§ 2. Кинематика и быстроходность передач

Передаточное отношение, являющееся одной из ос­новных кинематических характеристик, определяется из равен­ства средней скорости цепи на звездочках

где и- угловая скорость, частота вращения и число зубьев ведущей звездочки;иz₂ - то же, в ведомой звездочке.

Для понижающих передач в машинах общего назначения и < 7 (и_max = 7).

В тихоходных передачах при v_ц < 2 м/с и при отсутствии толчков и ударов допускается и_тах =10.

Быстроходность цепи принято оценивать наибольшей реко­мендуемой n_нр и предельной п_пр частотами вращения малой звездочки, которые задаются в зависимости от шага цепи:

t, мм................. 8-9,525 12,7-25,4 31,75-44,45 50,8-78,1

n_нр, об/мин .... 3000-2500 1250-800 630-400 300-150

n_пр, об/мин .... 6000-5000 3100-1200 1000-600 450-210

§ 3. Усилия в передаче

Окружное усилие в передаче передается за счет давления зубьев ведущей звездочки на звенья цепи и давле­ния звеньев ведущей ветви на зубья ведомой звездочки. Уси­лия между зубьями звездочек, как и усилия в ветвях, распре­деляются неравномерно в пределах углов обхвата.

При холостом ходе передачи натяжение в ветвях цепи вызвано ее провисанием (см. рис. 23.1) от силы тяжести. Если ветвь цепи расположена горизонтально и длина ее равна при­близительно межосевому расстоянию, то натяжение от силы тяжести

где q — масса цепи длиной 1 м; —стрела провисания.

Наличие провисания обеспечивает более плавную работу передачи, меньший износ в шарнирах цепи. Стрела провиса­ния ведомой ветви в начале работы новой цепи в горизонталь­ной передаче может достигать минимального значения f_mm = 0,02а. В этом случае = 6,25. Если угол наклона ветви к горизонту составляет 40°, то3. Для вертикальной пере­дачи = 1.

В процессе работы передачи под нагрузкой ведущая ветвь растягивается усилием

где F_t — окружная сила, F_t = 2T₁/= P/v_ц (здесь Р — мощность, v_ц — скорость цепи); F_q - натяжение в ведомой ветви от силы тяжести; F_v — натяжение цепи от действия центробежных сил, F_v = - динамическая на­грузка в передаче от неравно­мерного хода цепи.

В расчетах цепных передач влияние F_Д на работоспособ­ность учитывают с помощью специальных коэффициентов.

Ведомая ветвь под нагруз­кой растягивается с усилием

F₂ = F_q + F_v.

1 2 3 4 1

Рис. 23.7. Осциллограмма изменения нагрузки в звене цепи

На рис. 23.7 показана типичная осциллограмма изменения нагрузки на звено цени в период ее полного оборота вокруг звездочки (участок 1—2 соответствует прохождению звеном ведомой ветви, 2 — 3 — ведомой звездочки, 3 — 4 — ведущей вет­ви, 4 — 1 — ведущей звездочки).

Нагрузка на валы цепной передачи при средних скоростях движения цепи

где k 1,15 для горизонтальной передачи и k 1,05 для верти­кальной передачи.

§ 4. Расчет цепных передач

Тяговая способность цепи. Передачи часто (особенно в момент пуска) испытывают кратковременно или длительно значительные статические нагрузки. Для предотвращения чрез­мерной вытяжки цепи или ее обрыва полезная окружная сила должна быть

где — минимальная разрушающая нагрузка, задаваемая для каждого размера цепи;k- коэффициент запаса, обычно 5.

В момент пуска машины

при движении цепи со скоростью v_ц (м/с)

где - вращающий момент (пусковой);d₁ - диаметр дели­тельной окружности; Р - передаваемая мощность.

Износостойкость. Износ шарниров звеньев является основ­ной причиной выхода из строя цепных передач общего маши­ностроения, так как приводит к увеличению шага цепи (вы­тяжке цепи), неправильному зацеплению и, как следствие, спол­занию цепи со звездочки.

Степень износа цепи принято оценивать по относительному увеличению шага цепи %. Норма предельного изно­са и связанная с ней продолжительность работы передачи зависят от глубины термической или химико-термической обработки, профиля и числа зубьев большей звездочки, а также требований, предъявляемых к машине по точности перемеще­ний, неравномерности вращения и уровню вибрации, шума.

Привод полиграфических машин допускает предельную вы­тяжку цепей не свыше 0,5 — 0,6 %. Предельная вытяжка цепей в машинах общего машиностроения, имеющих, как правило, z₂ = 4045, ограничена 2 - 2,5 %. Эта норма определяется глу­биной химико-термической обработки деталей шарниров.

Увеличение нормы изнашивания до 3 % часто приводит к ослаблению прессовых соединений и снижению прочности изношенных элементов.

В основу расчета работоспособности по износу цепи поло­жено допущение, что цепь обладает достаточной износостой­костью, если давление р в шарнире не превышает допускае­мого значения [р_и]:

[р_и]. (23.1)

Допускаемое давление является критерием подобия, обоб­щающим опыт эксплуатации подобных цепных передач. Оно задается обычно в зависимости от шага цепи и частоты вра­щения (табл. 23.1).

Таблица 23.1. Допускаемое давление [р_и] в шарнирах в зависимости от частотывращения малой звездочки при 30

При нестационарном нагружении цепи в эту формулу вместо F_t подставляют значение эквивалентной нагрузки.

В формуле (23.1): К_э - коэффициент эксплуатации; К_э = k_д k_а k_п k_реж k_см k_рег, где k_д,..., k_рег - частные коэффициенты, учитывающие условия работы и конструкцию (табл. 23.2); А_оп = 0,28t² - проекция опорной поверхности шарнира; к_т -коэффициент, учитывающий число рядов цепи:

m…………1 2 3 4

..…….....1 1,7 2,5 3

Таблица 23.2. Значения частных коэффициентов, входящих в К_э

С учетом соотношения (23.1) определим шаг (мм) роли­ковой цепи

(23.2)

здесь Р — мощность, передаваемая цепью, Вт.

Из расчета следует принимать цепь с наименьшим шагом, допустимым для данной нагрузки. Допускаемые давления [р_и] обычно гарантируют срок службы цепей ~ 15000 ч при норме предельного износа = 3 % и нормальных условиях эксплуа­тации(К_э = 1).

При расчете зубчатых цепей по заданной полезной на­грузке F_t{H) или мощности Р (кВт), а также шагу и ско­рости цепи (для v_ц < 10 м/с) определяют ширину цепи

(23.3)

Если > 10 м/с, то расчетную силу или мощность по формуле (23.3) следует умножить на коэффициент, равный

, где q — масса 1 м цепи.

Сопротивление усталости. Высоконагруженные обильно сма­зываемые передачи, работающие при скоростях < 15 м/с и переменных нагрузках, часто выходят из строя вследствие усталостного разрушения пластин по проушинам. Последнее связано с высокой концентрацией напряжений в этой области и контактной коррозией в прессовых соединениях пластин и втулок.

При более высоких скоростях (> 15 м/с) существенно возрастают ударные нагрузки при входе в зацепление звена с зубом звездочки и наблюдаются случаи разрушения звеньев от раскалывания роликов.

Элементы цепи рассчитывают на сопротивление усталости по общепринятой методике в форме определения запаса проч­ности (см. с. 262).

Для повышения сопротивления усталости пластин отверстия упрочняют дорнованием, путем обжатия в специальных матри­цах и т. д.