О цепные передачи. Передачи, их виды: фрикционные, ременные, цепные, зубчатые, червячные Устройства и принцип действия цепной передачи

Лекция 10 ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

П л а н л е к ц и и

1. Общие сведения.

2. Приводные цепи.

3. Особенности работы цепных передач.

4. Звездочки.

5. Силы в ветвях цепи.

6. Характер и причины отказов цепных передач.

7. Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью.

1. Общие сведения

Цепную передачу (рис. 10.1) относят к передачам зацеплением с гибкой связью. Движение передает шарнирная цепь 1 , охватывающая ведущую2 и ведомую3 звездочки и зацепляющаяся за их зубья.

Цепные передачи выполняют как понижающими, так и повышающими.

Достоинства цепных передач:

по сравнению с зубчатыми передачами цепные передачи могут передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях

по сравнению с ременными передачами цепные более компактные, передают бόльшие мощности, имеют возможность применения в значительном диапазоне межосевых расстояний, требуют значительно меньшей силы предварительного натяжения, обеспечивают постоянство передаточного числа (отсутствует скольжение и буксование), обладают высоким КПД;

могут передавать движение одной цепью нескольким ведомым звездочкам.

Недостатки цепных передач:

значительный шум при работе вследствие удара звена цепи о зуб звездочки при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев и большом шаге, что ограничивает применение цепных передач при больших скоростях;

сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи (увеличение шага цепи), необходимость применения системы смазывания и установки в закрытых корпусах;

удлинение цепи из-за износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств;

неравномерность вращения звездочек; необходимость в большой точности сборки передачи.

Цепные передачи применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, промышленных роботах, буровом оборудовании, строительно-дорожных, сельско-хозяйственных, полиграфических и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а использование ременных передач невозможно. Наибольшее применение получили цепные передачи мощ-ностью до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/с.

2. Приводные цепи

Главный элемент цепной передачи – приводная цепь состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Приводные цепи служат для передачи механической энергии от одного вала к другому.

Основные типы стандартизованных приводных цепей: роликовые, втулочные и зубчатые.

Роликовые приводные цепи. Стандартом предусмотрены следующие типы роликовых цепей: приводные роликовые (ПР, рис. 10.2), легкой серии (ПРЛ), длиннозвенные (ПРД), двух-, трех- и четырехрядные (2ПР, 3ПР, 4ПР).

Звенья роликовых цепей (рис. 10.3) состоят из двух рядов наружных 1 и внутренних2 пластин. В наружные пластины запрессованы оси3 , пропущенные через втулки4 , запрессованные, в свою очередь, во внутренние пластины. На втулки предварительно надеты свободно вращающиеся закаленные ролики5 . Концы осей после сборки расклепывают с образованием головок, препятствующих спаданию пластин. При относительном повороте звеньев ось проворачивается во втулке, образуя шарнир скольжения. Зацепление цепи со звездочкой происходит через ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки. Такая конструкция позволяет выравнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба.

Пластины очерчены контуром, напоминающим цифру 8 и обеспечивающим равную прочность пластины во всех сечениях.

Шаг Р цепи является основным параметром цепной передачи. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи.

Делительная окружность звездочек проходит через центры шарниров

d = P /,

где Z – число зубьев звездочки.

Шаг P у звездочек измеряют по хорде делительной окружности.

Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях 15–30 м/с.

Втулочные приводные цепи (рис. 10.4) по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет изготовление цепи, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек. Втулочные цепи применяют в неответственных передачах при скоростях 15–35 м/с.

Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными и многорядными с числом рядов 2–4 и более. Многорядная цепь с меньшим шагомP позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче. Многорядные цепи могут работать при существенно больших скоростях движения цепи. Нагрузочная способность цепи возрастает почти прямо пропорционально числу рядов.

Соединение концов цепи при четном числе ее звеньев производят соединительным звеном, при нечетном – переходным звеном, которое менее прочное, чем основные. Поэтому применяют цепи с четным числом звеньев.

Зубчатые приводные цепи (рис. 10.5) состоят из звеньев, составленных из набора пластин, шарнирно соединенных между собой. Каждая пластина имеет по два зуба и впадину между ними для размещения зуба звездочки.

Число пластин определяет ширину цепи, которая, в свою очередь, зависит от передаваемой мощности. Рабочими гранями являются плоскости пластин, расположенные под углом 60º. Этими гранями каждое звено цепи вклинивается между двумя зубьями звездочки, имеющими трапециевидный профиль. Благодаря этому зубчатые цепи работают плавно, с малым шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку и допускают скорости 25–40 м/с.

Для устранения бокового спадания цепи со звездочек применяют направляющие пластины, расположенные по середине или по бокам цепи. Делительный диаметр звездочки для зубчатых цепей больше ее наружного диаметра.

Относительный поворот звеньев обеспечивают шарниры скольжения или качения.

Шарнир качения ((рис. 10.5)) состоит из двух призм1 и2 с цилиндрическими рабочими поверхностями и длиной, равной ширине цепи. Призмы опирают на лыски. Призма1 закреплена в фигурном пазе пластиныВ , призма2 – в пластинеА . Призмы при повороте звеньев обкатываются одна по другой, обеспечивая чистое качение. Цепи с шарнирами качения более дорогие, но имеют малые потери на трение.

Шарнир скольжения состоит из оси, двух вкладышей, закрепленных в фигурных пазах пластинА иВ . При повороте пластин вкладыш скользит по оси, поворачиваясь в пазу пластины. Вкладыши позволяют увеличить площадь контакта в 1,5 раза. Шарнир допускает поворот пластины на угол

max . Обычноmax = 30°.

По сравнению с другими, зубчатые цепи тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже.

Преимущественное применение в настоящее время имеют передачи роликовыми и втулочными цепями.

Материал цепей. Цепи должны быть износостойкими и прочными. Пластины цепей изготовляют из сталей марок 50, 40Х и других с закалкой до твердости 40–50 HRC, оси, втулки, ролики и призмы – из цементуемых сталей марок 20, 15Х и других с закалкой до твердости 52–65 HRC. Повышением твердости деталей можно повысить износостойкость цепей.

Оптимальное межосевое расстояние передачи принимают из условия долговечности цепи (рис. 10.6):

a = (30–50)P ,

где P – шаг цепи.

При наклоне оси цепной передачи, с делительными окружностями d 1 иd 2 , к горизонту под углом α, ведомая ветвь провисает на величинуf .

3. Особенности работы цепных передач

Переменность мгновенного значения передаточного отношения.

Скорость v цепи, угловая скорость2 ведомой звездочки и передаточное отношениеi =1 /2 переменны при постоянной угловой скорости1 ведущей звездочки.

Движение шарнира звена, вошедшего последним в зацепление с ведущей звездочкой, определяет движение цепи в работающей передаче. Каждое звено ведет цепь при повороте звездочки на один угловой шаг, а потом уступает место следующему звену.

Рассмотрим цепную передачу с горизонтальным расположением ведущей ветви. Ведущий шарнир на малой звездочке в некоторый момент времени повернут относительно вертикальной оси на угол 1 . Окружная скорость на зубе ведущей звездочкиv 1 = 1 R 1 , гдеR 1 = d 1 /2 – радиус расположения шарниров цепи. Скорость движения цепиv =v 1 соs1 , где1 – угол обхвата ведущей звездочки относительно перпендикуляра к ведущей ветви. Так как при повороте звездочки угол1 изменяется по абсолютной величине в пределах (/Z 1 – 0 – /Z 1 ), то скоростьv цепи при повороте на один

угловой шаг колеблется в пределах (v min –v max –v min ), гдеv min =1 R 1 соs (/Z 1 ) иv min =1 R 1 . Мгновенная угловая скорость ведомой звездочки

2 = v /(R 2 соs2 ),

где угол 2 на ведомой звездочке меняется в пределах (/Z 2 – 0 – /Z 2 ).

М г н о в е н н о е п е р е д а т о ч н о е о т н о ш е н и е (с учетом v = 1 R 1 соs1 )

			R 2 cosα2

			R 1 cosα1

Передаточное отношение цепной передачи переменно в пределах поворота звездочки на один зуб. Непостоянство i 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 углов1 ,2 ).

С р е д н е е п е р е д а т о ч н о е о т н о ш е н и е. Цепь за один оборот звездочки проходит путь S =PZ . Время, c, одного оборота звездочки:t = 2 /1 = 60/n . Следовательно, скоростьv , м/с, цепи

v = S /t = РZ 1 10–3 /(60/n 1 ) = PZ 2 10–3 /(60/n 2 ),

где P – шаг цепи, мм;Z 1 ,n 1 иZ 2 ,n 2 – соответственно числа зубьев и частоты вращения ведущей и ведомой звездочек, об/мин.

Из равенства скоростей цепи на звездочках следует

i = n1 / n2 = Z2 / Z1 = R2 / R1 .

Среднее передаточное отношение i за 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°, а число шарниров на дуге обхвата – не менее пяти. Это условие может быть выполнено при любых межосевых расстояниях, еслиi < 3,5. Приi > 7 межосевое расстояние выходит за пределы оптимальных значений. Поэтому обычноi 6.

Удары звеньев цепи о зубья звездочек при входе в зацепление.

Окружная скорость зуба звездочки в момент, предшествующий входу шарнира цепи в зацепление, – v 1 , а вертикальная проекция этого вектора –v" . Поскольку ведущим пока является предыдущий шарнир, то вся цепь, в том числе и шарнир, входящий в зацепление, перемещается со скоростьюv 1 . Вертикальная проекция вектора скоростиv 1 , входящего в зацепление

звездочки.

Поворот звеньев под нагрузкой. При повороте звездочки на один угловой шаг звенья, соединяемые ведущим шарниром, поворачиваются на

угол. Поворот в шарнире происходит при передаче окружной силы и вызывает изнашивание. Угол поворота, определяющий путь трения (изнашивание), тем меньше, чем больше число зубьев звездочки.

4. Звездочки

Звездочки (рис. 10.7) 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 Z 1 зубьев малой звездочки для роликовых и втулочных цепей, при условииZ 1 min 13,

Z 1 = 29 – 2i ,

где i – передаточное отношение.

Минимально допустимое число зубьев малой звездочки принимают:

при высоких частотах вращения Z 1 min = 19–23; при средних –Z 1 min = 17–19; при низких –Z 1 min = 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 большой звездочки ограничивают: Z 2 90 для втулочной цепи;Z 2 120 для роликовой. Предпочтительно принимать нечетные числа зубьев звездочек, что в сочетании с четным числом звеньев цепи способствует ее более равномерному изнашиванию.

Материал звездочек должен быть износостойким и хорошо сопротивляться действию ударных нагрузок. Звездочки изготовляют из стали

марок 45, 40Х и других с закалкой до твердости 45–55 HRC или из цементуемой стали марок 15, 20Х с закалкой до твердости 55–60 HRC. С целью снижения уровня шума и динамических нагрузок в передачах с легкими условиями работы изготовляют зубчатый венец звездочек из полимерных материалов: стеклопластиков и полиамидов.

5. Силы в ветвях цепи

Ведущая ветвь цепи при работе передачи нагружена силой F 1 , состоящей из полезной (окружной) силыF t и силыF 2 натяжения ведомой ветви цепи:

F1 = Ft + F2 .

Окружная сила F t Н, передаваемая цепью:

F t = 2 103 T /d ,

где d – делительный диаметр звездочки, мм.

Силу F 2 натяжения ведомой ветви цепи составляют силаF 0 натяжения от собственной силы тяжести и силаF ц натяжения от действия центробежных сил:

F2 = F0 + Fц .

Натяжение F 0 , Н от силы тяжести при горизонтальном или близком к нему положении линии, соединяющей оси звездочек:

F0 = qga2 / 8 f =1,2 qa2 / f,

где q – масса 1 м цепи, кг/м;g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;а – межосевое расстояние, м;f – стрела провисания ведомой ветви, м (рис. 10.6).

При вертикальном или близком к нему положении линии центров звездочек

F0 = qga.

Натяжение цепи от центробежных сил, Н,

Fц = qv2 ,

где v – скорость движения цепи, м/с.

Сила F ц действует на звенья цепи по всему ее контуру и вызывает дополнительно изнашивание шарниров. Цепные передачи проверяют на прочность по значениям 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. Натяжение ведомой ветви цепиF 2 равно большему из натяженийF 0 илиF ц .

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

Fв = Kв Ft ,

где K в – коэффициент нагрузки вала; для горизонтальных передач,K в = 1,15, для вертикальныхK в = 1,05. Направление силыF в – по линии центров звездочек.

6. Характер и причины отказов цепных передач

Для приводных цепей характерны следующие основные виды предельных состояний :

изнашивание деталей шарниров вследствие их взаимного поворота под нагрузкой. Приводит к увеличению шага цепи. По мере изнашивания шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев и возникает опасность соскакивания цепи со звездочек;

изнашивание зубьев звездочек вследствие относительного скольжения и схватывания в сопряжении ролик – зуб звездочки. Приводит к увеличению шага звездочки;

усталостное разрушение пластин цепей вследствие циклического нагружения. Наблюдают в быстроходных тяжело нагруженных передачах, работающих в закрытых корпусах с хорошим смазыванием;

ударно-усталостное разрушение тонкостенных деталей – роликов и втулок. Эти отказы обусловлены ударами шарниров о зубья звездочек при входе

в зацепление.

В правильно спроектированной и эксплуатируемой цепной передаче увеличение шага цепи по мере износа шарниров опережает увеличение шага звездочки. С этим связаны нарушение зацепления, недопустимое провисание холостой ветви цепи, соскакивание со звездочки, задевание за стенки кожуха или картера, а также увеличение вибраций, шума. В результате цепь заменяют, как правило, до наступления усталостных разрушений. Таким образом, основным видом отказа цепных передач является изнашивание шарниров.

7. Расчет передачи роликовой (втулочной) цепью

Износостойкость шарниров является основным критерием работоспособности и расчета цепных передач. Изнашивание зависит от давления р в шарнире и величины пути тренияS , количественную оценку

Рис. 7.2. Схема многозвенной передачи: 1 - ведущая звездочка; 2 - три ведомых звездочки

Рис. 7.3. Многозвенная передача

7.2. Классификация. Цепные передачи разделяют по следующим основным признакам:

1. По типу цепей: с роликовыми (рис. 7.4, а); с втулочными (рис. 7.4,
б); с зубчатыми (рис. 7.4, в).

2. По числу рядов роликовые цепи делят на однорядные (см. рис. 7.4,
а) и многорядные (например, двухрядные, см. рис. 7.4, б).

3. По числу ведомых звездочек: нормальные двухзвенные (см.,рис. 7.1,
7.4, 7.5); специальные - многозвенные (см. рис. 7.2, 7.3).

4. По расположению звездочек: горизонтальные (рис. 7.5, а); наклон
ные (рис. 7.5, б); вертикальные (рис. 7.5, в).

Рис. 7.5. Виды цепных передач: а - горизонтальная; Рис. 7.6. Цепная передача с натяжным роликом

б - наклонная; в - вертикальная

5. По способу регулирования провисания цепи: с натяжным устройством (см. рис. 7.1); с натяжной звездочкой (роликом, рис. 7.6).

6. По конструктивному исполнению: открытые (см. рис. 7.3), закрытые (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Установка с цепной передачей

Перечислите по пунктам признаки классификации, характеризующие конструктивные особенности, связанные с цепями и со звездочками.

Достоинства и недостатки.

Достоинства:

большая прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяет передать цепью большие нагрузки с постоянным передаточным числом и при значительно меньшем межосевом расстоянии (передача более компактна);

Возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;

По сравнению с зубчатыми передачами - возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м);

Меньшая, чем в ременных передачах, нагрузка на валы;

Сравнительно высокий КПД (η max » 0,9 ÷ 0,98).

Недостатки:

Сравнительно высокая стоимость цепей;

Вытягивание цепей вследствие изнашивания в шарнирах;

Повышенный шум вследствие удара звена цепи при входе в зацепление и дополнительные динамические нагрузки из-за многогранности звездочек;

Необходимость высококачественного монтажа передачи и тщательного ухода за ней;

Невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;

Сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи.

Укажите основные достоинства и недостатки цепной передачи по сравнению с другими известными Вам видами передач.

7.4. Область применения. Современные цепные передачи могут передавать большие мощности (до 5 тыс. кВт) при сравнительно высоких скоростях (до 25-30 м/с). Этот вид передачи выбирают, когда применение зубчатой передачи нецелесообразно из-за слишком большого.межосевого рас- стояния, а ременные для проектируемой машины недостаточно надежны. Цепные передачи широко распространены в транспортирующих устройствах (конвейерах, элеваторах, мотоциклах, велосипедах), в приводах станков и сельскохозяйственных машин, в химическом, горнорудном и нефтепромысловом машиностроении.

Почему в велосипеде применяется цепная передача? Какую другую передачу можно использовать для этой цели?

§ 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-

Механическая передача – механизм, превращающий кинематические и энергетические параметры двигателя в необходимые параметры движения рабочих органов машин и предназначенный для согласования режима работы двигателя с режимом работы исполнительных органов.

Типы механических передач :

зубчатые (цилиндрические, конические);
винтовые (винтовые, червячные, гипоидные);
с гибкими элементами (ременные, цепные);
фрикционные (за счёт трения, применяются при плохих условиях работы).

В зависимости от соотношения параметров входного и выходного валов передачи разделяют на:

редукторы (понижающие передачи) – от входного вала к выходному уменьшают частоту вращения и увеличивают крутящий момент;
мультипликаторы (повышающие передачи) – от входного вала к выходному увеличивают частоту вращения и уменьшают крутящий момент.

Зубчатая передача – это механизм или часть механизма механической передачи, в состав которого входят зубчатые колёса. При этом усилие от одного элемента к другому передаётся с помощью зубьев.

Зубчатые передачи предназначены для:

передачи вращательного движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся или скрещивающиеся оси;
преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот (передача “рейка-шестерня”).

Зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев называется шестернёй , второе колесо с большим числом зубьев называется колесом .

Зубчатые передачи классифицируют по расположению валов :

с параллельными осями (цилиндрические с внутренним и внешним зацеплениями);
с пересекающимися осями (конические);
с перекрестными осями (рейка-шестерня).

Цилиндрические зубчатые передачи () бывают с внешним и внутренним зацеплением. В зависимости от угла наклона зубьев выполняют прямозубые и косозубые колёса. С увеличением угла повышается прочность косозубых передач (за счёт наклона увеличивается площадь контакта зубьев, уменьшаются габариты передачи). Однако в косозубых передачах появляется дополнительная осевая сила, направленная вдоль оси вала и создающая дополнительную нагрузку на опоры. Для уменьшения этой силы угол наклона ограничивают 8-20°. Этот недостаток исключён в шевронной передаче.

Рисунок 1 – Основные виды цилиндрических зубчатых передач


Рисунок 6 – Фрикционные передачи

Трение между элементами может быть сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение наиболее предпочтительно, так как значительно увеличивает долговечность фрикционной передачи.

Фрикционные передачи делятся :

по расположению валов:
- с параллельными валами;
- с пересекающимися валами;
по характеру контакта:
- с внешним контактом;
- с внутренним контактом;
по возможности варьирования передаточного отношения:
- нерегулируемые;
- регулируемые (фрикционный вариатор);
при наличии промежуточных тел в передаче по форме контактирующих тел:
- цилиндрические;
- конические;
- сферические;
- плоские.

Перечень ссылок

Лекция 16. Механические передачи // Информационно-образовательный портал “Ореанда”. – http://bcoreanda.com/ShowObject.aspx?ID=252 .
Зубчатая передача // Википедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Зубчатая_передача .
Фрикционная передача // Википедия. – http://ru.wikipedia.org/wiki/Фрикционная_передача .

Вопросы для контроля

Что называют механической передачей, их основные разновидности?
Что представляют собой зубчатые передачи: описание, назначение, классификация, достоинства и недостатки?
Каков принцип работы червячных зубчатых передач, их основные достоинства и недостатки?
Что представляют собой передачи с гибкими звеньями: описание, назначение, классификация?
Какие основные достоинства и недостатки ременных передач в сравнении с цепными?
Что представляют собой фрикционные передачи: описание, назначение, классификация?

Общие сведения о цепных передачах

Цепная передача относится к передачам зацеплением с гибкой связью. Мощность в цепной передаче посредством многозвенной шарнирной цепи передается от ведущей к ведомой звездочке, размещенных на параллельных валах.

Классификация цепных передач

Цепные передачи классифицируют по типу применяемой цепи. В настоящее время применяют роликовые, втулочные и зубчатые цепи, которые, в свою очередь, могут быть однорядными и многорядными.

В роликовых и втулочных цепях зацепление звеньев со звездочкой осуществляется через ролик или втулку, при этом долговечность цепи возрастает, но возрастает ее масса и стоимость.

Зубчатые цепи набирают из пластин, при этом большое значение на эксплуатационные качества цепи имеет конструкция шарнира. В конструкцию входит направляющая пластина, предотвращающая сползание цепи со звездочки.

По сравнению со втулочными зубчатые цепи работают более плавно, обеспечивают большую кинематическую точность (плавность хода передачи) , могут передавать бóльшую мощность, имеют высокий КПД , но их масса и стоимость значительно выше.

В зависимости от типа применяемой цепи зависит конструкция звездочек цепной передачи. Звездочки для втулочной и роликовой цепи представлена на рис. 2 слева, звездочка для зубчатой цепи – справа.

Достоинства цепных передач

По сравнению с зубчатыми передачами:
Преимущество цепных передач в сравнении с зубчатыми заключается в том, что они способны передавать движение между валами при значительных межосевых расстояниях (до 8 м) .

По сравнению с ременными передачами:
По сравнению с ременными передачами (передачами трением) цепные передачи (передачи зацеплением) выгодно отличаются компактностью, способностью передавать бóльшие мощности при одинаковых размерах, постоянством передаточного числа и меньшей требовательностью к предварительному натяжению цепи (иногда предварительный натяг для цепных передач не применяется) .
Кроме того, цепные передачи устойчиво работают при малых межосевых расстояниях между звездочками, тогда как ременная передача может пробуксовывать при малых углах обхвата шкива ремнем.

К достоинствам цепных передач можно отнести высокий КПД и безотказность при работе в условиях частых пусков и торможений.

Недостатки цепных передач

1. Значительный шум и вибрация при работе вследствие удара звена цепи о зуб звездочки при входе в зацепление, особенно при малых числах зубьев и большом шаге (этот недостаток ограничивает применение цепных передач при больших скоростях) .

2. Сравнительно быстрое изнашивание шарниров цепи, необходимость применения системы смазывания и установки в закрытых корпусах.

3. Удлинение цепи вследствие износа шарниров и сход ее со звездочек, что требует применения натяжных устройств.

4. По сравнению с зубчатыми передачами цепные передают движение менее плавно и равномерно.

Область применения цепных передач

Цепные передачи находят широкое применение во многих областях машиностроения, конструкциях сельскохозяйственных и дорожных машин, станкостроении и т. д.
Их применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, промышленных роботах, буровом оборудовании, подъемно-транспортных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, полиграфических и других машинах для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно.

Цепные передачи наибольшее применение получили для передачи мощностей до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/сек .

Приводные цепи

Приводная цепь – главный элемент цепной передачи – состоит из соединенных шарнирами отдельных звеньев. Помимо приводных бывают тяговые и грузовые цепи , которые в этом разделе сайта не рассмотрены.
Основные типы стандартизованных приводных цепей (см. рис. 1) : роликовые, втулочные и зубчатые.
В тихоходных цепных передачах применяются, также, фасоннозвенные цепи (крючковые или штыревые).

Роликовые приводные цепи

Роликовые приводные цепи состоят из двух рядов наружных 1 и внутренних 2 пластин (см. рис. 1) . В наружные пластины запрессованы оси 3 , пропущенные через втулки 4 , запрессованные в свою очередь во внутренние пластины. На втулки предварительно надеты свободно вращающиеся закаленные ролики 5 .
Концы осей после сборки расклепывают с образованием головок, препятствующих спаданию пластин.
При относительном повороте звеньев ось проворачивается во втулке, образуя шарнир скольжения.

Зацепление цепи со звездочкой происходит через ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки. Такая конструкция позволяет выровнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба.

Пластины очерчены контуром, напоминающим цифру 8 и обеспечивающим равную прочность пластины во всех сечениях.
Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях v ≤ 15 м/сек .

Приводные роликовые цепи по ГОСТ 13568-75 различают:

однорядные нормальные (ПР) ,
однорядные длиннозвенные облегченные (ПРД) ,
однорядные усиленные (ПРУ) ,
двухрядные (2ПР) ,
трехрядные (ЗПР) ,
четырехрядные (4ПР) ,
с изогнутыми пластинками (ПРИ) .

Из роликовых однорядных цепей наиболее распространены нормальные ПР . Длиннозвенные облегченные цепи ПРД изготовляют с пониженной разрушающей нагрузкой; допускаемая скорость для них до 3 м/сек .
Усиленные цепи ПРУ изготовляют повышенной прочности и точности; их применяют при больших и переменных нагрузках, а также при высоких скоростях.

Многорядные цепи позволяют увеличивать нагрузку пропорционально числу рядов, поэтому их применяют при передаче больших мощностей. Роликовые цепи с изогнутыми пластинами повышенной податливости применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.) .

Втулочные приводные цепи

Втулочные приводные цепи по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет цепь, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек. Втулочные цепи применяют в неответственных передачах при v < 1 м/сек .

Втулочная однорядная цепь (см. рис. 1) состоит из внутренних пластин 1 , напрессованных на втулки 2 , свободно вращающиеся на валиках 5 , на которых напрессованы наружные пластины 4 .
В зависимости от передаваемой мощности приводные втулочные цепи изготовляют однорядными (ПВ) и двухрядными (2ПВ) .
Эти цепи простые по конструкции, имеют небольшую массу и наиболее дешевые, но менее износоустойчивы, поэтому применение их ограничивают небольшими скоростями, обычно до 10 м/сек .

Роликовая однорядная цепь (рис. 1) отличается от втулочной тем, что на ее втулках 2 устанавливают свободно вращающиеся ролики 5 . Ролики заменяют трение скольжения между втулками и зубьями звездочек во втулочной цепи трением качения. Поэтому износостойкость роликовых цепей по сравнению со втулочными значительно выше и соответственно их применяют при окружных скоростях передач до 20 м/сек .

Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными и многорядными с числом рядов 2, 3, 4 и более. Многорядная цепь с меньшим шагом t позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче.
Многорядные цепи могут работать при существенно больших скоростях движения цепи. Нагрузочная способность цепи возрастает почти прямо пропорционально числу рядов.

Соединение концов цепи при четном числе ее звеньев производят соединительным звеном, при нечетном – менее прочным переходным звеном с изогнутыми пластинами. Поэтому применяют цепи с четным числом звеньев.

Зубчатые приводные цепи

Зубчатая цепь (см. рис. 1) в каждом звене имеет набор пластин 1 (число их определяется шириной цепи и зависит от передаваемой мощности) с двумя выступами (зубьями) и с впадиной между ними для зуба звездочки. Эта цепь изготовляется с шарнирами трения качения. В отверстиях пластин каждого шарнира устанавливаются две призмы 2 и 3 с криволинейными рабочими поверхностями.
Одна из призм соединяется с пластинами одного звена, а другая - с пластинами соседнего звена, в результате чего в процессе движения цепи призмы перекатывают одна другую. Благодаря этому зубчатые цепи работают плавно, с малым шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку и допускают высокие скорости.

Применяют также зубчатые цепи с шарнирами трения скольжения, но их долговечность примерно в два раза ниже, чем у зубчатых цепей с шарнирами трения качения.

Относительный поворот звеньев в таких цепях обеспечивают шарниры скольжения.
Шарнир скольжения состоит из оси и двух вкладышей, закрепленных в фигурных пазах пластин. При повороте пластин вкладыши скользят по осям, поворачиваясь в пазах пластин.
Вкладыши позволяют увеличить площадь контакта в 1,5 раза.
Шарнир допускает поворот пластины на угол φ max , который обычно не превышает 30° .

Для устранения бокового спадания цепи со звездочек применяют внутренние (расположенные по середине ширины цепи) или боковые направляющие пластины. Направляющие пластины представляют собой обычные пластины, но без выемок для зубьев звездочек.
Для внутренних направляющих пластин на зубьях звездочек выполняют проточки соответствующего профиля.
Делительный диаметр d звездочки для зубчатых цепей больше ее наружного диаметра.

Зубчатые цепи вследствие лучших условий зацепления с зубьями звездочек работают с меньшим шумом, поэтому их иногда называют бесшумными. Так как ширина зубчатых цепей может быть какой угодно (встречаются цепи шириной до 1,7 м) , то их применяют для передачи больших мощностей.
Однако, по сравнению с роликовыми зубчатые цепи тяжелее, сложнее в изготовлении и дороже, поэтому область применения зубчатых цепей сокращается.
Преимущественное применение в настоящее время имеют передачи роликовыми и втулочными цепями.

Фасоннозвенные цепи

Фасоннозвенные цепи (см. рис. 1) различают двух типов: крючковые и штыревые.
Крючковая цепь состоит из звеньев одинаковой формы, отлитых из ковкого чугуна или штампованных из полосовой стали ЗОГ без дополнительных деталей.
Сборку и разборку этой цепи осуществляют путем взаимного наклона звеньев на угол 60° .

В штыревой цепи литые звенья 1 из ковкого чугуна соединяются зашплинтованными стальными (из стали Ст3) штырями 2 .

Фасоннозвенные цепи применяют при передаче небольших мощностей, при малых скоростях (крючковая до 3 м/сек, штыревая до 4 м/сек) , обычно в условиях несовершенной смазки и защиты.
Звенья фасоннозвенных цепей не обрабатывают. Благодаря небольшой стоимости и легкости ремонта фасоннозвенные цепи широко применяют в сельскохозяйственных машинах.

Материал цепей

Цепи должны быть износостойкими и прочными.
Пластины цепей изготовляют из сталей марок 50, 40Х 40...50 HRC .
Оси, втулки, ролики и призмы – из цементируемых сталей марок 20, 15Х и других с закалкой до твердости 52...65 HRC .
Повышением твердости деталей можно повысить износостойкость цепей.

Звездочки и диски составных звездочек в основном изготовляют из среднеуглеродистой или легированной стали 40, 45, 40Х, 50Г2, 35ХГСА, 40ХН с закалкой до твердости HRC40...50 или цементуемой стали 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХН2 с термообработкой до твердости HRC50...60 .

Звездочки тихоходных передач при скорости цепи v ≤ 3 м/сек и отсутствии динамических нагрузок изготовляют также из серого или модифицированного чугуна СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ30 с твердостью поверхности до НВ260...300 .
Применяют звездочки с зубчатым венцом из пластмасс (дюропласта или вулколана), которые способствуют уменьшению шума и износа цепей при работе передачи.

Геометрические и кинематические параметры цепной передачи

Основным параметром цепной передачи является шаг t цепи, т. е. расстояние между осями двух ближайших шарниров цепи (см. рис. 2) . Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи.

Диаметр делительной окружности звездочки d определяется по формуле:

d = t / ,

где z – число зубьев звездочки.

Шаг t у звездочек измеряют по хорде делительной окружности.

Оптимальное межосевое расстояние передачи принимают из условия долговечности цепи:

а = (30…50)t ,

где t – шаг цепи.

Длина цепи в шагах:

Lp = 2a/t + (z 2 + z 1)/2 +[(z 2 – z 1)/2π] 2 t/a ,

где z 1 и z 2 – число зубьев звездочек.

Число зубьев малой звездочки выбирают из соотношения

z 1 = 29 – 2u .

Тогда z 2 = z 1 u .

Окончательное значение межосевого расстояния :

a = t/4{L p - (z 2 + z 1)/2 + √| 2 – 8[(z 2 - z 1)/2π] 2 |} .

Передаточное число : u = ω 1 /ω 2 = n 1 /n 2 = z 2 /z 1 .

Передаточное отношение цепной передачи нельзя определять как отношение диаметров делительных окружностей звездочек. В пределах одного оборота звездочки передаточное отношение не остается постоянным, поэтому обычно говорят о средней скорости цепи, м/сек:

v = ωzt/2000π ,

где ω , z – угловая скорость и число зубьев звездочки.