Конструкция основных элементов цепных передач. Цепные передачи. Каковы достоинства цепных передач

Цепная передача в самом распространенном виде состоит из расположенных на некотором расстоянии друг от друга двух колес, называемых звездочками, и охватывающей их цепи (рис. 1, а). Вращение ведущей звездочки преобразуется во вращение ведомой благодаря сцеплению цепи с зубьями звездочек. Иногда применяют цепные передачи с несколькими ведомыми звездочками. Цепные передачи, работающие при больших нагрузках и скоростях, помещают в специальные кожухи, называемые картерами (рис. 1, б), что обеспечивает постоянную обильную смазку цепи, безопасность и защиту передачи от загрязнений и уменьшение шума, возникающего при ее работе. Иногда применяет цепные вариаторы, устроенные по схеме колодочно-ременных вариаторов с раздвижными конусами. В связи с вытягиванием цепей по мере их износа натяжное устройство цепных передач должно регулировать натяжение цепи. Это регулирование, по аналогии с ременными передачами, осуществляют либо перемещением вала одной из звездочек, либо с помощью регулирующих звездочек или роликов.

Достоинства цепных передач по сравнению с ременными:
отсутствие проскальзывания,
компактность (они занимают значительно меньше места по ширине),
меньшие нагрузки на валы и подшипники (нет необходимости в большом начальном натяжении цепи).

К. п. д. цепной передачи довольно высокий, достигающий значения η=0,98 .

Недостатки цепных передач:

• удлинение цепи вследствие износа ее шарниров и растяжения пластин, в результате чего она имеет неспокойный ход;
• наличие в элементах цепи переменных ускорений, вызывающих динамические нагрузки тем большие, чем выше скорость движения цепи и чем меньше зубьев на меньшей звездочке;
• шум при работе;
• необходимость внимательного ухода при ее эксплуатации.

Цепные передачи применяют при больших межосевых расстояниях, когда зубчатые передачи невозможно использовать из-за громоздкости, а ременные передачи - в связи с требованиями компактности или постоянства передаточного отношения. В зависимости от конструкции цепей применяют передачи мощностью до 5000 кВт при окружных скоростях до 30...35 м/с. Наиболее распространены цепные передачи мощностью до 100 кВт при окружных скоростях до 15 м/с. Цепные передачи применяют в транспортных, сельскохозяйственных, строительных, горных и нефтяных машинах, а также в станках.

Цепи в цепных передачах называют приводными. Приводные цепи по конструкции различают:

• втулочные , роликовые (ГОСТ 13568-75),


• зубчатые (ГОСТ 13552-81)


• фасоннозвенные .

Основные геометрические характеристики цепи - шаг, т. е. расстояние между осями двух ближайших шарниров цепи, й ширина, а основная силовая характеристика - разрушающая нагрузка цепи, устанавливаемая опытным путем.

Втулочная однорядная цепь.

Втулочная однорядная цепь (рис. 2, а) 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/с.

Приводные роликовые цепи по ГОСТ 13568-75 различают:

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

Роликовая однорядная цепь (рис. 2, б) 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/с. Из роликовых однорядных цепей наиболее распространены нормальные ПР . Длиннозвенные облегченные цепи ПРД изготовляют с пониженной разрушающей нагрузкой; допускаемая скорость для них до 3 м/с. Усиленные цепи ПРУ изготовляют повышенной прочности и точности; их применяют при больших и переменных нагрузках, а также при высоких скоростях.

Многорядные цепи (рис. 2, в) позволяют увеличивать нагрузку пропорционально числу рядов, поэтому их применяют при передаче больших мощностей. Роликовые цепи с изогнутыми пластинами (рис. 2, г) повышенной податливости применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.).

Зубчатая цепь.

Зубчатая цепь (рис. 2, д) в каждом звене имеет набор пластин 1 (число их определяется шириной цепи) 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.

Применяют также зубчатые цепи с шарнирами трения скольжения. Долговечность зубчатых цепей с шарнирами трения качения выше примерно в два раза.

Зубчатые цепи для предохранения от соскальзывания со звездочек и работе снабжают направляющими пластинами 4 , представляющими собой обычные пластины, но без выемок для зубьев звездочек. Эти пластины требуют проточки соответствующих пазов на звездочках (см. рис. 4, б).

Зубчатые цепи вследствие лучших условий зацепления с зубьями звездочек работают с меньшим шумом, поэтому их иногда называют бесшумными. По сравнению с другими зубчатые цепи более тяжелые, сложнее в изготовлении и дороже, поэтому их применяют ограниченно. Так как ширина зубчатых цепей может быть какой угодно (встречаются цепи шириной до 1,7 м), то их применяют для передачи больших мощностей.

Фасоннозвенные цепи различают двух типов: крючковые (рис. 3, а) и штыревые (рис. 3, б). 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/с, штыревая до 4 м/с), 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.

Смазка приводных цепей.

Смазка приводных цепей предупреждает их от быстрого износа. Для ответственных силовых цепных передач применяют непрерывную картерную смазку, осуществляемую при скорости до 8 м/с с окунанием цепи в масляную ванну на глубину не свыше ширины пластины и при большей скорости - принудительной циркуляционной подачей смазки от насоса (см. рис. 1, б). При отсутствии герметического картера и скорости цепи до 8 м/с применяют консистентную внутришарнирную смазку, осуществляемую периодически через 120..180 ч погружением цепи в нагретую до разжижения смазку. Иногда вместо консистентной смазки пользуются капельной смазкой. При работе передачи с перерывами с окружной скоростью до 4 м/с пользуются также периодической смазкой цепи, осуществляемой ручной масленкой через 6...8 ч.

Материал цепей и звездочек.

От материала и термической обработки цепей и звездочек зависит долговечность цепных передач.

Элементы втулочных, роликовых и зубчатых цепей изготовляют из следующих материалов: пластины - из среднеуглеродистых или легированных сталей 40, 45, 50, 30ХНЗА с закалкой до твердости HRC32...44, а валики, втулки, ролики и вкладыши - из цементируемых сталей 10,15, 20, 12ХНЗА, 20ХНЗА, 30ХНЗА с термообработкой до твердости HRC40...65. Применяют втулочные и роликовые цепи, внутри стальных втулок которых помещают пластмассовые втулки, свободно вращающиеся как на валиках, так и внутри стальных втулок. Такие цепи используют при работе шарниров без смазки или со слабой смазкой.

Конструкции звездочек цепных передач аналогичны зубчатым колесам . В зависимости от размеров, материала и назначения их выполняют целыми (рис. 4) или составными (рис. 5).

Звездочки для втулочных и роликовых цепей имеют небольшую ширину. Их обычно выполняют из двух частей - диска с зубьями и ступицы, которые в зависимости от материала и назначения звездочки сваривают (рис. 5, а) или соединяют заклепками (болтами) (рис. 5, б). Звездочки для зубчатых цепей (см. рис. 4, б) широкие, их выполняют целыми. Целые 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/с 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). Вулколан - это разновидность полиуретана, обладающая особыми качествами. Конструкция таких звездочек показана на (рис. 5, е). На ободе металлической части звездочки делают канавку в форме ласточкина хвоста, прерываемую несколькими поперечными углублениями, в которой помещают зубчатый венец из пластмассы. Преимущество пластмассовых звездочек по сравнению с металлическими - уменьшение износа цепей и шума передачи.

Изложение материала этой главы ведется в соответствии с ГОСТ «Цепи роликовые. Термины и определения», а также другими стандартами, имеющими отношение к цепным передачам.

Цепной передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательного движения между параллельными валами с помощью двух жестко закрепленных на них зубчатых колес - звездочек и надетой на них бесконечной цепи (рис. 10.1).

Рис. 10.1.

Цепью в общем случае называется многозвенная гибкая связь, которая может использоваться для перемещения грузов (тяговые цепи), подвески или подъема и опускания грузов (грузовые цепи), для передачи движения (приводные цепи). В дальнейшем мы будем рассматривать только приводные цепи, которые используются в цепных передачах.

Достоинства цепных передач заключаются в том, что они позволяют передавать вращение удаленным (до 8 м) валам, а также приводить в движение одной цепью несколько валов; в цепной передаче отсутствует проскальзывание, а радиальная нагрузка на валы в два раза меньше, чем в ременной передаче; цепные передачи имеют высокий КПД (при благоприятных условиях ц = 0,97...0,99), могут осуществлять передачу значительных мощностей (до нескольких тысяч киловатт), допускают скорости движения цепи до 35 м/с и передаточные числа до и = 10.

Недостатки цепных передач - повышенная виброактивность и шум при работе вследствие пульсации скорости цепи и динамических нагрузок; интенсивный износ шарниров вследствие трения и трудностей смазывания; вытягивание цепи вследствие износа шарниров и удлинения пластин.

Цепные передачи широко применяются в металлорежущих и деревообрабатывающих станках, в нефтяном, горном, транспортном, сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях. Цепные передачи выполняют как понижающими, так и повышающими", широко известна, например, повышающая передача к заднему колесу велосипеда. Ответственные цепные передачи выполняют закрытыми, заключенными в жесткий корпус, который служит масляной ванной.

Исходной расчетной характеристикой всех цепей является шаг цепи t, измеряемый по хорде делительной окружности звездочки.

Приводные цепи бывают роликовые, втулочные, зубчатые и фасонно- звенные", первые три вида цепей стандартизированы.

На рисунках 10.1, 10.2 показана двухзвездная передача однорядной роликовой цепью, состоящей из наружного звена I, собранного из двух наружных пластин 1 и валиков 2, неподвижно закрепленных в отверстиях наружных пластин и внутреннего звена II, состоящего из двух внутренних пластин 3, втулок 4, неподвижно закрепляемых в отверстиях внутренних пластин и роликов 5, свободно одеваемых на втулки. Ролики, перекатываясь по зубьям звездочек, уменьшают их износ.

Наружное и внутреннее звенья в сборе образуют вращательную кинематическую пару. Пластины имеют форму тел равного сопротивления.

Втулочная цепь отличается от роликовой тем, что не имеет роликов, а диаметр ее валиков и длина втулок несколько больше, благодаря чему при прочих равных условиях среднее давление в шарнирах втулочной цепи меньше. Втулочные цепи дешевле роликовых, но износостойкость их ниже.

Роликовые и втулочные цепи могут быть однорядными и многорядными.

Рис. 10.2.

На рисунке 10.3 показана двухрядная роликовая цепь, которая собирается из элементов однорядной цепи, за исключением валиков. Валики втулочных и роликовых цепей расклепывают, кроме валиков соединительного звена 1, с помощью которого пружинным замком или шплинтами соединяются концы цепи. Если число шагов цепи нечетное, то применяется переходное звено 2.

Рис. 10.3.

Согласно стандарту, приводные роликовые и втулочные цепи для машин и механизмов изготавливают следующих типов: ПРЛ - роликовые легкой серии; ПР - роликовые нормальной серии; ПРД - роликовые длиннозвенные; ПРИ - роликовые с изогнутыми пластинами; ПВ - втулочные.

Число рядов цепи указывается цифрой, которая ставится перед обозначением, например, ЗПР-25,4-170,1 - трехрядная приводная роликовая цепь нормальной серии с шагом 25,4 мм и разрушающей нагрузкой 170,1 кН.

Применение многорядных цепей значительно уменьшает габариты передачи в плоскости, перпендикулярной осям.

Втулочные цепи согласно стандарту изготавливают одно- и двухрядными с шагом 9,525 мм; эти цепи применяют, например, в автомобилях и мотоциклах.

Длиннозвенные роликовые цепи имеют звенья двойного шага, поэтому они легче и дешевле других и применяются при малых скоростях, в частности, в сельскохозяйственном машиностроении.

Роликовые цепи с изогнутыми пластинами обладают повышенной податливостью (пластины работают на изгиб) и поэтому их применяют при динамических нагрузках, например частых реверсах, ударах и т.д.

Кроме вышеуказанных стандартизированы роликовые приводные цепи для буровых установок, которые предназначены для работы в быстроходных передачах; пластины цепи имеют защитное или защитнодекоративное покрытие.

Пластины втулочных и роликовых цепей изготавливают из закаливаемых до невысокой твердости сталей, валики и втулки - из цементуемых сталей, а ролики - из тех и других с закалкой до высокой твердости.

Зубчатые цепи с шарнирами качения изготавливают по стандарту. На рисунке 10.4, а показаны три проекции звеньев зубчатой цепи типа I (с односторонним зацеплением), состоящей из рабочей пластины /; направляющей пластины 2, предотвращающей сползание цепи со звездочки; удлиненной призмы 3; внутренней призмы 4; соединительной призмы 5; шайбы 6 и шплинта 7. На рисунке 10.4, б показан шарнир качения 3-4. Пластины цепи имеют зубообразную форму, рабочие грани пластин расположены под углом 60°.

Рис. 10.4.

На рисунке 10.4, в показана зубчатая цепь типа II (с двусторонним зацеплением); эта конструкция предусмотрена стандартом для цепей с большими шагами.

Зубчатые цепи по сравнению с роликовыми работают более плавно и с меньшим шумом, обеспечивают высокую кинематическую точность, обладают большей надежностью и нагрузочной способностью. Зубчатая цепь с одним и тем же шагом может быть использована в большом диапазоне мощностей за счет изменения рабочей ширины (см. рис. 10.4) в значительных пределах. Такие цепи имеют высокий КПД (до 0,98), менее подвержены вытягиванию, но их масса и стоимость значительно больше, чем у роликовых цепей. Зубчатые цепи целесообразно применять при больших значениях передаваемой мощности и высокой скорости движения цепи, которая допускается до 35 м/с.

Пример обозначения приводной зубчатой цепи типа I с шагом t = 19,05 мм, с разрушающей нагрузкой 74 кН и рабочей шириной Ъ = 45 мм: ПЗ-1-19,05-74-45.

Рис. 10.5.

Пластины зубчатых цепей изготавливают из стали 50, обеспечивая твердость 38...45 HRC, а призмы - из сталей 15 или 20 с последующей цементацией и закалкой до твердости 52...60 HRC.

Фасонно-звенные цепи применяют при малых скоростях в условиях плохой смазки и защиты, при отсутствии жестких требований к габаритам передачи, например в сельскохозяйственных машинах. На рисунке 10.5 показана крючковая цепь, допускающая свободное разъединение звеньев. Звенья фасонно-звенных цепей отливают из ковкого чугуна и в дальнейшем не обрабатывают; звенья крючковой цепи могут быть штампованными из полосовой стали.

Звездочки роликовых и втулочных, а также зубчатых цепей профилируют и изготавливают в соответствии с государственными стандартами.

На рисунке 10.6, а показан стандартный профиль зубьев звездочки для роликовой цепи, где d - диаметр делительной окружности звездочки; t - шаг цепи; D - диаметр ролика; радиус впадины звездочки г = 0,5025/1 + 0,05 мм. На рисунке 10.6, б показаны конструкции звездочек для одно-, двух- и трехрядной цепи.

Рис. 10.6.

На рисунке 10.7 показан стандартный профиль зубьев и сечение звездочки для зубчатой цепи типа I; в середине зубьев сделана прорезь для направляющих пластин.

Материалами для изготовления звездочек служит чугун (серый, ковкий, антифрикционный, высокопрочный) - для звездочек с большим числом зубьев и для цепей сельхозмашин; стали цементуемые - при динамических нагрузках; стали закаливаемые - при работе без резких толчков и ударов. Кроме того, для изготовления звездочек применяют пластмассы и композиционные материалы.

Рис. 10.7.

Диаметр делительной окружности звездочки, на которой располагаются оси шарниров

где t - шаг цепи; z - число зубьев звездочки.

Идея цепной передачи была впервые предложена гениальным изобретателем и художником Леонардо да Винчи в XVI веке. Но несовершенство тогдашних технологий позволило начать внедрение такого привода лишь в начале XIX века. Сегодня применяется большое число разнообразных цепных приводов. Они используются в транспорте, сельскохозяйственных и дорожных машинах, в различных технологических установках и в системах управления. Для расчетов параметров таких передач в помощь конструкторам выведены приближенные формулы и созданы справочные таблицы.

Устройство и принцип работы

Устройство цепной передачи очень похоже на конструкцию зубчатого привода. Но зубья ведущей и ведомой шестеренок не входят в непосредственное зацепление, а крутящий момент передается с одной на другую с помощью закольцованной непрерывной цепи, чьи отверстия надеваются поочередно на зубья вращающихся колес.

Цепная передача способна передавать вращение на параллельный ведущему вал, отстоящий от него до 7 метров. Она обладает рядом достоинств и недостатков по сравнению со своим прообразом.

Общие сведения о цепных передачах

Среди разнообразных приводов цепной считают относящимся к передачам с гибкой связью. Зацепление в ней осуществляется с помощью натяжения сочлененных звеньев бесконечной цепи. Она же передает и мощность от ведущего вала к ведомому. Из общих сведений о цепных передачах следует упомянуть следующее:

• КПД цепной передачи доходит до 90-98 %;
• цепной передачи достигает 1:6;
• мощность на валу ограничена 120 кВт.

Для цепной передачи рассчитывается по тем же формулам, что и для зубчатой. Изготавливаются цепные приводы из высокопрочных сортов стали, шестерни иногда делают текстолитовые или из полиамидных пластиков.

Классификация

Основная классификация цепных передач проводится по признаку использованной цепи. Выделяют:

• Роликовые. Контакт звена и шестерни осуществляется посредством ролика, одновременно скрепляющего звенья.
• Втулочные. Контакт идет посредством втулки, вращающейся вокруг ролика. Такое решение повышает ресурс цепного привода, но одновременно растут его вес и себестоимость.
• Зубчатые. Набираются из шарнирно сочлененных пластин, на внутренней стороне которых имеются профилированные впадины под зубья.

Кроме того, по числу насаженных на вал зубчатых колес и, соответственно, числу параллельных рядов в одном звене, различают такие виды, как:

• однорядные;
• двухрядные;
• многорядные.

Увеличение числа шестерен используется для повышения мощности либо для уменьшения габаритов изделия.

Достоинства

Относительно зубчатой можно сформулировать следующие достоинства цепной передачи:

• способность передавать крутящий момент да расстояние до 7 метров;
• частично гасить усилия, вызываемые изменением режима вращения.

По сравнению ременными передачами выделяют такие достоинства цепных, как:

• компактность;
• больший передаваемый момент при равных габаритах;
• стабильность передаточного числа, отсутствие пробуксовок.

Общим преимуществом цепных приводов считается их отказоустойчивость при частых разгонах и остановках.

Недостатки

К недостаткам цепных передач относятся следующие:

• высокая шумность, обуславливаемая постоянными соударениями деталей привода;
• скорый износ шарнирных сочленений, потребность в постоянной смазке и закрытом картере;
• растяжение по мере износа шарнирных сочленений;
• менее плавная передача вращения, чем у зубчатых приводов.

Для определенных сфер применения достоинства данного типа привода существенно перевешивают его недостатки

Сфера использования

Область применения цепных передач очень широка. Они традиционно используются в таких отраслях, как:

• транспорт;
• технологические установки;
• станочное оборудование;
• горная и дорожная техника;
• сельхозмашины.

Применение такого привода целесообразно при скоростях менее 15 метров в секунду, что ограничивает использование его в высокоскоростных приводах.

Приводные цепи

Приводы с зубчатой цепью используются в относительно медленных передачах. Для быстроходных механизмов используются роликовые и втулочные подвиды.

Цепной передачей служит и механизм подъема судовых якорных цепей, и подъемное оборудование — блок или полиспаст.

В этих механизмах цепь не имеет фиксированной длины, она изменяется по мере подъема (или горизонтального перемещения) груза. я

Роликовые приводные цепи

Роликовый подвид состоит из пары параллельных рядов боковых пластин, и осей, опрессованных в отверстиях наружных пластин. Оси проходят через втулки, которые, в свою очередь опрессованы в отверстиях внутренних пластин. На втулки надевают скользящие по ним ролики, а торцы осей расклепаны с формирование упоров, не дающим пластинам уходить вбок.

Ось поворачивается внутри втулки, создавая таким образом шарнирное сочленение. Ролик в момент зацепления катится по зубцу шестеренки, вращаясь на оси. Это выравнивает нагрузку от зубца и снижает износ элементов привода. Такие конструкции позволяют развивать скорость до 20 м/с

Втулочные приводные цепи

Втулочные конструкции лишены роликов, и по зубцу перекатывается сама втулка. Такое решение позволяет существенно снизить сложность, себестоимость и массу изделия, ни неминуемо повышает скорость его износа. Такие конструкции применяют для сравнительно тихоходных приводов (до 1 м/с), предающих ограниченную мощность.

Если же мощность требуется нарастить, на помощь конструкторам приходят многорядные цепи. параллельно расположенные звездочки меньшего размера дают возможность выбрать меньший шаг, понизить динамические усилия при разгоне и торможении валов. Скорость может достигать 10 м/с.

Мощность передачи при неизменном диаметре колес возрастает пропорционально их числу.

Сращивание концов при четном числе звеньев проводится звеном обычной формы. Если же число нечетное, то для сращивания приходится использовать особые переходные пластины, дважды изогнутые в плоскости вращения. Прочность этого звена получается значительно ниже, чем стандартного, поэтому конструкторы стараются избегать таких решений.

Зубчатые приводные цепи

Такие цепи в каждом своем звене имеют ряд пластин в выточенными (или отштампованными) на них парой зубьев, совпадающими по модулю с зубцами звездочек. Между зубцами на пластине выполнена впадина, соответствующая по форме зубцу. Пластины входят в зацепление с зубцами и передают энергию вращения. Звенья оснащают шарнирами трения качения — вращающимися вокруг осей втулками. Кроме того, в проемах пластин закрепляются парные криволинейные призмы. Одна из ник закреплена на пластинах первого звена, вторая- на следующем. В ходе вращения призмы проворачивают друг друга, смягчая ударные нагрузки и осуществляя мягкий и плавный ввод в зацепление с зубьями звездочки и столь же плавный выход из этого зацепления. Такое решение позволяет снизить уровень воздушного шума, повысить скорость вращения.

Используют и конструкции с шарнирами скольжения. Они изнашиваются приблизительно вдвое быстрее, чем их аналоги, но обходятся заметно дешевле. В прорезях пластин вставлены специальные вкладыши, их скольжение по осям и обеспечивает поворот на необходимый угол. Применение вкладышей увеличивает площадь зацепления на 50%, повышая плавность хода, сокращая удары при разгоне и торможении и снижая уровень воздушного шума.

Для того, чтобы звенья не спадали с шестерен, используют направляющие, размещенные по центру цепи или же парные- по ее краям. Это такие же пластины, но без отформованных выступов и впадин. Если направляющие размещаются внутри, в зубьях делают соответственный пропил. Такая конструкция снижает прочность зубьев и, соответственно, скорость передачи и передаваемую мощность по сравнению с наружным расположением.

Зубчатые цепи благодаря мягкому и плавному зацеплению с шестернями создают самый низкий уровень шума среди подобных себе приводов. Их часто называют малошумными или бесшумными. Неограниченная ширина передачи позволяет создавать приводы шириной до 1,8 метра, предающие весьма значительные мощности. Если сравнить с роликовыми или втулочными, то сложность конструкции, вес и стоимость таких передач многократно выше. Это ограничивает их применение.

Фасоннозвенные цепи

Этот вид цепей изготавливают методом фасонного литья или горячей штамповки из стальной полосы. Крючковая разновидность имеет звенья, отформованные в виде единственной детали сложной формы. В зацепление звенья входят, если соединять их под углом около 60 о, а потом выпрямлять. Штыревая версия представляет собой отлитую из высококовкого чугуна деталь с отверстием, в которое вставляется стальной штырь и закрепляется шплинтом.

Такие приводы ограничены в скорости (до 3 м/сек) и в передаваемой мощности, зато не требуют сложных систем смазки и защиты от загрязнений. Неприхотливый привод широко применяется в сельхозмашинах, изношенные звенья с легкостью заменяются с применением обычного слесарного инструмента, в полевых условиях. Ремонтопригодность фасоннозвенных цепей существенно выше, чем у других типов.

Материал цепей

Все детали цепного механизма должны хорошо сопротивляться повышенным статическим и ударным нагрузкам, и быть достаточно износостойкими. Боковые пластины делают из высокопрочных сплавов, они работают в основном на растяжение. Оси, втулки, ролики, вкладыши и призматические элементы делаются из высокопрочных и хорошо цементируемых сплавов. Цементация проводится на глубину до 1,5 мм и обеспечивает хорошую стойкость к износу трением. После этого детали подвергаются термообработке закаливанием. Твердость доводится до 65 ед.

Зубчатые колеса делают из легированных сталей, также подвергаемых закалке до 60 ед.

Для передач малой скорости и мощности, при умеренных параметрах разгона и торможения применяют ковкие чугуны.

Для снижения шума и повышения плавности хода при ограниченных мощностях используют шестеренки из текстолита или прочных пластмасс. Применяют также наплавку металлических и нанесение полимерных покрытий на детали и узлы, работающие в агрессивных средах.

Геометрические и кинематические параметры цепной передачи

Главным определяющим параметром цепной передачи служит наг цепи t. Он равен расстоянию между центрами шарниров двух соседних звеньев. С увеличением шага растет предаваемая мощность, но снижается плавность хода.

Следующий по важности параметр- число зубьев Zведущ на ведомом и Zведом на ведущем валу.

Диаметр делительной окружности вычисляется:

По хорде этой окружности берут значение шага для зубчатого колеса.

Расстояние a между ведущей и ведомой осями привода выбирают в пределах от 30 до 50 шагов t/ Как показала практика, при этом обеспечивается максимальный ресурс привода.

Число шагов цепи вычисляется по формуле:

передаточное число рассчитывается по формуле:

Количество зубцов меньшей звездочки получают из следующего выражения:

Важно понимать, что передаточное отношение не положено считать равным отношению

В рамках одного оборота зубчатого колеса передаточное отношение варьируется. По этой причине рассуждают о среднем значении скорости вращения.

В подразделе помещены сведения о приводных и тяговых цепях. Приводные цепи применяют для передачи механической энергии на средние расстояния между параллельными валами. По сравнению с ременными передачами цепные имеют меньшие габариты и обеспечивают постоянное передаточное отношение, так как работают без скольжения. Для облегчения подбора приводных роликовых цепей в таблицу основных параметров включены площади проекций опорных поверхностей шарниров. Тяговые цепи применяют в качестве тягового элемента в различных конвейерах.

Описание цепной передачи

Цепной называется передача, состоящая из двух колес-звездочек, соединенных цепью (рис. 13). Вращение ведущей звездочки преобразуется во вращение ведомой благодаря сцеплению цепи с зубьями звездочек. Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число (например, цепной вариатор).

Рис. 1 — Устройство цепной передачи

Цепь состоит из подвижных звеньев. В замкнутое кольцо для передачи непрерывного вращательного движения концы цепи соединяются с помощью специального разборного звена.

Как правило, число зубьев на звёздочках и число звеньев цепи стараются делать взаимно простыми, что обеспечивает равномерность износа: каждый зуб звёздочки поочерёдно работает со всеми звеньями цепи.

Характеристики

Цепные передачи универсальны, просты и экономичны. По сравнению с зубчатыми передачами они менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам, допускают практически неограниченные межцентровые расстояния, обеспечивают более простую компоновку, большую подвижность валов друг относительно друга. Цепная передача может быть сделана почти бесшумной в работе, при гораздо большей технологической простоте по сравнению с бесшумными косозубыми шестернями.

Достоинства цепных передач

В сравнении с ремёнными передачами они характеризуются следующими достоинствами:

• отсутствие проскальзывания;
• компактность (занимают значительно меньше места по ширине);
• постоянство среднего передаточного отношения;
• отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники;
• передача большой мощности как при высоких, так и при низких скоростях;
• сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах;
• приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.
• возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;
• по сравнению с зубчатыми передачами - возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м);
• сравнительно высокий КПД (> 0,9 ÷ 0,98);
• возможность легкой замены цепи.

Недостатки цепных передач

• удлинение цепи вследствие износа ее шарниров и растяжения пластин;
• сравнительно высокая стоимость цепей;
• невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;
• передачи требуют установки на картерах;
• затруднен подвод смазки к шарнирам цепи, что сокращает срок службы передачи.
• скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения.
• цепь состоит из отдельных звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многограннику, что вызывает шум дополнительные динамические нагрузки;

Классификация цепей

По назначению:

• приводные цепи
• тяговые цепи
• грузовые цепи.

В некоторых механизмах грузоподъёмные цепи, например, цепная таль с ручным приводом, играют роль приводных цепей.

По конструкции различают приводные цепи:

• роликовые,
• втулочные,
• зубчатые,
• фасоннозвенные.

Роликовые приводные цепи

Зацепление цепи со звездочкой происходит через свободно вращающийся закаленный ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки, образуя шарнир скольжения. 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 выпускают 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.) .

Рис. 2 — Однорядные и двухрядные роликовые цепи

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.

Втулочная однорядная цепь (см. рис. 3) состоит из внутренних пластин, напрессованных на втулки, свободно вращающиеся на валиках, на которых напрессованы наружные пластины.
В зависимости от передаваемой мощности приводные втулочные цепи изготовляют однорядными (ПВ) и двухрядными (2ПВ) .
Эти цепи просты по конструкции, имеют небольшую массу и наиболее дешевы, но менее износоустойчивы, поэтому применение их ограничивают небольшими скоростями, обычно до 10 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.

Однорядные и двухрядные втулочные цепи типа ПВ выпускают по ГОСТ 13568-75.

Рис. 3 — Однорядные и двухрядные втулочные цепи типа ПВ

Тяговые пластинчатые цепи

Тяговые пластинчатые цепи (втулочные и роликовые) выпускают по ГОСТ 588-81; этот ГОСТ распространяется на тяговые пластинчатые втулочные, роликовые и катковые цепи (с гладкими катками и подшипниками скольжения), применяемые в подъемно-транспортных машинах и других механизмах.

Приводные зубчатые цепи

Приводные зубчатые цепи выпускают по ГОСТ 13552-81. Эти цепи работают плавно, с небольшим шумом, обеспечивают высокую кинематическую точность передачи вследствие равномерного изменения шага в процессе работы, обладают повышенной надежностью. Зубчатые цепи состоят из набора пластин зубообразной формы, шарнирно соединенных между собой. Число пластин определяет ширина цепи, которая зависит от передаваемой мощности. Рабочими гранями пластин являются плоскости зубьев, расположенные под углом 60°, которыми каждое звено цепи садится на два зуба звездочки. Благодаря этой особенности зубчатые цепи обладают минимально возможным шагом и поэтому допускают более высокие скорости.
Для устранения бокового спадания цепи со звездочки применяют направляющие пластины, расположенные по середине цепи или по бокам ее. Зубчатые цепи по сравнению с другими работают более плавно, с меньшим шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку, но тяжелее и дороже.

Рис. 4 — Зубчатая цепь

Фасоннозвенные цепи

Фасоннозвенные цепи различают двух типов:

• крючковые;
• штыревые.

Крючковая цепь состоит из звеньев одинаковой формы, отлитых из ковкого чугуна или штампованных из полосовой стали 30Г без дополнительных деталей.
Сборку и разборку этой цепи осуществляют путем взаимного наклона звеньев на угол 60°.

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

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.

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, автомобилях, промышленных роботах, буровом оборудовании, подъемно-транспортных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, полиграфических и других машинах, в нефтяном оборудовании для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно. Цепные передачи применяют при сравнительно больших межосевых расстояниях, когда зубчатые передачи невозможно использовать вследствие их громоздкости, а ременные передачи в связи с требованиями компактности или постоянства передаточного отношения. Преимущественное распространение имеют открытые цепные передачи, работающие без смазки, или с периодической ручной смазкой, с однорядными втулочно-роликовыми цепями, непосредственно встроенные в машины.

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

Звездочки

Работа цепной передачи во многом зависит от качества звездочек: точности их изготовления, каче­ства поверхности зубьев, материала и термообработки.

Конструктивные размеры и форма звездочек зависят от параметров вы­бранной цепи и передаточного отношения, определяющего число зубьев меньшей ведущей звездочки. Параметры и качественные характеристики звездочек установлены ГОСТ 13576-81. Звездочки приводных роликовых и втулочных выполняют по ГОСТ 591-69, звездочки для пластинчатых цепей по ГОСТ 592-81, звездочки для зубчатых цепей по ГОСТ 13576-81.

Рабочий профиль зуба звездочки для роликовых и втулочных цепей очерчен дугой, соответствующей окружности. Для зубчатых цепей рабочие профили зубьев звездочек прямолинейны. В поперечном сечении профиль звездочки зависит от числа рядов цепи.

Материал звездочек должен быть износостойким, способным сопротив­ляться ударным нагрузкам. Звездочки изготовляют из сталей 40, 45, 40Х и других с закалкой до твердости HRC 40…50 или цементируемой стали 15, 20, 20Х и других с закалкой до твердости HRC 50.. .60. Для звездочек тихоходных передач применяют серый или модифицированный чугун СЧ 15, СЧ 20 и др.

В последнее время применяют звездочки с зубчатым венцом из пластмасс. Для таких звездочек характерны пониженный изно­с цепи и малый шум при работе передачи.

Примеры конструкций и элементы цепных передач

• Цепи приводные роликовые по ГОСТ 13568-75 (СТ СЭВ 2640-80)
• Цепи приводные зубчатые по ГОСТ 13552-81
• Цепи тяговые разборные по ГОСТ 589-85 (СТ СЭВ 535-77)
• Конструкции звездочек, натяжные звездочки.
• Ограждение и смазывание цепных передач
• Цепи тяговые пластинчатые по ГОСТ 588-81 (СТ СЭВ 1011-78)

Цепной передачей называется передача, в результате которой энергия между несколькими параллельными валами, производится сцепкой при помощи гибкой цепи и звездочек. Она складывается из цепи и двух звездочек. Одна звездочка ведущая, а другая ведома. Цепная передача функционирует без скольжения и обеспечивается натяжными и смазочными устройствами.

Цепная передача дает возможность передачи перемещения промеж валами в большем диапазоне межосевых расстояний в сравнении с зубчатой. КПД цепной передачи равняется - 0,96...0,97. Она меньше воздействуют на вал, чем отличается от ременной передачи. Одна цепь передает обороты нескольким звездочкам для цепных передач.

Разновидности и область применения цепных передач

Цепные передачи классифицируют на несколько категорий, которые отличаются своими конструкционными особенностями и принципом функционального действия. В зависимости от типа цепей передаточные приспособления разделяют на роликовые, втулочные и зубчатые. По количеству рядов цепи, на механизмах подающего усилия для движения, бывают однорядные и многорядные. В зависимости от количества ведомых звездочных элементов существуют двухзвенные и многозвенные механизмы. По расположению звездочек для цепных передач приспособления разделяются на горизонтальные, наклонные, вертикальные.

К негативным качествам передаточных механизмов относят: скачкообразность движения, усиленный грохот при осуществлении рабочих процессов, необходимость тщательно выдержанной по установленным параметрам сборки и регулярного эксплуатационного обслуживания, постоянная регулировка натяжения цепного устройства и смазывание механических соединений вовремя, быстрая подверженность амортизационному воздействию шарниров цепного приспособления, высокая стоимость устройства, растяжение цепи во время использования и т. д.

Большую популярность цепные передачи одержали в разнообразных станках, вело- и мото- технике, в машинах поднимающих грузы, лебедках, в буровых установках, в узлах и кранов, и исключительно в машинах сельскохозяйственного назначения. Например, в самоходном зерновом комбайне С-4 есть 18 цепных передач, которые приводят в ход множество его рабочих механизмов. Цепные передаточные механизмы, также получили распространение на предприятиях лёгкой промышленности.

Основные параметры цепных передач

Функционирования устройства изменяющего передающее усилие цепного типа зависит от особенности звездочных компонентов: правильность их производства, закал поверхности зубьев, металла и качества обработки. Габариты и формы звезд, изготовляются согласно величинам выбранной цепи и передаточного отношения, которая определяет количество зубьев меньшей ведущей звездочки. Передаточное число цепной передачи, в процессе работы изменяется и высчитывается аналогично передаточному значению цилиндрической . Сборка цепной передачи ограничивается установкой и закреплением звездочек на валах, надеванию цепи и ее регулировке.

Производя расчет цепной передачи, необходимо воздерживаться от тупых углов между линией, которая совмещает центры звездочек, и горизонтальной линией. Ведущую ветвь размещают обычно сверху. В передачах с большими углами подъема необходимо не забывать об натяжных устройствах. Цепные передачи, из-за неминуемого растяжения цепных звеньев, вследствие износа и смятия в шарнирах, обычно требуют возможности регулирования их натяжения.

Первоначальное натяжение важно только в вертикальных передаточных действиях. В горизонтальных и наклонных передаточных процессах соединение цепного приспособления со звездочными элементами, гарантируется натяжением от силы тяжести конкретного цепного звена, стрела же провисания цепного соединения обязана быть оптимальной в перечисленных изначально границах.