшумности работы и для обеспечения безопасности эксплуатации цепные передачи заключают в картеры (рис. 12.7).

Внутренние размеры картера должны обеспечивать возможность провисания це­пи, а также возможность удобного обслу­живания передачи. Для наблюдения за состоянием цепи и уровнем масла картер снабжают окном и указателем уровня масла.

§ 9. ЗВЕЗДОЧКИ

Профилирование звездочек роли­ковых цепей в основном производят по ГОСТ 591—69, предусматривающему износоустойчивые профили без смещения (рис. 12.8, а) для кинематических точных передач и со смещением для остальных передач (рис. 12.8, б) Профиль со сме­щением отличается тем, что впадинаочерчена из двух центров, смещенных на величину е=0,03P

Шарниры звеньев цепи, находящиеся в зацеплении со звездочкой, располагают на делительной окружности звездочки.

Диаметр делительной окружности из рассмотрения треугольника с вершинами в центре звездочки и в центрах двух смеж­ных шарниров

Dд=P/(sin (180⁰ /z))

Диаметр окружности выступов

De=P(0,5+ctg (180⁰ /z))

Профили зуба состоят из: а) впадины, очерчиваемой радиусом r=0,5025d1+0,05 мм, т. е. немного большим половины диаметра ролика d1; б) дуги, очерчивае­мой радиусом r1=0,8d1+r ; в) прямо­линейного переходного участка; г) го­ловки, очерчиваемой радиусом r2. Радиус r2 выбирают таким, чтобы ролик цепи не катился по всему профилю зуба, а плавно входил в соприкосновение с зубом звез­дочки в рабочем положении на дне впадины или немного выше. Профиль звездочки обеспечивает зацепление с цепью, имеющей до определенной степени увеличенный шаг вследствие износа. При этом ролики цепи контактируют с участ­ками профиля зубьев, более удаленными от центра звездочек.

В уточнении ГОСТ 591—б9* коэффи­циент высоты зуба изменяется от 0,48 при отношении шага к диаметру ролика цепи Р/d1=1,4...1,5 до 0,565 при Р/d1 = 1,8... 2,0.

Ширина (мм) зубчатого венца звездочки для однорядной, двух- и трехрядной b1»0,95Bвн—0,15, где Ввн — расстояние между внутренними пластинами.

Радиус Rз зуба в продольном сечении (для плавного набегания цепи) и координату h центра кривизны от окружности вершин зубьев принимают Rз=1,7d1 и h=0,8d1.

При скорости цепи до 5 м/с допустимо по ГОСТ 592—81 применять упрощенный профиль звездочек, состоящий из впадины, очерченной по дуге, прямолинейного ра­бочего участка и закругления по дуге у вершин. Профиль позволяет сократитькомплект инструмента для нарезания звездочек.

Профилирование звездочек передач с зубчатыми цепями по ГОСТ 13576—81 (рис. 12.9) значительно проще, так как рабочие профили зубьев прямолинейны.

В передаче полезной нагрузки участвуют 3...7 зубьев (в зависимости от общего числа зубьев звездочки), затем следует переходный участок с ненагруженными зубьями и, наконец, 2...4 зуба, работающих тыльной стороной.

Диаметр делительной окружности звез­дочек определяется по той же зависи­мости, что и для роликовых цепей.

Диаметр окружности выступов

De=P ctg (180⁰ /z)

Высота зуба h2=h1+е, где h1 — расстояние от линии центров пластины до ее основания; е — радиаль­ный зазор, равный 0,1 Р.

Угол вклинивания цепи a=60°. Двойной угол впадины зуба 2b=a-j, угол за­острения зуба g=30°-j, где j=360°/z.

Звенья неизношенной зубчатой цепи входят в зацепление с зубьями звездочки рабочими гранями обоих зубьев. В резуль­тате вытяжки от износа в шарнирах цепь располагается на большем радиусе, и звенья цепи контактируют с зубьями звездочки только по одной рабочей грани.

Ширина зубчатого венца звездочек с внутренним направлением В=b+2s, где s-толщина пластины цепи.

Звездочки с большим число зубьев тихоходных передач (до 3 м/с) при отсутствии ударных нагрузок допустимо из­готовлять из чугуна марки СЧ 20, СЧ 30 с закалкой. В неблагоприятных условиях с точки зрения износа, например в сельскохозяйственных машинах, применяют антифрикционный и высокопрочный чугун с закалкой.

Основные материалы для изготовления звездочек: среднеуглеродистые или леги­рованные стали 45, 40Х, 50Г2, 35ХГСА, 40ХН с поверхностной или общей закалкой до твердости 45...55 НКСэ или цементуемые стали 15, 20Х, 12ХНЗА с цемента­цией на 1...1,5 мм и закалкой до НКСэ 55...60. При необходимости бесшумной и плавной работы передач мощностью Р £ 5 кВт и v£8 м/с можно изготовлять венцы звездочек из пластмасс — тексто­лита, полиформальдегида, полиамидов, что приводит к снижению шума и к повышению долговечности цепей (в связи со сниже­нием динамических нагрузок).

Вследствие невысокой прочности пласт­масс применяют также металлопластмассовые звездочки.

Звездочки по конструктив­ному оформлению аналогичны зубчатым колесам. В связи с тем, что зубья звездочек в роликовых передачах имеют относительно небольшую ширину, звездочек в роликовых передачах имеют относительно небольшую ширину, звездочки нередко изготовляют из диска и ступицы, соединяемых болтами, заклепками или сваркой.

Для облегчения замены после износа, звездочки, устанавливаемые на валах между опорами, в машинах с трудной раз­боркай делают разъемными по диаметральной плоскости. Плоскость разъема проходит через впадины зубьев, для чего числи зубьев звездочки приходится вы­бирать чётным.

§ 10. СМАЗЫВАНИЕ

Для ответственных силовых передач следует по возможности применять непре­рывное картерноё 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.

В зависимости от нагрузки для смазы­вания цепных передач применяют масла индустриальные И-Г-А-46...И-Г-А-68, а при малых нагрузках Н-Г-А-32.

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

§ 11. ЦЕПИ “О-РИНГ” и “X-РИНГ”

В настоящее время на современных мотоциклах применяют цепи имеющие защитные сальники-колпачки на каждом звене. Такие мотоциклы ездят с открытыми цепями, которые совершенно не боятся ни воды, ни грязи. Условно, по форме уплотнительных колечек, они получили название “О-ринг”. Такая конструкция цепи, обладающая сплошными достоинствами, имеет лишь один недостаток: по сравнению с обычными цепями, она имеет повышенное трение, ухудшающее КПД передачи в “суставах” с сальниками. Поэтому “О-ринг” не применется в мотоциклах для кросса и шоссейно-кольцевых гонок (в них чрезвычайно важна динамика, а ресурс цепи не имеет значения из-за непродолжительности заездов), а также на малокубатурной технике.

Однако имеются так же цепи, названные создателями “X-ринг”. В них уплотнительные кольца сделаны уже не в форме обучного бублика, а имеют в поперечном сечении форму, напоминающую букву “X”. Благодаря такому новшеству потери от трения в шарнирах цепи удалось снизить на 75% по сравнению с “О-ринг”.

ЛИТЕРАТУРА

1. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. – 4-е изд., перераб. и


29-04-2015, 02:00