Конструирование цепных передач

Цепные передачи, как и ременные, являются передачами с гибкой связью. Они схожи по структуре – цепная передача состоит из двух звездочек, соединяемых цепью (рис. 4.2.1), но отличаются принципом дейст-вия: ременная передача – передача трением, цепная передача – передача зацеплением.

Рис. 4.2.1. Цепная передача: 1, 3 – ведущая и ведомая звездочки; 2 – цепь

Цепные передачи имеют меньшие габариты, чем ременные, работают при больших нагрузках без проскальзывания и меньше нагружают валы. Они способны передавать мощность до 100 кВт при скорости цепи до 15 м/с и межосевых расстояниях до 8 м. Потери на трение сравнительно невелики: (η = 0,92…0,96). Условия эксплуатации открытых цепных передач достаточно сложные: пыль, попадающая в шарниры цепи, значительно ухудшает условия трения соприкасающихся поверхностей, что обуславливает сравнительно быстрое изнашивание шарниров, детали цепных передач подвергаются значи­тельной коррозии и изнашиванию, работа цепных передач часто сопровождается значительными колебаниями нагрузки, вибрацией и дополнительной деформацией деталей.

Цепи подразделяются на приводные (рис. 4.2.2, а…д), тяговые, используемые с различными рабочими органами (скребками, ковшами и др.) в транспортерах, подъемниках, элеваторах и грузовые (рис. 4.2.2, е…з).

В приводах машин применяются роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Они состоят из соединенных с помощью шарниров звеньев, обеспечивающих гибкость цепи.

Роликовые цепи.Каждое звено (рис. 4.2.3, а) состоит из двух внутренних пластин 1, напрессованных на втулку 3, и двух наружных пластин 2, напрессованных на валик 4. Втулка надета на валик. На втулке свободно вращается ролик 5. Наличие ролика позволяет исключить трение скольжения и уменьшить износ зубьев звездочек. При передаче больших нагрузок и скоростей применяют многорядные цепи (рис. 4.2.3, б). Они состоят из тех же элементов, что и однорядные. Но валики в них удлиненные. Звенья неразъемные, а концы соединяют звеном (рис. 4.2.4, а), валик расклепывают или крепят шплинтом. Если цепи с нечетным числом звеньев, то применяют специальные переходные звенья
(рис. 4.2.4, б), поэтому цепи с четным числом звеньев предпочтительнее.

Рис. 4.2.2. Типы цепей: а – приводная роликовая однорядная,

б – то же двухрядная; в – то же с изогнутыми пластинами; г – приводная зубчатая с направляющими пластинами; е, д – грузовая круглозвенная;

ж – то же пластинчатая; з – то же тяговая втулочная

Рис. 4.2.3. Приводные роликовые цепи:

а – однорядная:1, 2 – соответственно внутренняя и наружная пластины,

3 – втулка, 4 – валик, 5 – ролик; б – двухрядная

Рис. 4.2.4. Звенья цепи: а – соединительное; б – переходное

ГОСТ 13568-97 устанавливает следующие типы роликовых цепей: ПРА – роликовые однорядные нормальной точности; ПР (табл. 4.2.3) – роликовые однорядные повышенной точности (двухрядные 2ПР, трехрядные 3ПР, четы-рехрядные 4ПР); ПРД – длиннозвенные, ПРИ – с изогнутыми пластинами.

Основной геометрический параметр цепи – шаг t, основная силовая характеристика – разрушающая нагрузка F_разр.

Пример условного обозначения роликовой однорядной цепи с шагом цепи
t =19,05 мм и разрушающей нагрузкой F_разр = 31,8 кН:

Цепь ПР-19,05-3180 ГОСТ 13568-97.

Втулочные цепи.Однорядные ПВ и двухрядные 2ПВ шага 9,525 мм по ГОСТ 13568-97 не имеют роликов. Это снижает их стоимость, но увеличивает износ цепи и звездочек, что ограничивает их применение.

Зубчатые цепи (рис. 4.2.5) состоят из набора пластин 1, шарнирно соединенных с сегментными валиками 2. Чтобы исключить боковое сползание цепи со звездочек, применяют направляющие пластины 3. К достоинствам зубчатых передач следует отнести плавность и бесшумность работы при высоких скоростях (до 35 м/с), к недостаткам – сложность изготовления, высокую стоимость и сравнительно большую массу. Типы и основные параметры зубчатых цепей установлены ГОСТ 13552-81, параметры зубьев звездочек ГОСТ 13576-81.

Условное обозначение приводной зубчатой цепи типа 1(с односторонним зацеплением) с шагом t = 19,05мм, разрушающей нагрузкой F_разр = 74 кН и рабочей шириной b = 45 мм:

Цепь ПЗ-1-19,05-74-45 ГОСТ 13552-81.

Рис. 4.2.5. Зубчатая цепь

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.

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.

Критерии работоспособности. Основными причинами выхода из строя цепных передач являются износ шарниров цепи и зубьев звездочек (при этом цепь удлиняет­ся и нарушается ее зацепление со звездочкой), проворачивание валиков и втулок в местах запрессовки (обусловлено низким качеством изготовления), усталостное разрушение пластин по проушинам и роликов по внутреннему и внешнему диаметрам. Основным критерием работоспособности передачи приводной роликовой цепью является износостойкость шарниров цепи. Расчет заключается в проверке цепи по допускаемому давлению для шарниров. Также долговечность цепи проверяется по допустимому числу входов цепи в зацепление с обеими звездочками.