Особенности работы цепных передач

1. Переменность мгновенного значения передаточного отношения

Передаточное отношение цепной передачи переменно в пределах поворота звездочки на один зуб. Непостоянство u′ вызывает неравномерность хода передачи, динамическое нагружение вследствие ускорения масс, соединяемых передачей, и поперечные колебания цепи. Равномерность движения тем выше, чем больше числа зубьев звездочек (меньше пределы изменения углов ά₁,ά₂ – соответственно текущие углы поворота ведущей и ведомой звездочек относительно перпендикуляров соответственно к ведущей, ведомой ветвям). Среднее передаточное отношение u = z₂/z₁за один оборот постоянно . Максимально допустимое значение передаточного отношения цепной передачи ограничено дугой обхвата цепью малой звездочки и числом шарниров, находящихся на этой дуге. Рекомендуют угол обхвата принимать не менее 120^о, а число шарниров на дуге обхвата – не менее 5. Обычно u ≤ 4.

2. Удары звеньев о зубья звездочек при входе в зацепление

Удары тем сильнее, чем больше шаг и меньше число зубьев звездочки.

3. Поворот звеньев под нагрузкой

При повороте звездочки на один угловой шаг звенья, соединяемые ведущим шарниром, поворачиваются на угол β. Поворот в шарнире происходит при передаче окружной силы и вызывает изнашивание. Угол поворота β, определяющий путь трения и изнашивание тем меньше, чем больше число зубьев звездочки.

Звездочки

По ГОСТ 591–69* установлено три класса точности для звездочек: А, В и С. В зависимости от класса точности назнача­ют поля допусков на размеры зубчатых венцов и допуски на разность шагов δ, радиальное биение ок­ружности впадин E₀ и торцовое биение венца Е_T .

Звездочки цепных передач в соответствии со стандартом выполняют с износоустойчивым профилем зубьев. Для увеличения долговечности цепной передачи принимают по возможности большее число зубьев меньшей звездочки. Число z₁ зубьев малой звездочки для роликовых и втулочных цепей z₁ = 29 – 2u при условии z₁ ≥ 13. Минимально допустимое z₁ принимают: при высоких частотах вращения 19…23, при средних 17…19, при низких 13…15.

При износе шарниров и увеличении в связи с этим шага цепь стремится подняться по профилю зубьев, причем тем выше, чем больше число зубьев звездочки. При большом числе зубьев даже у мало изношенной цепи в результате радиального сползания по профилю зубьев цепь соскакивает с ведомой звездочки. Поэтому максимальное число зубьев большей звездочки ограничивают: z₂ ≤ 90 для втулочной цепи, z₂ ≤ 120 для роликовой. Предпочтительно принимать нечетные числа зубьев звездочек, что в сочетании с четным числом звеньев способствует более равномерному её изнашиванию.

Материалы для изготовления цепей и звездочек.Детали цепей изготовляют из стального холоднотянутого проката: пластины – из сталей 45, 50, 40Х, 40ХН и других с последующей закалкой до твердости HRC≥ 32; валики, втулки и ролики из сталей 15, 15Х, 20Х, 12ХНЗА, 38ХМЮА с последующей це­ментацией или азотированием до твер­дости HRC 5…63. Для пластин цепей типов ПРД и ПРИ допускается приме­нение горячекатаного проката. Для звездочек используют стали 40, 45, 40Х с закалкой ТВЧ и выполнением условия по твердости HRC ≥ 45 или низкоуглеродистые стали 15, 15Х, 20, 20Х, 12ХНЗА и др. с цементацией до твердости HRC 54… 62; для звездочек больших размеров – стальное литье 45Л. Звездочки тихоходных (v < 2 м/с) и малонагруженных передач изготовляют из чугуна СЧ 18, СЧ 20 с термообработ­кой до HRC 35.

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

Регулирование натяжения цепи осуществляют перемещением вала одной из звездочек, нажимными роликами или оттяжными звездочками.

Натяжные устройства должны компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев, при большей вытяжке два звена цепи удаляют. Натяжение не компенсирует увеличение шага цепи вслед­ствие износа деталей шарниров.

Смазывание. Способ смазывания зависит от условий эк­сплуатации передачи. При скорости до 4 м/с цепь периодически смазыва­ют с помощью ручной масленки ин­дустриальным, цилиндровым или трансмиссионным маслом. Жид­кая смазка способству­ет проникновению абразивных частиц в шарниры цепи и ускоряет процес­с изнашивания. В тяжело нагруженных приводных передачах используют солидол, пластичную смазку ЦИАТИМ-201, что значительно повышает ресурс работы передачи, и графитную смазку БВН-1.

Перспективными считают цепи, трущиеся поверхности которых покры­ты антифрикционными материалами, не требующими смазывания.

Защитные устройства. Рекоменду­ется использовать кожухи из листовой стали, защищающие передачу от пыли и грязи, обеспечивающие безопас­ность, снижающие шум, или из сетки только для защиты обслуживающего персо­нала.

Хранение. При подготовке к хранению цепи очищают. В про­цессе наружного осмотра выбраковы­вают звенья с трещинами или выкра­шиванием металла, а также звенья, в наружных пластинах кото­рых проворачиваются валики, а во внутренних – втулки. Затем с помощью специальных при­способлений проверяют удлинение цепи на десяти звеньях в трех равно­мерно расположенных по всей длине зонах. Предельное увеличение сред­него шага цепи по сравнению с но­минальным значением должно быть не более 4 %. Годные к дальнейшей эксплуатации цепи проваривают в отработанном автотракторном масле при температуре 90 °С в течение 15 мин, затем скатывают в рулон и хранят на складе. Для защиты от кор­розионных воздействий цепи упако­вывают в промасленную или ингибированную бумагу.

Состояние звездочек определяют внешним осмотром, выявляя трещины и поломки зубьев и ступиц. Затем, измеряя размеры, вы­являют степень износа зубьев, шпо­ночных, шлицевых и резьбовых от­верстий, биение венцов. Основным выбраковочным параметром служит износ зубьев.

Основные геометрические параметры. Основные геометрические параметры показаны на рис. 7.6.

Рис. 7.6. Основные геометрические параметры

1. Межосевое расстояние

а ≥ (30…50) Р,

где Р – шаг цепи.

а _min (мм) выбирают из условия минимально допустимого зазора между звездочками

а _min = (d_а1+ d_а2) / 2 + (30…50)Р,

где d_а1, d_а2 – диаметры вершин зубьев ведущей и ведомой звездочек.

а _max = 80 Р.

При известной длине цепи межосевое расстояние

а = Р/4{L_p – (z₁ +z₂)/ а + ( L_p – (z₁ +z₂)/2)² – 8[(z_{2 -} z₁)/ 2π]²},

где L_p – длина цепи в шагах (или число звеньев цепи).

2. Число звеньев цепи определяют по приближенной формуле

L_p = 2а/Р + (z₁ +z₂)/2 + [(z_{2 -} z₁)/ 2π]² (Р/а).

3. Допускаемая величина стрелы провисания

f = (0,002…0,004) а.

4. Делительный диаметр звездочки

d = Р/sin (180^о/ z).

5. Диаметр вершин зубьев:

– для втулочных и роликовых цепей

d_а = Р [ctg(180^о/ z) + (0,5 ± 0,6)];

– для зубчатых цепей

d_а = Р ctg(180^о/ z).

КПД передачи. η = 0,9…0,98. Зависит от потерь на трение в шарнирах и между пластинами смежных звеньев, на трение в подшипниках и на потери на разбрызгивание масла. Для повышения КПД важную роль играет смазка шарниров и подшипников.

Силы в ветвях цепи. Ведущая ветвь цепи при работе передачи нагружена силой F₁ состоящей из полезной (окружной) силы F_t силы F₀ натяжения от силы тяжести ведомой ветви цепи и силы F_ц натяжения от действия центробежных сил:

.

Окружная сила F,(Н), передаваемая цепью:

.

где d –делительный диаметр звездочки, мм; T – в Нм.

Натяжение F₀ (H) от силы тяжести при горизонтальном или близком к нему положении линии, соединяющей оси звездочек,

,

где q – масса l м цепи, кг/м; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения;
а – межосевое рас­стояние, м; f – стрела прови­сания ведомой ветви, м (рис. 7.6). При вертикальном или близком к нему положении линии центров звездочек

Натяжение цепи от центробежных сил (Н)

,

где v – скорость движения цепи, м/с.

Сила F_ц действует на звенья цепи по всему ее контуру и вызы­вает дополнительное изнашивание шарниров.

Цепь передачи проверяют на прочность, сопоставляя значения разрушающей силы, приводимой в стандарте, и силы натяжения ведущей ветви, которую при этом вычисляют с учетом дополнитель­ного динамического нагружения от неравномерного движения цепи, ведомой звездочки и приведенных к ней масс.

Нагрузка на валы звездочек.Центробежная сила валы и опо­ры не нагружает. Расчетная нагрузка F_B на валы цепной передачи несколько больше полезной окружной силы вследствие натяжения цепи от собственной силы тяжести. Условно принимают

,

где k_В – коэффициент нагрузки вала; k_В = 1,15 – для горизонтальных передач,
k_В = 1,05 – для вертикальных.

Направление силы F_B – по линии центров звездочек.