2.3 Цепные передачи

2.3.1 Общие сведения. Цепи. Материалы

Цепными называют передачи с помощью цепей. Передача состоит обычно из ведущей 1 и ведомой 2 звездочек, связанных между собой приводной цепью (3) (в машиностроении применяют также грузовые и тяговые цепи) (рис. 4.1).

Цепные передачи используют в качестве понижающих или повыша­ющих для передачи вращения между параллельными валами. Передава-

емая мощность обычно не превы­шает 100 кВт, межосевое рас­стояние до 6-8 м.

Цепные передачи в сравне­нии с ременными имеют значи­тельно меньшие габариты и на­грузки на валы, более высокий КПД ( = 0.96-0.98), в них исключено окружное проскальзы­вание цепи по звездочке.

Н едостатки передачи: "вытягивание" цепей (увеличение шага цепей вследствие износа шарни­ров) и, как следствие, необходимость применения натяжных устройств, необходимость ухода при эксплуатации (смазка, регулирование), шум, неравномерность хода.

Р оликовая цепь состоит из последовательно чередующихся внут­ренних 1 и внешних 2 звеньев, которые шарнирно соединены между собой. Каждое звено выполнено из двух пластин, напрессован­ных на втулки 3 (у внутренних звеньев) или оси 4 (у наружных звеньев). Втулки и оси образу­ют шарниры, которые обеспечи­вают '"гибкость" цепи. Для уменьшения износа зубьев звез­дочек на втулку перед сборкой звена надевают ролик 5, свободно вращающийся на ней (рис. 4.2).

Основным параметром приводных цепей является шаг t – рас­стояние между осями двух смежных роликов наружного или внутренне­го звена, от которого зависит несущая способность цепи. Основные размеры и характеристики цепей зависят от шага.

Материалы. Пластины (2, 1) цепей изготовляют из среднеуглеродистых и легированных сталей 45, 50, 40Х, 40ХН и др. и затем за­каливают до твердости не менее 32 HRC. Оси, втулки и ролики (4, 3, 5) обычно изготовляют из сталей 15, I5X, 20Х, I2XH3A и др., цементуют и подвергают закалке до твердости не менее 45 HRC. Звездочки тихоходных слабонагруженных передач изготовляют из чу­гуна СЧ 20 с закалкой или из других антифрикционных высокопрочных

марок чугуна.

Звездочки быстроходных и тяжелонагруженных передач изготов­ляют из углеродистых легированных сталей (45, 40Х, 40ХН) или из сталей 15, 20, I2X2H4A.

Для обеспечения удовлетворительной работы цепи на средних и повышенных скоростях минимальное число зубьев ведущей звездочки ограничивают. На основании экспериментальных исследований, опыта проектирования и эксплуатации передач во многих странах принято Z_1min≥19 при υ_ц > 2 м/с, где υ_ц – скорость цепи. В тихоход­ных передачах допускается Z_1min = 13-15.

2.3.2 Усилия в элементах передачи. Расчет передачи

Натяжение от силы тяжести

(4.1)

где q – масса цепи длиной 1 м; a – межосевое расстояние; f_ц – стрела провисания.

Провисание обеспечивает более плавную работу передачи и меньшее изнашивание в шарнирах цепи. Стрелу провисания ведомой ветви новой цепи на основании практического опыта назначают рав­ной f_ц = 0.02а при γ≤40° и (0.015–0.01)а при γ> 40°, где γ – угол наклона ветви к горизонту.

В процессе работы под нагрузкой ведущая ветвь растягивается силой

(4.2)

где F_t – окружная сила; F_q – натяжение в ведомой ветви от силы тяжести; – натяжение цепи от действия центробежных сил; F_д – 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 силой

(4.3)

Окружная сила

(4.4)

здесь Р – мощность, передаваемая цепью; d₁ - диаметр делитель­ной окружности ведущей звездочки.

Нагрузка на валы цепной передачи при средних скоростях дви­жения цепи (υ_ц<15 м/с)

(4.5)

где k = 1.15 (для горизонтальной передачи) и 1.05 (для верти­кальной).

Число зубьев Z₁ и Z₂ звездочек выбирают из условия обеспе­чения минимальных габаритов и более плавного хода цепи.

На практике стремятся к тому, чтобы a.= (30-50)t .

В основу расчета износостойкости шарниров положено условие триботехнической надежности в форме

(4.6)

где P_u и [P_u] – соответственно расчетное и допускаемое по изно­состойкости давления (удельная нагрузка) в шарнире.

Расчетное давление в шарнире связано с внешней нагрузкой и геометрическими параметрами цепи очевидным соотношением, вытека­ющим из уравнения равновесия звена цепи:

(4.7)

где – номинальное давление в шарнире; K_д – коэффици­ент динамичности; K_m – коэффициент, учитывающий число рядов цепи (равен 1; 1.7; 2.5; 3 соответственно для m = 1; 2; 3; 4); A_on – опорная поверхность шарнира.

2.4.1. Зубчатые передачи. Общие сведения Виды. Зубчатой передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес и реек.

Зубчатое колесо, сидящее на передающем вращение валу, называется ведущим, а на получающем вращение — ведомым. Меньшее из двух колес сопряженной пары называют шестерней; большее — колесом; термин «зубчатое колесо» относится к обеим деталям передачи.

Зубчатые передачи представляют собой наиболее распространенный вид передач в современном машиностроении. Они очень надежны в работе, обеспечивают постоянство передаточного числа, компактны, имеют высокий КПД, просты в эксплуатации, долговечны и могут передавать любую мощность (до 36 тыс. кВт).

К недостаткам зубчатых передач следует отнести: необходимость высокой точности изготовления и монтажа, шум при работе со значительными скоростями, невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа.

В связи с разнообразием условий эксплуатации формы элементов зубчатых зацеплений и конструкции передач весьма разнообразны.

Зубчатые передачи классифицируются по признакам, приведенным ниже.

По взаимному расположению осей колес: с параллельными осями (цилиндрическая передача — рис. 172, I—IV); с пересекающимися осями (коническая передача — рис. 172, V, VI); со скрещивающимися осями (винтовая передача — рис. 172, VII; червячная передача — рис. 172, VIII).

В зависимости от относительного вращения колес и расположения зубьев различают передачи с внешним и внутренним зацеплением. В первом случае (рис. 172, I—III) вращение колес происходит в противоположных направлениях, во втором (рис. 172, IV) — в одном направлении. Реечная передача (рис. 172, IX) служит для преобразования вращательного движения в поступательное.

По форме профиля различают зубья эвольвентные (рис. 172, I, II) и неэвольвентные, например цилиндрическая передача Новикова, зубья колес которой очерчены дугами окружности.

В зависимости от расположения теоретической линии зуба различают колеса с прямыми зубьями (рис. 173, I), косыми (рис. 173, II), шевронными (рис. 173, III) и винтовыми (рис. 173, IV). В непрямозубых передачах возрастает плавность работы, уменьшается износ и шум. Благодаря этому непрямозубые передачи большей частью применяют в установках, требующих высоких окружных скоростей и передачи больших мощностей.

По конструктивному оформлению различают закрытые передачи, размещенные в специальном непроницаемом корпусе и обеспеченные постоянной смазкой из масляной ванны, и открытые, работающие без смазки или периодически смазываемые консистентными смазками (рис. 174).

По величине окружной скорости различают: тихоходные передачи (v равной до 3 м/с), среднескоростные (v равной от 3... 15 м/с) и быстроходные (v более 15 м/с).