Мархель И.И. Детали машин
Подождите немного. Документ загружается.
в)
Рис. 7.4. Типы цепных передач: а — с роликовой цепью; б — с втулочной цепью; в — с зубчатой цепью
Рис. 7.5. Виды цепных передач: а — горизонтальная; Рис. 7.6. Цепная передача с натяжным роликом
б— наклонная; в — вертикальная
5. По способу регулирования провисания цепи: с натяжным устройством (см. рис. 7.1); с натяжной
звездочкой (роликом, рис. 7.6).
6. По конструктивному исполнению: открытые (см. рис. 7.3), закрытые (рис. 7.7).
Рис. 7.7. Установка с цепной передачей
Перечислите по пунктам признаки классификации, характеризующие конструктивные
особенности, связанные с цепями и со звездочками.
Достоинства и недостатки.
Достоинства:
• большая прочность стальной цепи по сравнению с ремнем позволяет передать цепью большие
нагрузки с постоянным передаточным числом и при значительно меньшем межосевом расстоянии
(передача более компактна);
• возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;
• по сравнению с зубчатыми передачами — возможность передачи вращательного движения на
большие расстояния (до 7 м);
• меньшая, чем в ременных передачах, нагрузка на валы;
• сравнительно высокий КПД (η
max
» 0,9 ÷ 0,98).
Недостатки:
• сравнительно высокая стоимость цепей;
• вытягивание цепей вследствие изнашивания в шарнирах;
• повышенный шум вследствие удара звена цепи при входе в зацепление и дополнительные
динамические нагрузки из-за многогранности звездочек;
• необходимость высококачественного монтажа передачи и тщательного ухода за ней;
• невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;
• сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи.
Укажите основные достоинства и недостатки цепной передачи по сравнению с другими
известными Вам видами передач.
7.4. Область применения. Современные цепные передачи могут передавать большие мощности (до
5 тыс. кВт) при сравнительно высоких скоростях (до 25—30 м/с). Этот вид передачи выбирают, когда
применение зубчатой передачи нецелесообразно из-за слишком большого.межосевого рас- стояния, а
ременные для проектируемой машины недостаточно надежны. Цепные передачи широко
распространены в транспортирующих устройствах (конвейерах, элеваторах, мотоциклах,
велосипедах), в приводах станков и сельскохозяйственных машин, в химическом, горнорудном и
нефтепромысловом машиностроении.
Почему в велосипеде применяется цепная передача? Какую другую переда чу можно
использовать для этой цели?
§ 2. Конструкции приводных цепей и звездочек
Приводные цепи осуществляют передачу движения непосредственно от источника энергии к
рабочему органу или через промежуточные устройства. Конструктивно они делятся на роликовые,
втулочные и зубчатые (табл. 7.1). В СНГ приводные цепи стандартизованы и изготовляются на
специализированных заводах.
7.5. Роликовая цепь (рис. 7.8) состоит из наружных Н и внутренних Вн звеньев (каждое из которых
состоит из двух пластин), шарнирно соединенных с помощью валиков и втулок. Сцепление со
звездочкой осуществляется роликом 1, свободно сидящим на втулке 2, запрессованной в пла'стины
3 внутреннего звена. Валик 4 запрессован в пластины 5 наружного звена. Соединительное звено С
служит для соединения двух концов цепи с четным числом шагов, а переходное звено П — с
нечетным. Материал пластин роликовых цепей — сталь 50 (с закалкой до HRC 38—45); валиков,
втулок, роликов — стали 15, 20, 25 (с последующей цементацией и закалкой до HRC 52—60).
Рис. 7.8. Роликовая цепь: / — ролик; 2 — втулка; 3 — пластины внутреннего звена; 4 — валик; 5 — пластины наружного
звена
В машиностроении чаще применяют однорядные роликовые цепи (см. рис. 7.4, а и 7.8).
Многорядные цепи (двухрядные — см. рис. 7.4, б) содержат несколько ветвей однорядных цепей,
соединенных удлиненными валиками.
С учетом информации шага 7.5 и табл. 7.1 запишите в конспект название
параметров t, d, В (см. рис. 7.8).
7.6. Втулочные цепи (рис. 7.9) по конструкции аналогичны предыдущим. Эти цепи отличаются
от роликовых отсутствием ролика. В зацепление с зубьями звездочки входит непосредственно
втулка; изнашивание
Таблица 7.1. Основные технические характеристики приводных цепей
Ширина внутреннего
звена В
о
и
ли
3,
0
5
,4
6
,48
12,
70
1
5,68
1
9,05
3
1,75
22,5-
52,5
30^70
'
45-93 57-105 69-117
ширина цепи В, мм
Диаметр валика d, мм
2,
31
4
,45
5
,08
5,9
6
7,
95
9
,55
1
4,29
3,45 3,9 4,9 5,9 7,9
Масса 1 м цепи q, кг
0,
20
0
,65
0
.80
19
3
,8
9
,70
1,3-
3,0
2,2-
5,0
3,9-8,0 6,5-12,0 10-16,7
Допускаемый
коэффициент
Д
о 50
_ 7 7 7 7 7
,-
7-
20 20 20 20 20
запаса прочности [s] при
час-
4
00
—
8
,5
8
,5
9,3
9,
3
1
0,2
1
1,7
24 24 26 26 32
тоте вращения «, об/мин
8
00
—
1
0,2
1
0,2
11,
7
1
1,7
1
4,8
1
6,3
29 29 33 33 41
1
000
—
1
1,0
1
1,0
12,
9
1
2,9
1
6,3
_ 31 31 36 36 46
1
200
_
1
1,7
1
1,7
14
1
4
1
9,5
_ 33 33 40 40 51
1
600
_
1
3,2
1
3,2
_ — _ _ 37 37 46 46 _
2
800
-_ 18,0
1
8,0
— — — — 51 51 — — —
Допускаемое давление* в
Д
о 50
3
4,3
3
4,3
34,
3
3
4,3
3
4,3
3
4,3
19,6 19,6 19,6 19,6 19,6
шарнирах цепей [р],
МПа,
4
00
2
8,1
2
8,1
25,
7
2
5,7
2
3,7
2
0,6
16,1 16,1 14,7 14,7 13,7
при частоте вращения и,
8
00
_
2
3,7
2
3,7
20,
6
2
0,6
2
8,1
1
4,7
13,7 13,7 11,8 11,8 10,3
об/мин
1
000
—
2
2,0
2
2,0
18,
6
1
8,6
1
6,3
— 12,9 12,9 10,8 10,8 9,32
1
200
_
2
0,6
2
0,6
17,
2
1
7,2
1
4,7
_ 11,8 11,8 9,81 9,81 8,43
1
600
_
1
8,1
1
8,1
14,
7
1
4,7
_ _ 10,3 10,3 8,43 8,43 —
2
800
—
1
3,4
1
3,4
— — — — 7,6 7,6 — — —
Наибольшие допустимые
час-
1
5
_
2
300
1
900
135
0
1
150
1
000
6
00
_ _ _ — _
тоты вращения — малой
звез-
2
3
_
2
500
2
100
150
0
1
250
1
100
6
50
_ — — — —
дочки («i
max
, об/мин)
при
3
0
—
2
600
2
200
155
0
1
300
1
100
7
00
— — — — —.
числе зубьев z\
1
7-35
— — — — — — — 3300 2650 2200 1650 1300
Допустимое число ударов
[ U] i
1
с
-
6
0
5
0
35
3
0
2
5
1
5
80 65 50 30 25
Рекомендуемая, наибольшая
скорость
Для роликовых цепей — до
15
для
втулочных
—
до 1
25
.v, м/с
Рекомендуемые числа
зубьев
1
-2
30-
27
40-35
"меньшей звездочки z\
при пе-
2
-3
27-
25
"■■
35-31
- -
.
1
редаточном числе
3
-4
25-
23
- ;
31-27
4
-5
23-
21
27-21
5
-6
21-
16
23-19
>
6
17-
15
19-27
При втулочно-роликовой цепи z
1
= 15 ÷ 30; при зубчатой z
1
= 17 ÷ 35.
Рис. 7.9. Втулочная
цепь: 1 — пластины
внутреннего звена; 2 —
пластины наружного
звена
звездочки значительно большее, чем при использовании роликовой цепи.
Применение втулочных цепей в машиностроении ограничено.
7.7. Зубчатые цепи (рис. 7.10) состоят из набора зубчатых пластин 1,
шарнирно соединенных между собой с помощью валиков 2 (рис. 7.10, а). Для
предохранения цепи от схода со звездочек предусмотрены внутренние
направляющие пластины 3. Количество пластин 1 зависит от передаваемой
мощности. Эти пластины изготовляют из стали 50 с закалкой до HRC 38—45.
Рис. 7.10. Зубчатая цепь: 1 — пластины; 2 — валики; 3 — направляющие пластины; 4 —
шарнир; 5 — призмы
Зубчатые цепи поставляют с шарниром 4 (трения скольжения, см. рис. 7.10, б) или шарниром
5 (призмы, закрепленные в пластинах) (трения качения, см. рис. 7.10, в). Вкладыш 4 и призмы 5
изготовляют из цементуемых сталей 15 и 20 с закалкой до HRC 52—60. В зависимости от располо-
жения зубьев цепи бывают односторонними (см. рис. 7.10) и двусторонними (см. рис. 7.3).
По сравнению с роликовыми и втулочными цепями зубчатые цепи малошумны и обладают
большей плавностью в работе, лучше воспринимают ударную нагрузку. Недостаток — эти цепи
тяжелее и дороже по сравнению со втулочными и роликовыми цепями.
7.8. Звездочки для приводных цепей. По конструкции звездочки напоминают зубчатые колеса.
Профиль их зубьев зависит от типа цепи. Звездочки роликовой и втулочной цепей (рис. 7.11) имеют
рабочий профиль зуба, очерченный дугой окружности; звездочки зубчатых цепей (рис. 7.12) —
прямолинейный рабочий профиль. Долговечность и надежность цепей передачи во многом зависит
от правильного выбора профиля зубьев звездочки, ее параметров, материала и термической
обработки.
Рис. 7.12. Звездочка зубчатой цепи
Важным фактором для увеличения долговечности цепной передачи является правильный выбор
числа зубьев меньшей звездочки. При малом числе зубьев плавность передачи снижается, наблюдается
повышенное изнашивание цепи из-за большого угла поворота шарнира и значительных динамических
усилий. Рекомендуемые числа зубьев меньшей звездочки Z\ в зависимости от передаточного числа
Рис. 7.11. Звездочка втулочной и роликовой цепей
приведены в табл. 7.1. Максимальное число зубьев большей звездочки z
2
также ограничено: для
втулочной цепи z
2
^ 90; для роликовой z
2
^ 120; для зубчатой z
2
^ 140.
Материал звездочек выбирают в зависимости от назначения и конструкции передачи. Для
изготовления ведущих звездочек с малым числом зубьев (z, < 30) неответственного назначения
применяют сталь 20 (цементация, закалка, отпуск); ответственного назначения — сталь 40, 50 (закалка,
отпуск); при повышенных передаваемых нагрузках сталь 40Х, 45Х, 45ХН (закалка, отпуск). Для
ведомых звездочек больших диаметров с большим числом зубьев (z
2
> 50), кроме перечисленных
материалов, может быть применен серый чугун СЧ15, СЧ20, СЧ35 и др. Зубчатые венцы звездочек ино-
гда изготовляют из пластмасс (капрона), что дает возможность снизить шум при работе и изнашивание
цепи.
Какие профили имеют зубья звездочек для втулочной, роликовой и зубчатой цепи?
§ 3. Основные геометрические и кинематические соотношения, КПД передачи
7.9. Геометрические параметры передачи (см. рис. 7.13). 1. Межосевое расстояние
(7.1)
где t — шаг цепи.
Минимальное межосевое расстояние а
тЫ
(мм) выбирают из условия минимально допустимого зазора
между звездочками:
(7.2)
где d
aX
, d
a2
— диаметры вершин зубьев ведущей и ведомой звездочек.
Максимальное межосевое расстояние а
тт
= 80Л
Рис. 7.13. Схема цепной передачи
При известной длине цепи межосевое расстояние
(7.3)
где L
p
— длина цепи в шагах (или число звеньев цепи); z
1
, z
2
— числа зубьев ведущей и ведомой
звездочек.
2. Число звеньев цепи определяют по приближенной формуле
(7.4)
3. Допускаемая величина стрелы провисания
(7.5)
4. Делительный диаметр звездочки
(7.6)
5. Диаметр вершин зубьев: для втулочных и роликовых цепей
(7.7)
для зубчатых цепей
По какой формуле определяют межосевое расстояние, если известна длина цепи?
7.10. Среднее передаточное число определяют из равенства средних скоростей цепи v
1
= v
2
= v. Для
цепной передачи скорость цепи
(7.8)
где Г — шаг цепи, мм; Z\ и z
2
— числа зубьев ведущей и ведомой звездочек; со, и со
2
— средние
угловые скорости ведущей и ведомой звездочек, рад/с. Из формулы (7.8) имеем
(7.9)
В цепной передаче
т. e. d
2
/d
1
≠ и.
Для одноступенчатых цепных передач рекомендуется и ≤ 7 (в отдельных случаях принимают u ≤ 10).
Можно ли определять передаточное число и по известным параметрам z
1
, z
2
, d
1
, d
2
, ω
1
, ω
2
, n
1
,
n
2
?
7.11. КПД передачи зависит от следующих потерь: на трение в шарнирах (и между пластинами
смежных звеньев), на трение в подшипниках и потери на взбалтывание (разбрызгивание) масла.
Для повышения КПД цепной передачи желательно улучшить условия смазывания шарниров и
подшипников. Это снизит потери и повысит кпд.
7.12. Ответить на вопросы контрольной карточки 7.1 Контрольная карточка 7.1
Вопрос Ответы
Код
Цепная передача обеспечивает при постоянной
угловой скорости ведущей звездочки...
...постоянную среднюю скорость ве-
домой звездочки
...непостоянную среднюю угловую
скорость ведомой звездочки
1
2
Какая цепь показана на рис. 7.14? Втулочная
Роликовая
Зубчатая
Определить нельзя, но не зубчатая
3
4
5
6
Какой параметр является базовым для расчета
цепной передачи?
Диаметр валика
Ширина цепи
Шаг
7
8
9
Какая цепь допускает большее значение г
тах
для
ведомой звездочки t-p-
Втулочная
Роликовая
Зубчатая
10
11
12
ОТ какого параметра зависит стрела провисания
цепи?
t
а
L
P
d
a
V
13
14
15
16
17
Рис. 7.14
§ 4. Силы в ветвях цепи и критерии работоспособности цепной передачи
7.13. Упрощенная схема передачи сил в цепной передаче аналогична, силовой схеме в
ременной передаче. Окружная сила
F
t
=
2T/d,
(7.10)
где Т — вращающий момент на звездочке; d — делительный диаметр звездочки (см. рис. 7.11,
7.12).
Силы натяжения:
• ведущей ветви цепи работающей передачи (рис. 7.15)
(7.11)
• ведомой ветви цепи
(7.12)
•от провисания цепи
(7.13)
где K
f
— коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и величины стрелы
провисания цепиf
При f= (0,01 ÷ 0,002)a для горизонтальных передач K
f
=6; для наклонных (≈ 40°) — K
f
= 3; для
вертикальных K
f
=1
q — масса 1 м цепи, кг (см. табл. 7.1);
а — межосевое расстояние, м; g= 9,81 м/с
2
;
• от центробежных сил ;
F
u
= qv
2
.
(7.14)
Рис. 7.15. Силы натяжения в цепной передаче
Проанализируйте информацию шага 7.13 и определите, какая ветвь (ведущая или ведомая)
работающей передачи будет больше нагружена?
7.14. Нагрузка на валы и опоры. Вал и опора воспринимают силы натяжения от провисания цепи и
от окружной силы. Приближенно
(7.15)
где F
s
— нагрузка на вал;
К
B
— коэффициент нагрузки на вал (табл. 7.2).
Нагрузка на валы и опоры в цепной передаче значительно меньше, чем в ременной передаче.
Таблица 7.2. Значение коэффициента нагрузки на вал К
в
Наклон линии центров звездочек к горизонту, град Характер нагрузки
к*
0 ÷ 40 Спокойная
Ударная
1,15
1,30
40 ÷ 90 Спокойная
Ударная
1,05
1,15
Чем объясняется меньшая нагрузка на валы цепной передачи по сравнению с ременной при одинаковой
передаваемой мощности?
7.15. Критерии работоспособности. Экспериментальные наблюдения показывают, что основными
причинами выхода из строя цепных передач являются: вытяжка цепи (под действием сил F
f
, F
2
, F
v
);
разрушение шарниров (за счет ударов при вхождении цепи в зацепление с зубьями звездочки и из-за
изнашивания их от трения); разрушение пластин.
При расчете цепных передач за критерий работоспособности принимают долговечность цепи,
определяемую величиной износа шарниров. Цепи, выбранные из условия износостойкости шарниров,
обладают достаточной прочностью. В ответственных случаях проверяют коэффициент запаса проч-
ности (s> [s]), число входов шарниров цепи в зацеплении в 1 с (U ≤ [U]).
Назовите наиболее характерную причину выхода из строя цепной передачи.
§ 5. Методика подбора и проверки цепей с учетом их долговечности
7.16. Расчет цепи на износостойкость шарниров. Среднее давление р в шарнире не должно
превышать допускаемого (указанного в табл. 7.1), т. е.
(7.16)
где F
t
— окружная сила, передаваемая цепью; А — площадь проекции опорной поверхности
шарнира, для роликовых и втулочных цепей А = dB; для зубчатых цепей А = 0,76dB; К — коэффициент
эксплуатации;
(7.17)
(значения коэффициентов K
t
+ К
6
— см. табл. 7.3).
Таблица 7.3. Значение различных коэффициентов при расчете цепи по износостойкости шарниров
Коэффициент Условия работы Значение
К
1
— динамичности При спокойной нагрузке
При толчкообразной или переменной
нагрузке
1,0
1,25-1,5
K
2
— межосевого
расстояния
1,25
1,0
0,8
Аз — способа
смазывания
Смазывание:
непрерывное
капельное
периодическое
0,8
1,0
1,5
К
4
— наклона линии
центров в горизонту
При наклоне линии центров к горизонту,
град.:
до 60
свыше 60
1,0
1,5
К
5
— режима работы При работе:
односменной
двухсменной
непрерывной
1,0
1,25
1,5
К
6
— способа
регулирования натяжения
цепи
При подвижных опорах
При оттяжных звездочках
При отжимном ролике
1,0
1,1
1,25
Преобразуем формулу (7.16):
а) выразим окружную силу через момент на меньшей звездочке 7
1
,, шаг цепи t и число зубьев этой
звездочки z
1
;
б) представим площадь опорной поверхности шарнира в виде функции от шага /. После чего
получим выражение для определения шага цепи:
для роликовой и втулочной цепей
(7.18)
для зубчатой цепи с шарниром скольжения
(7.19)
где т — число рядов в роликовой или втулочной цепи;
Ψ
р
= B/t =2 ÷ 8 — коэффициент ширины зубчатой цепи.
Как определить среднее давление р в шарнире? Назовите параметры d и В.
Т.П. Расчет цепи по разрушающей нагрузке (по запасу прочности). В ответственных случаях
выбранную цепь проверяют по коэффициенту запаса прочности
(7.20)
где F — разрушающая нагрузка цепи (см. табл. 7.1);
∑F
1
= F
t
K
B
+ F
v
+ F
o
(см. шаги 7.13; 7.14) — суммарная нагрузка в ведущей цепи;
[s] — требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности (выбирают по табл. 7.1).
Расшифруйте параметры, входящие в значение ∑F
1
.
7Л8. Долговечность по числу входов в зацепление с обеими звездочками (число ударов) проверяют
по формуле
(7.21)
где L
p
— общее число звеньев цепи; гип- число зубьев и частота вращения звездочки (ведущей или
ведомой); U — действительное число входов звеньев цепи в зацепление за 1 с; v — окружная скорость,
м/с; L — длина цепи, м; [U] — допускаемое число входов цепи в зацепление за 1 с (см. табл. 7.1).
Как называется расчет по формуле (7.21)? Найдите похожий расчет для ременной передачи.
7.19. Последовательность проекттровочного расчета цепных передач.
1. Выбрать тип цепи по ее предполагаемой скорости и из условий работы передачи (роликовая,
втулочная, зубчатая).
2. По передаточному числу и выбрать по табл. 7.1 число зубьев малой звездочки Z\, по формуле (7.9)
определить число зубьев большей звездочки z
2
- Проверить выполнение условия z
2
^ z
2mm
(см. шаг 7.8).
3. Определить вращающий момент Т
х
на малой звездочке, по табл. 7.1 выбрать допускаемое
давление в шарнирах [р], задать расчетные коэффициенты A", -f- K
6
и по формуле (7.17) определить
коэффициент эксплуатации К. После чего из условия износостойкости шарниров [см. формулы (7.18),
(7.19)] определить шаг цепи. Полученное значение шага t округлить до стандартного (см. табл. 7.1).
4. Принятый шаг проверить по допустимой угловой скорости малой звездочки (см. табл. 7.1). При
несоблюдении условия со, = га,
тах
увеличить число рядов роликовой (втулочной) цепи или ширину
зубчатой цепи.
5. По формуле (7.8) определить среднюю скорость цепи v и силу F
t
, после чего по формуле (7.16)
проверить износостойкость цепи. При несоблюдении условия р<[р] увеличить шаг цепи и расчет
повторить.
6. Определить геометрические размеры передачи.
7. Для особо ответственных цепных передач по формуле (7.20) проверить выбранную цепь по
коэффициенту запаса прочности.
8. По формуле (7.21) проверить передачу по числу ударов в '/с.
§ 6. Цепные вариатор
7.20. Цепные вариаторы, как и фрикционные, предназначены для бесступенчатого изменения
передаточного числа. Они выполняются в закрытом корпусе и состоят из двух пар раздвижных
зубчатых конусов 1, 2 и охватывающей их цепи 3 специальной конструкции с выдвижными пластинами,
входящими в пазы конусов (рис. 7.16). Регулирование передаточного