Учебный курс для студентов очной и заочной форм обучения
 Скачать 5.65 Mb.
|
|
Тяговые цепи Тяговые цепи подразделяют на три основных типа: пластинчатые но ГОСТ 588—81*; разборные по ГОСТ 589 85; круглозвенные (нормальной и повышенной прочности) соответственно по ГОСТ 2319—81. Пластинчатые цепи служат для пере мещения грузов под любым углом к гори зонтальной плоскости в транспортирую щих машинах (конвейерах, подъемниках, эскалаторах и др.). Они обычно состоят из пластин простой формы и осей со втул ками или без втулок; для них характерны большие шаги, так как боковые пластины часто используют для закрепления полотна транспортера. Скорости движения цепей этого типа обычно не превышают 2...3 М/С. Круглозвенные иепи используют в основном для подвеса и подъема грузов. Существуют специальные цепи, пере дающие движение между звездочками с взаимно перпендикулярными осями. Валики (оси) двух соседних звеньев такой цепи взаимно перпендикулярны. Все цепи стандартизованы в мировом масшта бе. Основным параметром является шаг цепи t, который выражается в миллиметрах или дюймах. В таблицах ГОСТа приводятся также стандартные ширины цепей, минимальное число зубьев звездочки, предельное число оборотов, допу скаемые нагрузки и вес. Цепные вариаторы Цепные вариаторы, как и фрикционные, предназначены для бес ступенчатого изменения передаточного числа. Они выполняются в закры том корпусе и состоят из двух пар раздвижных зубчатых конусов 1, 2 и ох ватывающей их цепи 3специальной конструкции с выдвижными пласти нами, входящими в пазы конусов (рис. 7.16). Регулирование передаточного числа осуществляется сближением одной пары звездочек-конусов и раздвижением другой. При этом цепь меняет свое положение на конусах. Все звездочки-конусы 1, 2 изготовляют одинаковых размеров zK=60. Мощ ность, передаваемая такими вариаторами, достигает 70 кВт; =6...10 м/с; =0,85...0,95 с диапазоном регулирования . Разновидность цепных вариаторов — фрикционные цепные вариаторы. Отличаются они тем, что конусы выполняются гладкими, а цепи вместо поперечных пластин включают ролики, заменяющие колодки, имеющиеся во фрикционных вариаторах. Эти вариаторы имеют диапазон регулирова ния Д< 10. По сравнению с фрикционными вариаторами цепные сложнее в изготовлении, поэтому их применение в машиностроении ограничено.  Рис. 14. Цепной вариатор Основные геометрические и кинематические соотношения, КПД передачи Геометрические параметры передачи (см. рис.15). 1. Межосевое расстояние , (1) гдеt — шаг цепи. Шаг цепиявляется основным параметром цепной передачи и принимается по ГОСТу. Чем больше шаг, тем выше нагрузочная способность цепи, но сильнее удар звена о зуб в период набегания на звездочку, меньше плавность, бесшумность и долговечность передачи. При больших скоростях выбирают цепи с малым шагом. В быстроходных передачах при больших мощностях рекомендуются также цепи малого шага: зубчатые большой ширины или роликовые многорядные. Максимальное значение шага цепи ограничивается угловой скоростью малой звездочки. Минимальное межосевое расстояние (мм) выбирают из условия минимально допустимого зазора между звездочками: , (2) где , — диаметры вершин зубьев ведущей и ведомой звездочек. Максимальное межосевое расстояние = 80Л  Рис.15. Схема цепной передачи При известной длине цепи межосевое расстояние  , (3)где Lp— длина цепи в шагах (или число звеньев цепи); z1 , z2 — числа зубьев ведущей и ведомой звездочек. 2. Число звеньев цепи определяют по приближенной формуле  . (4)Значение Lp округляют до целого числа, которое желательно брать четным, чтобы не применять специальных соединительных звеньев. Передача работает лучше при небольшом провисании холостой ветви цепи. Поэтому расчетное межосевое расстояние рекомендуют уменьшить примерно на (0,002 – 0,004)а. 3. Допускаемая величина стрелы провисания . (5) 4. Делительный диаметр звездочки . (6) 5. Диаметр вершин зубьев: для втулочных и роликовых цепей ; (7) для зубчатых цепей . Среднее передаточное число определяют из равенства средних ско ростей цепи . Для цепной передачи скорость цепи , (8) где — шаг цепи, мм; z1и z2 — числа зубьев ведущей и ведомой звездочек; и — средние угловые скорости ведущей и ведомой звездочек, рад/с. Со скоростью цепи и частотой вращения звездочки связаны износ, шум и динамические нагрузки привода. Наибольшее распространение получили тихоходные и среднескоростные передачи с v до 15 м/с и n до 500 мин-1. В быстроходных двигателях цепную передачу, как правило, устанавливают после редуктора. Из формулы (8) имеем передаточное отношение (9) Распространенные значения u до 6.При больших значениях u становится нецелесообразным выполнять одноступенчатую передачу из-за больших ее габаритов. Передаточное число цепной передачи меняется в пределах поворота звездочки на один зуб, что заметно при малом числе z. Непостоянство не превышает 1...2%, но вызывает неравномерность хода передачи и поперечные колебания цепи. Среднее передаточное число за оборот постоянно. Для одноступенчатых цепных передач рекомендуется и ≤ 7 (в отдельных случаях принимают u ≤ 10). В цепной передаче  ,т. e. . КПД передачи зависит от следующих потерь: на трение в шарни рах (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. Средние значения КПД при передаче полной расчетной .мощности достаточно точно изготовленных и хорошо смазывае мых передач составляют 0,96...0,98. Силы в ветвях цепи Упрощенная схема передачи сил в цепной передаче аналогична, силовой схеме в ременной передаче. Окружная сила , (10) где Т — вращающий момент на звездочке; d — делительный диаметр звез дочки (см. рис. 12 и 13). Силы натяжения: - ведущей ветви цепи работающей передачи (рис. 16) ; (11) - ведомой ветви цепи ; (12) - от провисания цепи , (13) где — коэффициент провисания, зависящий от расположения привода и величины стрелы провисания цепиf При f = (0,01 ÷0,002)a для горизонтальных передач Kf=6; для наклонных (≈ 40°) — Kf= 3; для вертикальных Kf=1 q — масса 1 м цепи, кг (см. табл.1); а — межосевое расстояние, м; g= 9,81 м/с2; - от центробежных сил; . (14)  Рис. 16. Силы натяжения в цепной передаче Нагрузка на валы и опоры. Вал и опора воспринимают силы натя жения от провисания цепи и от окружной силы. Приближенно , (15) где Fs— нагрузка на вал; КB — коэффициент нагрузки на вал (табл.2). Нагрузка на валы и опоры в цепной передаче значительно меньше, чем в ременной передаче. Таблица 2. Значение коэффициента нагрузки на вал Кв
Методика подбора и проверки цепей с учетом их долговечности Расчет цепи на износостойкость шарниров. Среднее давление р в шарнире не должно превышать допускаемого (указанного в табл.1), т. е. ,(16) где Ft— окружная сила, передаваемая цепью; А — площадь проекции опор ной поверхности шарнира, для роликовых и втулочных цепей А = dB; для зубчатых цепей А = 0,76dB; К — коэффициент эксплуатации; (17) (значения коэффициентов — см. табл. 3). Таблица 3. Значение различных коэффициентов при расчете цепи по износостойкости шарниров
Преобразуем формулу (16): а) выразим окружную силу через момент на меньшей звездочке шаг цепи t и число зубьев этой звездочки z1; б) представим площадь опорной поверхности шарнира в виде функции от шага t. После чего получим выражение для определения шага цепи: для роликовой и втулочной цепей ; (18) для зубчатой цепи с шарниром скольжения , (19) где т — число рядов в роликовой или втулочной цепи; — коэффициент ширины зубчатой цепи. Расчет цепи по разрушающей нагрузке (по запасу прочности). В от ветственных случаях выбранную цепь проверяют по коэффициенту запаса прочности , (20) где F — разрушающая нагрузка цепи (см. табл.1); — суммарная нагрузка в веду щей цепи; — требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности (выби рают по табл.1). Долговечность по числу входов в зацепление с обеими звездочками (число ударов) проверяют по формуле , (21) где Lp— общее число звеньев цепи; - число зубьев и частота враще ния 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.1). Последовательность проектировочного расчета цепных передач. 1. Выбрать тип цепи по ее предполагаемой скорости и из условий рабо ты передачи (роликовая, втулочная, зубчатая). 2. По передаточному числу и выбрать по табл.1 число зубьев малой звездочки z1, по формуле (9) определить число зубьев большей звездочки z2.Проверить выполнение условия . 3. Определить вращающий момент Тхна малой звездочке, по табл.1 выбрать допускаемое давление в шарнирах [р], задать расчетные коэффи циенты , , , , , и по формуле (17) определить коэффициент эксплуатации .После чего из условия износостойкости шарниров [см. формулы (18), (19)] определить шаг цепи. Полученное значение шага t округлить до стандартного (см. табл.1). 4. Принятый шаг проверить по допустимой угловой скорости малой звездочки (см. табл.1). При несоблюдении условия увеличить число рядов роликовой (втулочной) цепи или ширину зубчатой цепи. 5. По формуле (8) определить среднюю скорость цепи v и силу Ft,по сле чего по формуле (16) проверить износостойкость цепи. При несоблю дении условия р<[р] увеличить шаг цепи и расчет повторить. 6. Определить геометрические размеры передачи. 7. Для особо ответственных цепных передач по формуле (20) прове рить выбранную цепь по коэффициенту запаса прочности. 8. По формуле (21) проверить передачу по числу ударов за 1 с. Расчет передачи зубчатой цепью Шаг цепи выбирают в зависимости от максимально допустимой частоты вращения п1max меньшей звездочки. Число зубьев z1 меньшей звездочки принимают по формуле, при этом учитывают, что с увеличением числа зубьев z1 давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность цепи соответственно увеличивается. Исходя из критерия износостойкости шарнира зубчатой цепи по известным Р1 (кВт), (мм) и v (м/с) вычисляют требуемую ширину В (мм) цепи: (22) где Кэ = Кд — коэффициент эксплуатации для зубчатых цепей; Kv — скоростной коэффициент, учитывающий снижение несущей способности цепи из-за центробежных сил. Kυ=1...1,1·10-3v2 (23) Критерии работоспособности цепных передач. Материалы цепей Экспериментальные наблюдения показывают, что основными причинами выхода из строя цепных передач являются: 1. Износ шар ниров (за счет ударов при вхождении цепи в зацепление с зубьями звездочки и из-за изнашивания их от трения), приводящий к удлинению цепи и нарушению ее зацепления со звездоч ками (основной критерий работоспособ ности для большинства передач). 2. Усталостное разрушение пластин по проушинам основной крите рий для быстроходных тяжелонагруженных роликовых цепей, работающих в за крытых картерах с хорошим смазыванием. 3. Проворачивание валиков и вту лок в пластинах в местах запрессовки - распространенная причина выхода из строя цепей, связанная с недостаточно высоким качеством изготовления. 4. Выкрашивание и разруше ние роликов. 5. Достижение предельного про висания холостой ветви — один из кри териев для передач с нерегулируемым межосевым расстоянием, работающих при отсутствии натяжных устройств и стес ненных габаритах. 6. Износ зубьев звездочек. В соответствии с приведенными причи нами выхода цепных передач из строя можно сделать вывод о том, что срок службы передачи чаще всего ограничи вается долговечностью цепи. Долговечность же цепи в первую оче редь зависит от износостойкости шарни ров. В ответственных случаях проверяют коэффициент запаса проч ности (s>[s]), число входов шарниров цепи в зацеплении в 1 с (U≤ [U]). Материал и термическая об работка цепей имеют решающее зна чение для их долговечности. Пластины выполняют из среднеуглеродистых или легированных закаливаемых сталей: 45, 50, 40Х, 40ХН, ЗОХНЗА твердостью преимущественно 40...50HRCэ; пластины зубчатых цепей - преимущественно из стали 50. Изогнутые пла стины, как правило, изготовляют из леги рованных сталей. Пластины в зависимости от назначения цепи закаливают до твер дости 40.-.50 HRCэ. Детали шарниров валики, втулки и призмы - выполняют преимущественно из цементуемых ста лей 15, 20, 15Х, 20Х, 12ХНЗ, 20ХИЗА, 20Х2Н4А, ЗОХНЗА и подвергают закалке до 55-65 HRCэ. В связи с высокими требованиями к современным цепным передачам целесообразно применять легиро ванные стали. Эффективно применение га зового цианирования рабочих поверхно стей шарниров. Многократного повышения ресурса цепей можно достигнуть диффу зионным хромированием шарниров. Усталостную прочность пластин роликовых цепей существенно повышают обжатием краев отверстий. Эффективна также дро беструйная обработка. В шарнирах роликовых цепей для ра боты без смазочного материала или при скудной его подаче начинают применять пластмассы. Ресурс цепных передач в стационарных машинах должен составлять 10...15 тыс. ч работы. Потери на трение. Конструирование передач Потери на трение в цепных передачах складываются из потерь: а) на трение в шарнирах; б) на трение между пласти нами; в) на трение между звездочкой и звеньями цепи, а в роликовых цепях также между роликом и втулкой, при входе звеньев в зацепление и выходе из зацеп ления; г) на трение в опорах; д) потерь на разбрызгивание масла. Основными являются потери на трение в шарнирах и опорах. Потери на разбрызгивание масла суще ственны только при смазывании цепи окунанием на предельной для этого вида смазки скорости = 10…15 м/с. Цепные передачи располагают так, чтобы цепь двигалась в вертикальной плоскости, причем взаимное положение по высоте ведущей и ведомой звездочек может быть произвольным. Оптималь ными расположениями цепной передачи являютсягоризонтальное и наклонное под углом до 45° к горизонту. Вертикаль но расположенные передачи требуют более тщательной регулировки натяжения цепи, так как ее провисание не обеспечи вает самонатяжения; поэтому целесо образно хотя бы небольшое взаимное сме щение звездочек в горизонтальном на правлении. Ведущей в цепных передачах может быть как верхняя, так и нижняя ветви. Ведущая ветвь должна быть верхней в сле дующих случаях: а) в передачах с малым межосевым расстоянием (а<30P при и> 2) и в пере дачах, близких к вертикальным, во избежание захвата провисающей верхней ведомой ветвью дополнительных зубьев; б) в горизонтальных передачах с боль шим межосевым расстоянием (а> 60Р) и малыми числами зубьев звездочек во избежание соприкосновения ветвей. Натяжение цепей По мере изнашивания и контактных обмятий шарниров цепь вытягивается, стрела провисания f ведомой ветви увеличивается, что вызывает захлестывание звездочки цепью. Для передач с углом наклона θ < 45° наклона к горизонту [f]<0,02а; при θ> 45° [f] < 0,015а, где а — межосевое расстояние. Поэтому цепные переда чи, как правило, должны иметь возможность регулирования ее на тяжения. Предварительное натяжение су щественно в вертикальных передачах. В горизонтальных и наклонных передачах зацепление цепи со звездочками обеспе чивается натяжением от собственной силы тяжести цепи, но стрела провисания цепи должна быть оптимальной в указанных выше пределах. Регулирование натяжения цепи осуществляют устройствами, аналогичными применяемым для натяжения ремня, т.е. перемещением вала одной из звездочек, нажимными роликами или оттяжными звездочками. Натяжные устройства должны компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев, при большей вытяжке — два звена цепи удаляют. Увеличение шага цепи вследствие износа в шарнирах не компенсируется ее натяжением. По мере изнашивания цепи шарниры располагаются все ближе к вершинам зубьев и возникает опасность соскакивания цепи со звездочек. Регулирующие звездочки и ролики сле дует по возможности устанавливать на ве домой ветви цепи в местах ее наиболь шего провисания. При невозможности установки на ведомой ветви их ставят на ведущей, но для уменьшения вибраций - с внутренней стороны, где они работают как оттяжные. В передачах с зубчатой цепью ПЗ-1 регулирующие звездочки могут работать только как оттяжные, а ролики как натяжные. Число зубьев регули рующих звездочек выбирают равным числу малой рабочей звездочки или большим. При этом в зацеплении с регулирую щей звездочкой должно быть не меньше трех звеньев цепи. Перемещение регули рующих звездочек и роликов в цепных передачах аналогично таковому в ремен ных передачах и осуществляется грузом, пружиной или винтом. Наибольшее рас пространение имеет конструкция звездочки с эксцентрической осью, поджимаемой спи ральной пружиной. Известно успешное применение цепных передач роликовыми цепями повышенного качества в закрытых картерах при хоро шем смазывании с неподвижными осями звездочек без специальных натяжных устройств. Картеры Для обеспечения возможности непрерывного обильного смазывания цепи, защиты от загрязнений, бесшумности работы и для обеспечения безопасности эксплуатации цепные передачи заключают в картеры. Внутренние размеры картера должны обеспечивать возможность провисания це пи, а также возможность удобного обслу живания передачи. Для наблюдения за состоянием цепи и уровнем масла картер снабжают окном и указателем уровня масла. Смазывание Смазывание цепи оказывает решающее влияние на ее долговечность. Для ответственных силовых передач следует по возможности применять непре рывное картерное смазывание видов: а) окунанием цепи в масляную ванну, причем погружение цепи в масло в самой глубокой точке не должно превышать ширины пластины; применяют до ско рости цепи 10 м/с во избежание недопустимого взбалтывания масла; б) разбрызгивание с помощью спе циальных разбрызгивающих выступов или колец и отражающих щитков, по которым масло стекает на цепь, применяют при скорости 6...12 м/с в случаях, когда уро вень масла в ванне не может быть поднят до расположения цепи; в) циркуляционное струйное смазыва ние от насоса, наиболее совершенный способ, применяют для мощных быстро ходных передач; г) циркуляционное центробежное с по дачей масла через каналы в валах и звездочках непосредственно на цепь; при меняют при стесненных габаритах пере дачи, например, в транспортных машинах; д) циркуляционное смазывание распы лением капель масла в струе воздуха под давлением; применяют при скорости более 12 м/с. В среднескоростных передачах, не имею щих герметичных картеров, можно при менять пластичное внутришарнирное или капельное смазывание. Пластичное внут ришарнирное смазывание осуществляют периодическим, через 120...180 ч, погружением цепи в масло, нагретое до темпе ратуры, обеспечивающей его разжижение. Пластичный смазочный материал применим при скорости цепи до 4 м/с, а капельное смазывание - до 6 м/с. В передачах с цепями крупных шагов предельные скорости для каждого способа смазывания несколько ниже. При периодической работе и низких скоростях движения цепи допустимо периодическое смазывание с помощью ручной масленки (через каждые 6...8 ч). Масло подается на нижнюю ветвь у входа в зацепление со звездочкой. При капельном ручном, а также струй ном смазывании от насоса необходимо обеспечивать распределение смазочного материала по всей ширине цепи и попада ние его между пластинами для смазы вания шарниров. Подводить смазку предпочтительно на внутреннюю поверхность цепи, Откуда под действием центробеж ной силы она лучше подается к шарнирам. В зависимости от нагрузки для смазы вания цепных передач применяют масла индустриальные И-Г-А-46...И-Г-А-68, а при малых нагрузках Н-Г-А-32. За рубежом начали выпускать для ра боты при легких режимах цепи, не требующие смазывания, трущиеся поверх ности которых покрыты самосмазывающимися антифрикционными материалами. Рекомендации по конструированию цепных передач 1. В приводах с быстроходными двигателями цепную передачу, как правило, устанавливают после редуктора. 2. Ведомую ветвь цепи рекомендуют располагать внизу во избежание подхватывания ее звеньев зубьями ведущей звездочки. 3. Для обеспечения достаточного самонатяжения цепи не следует делать угол наклона линии центров звездочек к горизонту более 60°. При > 600 на ведомую ветвь в местах наибольшего провисания цепи устанавливают оттяжную звездочку. 4. Диаметр оттяжной звездочки выполняют больше диаметра мены звездочки передачи, она должна входить в зацепление не менее, чем с тремя звеньями цепи. 5. Поскольку цепь в поперечном сечении не обладает гибкостью, валы цепной передачи должны быть параллельными, а звездочки установлены в одной плоскости. 6. Применение трех- и четырехрядных цепей нежелательно, так они дороги и требуют повышенной точности изготовления звездочек и монтажа передачи. Вопросы для самопроверки 1. Кратко опишите устройство цепной передачи. 2. Перечислите по пунктам признаки классификации, характеризующие кон структивные особенности, связанные с цепями и со звездочками. 3. Укажите основные достоинства и недостатки цепной передачи по срав нению с другими известными Вам видами передач. 4. Почему в велосипеде применяется цепная передача? Какую другую передачу можно использовать для этой цели? 5. Сформулируйте определение цепного вариатора. 6. Какие профили имеют зубья звездочек для втулочной, роликовой и зубча той цепи? 7. Чем объясняется меньшая нагрузка на валы цепной передачи по сравнению с ременной при одинаковой передаваемой мощности? 8. Назовите наиболее характерную причину выхода из строя цепной пе редачи. 9. По какой формуле определяют межосевое расстояние, если известна дли на цепи? 10. Какая ветвь (ведущая или ведомая) работающей цепной передачи больше нагружена? 11. Каковы достоинства и недостатки цепных передач по сравнению с ременными? Где применяют цепные передачи? 12. Какова конструкция роликовой и втулочной цепи? 13. В каких случаях применяют многорядные роликовые цепи? 14. Почему при высоких скоростях рекомендуют применить цепи с малым шагом? 15. Чем вызвана неравномерность движения приводных цепей и почему она возрастает с увеличением шага? 16. Чем обусловлены ограничения минимального числа зубьев малой звездочки и максимального числа зубьев большой звездочки? 17. Почему при определении длины цепи рекомендуют принимать четное число звеньев цепи? 18. Что является основным критерием работоспособности цепных передач? Как производят проверку цепи по этому критерию? 19. Что такое коэффициент эксплуатации, от чего он зависят? 20. Чем вызвана необходимость в применении натяжных устройств в цепных передачах? Каковы способы натяжения цепи? 21. Какие способы смазывания применяют в цепных передачах? 22. Цепная передача обеспечивает при постоян ной угловой скорости ведущей звездочки... 1) ...постоянную среднюю скорость ве домой звездочки 2) ...непостоянную среднюю угловую скорость ведомой звездочки 23. Какая цепь показана на рис.?  2. Втулочная 2. Роликовая 3. Зубчатая 4. Определить нельзя, но не зубчатая 24. Какой параметр является базовым для расчета цепной передачи? 1. Диаметр валика 2. Ширина цепи 3. Шаг 25. От какого параметра зависит стрела провиса ния цепи? 1.t 2. а 3.LP 4.da 5.V 26. По какой формуле определяется натяже ние ведомой ветви цепной передачи? 1) 2) 3) 4) 5) 27. Какая наиболее характерная причина раз рушения шарниров цепи? 1. Действие сил F1, F2, Fv 2. Удары при вхождении цепи в зацепление с зубьями звездочек 3. Действие переменных напряжения изгиба 28. Назовите основной критерий, по которо му следует вести проверочные расчеты цепных передач 1. Износостойкость шарниров цепи 2. Запас прочности (по разрушающей на грузке цепи) 3. Долговечность (по числу ударов) 29. Как называется параметр U, определяе мый при расчете цепных передач? 1. Среднее окружное давление 2. Коэффициент запаса прочности 3. Число ударов за 1 сек 4. Суммарная нагрузка цепи 30. Какую цепную передачу можно рекомен довать для бесступенчатого изменения пе редаточного числа? 1. С втулочной цепью 2. С роликовой цепью 3. С зубчатой цепью 4. Цепной вариатор 5. Любую из перечисленных |