Принцип действия, сравнительная оценка и область применения

Цепная передача основана на принципе зацепления. Передача состоит из цепи и звёздочек.

Принцип зацепления, а также повышенная прочность стальной цепи по сравнению с ремнём позволяют передавать цепью, при прочих равных условиях, большие нагрузки (однако меньшие, чем зубчатыми колёсами). Отсутствие скольжения и буксования обеспечивает постоянство передаточного отношения (среднего за оборот) и возможность работы при значительных кратковременных перегрузках. Принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи, в связи с чем, уменьшается нагрузка на валы и опоры. Угол обхвата звёздочки цепью не имеет столь решающего значения как угол обхвата шкива ремнём. Поэтому цепные передачи могут работать при меньших межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях, а также передавать мощность от одного ведущего вала нескольким ведомым.

Цепные передачи имеют и некоторые недостатки. Основной причиной этих недостатков является то, что цепь состоит из отдельных жёстких звеньев и располагается на звёздочке не по окружности, по многоугольнику. С этим связаны износ шарниров цепи, шум и дополнительных динамические нагрузки, необходимость организации системы смазки.

Цепные передачи применяют при значительных межосевых расстояниях, а также для передачи движения от одного ведущего вала нескольким ведомым в тех случаях, когда зубчатые передачи не применимы, а ремённые недостаточно надёжны. Наибольшее распространение цепные передачи получили в сельскохозяйственном, транспортном и химическом машиностроении.

Основные характеристики

Мощность: P = F_tv

Современные цепные передачи применяют в диапазоне мощностей от долей до нескольких тысяч кВт. Наибольшее распространение получили передачи до 100 кВт, так как при больших мощностях прогрессивно возрастает стоимость цепной передачи по сравнению с зубчатой.

Скорость цепи и частота вращения звёздочки: ,

где: z – число зубьев звёздочки;

Р_ц – шаг цепи, м;

n – частота вращения звёздочки, об/мин.

Со скоростью цепи и частотой вращения звёздочки связаны износ, шум и динамические нагрузки привода. Наибольшее распространение получили тихоходные и среднескоростные передачи с v до 15 м/с и n до 500 об/мин. Однако встречаются передачи с n до 3000 об/мин. При быстроходных двигателях цепную передачу устанавливают, как правило, после редуктора.

Передаточное отношение: ,

где: n₁ n₂ – частота вращения звёздочек;

z₁ z₂ – числа зубьев звёздочек.

Распространённые значения i до 6 (10). При больших значениях i становится нецелесообразно выполнять одноступенчатую цепную передачу из-за больших её габаритов.

КПД передачи: потери в цепной передаче складываются из потерь на трение в шарнирах цепи, на зубьях звёздочек и в опорах валов. При смазке погружением цепи в масляную ванну учитывают также потери на перемешивание масла. Среднее значение КПД h»0,96…0,98.

Межосевое расстояние и длина цепи. Минимальное межосевое расстояние ограничивается минимально допустимым зазором между звёздочками 50…50 мм:

,

где: d_a – наружный диаметр звёздочки.

По соображениям долговечности цепи на практике рекомендуют принимать

а = (30…50)Р_ц.

Нижнее значение для малых i »1…2 и верхние для i »6…7.

Длина цепи, выраженная в шагах или количество звеньев цепи:

Эта формула приближённая. Значение L_p округляют до целого числа, которое желательно брать чётным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев. Для принятого L_p уточняют значение а:

Передача работает лучше при небольшом провисании холостой ветви цепи. Поэтому расчётное межосевое расстояние рекомендуют уменьшать на (0,002…0,004)а. Длина цепи увеличивается по мере износа шарниров, поэтому в конструкции должны быть предусмотрены специальные устройства для регулирования провисания цепи. Обычно это достигается перемещением опор одного из валов или установкой специальных натяжных звёздочек.

Приводные цепи

Основными типами современных приводных цепей являются шарнирные роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Они стандартизованы и изготовляются специализированными заводами. Главными характеристиками цепи являются шаг, ширина и разрушающая нагрузка.

Здесь валик 3 запрессован в отверстие внешнего звена 2, а втулка 4 в отверстие внутреннего звена 1. Втулка на валике и ролик 5 на втулке могут свободно проворачиваться. Зацепление цепи с зубом звёздочки 6 происходит через ролик. Применение втулки позволяет распределить всю нагрузку по всей длине валика и этим уменьшить износ шарниров. Перекатывание ролика по зубу частично заменяет трение скольжения трением качения, что снижает износ зубьев. Кроме того, ролик выравнивает сосредоточенное давление зуба на втулку и тем самым уменьшает её износ.

Роликовые цепи применяются при окружных скоростях до 20 м/с. Наряду с однорядными изготавливают двух-, трёх- и четыряхрядные цепи. Их собирают из тех же элементов, только валик проходит через все ряды. Многорядные цепи позволяют увеличивать нагрузку почти пропорционально числу рядов. Такие цепи применяют при больших нагрузках в сочетании с высокой скоростью.

Втулочные цепи по конструкции аналогичны роликовым, но у них нет ролика. Вследствие этого износ цепи и звёздочек увеличивается, но снижается масса и стоимость цепи.

Зубчатые цепи состоят из набора пластин с двумя зубообразными выступами. Пластины цепи зацепляются с зубьями звёздочки своими торцовыми плоскостями. Конструкция зубчатых цепей позволяет изготавливать их широкими и передавать большие нагрузки. Зубчаты ецепи работают плавно, с меньшим шумом. Их применяют при высоких скоростях – до 35 м/с.