Цепные передачи Исполнитель
- Скачано: 26
- Размер: 169 Kb
Цепные передачи
Цель занятия: изучить конструктивные особенности цепных передач их принцип действия, критерии работоспособности, овладеть навыками практического расчета цепных передач.
План:
1. Обшие сведения.
1.1. Принцип действия и сравнительная оценка
1.2. Область применения
2. Основные характеристики '.
2.1. Мощность
2.2.|Скорость цепи и частота вращения звездочки
2.3. Передаточное отношение
2.4. К.п.д. передачи
2.5. Межоевое расстояние и длина цепи
3. Конструкции основных элементов
3.1. Приводные цепи
3.2. Звездочки
3.3. Материалы цепей
4. Силы в цепной передаче
{spoiler=Подробнее}
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Использование цепей для передачи движения было известно еще в глубокой древности и не потеряло своего значения до настоящего времени.
Принцип действия и сравнительная оценка
Цепная передача схематически изображена на рис. 12.1, а. Она основана на зацеплении цепи 7 и звездочек 2. Принцип зацепления, а не трения, а также повышенная прочность стальной цепи по срав-
нению с ремнем позволяют передавать цепью, при прочих равных условиях, значительно большие нагрузки (однако меньшие, чем зубчатыми колесами). Отсутствие скольжения и буксования обеспечивает постоянство передаточного отношения (среднего за оборот) и
возможность работы при значительных кратковременных перегрузках.
Принцип зацепления не требует предварительного натяжения цепи, в связи с чем уменьшается нагрузка на валы и опоры.
Угол охвата звездочки цепью не имеет столь решающего значения, как угол обхвата шкиваремнем. Поэтому цепные передачи могут надежно работать прималых межосевых расстояниях и при больших передаточных отношениях, а также передавать мощность от одного ведущего вала 1 нескольким ведомым 2 (рис. 12.2). Однако цепные передачи имеют и некоторые недостатки. Основной причиной этих недостатков является то, что цепь состоит из отдельных звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многоугольнику. С этим связаны износ шарниров цепи, шум и дополнительные динамические нагрузки. Затрудненный подвод смазки к шарнирам сокращает срок службы передачи.
Область применения
Цепные передачи применяют при значительных межосевых расстояниях, а также для передачи движения от одного ведущего вала нескольким ведомым (см. рис. 12.2) в тех случаях, когда зубчатые передачи не применимы, а ременные недостаточно надежны. Наибольшее распространение цепные передачи получили в сельскохозяйственном, транспортном и химическом машиностроении, в станкостроении, горнорудном оборудовании и подъемно-транспортирующих устройствах.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Мощность
(12.1)
Современные цепные передачи применяют в диапазоне мощностей от долей до нескольких тысяч кВт. Наибольшее распространение получили передачи до 100 кВт, так как при больших мощностях прогрессивно возрастает стоимость цепной передачи по сравнению с зубчатой.
Скорость цепи и частота вращения звездочки
(12.2)
где z — число зубьев звездочки; t — шаг цепи, мм; n — частота вращения звездочки, об/мин; — м/с.
Со скоростью цепи и частотой вращения звездочки связаны износ, шум и динамические нагрузки привода. Наибольшее распространение имеют тихоходные и среднескоростные передачи с ы до 15 м/с и и до 500 об/мин. Однако встречаются передачи с и до 3000 об/мин. При быстроходных двигателях цепную передачу, как правило, устанавливают после редуктора.
Передаточное отношение
(12.3)
Распространенные значения : до 6 (10). При больших значениях ^ становится нецелесообразным выполнять одноступенчатую передачу из-за больших ее габаритов.
К. п. д. передачи
Потери в цепной передаче складываются из потерь на трение в шарнирах цепи, на зубьях звездочек и опорах валов. При смазке погружением цепи в масляную ванную учитывают также потери на перемешивание масла. Среднее значение к. п. д. 0,980,98.
Межосевое расстояние и длина цепи
Минимальное межосевое расстояние ограничивается минимально допустимым зазором между звездочками (3050 мм):
(3050 мм) (12.4)
По соображениям долговечности цепи (см. ниже) на практике рекомендуют принимать
а = (3050 мм)t, (12.5)
где t — шаг цепи.
Нижние значения для малых : i 12 и верхние для больших; i 6 7.
Длина цепи, выраженная в шагах, или число звеньев цепи
(12.6)
Эта формула выводится по аналогии с формулой для длины ремня и является приближенной.
Значение Lt округляется до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев. Для принятого значения Lt уточняется значение а. Из формулы (12.6)
В целях получения нормального провисания холостой ветви цепи, необходимого для нормальной работы передачи, расчетное межосевое расстояние рекомендуют уменьшать примерно на (0,002 -*- 0,004) а.
Длина цепи несколько увеличивается по мере износа шарниров (см. ниже), поэтому в конструкции должны быть предусмотрены специальные устройства для регулирования провисания цепи. Обычно это достигается перемещением опор одного из валов или установкой специальных натяжных звездочек.
КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Приводные цепи
Основными типами современных приводных цепей являются шарнирные роликовые, втулочные и зубчатые цепи. Они стандартизованы и изготовляются специализированными заводами. Главными характеристиками цепи являются шаг, ширина и разрушающая нагрузка. Роликовая цепь изображена на рис. 12.3 (см. также рис. 12.1, б*). Здесь валик 3 запрессован в отверстие внешнего звена 2,
а втулка 4 запрессована в отверстие внутреннего звена 1.Втулка на валике и ролик 5 на втулке могут свободно поворачиваться. Зацепление цепи с зубом звездочки 6 происходит через ролик. Применение втулки позволяет распределить нагрузку по всей длине валика и этим уменьшить износ шарниров. Перекатывание ролика по зубу частично заменяет трение скольжения трением качения, что снижает износ зубьев. Кроме того, ролик выравнивает сосредоточенное давление зуба на втулку и тем самым уменьшает ее износ.
Роликовые цепи применяют при окружных скоростях до 20 м/с. Наряду с однорядными изготовляют двух-, трех- и четырехрядные цепи (см. рис. 12.1, б). Их собирают из тех же элементов, только валик пронизывает все ряды. Многорядные цепи позволяют увеличивать нагрузку поч:дй пропорционально числу рядов. Такие цепи применяют при больших нагрузках в сочетании с высокой скоростью.
В этих случаях нецелесообразно применять однорядные тяжелые цепи с большим шагом из-за больших динамических нагрузок.
Втулочные цепи по конструкции аналогичны роликовым, но у них нет ролика 5. Вследствие этого износ цепи и звездочек увеличивается, но снижается ее масса и стоимость.
Зубчатые цепи (рис. 12.4 и 12.1, е) состоят из набора пластин с двумя зубообразными выступами. Пластины цепи зацепляются с зубьями звездочки своими торцевыми плоскостями. Угол вклинивания принят равным 60°.
Конструкция зубчатых цепей позволяет изготовлять их широкими и передавать ими большие нагрузки *. Зубчатые цепи работают плавно,
с меньшим шумом. Их рекомендуют применять при сравнительно высоких скоростях — до 35 м/с.
Для устранения бокового сползания цепи со звездочки применяют направляющие пластины. Они подобны рабочим пластинам, только не имеют впадины для зуба и располагаются посредине цепи. При этом звездочку изготовляют с соответствующим направляющим пазом посредине зубьев.
Известные зубчатые цепи различают в основном по конструкции шарниров. Совершенствование шарниров направлено на уменьшение износа и потерь на трение. Применяют шарниры скольжения (рис. 12.5, я) и шарниры качения (рис. 12.5, б). В шарнирах скольжения вкладыши 1 и 2 пронизывают пластины по всей ширине цепи. При этом вкладыш 7 закреплен в пластинах Б, а вкладыш 2 — в пластинах А. Шарнир допускает поворот пластины в одну или в обе стороны на угол .Обычно = 30°.
Величина угла ограничивает минимальное число зубьев звездочки по условию:
Шарниры качения не имеют валика. Их изготовляют с двумя сегментными вкладышами 1 и 2. При повороте звеньев вкладыши не скользят, а перекатываются, что позволяет повысить к. п. д. передачи и долговечность цепи.
Шарниры качения разработаны сравнительно недавно. Они быстро завоевали признание.
Звездочки
Формула (12.8) справедлива и для звездочек зубчатых цепей. Конструкция зубчатых цепей такова, что диаметр делительной окруж-
ности звездочки больше ее наружного диаметра (см. рис. 12.4).
Профиль и размеры зубьев звездочки зависят от типа и размеров цепи. Для стандартных цепей все размеры зубьев звездочек стандартизованы.
У звездочек зубчатых цепей форма рабочего участка профиля всегда прямолинейна (см. рис. 12.4).
Роликовые и втулочные цепи могут зацепляться с зубьями различного профиля: выпуклым, прямолинейным и вогнутым (рис. 12.7, а,б, в). Вогнутым выполняют только основной нижний участок профиля. У вершины зуб имеет скругленную выпуклую форму, а в средней части — небольшой прямолинейный переходный участок. Такая форма зуба позволяет изготовлять его методом обкатки, что повышает производительность и точность.
Вогнутый профиль (рис. 12.7, е) в настоящее время принят за основной.
Зуб любого профиля должен обеспечивать свободный вход и выход шарниров из зацепления.
Качество профиля в значительной степени определяется величиной угла профиля (см. рис. 12.7) *. При увеличении уменьшается износ зубьев и шарниров, связанный с перемещениями шарниров по профилю зуба в процессе зацепления (см. ниже). С другой стороны, увеличение приводит к усилению удара шарниров при
Рис. 12.7
входе в зацепление, а также к увеличению натяжения холостой ветви цепи.
Более благоприятным в этом отношении является также вогнутый профиль.
Материалы цепей и звездочек
Цепи и звездочки должны быть стойкими против износа и ударных нагрузок. По этим соображениям большинство цепей и звездочек изготовляют из углеродистых или легированных сталей с последующей термической обработкой (улучшение, закалка).
Рекомендации по выбору материалов и термообработки цепей и звездочек можно найти в соответствующих справочниках [1], [33]. Так, например, для звездочек рекомендуют применять стали 45, 40Х и др.; для пластин цепей — стали 50, 60 и др.; для валиков, вкладышей и роликов — стали 15, 20, 20Х и др. Детали шарниров цепей в большинстве случаев цементируют, что повышает их износостойкость при сохранении ударной прочности.
Перспективным является изготовление звездочек из пластмасс, позволяющих уменьшить динамические нагрузки и шум передачи.
СИЛЫ В ЦЕПНОЙ ПЕРЕДАЧЕ
Силовая схема цепной передачи аналогична силовой схеме ременной передачи. Здесь также можно различать: S1 и S2 — натяжения ведущей и ведомой ветвей цепи; )Ft— окружную силу; S0 — силу предварительного натяжения; S — натяжения от центробежных сил.
По той же аналогиигде q— масса единицы длины цепи (по каталогу), кг/м; — окружная скорость, м/с; S — Н.
Для цепной передачи величину S0 принято определять как натяжение от силы тяжести свободной ветви цепи
(12.11) где а— длина свободной ветви цепи, м, приближенно равная межосевому расстоянию; g — ускорение силы тяжести, м/с2; Кf — коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и стрелы провисания цепи f.
Натяжение ведомой ветви S2 равно большему из натяжений S0 и S.
Для цепной передачи, работающей по принципу зацепления, а не трения, величина S0 не имеет такого решающего значения, как для ременной передачи. Обычно S0 составляет всего несколько процентов от Ft. Для распространенных на практике тихоходных и средне-скоростных передач (10 м/с) также не велико и натяжение S5?,. В примере на стр. 297 S составляет ~0,1%, а S0~4% от Ft. При этом для практических расчетов можно принимать:
(12.12)
{/spoilers}
