Учебный курс Детали машин и основы конструирования

Прямая доставка чая из Китая

Гуманитарные науки

Гуманитарные науки

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Занимайтесь онлайн 
        с опытными репетиторами

Занимайтесь онлайн
с опытными репетиторами

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Готовые шпаргалки, шпоры

Готовые шпаргалки, шпоры

Отчет по практике

Отчет по практике

Приглашаем авторов для работы

Авторам заработок

Решение задач по математике

Закажите реферат

Закажите реферат

СИЛЫ  И СВЯЗИ
Определить реакции в опорах вала
Статические испытания материалов
конструкционные материалы
РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ КРУГЛОГО
СПЛОШНОГО БРУСА
НОРМАЛЬНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ИЗГИБА
Методы изготовления резьбы
Теория винтовой пары
Расчет резьбовых соединений
Шпоночные соединения
Расчет шпоночных соединений
Механические передачи
цилиндрические передачи
Критерии работоспособности зубчатых колес
Расчет цилиндрических передач на прочность.
Конические зубчатые передачи
Червячная  передача
Силы в червячном зацеплении
Тепловой расчет и смазывание червячных передач
Плоскоременные передачи
Зубчато-ременные передачи
Цепная передача
валы и оси
Смазывание и расчет подшипников скольжения
Подшипники качения
Подбор подшипников качения
Конструирование подшипниковых узлов
Муфты
 

ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

Общие сведения и детали передач

Изложение материала этой главы ведется в соответствии с ГОСТ «Цепи роликовые. Термины и определения», а также другими стандартами, имеющими отношение к цепным передачам.

Цепной передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательного движения между параллельными валами при помощи двух жесткозакрепленных на них зубчатых колес — звездочек и надетой на них бесконечной цепи (рис. 3.41).

Цепь — многозвенная гибкая связь, которая может использоваться для перемещения грузов (тяговые цепи), подвески или подъема и опускания грузов (грузовые цепи), для передачи движения (приводные цепи).

В дальнейшем мы будем рассматривать только приводные цепи, которые используются в цепных передачах.

Достоинства цепных передач заключаются в том, что они позволяют передавать вращение удаленным (до 8 м) валам, а также приводить в движение одной цепью несколько валов; в цепной передаче отсутствует проскальзывание, а радиальная нагрузка на валы в два раза меньше, чем в ременной передаче; цепные передачи имеют высокий КПД (при благоприятных условиях η= 0,97...0,99), могут осуществлять передачу значительных мощностей (до нескольких тысяч киловатт), допускают скорости движения цепи до 35 м/с и передаточные числа до и = 10.


Недостатки цепных передач: повышенная виброактивность и шум при работе вследствие пульсации скорости цепи и динамических нагрузок; интенсивный износ шарниров вследствие трения и трудностей смазывания, вытягивание цепи вследствие износа шарниров и удлинения пластин.

Подпись: Рис. 3.44

Цепные передачи широко применяют в металлорежущих и деревообрабатывающих станках, в нефтяном, горном, транспортном, сельскохозяйственном машиностроении и других отраслях. Цепные передачи выполняют как понижающими, так и повышающими, широко известна, например, повышающая передача к заднему колесу велосипеда. Ответственные цепные передачи выполняют закрытыми, заключенными в жесткий корпус, который служит масляной ванной.

Исходной расчетной характеристикой всех цепей является шаг цепи t, измеряемый по хорде делительной окружности звездочки.

Приводные цепи бывают роликовые, втулочные, зубчатые и фасонно-звенные; первые три вида цепей стандартизованы. На рис. 3.41, 3.42 показана двухзвездная передача однорядной роликовой цепью, состоящей из наружного звена I (собранного из двух наружных пластин 1 и валиков 2, неподвижно закрепленных в отверстиях наружных пластин) и внутреннего звена II (состоящего из двух внутренних пластин 3, втулок 4, неподвижно закрепляемых в отверстиях внутренних пластин и роликов 5, свободно надеваемых на втулки). Ролики, перекатываясь по зубьям звездочек, уменьшают их износ.

Наружное и внутреннее звенья в сборе образуют вращательную кинематическую пару. Пластины имеют форму тел равного сопротивления.

Втулочная цепь отличается от роликовой тем, что у первой нет роликов, а диаметр валиков и длина втулок несколько больше, благодаря чему при прочих равных условиях среднее давление в шарнирах втулочной цепи меньше. Втулочные цепи дешевле роликовых, но износостойкость их ниже.

Роликовые и втулочные цепи могут быть однорядными и многорядными. На рис. 3.43 показана двухрядная роликовая цепь, которая собирается из элементов однорядной цепи, за исключением валиков. Валики втулочных и роликовых цепей расклепывают, кроме валиков соединительного звена l, с помощью которого пружинным замком или шплинтами соединяются концы цепи. Если число шагов цепи нечетное, то применяется переходное звено 2.



Рис. 3.45

Согласно ГОСТу, приводные роликовые и втулочные цепи для машин и механизмов изготовляют следующих типов:

ПРЛ — роликовые легкой серии; ПР — роликовые нормальной серии; ПРД — роликовые длиннозвенные; ПРИ — роликовые с изогнутыми пластинами; ПВ — втулочные.

Число рядов цепи указывается цифрой, которая ставится перед обозначением, например:

Цепь ЗПР—25,4—170,1 ГОСТ 13568—75 — трехрядная приводная роликовая цепь нормальной серии с шагом 25,4 мм и разрушающей нагрузкой 170,1 кН.

Применение многорядных цепей значительно уменьшает габариты передачи в плоскости, перпендикулярной осям.

Втулочные цепи, согласно стандарту изготовляют одно- и двухрядными.

Длиннозвенные роликовые цепи имеют звенья двойного шага, поэтому они легче и дешевле других и применяются при малых скоростях, в частности, в сельскохозяйственном машиностроении.

Роликовые цепи с изогнутыми пластинами обладают повышенной податливостью (пластины работают на изгиб) и поэтому их применяют при динамических нагрузках, например, частых реверсах, ударах и т. д.

Кроме вышеуказанных стандартизованы роликовые приводные цепи для буровых установок, которые предназначены для работы в быстроходных передачах; пластины цепи имеют защитное или защитно-декоративное покрытие.

Рис.3.46

Пластины втулочных и роликовых цепей изготовляют из закаливаемых до невысокой твердости сталей, валики и втулки — из цементуемых сталей, а ролики — из тех и других с закалкой до высокой твердости.

Зубчатые цепи с шарнирами качения изготовляют согласно ГОСТу. На рис. 3.44 а показаны три проекции звеньев зубчатой цепи типа I (с односторонним зацеплением), состоящей из рабочей пластины 1; направляющей пластины 2, предотвращающей сползание цепи со звездочки; удлиненной призмы 3; внутренней призмы 4; соединительной призмы 5; шайбы 6 и шплинта 7. На рис. 3.44, б показан шарнир качения 3—4. Пластины цепи имеют зубообразную форму, рабочие грани пластин расположены под углом 60°.

На рис. 3.44, в показана зубчатая цепь типа II (с двусторонним зацеплением); эта конструкция предусмотрена стандартом для цепей с большими шагами.

Зубчатые цепи по сравнению с роликовыми работают более плавно и с меньшим шумом, обеспечивают высокую кинематическую точность, обладают большей надежностью и нагрузочной способностью. Зубчатая цепь с одним и тем же шагом может быть использована в большом диапазоне мощностей за счет изменения рабочей ширины (рис. 3.44) в значительных пределах. Такие цепи имеют высокий КПД (до 0,98), менее подвержены вытягиванию, но их масса и стоимость значительно больше, чем у роликовых цепей. Зубчатые цепи целесообразно применять при больших значениях передаваемой мощности и высокой скорости движения цепи, которая допускается до 35 м/с.

Пример обозначения приводной зубчатой цепи типа I с, шагом t = 19,05 мм, с разрушающей нагрузкой 74 кН и рабочей шириной b = 45 мм:


Цепь ПЗ-1-19,05-74-45 ГОСТ 13552—81*.

Пластины зубчатых цепей изготовляют из стали 50, обеспечивая твердость 38...45 HRC3, а призмы из сталей 15 или 20 с последующей цементацией и закалкой до твердости 52...60 HRC3.

Подпись: Рис. 3.47Фасонно-звенные цепи применяют при малых скоростях в условиях смазки и защиты, при отсутствии жестких требований к габаритам передачи, например, в сельскохозяйственных машинах. На рис. 3.15 показана крючковая цепь, допускающая свободное разъединение звеньев. Звенья фасонно-звенных цепей отливают из ковкого чугуна и в дальнейшем не обрабатывают; звенья крючковой цепи могут быть штампованными из полосовой стали.

Звездочки роликовых и втулочных, а также зубчатых цепей профилируют и изготовляют в соответствии с государственными стандартами. На рис. 3.46, а показан стандартный профиль зубьев звездочки для роликовой цепи, где d — диаметр делительной окружности звездочки, t— шаг цепи, D — диаметр ролика; радиус впадины звездочки . г = 0,5025D + 0,05 мм. На рис. 3.46, б показаны конструкции звездочек для одно-, двух- и трехрядной цепи

Подпись: Рис. 3.48На рис. 3.47 показан стандартный профиль зубьев и сечение звездочки для зубчатой цепи типа I, в середине зубьев сделана прорезь для направляющих пластин.


Материалами для изготовления звездочек служит чугун (серый, ковкий, антифрикционный, высокопрочный) — для звездочек с большим числом зубьев и для цепей сельхозмашин; стали цементуемые — при динамических нагрузках; стали закаливаемые — при работе без резких толчков и ударов. Кроме того, для изготовления звездочек применяют пластмассы и композиционные материалы.


Диаметр делительной окружности звездочки, на которой располагаются оси шарниров, равен

 (3.143)

где t — шаг цепи; z — число зубьев звездочки.

3.4.2. Геометрия и кинематика передач

Передаточное отношение цепной передачи:

 (3.144)

где ω1, ω2, z1 z2 — угловые скорости и числа зубьев ведущей и ведомой звездочек.

Так как  то передаточное отношение и нельзя определять как отношение диаметров делительных окружностей звездочек.

Передаточное отношение, вычисленное по вышеприведенным формулам, является средним за оборот; в пределах поворота звездочки на угловой шаг 360°/z мгновенное передаточное отношение не остается постоянным.


За один оборот звездочки цепь проходит путь zt, а время одного оборота равно 2π/ω ,тогда средняя скорость цепи ν равна


 (3.145)

где t—шаг цепи; n — частота вращения; ω — угловая скорость звездочки.

Из схемы цепной передачи (рис. 3.50) видно, что скорость цепи определяется горизонтальной составляющей νг окружной скорости ν0 звездочки, причем

 (3.146)

При повороте звездочки на половину углового шага, т. е. на 180°/z, шарнир цепи, находящийся во впадине зуба звездочки, окажется в верхнем положении, вектор окружной скорости займет горизонтальное положение, причем νr = ν0, a νB = 0; при дальнейшем вращении звездочки горизонтальная составляющая νr будет уменьшаться, а вертикальная составляющая νB — увеличиваться, но изменит направление.

Таким образом, за время поворота звездочки на угловой шаг скорость цепи возрастет от значения  до а затем уменьшится до первоначального значения, что приведет к соответствующим изменениям угловой скорости ведомой звездочки и мгновенного передаточного отношения. Вертикальная составляющая νB при этом изменяется в пределах  что приводит к соударению шарниров цепи о впадины звездочки, поперечным колебаниям цепи и динамическим нагрузкам на всю передачу.

 Вертикальная составляющая  является скоростью удара шарнира и впадины зуба. Очевидно, что с уменьшением числа зубьев звездочки увеличивается скорость и сила ударов, возрастают колебания передаточного отношения и увеличиваются динамические нагрузки в передаче. Кроме того, с уменьшением числа зубьев звездочки увеличивается угол относительного поворота соседних звеньев, что способствует изнашиванию шарниров. Поэтому числа зубьев малой звездочки ограничивают допускаемыми минимальными значениями, несмотря на то, что с уменьшением числа зубьев звездочек уменьшаются габариты передачи.

Минимальное число зубьев малой звездочки для роликовых и втулочных цепей определяют в зависимости от передаточного числа и по эмпирической формуле:

 (3.147)

для зубчатых цепей zlmin принимается на 20...30% выше.

Число зубьев большой звездочки z2 ≈ uz1. Следует отметить, что при

нечетном числе зубьев хотя бы одной из звездочек и четном числе звеньев цепи изнашивание зубьев и шарниров более равномерно.

В результате изнашивания шарниров шаг цепи увеличивается и может произойти нарушение работы передачи, когда шарниры будут попадать не во впадину, а на окружность вершины зубьев звездочки, что приводит к соскакиванию или разрыву цепи. Этот процесс резче проявляется на звездочках с большим числом зубьев, поэтому максимальное число зубьев тоже ограничивают: для втулочных и роликовых цепей z2max ≤ 120; для зубчатых цепей z2max ≤ 140 (для стандартных передач z = 17...96).

Плавность, долговечность и бесшумность работы цепной передачи в значительной степени зависят от величины шага цепи; чем меньше шаг, тем меньше динамические нагрузки и выше качество работы передачи. Вместе с тем статическая прочность и нагрузочная способность цепей возрастают с увеличением шага, так как увеличиваются размеры деталей, составляющих шарниры цепи. Поэтому величина шага цепи ограничивается максимально допускаемым значением угловой скорости малой звездочки, указанным в табл. 3.18, где приведены также рекомендуемые для втулочных и роликовых цепей значения угловой скорости.

Ориентировочно оптимальное межосевое расстояние цепной передачи выбирают в зависимости от шага цепи обычно в пределах а = (30...50)t (меньшие значения при малых передаточных числах). Максимальное значение межосевого расстояния ограничивается аmах ≤ 80t во избежание чрезмерного натяжения цепи силой собственной тяжести. Минимальное значение межосевого расстояния

ограничивается условием обеспечения угла обхвата цепью меньшей звездочки 

 α≥ 120°; аmin ≈ 25t.

Подпись: Таблица 3.18

При оптимальном межосевом расстоянии ведущая ветвь цепи может располагаться над ведомой или под нею; при значениях, близких к максимальным или минимальным, ведущая ветвь должна находиться над ведомой во избежание соприкосновения ветвей или захлестывания лишних зубьев провисающей ведомой ветвью.

Число звеньев цепи предварительно определяется по формуле

 (3.148)

Чтобы не применять переходное звено (см. рис. 3.49), расчетное число звеньев цепи должно быть округлено до четного числа.

Длина цепи

 (3,149)

Окончательное значение межосевого расстояния равно

 (3.150)

В передачах с нерегулируемым межосевым расстоянием для обеспечения необходимого провисания цепи устанавливают монтажное межосевое расстояние, которое меньше расчетного на (0,002...0,004)а; при значительной вытяжке цепи за счет износа шарниров удаляют необходимое количество звеньев.

Для компенсации удлинения цепи опоры одного из валов иногда делают регулируемыми или применяют оттяжные звездочки или нажимные ролики, которые ставят на ведомую ветвь цепи. Стрела провисания допускается до 0,02a при угле наклона передачи к горизонту до 40° включительно и до 0,015а — при наклоне свыше 40°, где а — межосевое расстояние.

Критерии работоспособности и расчет цепных передач.

Основным критерием работоспособности приводных цепей является износостойкость их шарниров. Долговечность втулочных и роликовых цепей, подобранных по критерию износостойкости, может быть 2000..5000 часов и более; цепные передачи с зубчатыми цепями имеют срок службы 8000... 10 000 часов. Для закрытых передач, работающих при значительных внешних динамических нагрузках, критерием работоспособности может быть сопротивление усталости элементов цепи, причем усталостному разрушению в первую очередь подвержены пластины.

Расчет передач с втулочными и роликовыми цепями. Как показывают теоретические и экспериментальные исследования, нагрузочная способность цепи прямо пропорциональна давлению в шарнирах, а долговечность — обратно пропорциональна. Поэтому в основу расчета цепных передач положено условие, по которому можно вести проверочный расчет передачи:

 (3.151)

Где p — расчетное среднее давление в шарнире; Ft = 2T/d — передаваемая окружная сила; Т — вращающий момент; d — диаметр делительной окружности звездочки (если задана мощность Р передачи, то Ft= P/ν,

где ν — скорость цепи); А0П ≈ d0 b0 ≈ (0,25...0,28)t2 — площадь проекции опорной поверхности шарнира; d0 — диаметр валика; b0 — длина втулки; [р]— допускаемое среднее давление в шарнирах, установленное для типовой передачи, работающей в средних условиях эксплуатации, при постоянной нагрузке и долговечности 3000...5000 часов; К — коэффициент эксплуатации, учитывающий конкретные особенности рассчитываемой передачи; m — число рядов цепи.

Допускаемое среднее давление [р] в шарнире в зависимости от угловой скорости со, малой звездочки и шага цепи t приведены в табл. 3.19.

Коэффициент эксплуатации

 (3.152)

где К1 — коэффициент динамичности нагрузки (при спокойной нагрузке К1 = 1, при толчках К1 = 1,2...1,5, при сильных ударах К1 = 1,8); К2 — коэффициент, учитывающий межосевое расстояние (К2 = 1 при а = (30...50)/; К2 = 1,25 при а < 30/; К2 = 0,9 при а > 50/); К3 — коэффициент, учитывающий способ смазывания (при непрерывном смазывании К3 - 0,8, при капельном К3 = 1, при периодическом К3 = 1,5); К4 — коэффициент режима работы

 (односменная К4= 1, двухсменная К4 = 1,25, трехсменная К4 = 1,45); К5 — коэффициент, учитывающий наклон межосевой линии к горизонту (≤ 70° К5 = 1, > 70° К5 - 1,25, так как при вертикальном расположении передачи увеличивается давление в шарнирах за счет массы цепи); К6 — коэффициент монтажа передачи (передвигающиеся опоры К6 = 1, при наличии оттяжных звездочек или нажимных роликов К6 = 1,15, нерегулируемое натяжение К6 = 1,25).

 При проектном расчете ориентировочное значение шага цепи t определяется по формуле

 

 (3.153)

 Таблица 3.19


где Т1 — вращающий момент на ведущей звездочке^, имеющей число зубьев z1 m — число рядов цепи.

Поскольку допускаемое давление [р] в шарнирах, в свою очередь, зависит от шага цепи (см. табл. 10.2), предположительно последний выбирается по табл. 3.18 в зависимости от рекомендуемой угловой скорости малой звездочки.

При расчете передач с роликовыми цепями следует ориентироваться на применение цепей типа ПРЛ как самых экономичных; цепи типа ПР имеют большую нагрузочную способность, но они вдвое дороже. Во всех случаях предпочтительной является однорядная цепь; многорядных цепей следует по возможности избегать.

Расчет передач с зубчатыми цепями. В соответствии со стандартом число зубьев меньшей звездочки z1 ≥ 17; при выборе 1x следует учитывать, что с его увеличением давление в шарнире, шаг и ширина цепи уменьшаются, а долговечность ее увеличивается.

Для зубчатых цепей с шарнирами качения универсальная методика определения шага пока не разработана, поэтому ориентировочно значение шага выбирается по табл. 3.18 в зависимости от максимально допускаемой угловой скорости меньшей звездочки.

При проектном расчете по выбранному шагу t, передаваемой мощности Р и скорости ν цепи определяют ее ширину b по формуле

 (3.154)

где К1 — коэффициент динамичности нагрузки (при спокойной нагрузке К1 =1, при нагрузке с толчками К1 = 1,2...1,5, при ударной нагрузке К1 = 1,8); Kν — коэффициент скорости, учитывающий снижение нагрузочной способности из-за центробежных сил (при ν ≤ 10 м/с Kv= 1, при ν ≥ 10 м/с Kν ≈ 1,1...2,0).

Расчетную величину b округляют до ближайшего стандартного значения.

Усилия в передаче. В цепной передаче в отличие от ременной предварительное натяжение обычно не требуется, поэтому силы F1 и F2, действующие на ведущую и ведомую ветви цепи, равны

 (3.155)

где Ft = 2T/d — окружная сила; Fq = kfqga — натяжение от провисания

ведомой ветви цепи; q — масса одного метра цепи; g — ускорение свободного падения; а — межосевое расстояние; kf — коэффициент провисания цепи (для горизонтальных передач kf = 6, для вертикальных kf = 1, при угле наклона 40° kf=3, так как чем меньше угол наклона, тем больше провисание цепи); Fν = qν2 — натяжение от центробежных сил, где ν=ωzt/2π=nt/60 — скорость цепи.

Влияние на натяжение цепи динамических нагрузок учитывается в расчетах введением коэффициента динамичности К1.

При средних скоростях движения цепи (до 15 м/с) нагрузка R на валы цепной передачи равна

  (3.156)

где k- 1,15 для горизонтальной и k = 1,05 для вертикальной передачи. Эту силу можно считать направленной по линии центров.

В ответственных передачах цепи проверяют на статическую прочность по формуле

 (3.157)

где Q — разрушающая нагрузка; [Sц] — допускаемый коэффициент запаса статической прочности цепи ([Sц] = 10...20 для втулочных и роликовых цепей; [Sц] = 20...40 для зубчатых цепей; данные для средних скоростей и средних сроков службы цепи; большие значения для более тяжелых цепей).

Механические передачи Детали машин