Цепные передачи в трансмиссии

Цепная передача

Идея цепной передачи была впервые предложена гениальным изобретателем и художником Леонардо да Винчи в XVI веке. Но несовершенство тогдашних технологий позволило начать внедрение такого привода лишь в начале XIX века. Сегодня применяется большое число разнообразных цепных приводов. Они используются в транспорте, сельскохозяйственных и дорожных машинах, в различных технологических установках и в системах управления. Для расчетов параметров таких передач в помощь конструкторам выведены приближенные формулы и созданы справочные таблицы.

Устройство и принцип работы

Устройство цепной передачи очень похоже на конструкцию зубчатого привода. Но зубья ведущей и ведомой шестеренок не входят в непосредственное зацепление, а крутящий момент передается с одной на другую с помощью закольцованной непрерывной цепи, чьи отверстия надеваются поочередно на зубья вращающихся колес.

Цепная передача способна передавать вращение на параллельный ведущему вал, отстоящий от него до 7 метров. Она обладает рядом достоинств и недостатков по сравнению со своим прообразом.

Общие сведения о цепных передачах

Среди разнообразных приводов цепной считают относящимся к передачам с гибкой связью. Зацепление в ней осуществляется с помощью натяжения сочлененных звеньев бесконечной цепи. Она же передает и мощность от ведущего вала к ведомому. Из общих сведений о цепных передачах следует упомянуть следующее:

КПД цепной передачи доходит до 90-98 %;
передаточное число цепной передачи достигает 1:6;
мощность на валу ограничена 120 кВт.

Передаточное отношение для цепной передачи рассчитывается по тем же формулам, что и для зубчатой. Изготавливаются цепные приводы из высокопрочных сортов стали, шестерни иногда делают текстолитовые или из полиамидных пластиков.

Классификация

Основная классификация цепных передач проводится по признаку использованной цепи. Выделяют:

Роликовые. Контакт звена и шестерни осуществляется посредством ролика, одновременно скрепляющего звенья.
Втулочные. Контакт идет посредством втулки, вращающейся вокруг ролика. Такое решение повышает ресурс цепного привода, но одновременно растут его вес и себестоимость.
Зубчатые. Набираются из шарнирно сочлененных пластин, на внутренней стороне которых имеются профилированные впадины под зубья.

Кроме того, по числу насаженных на вал зубчатых колес и, соответственно, числу параллельных рядов в одном звене, различают такие виды, как:

однорядные;
двухрядные;
многорядные.

Увеличение числа шестерен используется для повышения мощности либо для уменьшения габаритов изделия.

Достоинства

Относительно зубчатой можно сформулировать следующие достоинства цепной передачи:

способность передавать крутящий момент да расстояние до 7 метров;
частично гасить усилия, вызываемые изменением режима вращения.

По сравнению ременными передачами выделяют такие достоинства цепных, как:

компактность;
больший передаваемый момент при равных габаритах;
стабильность передаточного числа, отсутствие пробуксовок.

Общим преимуществом цепных приводов считается их отказоустойчивость при частых разгонах и остановках.

Недостатки

К недостаткам цепных передач относятся следующие:

высокая шумность, обуславливаемая постоянными соударениями деталей привода;
скорый износ шарнирных сочленений, потребность в постоянной смазке и закрытом картере;
растяжение по мере износа шарнирных сочленений;
менее плавная передача вращения, чем у зубчатых приводов.

Для определенных сфер применения достоинства данного типа привода существенно перевешивают его недостатки

Сфера использования

Область применения цепных передач очень широка. Они традиционно используются в таких отраслях, как:

транспорт;
технологические установки;
станочное оборудование;
горная и дорожная техника;
сельхозмашины.

Применение такого привода целесообразно при скоростях менее 15 метров в секунду, что ограничивает использование его в высокоскоростных приводах.

Приводные цепи

Приводы с зубчатой цепью используются в относительно медленных передачах. Для быстроходных механизмов используются роликовые и втулочные подвиды.

Цепной передачей служит и механизм подъема судовых якорных цепей, и подъемное оборудование — блок или полиспаст.

В этих механизмах цепь не имеет фиксированной длины, она изменяется по мере подъема (или горизонтального перемещения) груза. я

Роликовые приводные цепи

Роликовый подвид состоит из пары параллельных рядов боковых пластин, и осей, опрессованных в отверстиях наружных пластин. Оси проходят через втулки, которые, в свою очередь опрессованы в отверстиях внутренних пластин. На втулки надевают скользящие по ним ролики, а торцы осей расклепаны с формирование упоров, не дающим пластинам уходить вбок.

Ось поворачивается внутри втулки, создавая таким образом шарнирное сочленение. Ролик в момент зацепления катится по зубцу шестеренки, вращаясь на оси. Это выравнивает нагрузку от зубца и снижает износ элементов привода. Такие конструкции позволяют развивать скорость до 20 м/с

Втулочные приводные цепи

Втулочные конструкции лишены роликов, и по зубцу перекатывается сама втулка. Такое решение позволяет существенно снизить сложность, себестоимость и массу изделия, ни неминуемо повышает скорость его износа. Такие конструкции применяют для сравнительно тихоходных приводов (до 1 м/с), предающих ограниченную мощность.

Если же мощность требуется нарастить, на помощь конструкторам приходят многорядные цепи. параллельно расположенные звездочки меньшего размера дают возможность выбрать меньший шаг, понизить динамические усилия при разгоне и торможении валов. Скорость может достигать 10 м/с.

Мощность передачи при неизменном диаметре колес возрастает пропорционально их числу.

Сращивание концов при четном числе звеньев проводится звеном обычной формы. Если же число нечетное, то для сращивания приходится использовать особые переходные пластины, дважды изогнутые в плоскости вращения. Прочность этого звена получается значительно ниже, чем стандартного, поэтому конструкторы стараются избегать таких решений.

Зубчатые приводные цепи

Такие цепи в каждом своем звене имеют ряд пластин в выточенными (или отштампованными) на них парой зубьев, совпадающими по модулю с зубцами звездочек. Между зубцами на пластине выполнена впадина, соответствующая по форме зубцу. Пластины входят в зацепление с зубцами и передают энергию вращения. Звенья оснащают шарнирами трения качения — вращающимися вокруг осей втулками. Кроме того, в проемах пластин закрепляются парные криволинейные призмы. Одна из ник закреплена на пластинах первого звена, вторая- на следующем. В ходе вращения призмы проворачивают друг друга, смягчая ударные нагрузки и осуществляя мягкий и плавный ввод в зацепление с зубьями звездочки и столь же плавный выход из этого зацепления. Такое решение позволяет снизить уровень воздушного шума, повысить скорость вращения.

Используют и конструкции с шарнирами скольжения. Они изнашиваются приблизительно вдвое быстрее, чем их аналоги, но обходятся заметно дешевле. В прорезях пластин вставлены специальные вкладыши, их скольжение по осям и обеспечивает поворот на необходимый угол. Применение вкладышей увеличивает площадь зацепления на 50%, повышая плавность хода, сокращая удары при разгоне и торможении и снижая уровень воздушного шума.

Для того, чтобы звенья не спадали с шестерен, используют направляющие, размещенные по центру цепи или же парные- по ее краям. Это такие же пластины, но без отформованных выступов и впадин. Если направляющие размещаются внутри, в зубьях делают соответственный пропил. Такая конструкция снижает прочность зубьев и, соответственно, скорость передачи и передаваемую мощность по сравнению с наружным расположением.

Зубчатые цепи благодаря мягкому и плавному зацеплению с шестернями создают самый низкий уровень шума среди подобных себе приводов. Их часто называют малошумными или бесшумными. Неограниченная ширина передачи позволяет создавать приводы шириной до 1,8 метра, предающие весьма значительные мощности. Если сравнить с роликовыми или втулочными, то сложность конструкции, вес и стоимость таких передач многократно выше. Это ограничивает их применение.

Фасоннозвенные цепи

Этот вид цепей изготавливают методом фасонного литья или горячей штамповки из стальной полосы. Крючковая разновидность имеет звенья, отформованные в виде единственной детали сложной формы. В зацепление звенья входят, если соединять их под углом около 60 о, а потом выпрямлять. Штыревая версия представляет собой отлитую из высококовкого чугуна деталь с отверстием, в которое вставляется стальной штырь и закрепляется шплинтом.

Такие приводы ограничены в скорости (до 3 м/сек) и в передаваемой мощности, зато не требуют сложных систем смазки и защиты от загрязнений. Неприхотливый привод широко применяется в сельхозмашинах, изношенные звенья с легкостью заменяются с применением обычного слесарного инструмента, в полевых условиях. Ремонтопригодность фасоннозвенных цепей существенно выше, чем у других типов.

Материал цепей

Все детали цепного механизма должны хорошо сопротивляться повышенным статическим и ударным нагрузкам, и быть достаточно износостойкими. Боковые пластины делают из высокопрочных сплавов, они работают в основном на растяжение. Оси, втулки, ролики, вкладыши и призматические элементы делаются из высокопрочных и хорошо цементируемых сплавов. Цементация проводится на глубину до 1,5 мм и обеспечивает хорошую стойкость к износу трением. После этого детали подвергаются термообработке закаливанием. Твердость доводится до 65 ед.

Зубчатые колеса делают из легированных сталей, также подвергаемых закалке до 60 ед.

Для передач малой скорости и мощности, при умеренных параметрах разгона и торможения применяют ковкие чугуны.

Для снижения шума и повышения плавности хода при ограниченных мощностях используют шестеренки из текстолита или прочных пластмасс. Применяют также наплавку металлических и нанесение полимерных покрытий на детали и узлы, работающие в агрессивных средах.

Геометрические и кинематические параметры цепной передачи

Главным определяющим параметром цепной передачи служит наг цепи t. Он равен расстоянию между центрами шарниров двух соседних звеньев. С увеличением шага растет предаваемая мощность, но снижается плавность хода.

Следующий по важности параметр- число зубьев Zведущ на ведомом и Zведом на ведущем валу.

Диаметр делительной окружности вычисляется:

По хорде этой окружности берут значение шага для зубчатого колеса.

Расстояние a между ведущей и ведомой осями привода выбирают в пределах от 30 до 50 шагов t/ Как показала практика, при этом обеспечивается максимальный ресурс привода.

Число шагов цепи вычисляется по формуле:

передаточное число рассчитывается по формуле:

Количество зубцов меньшей звездочки получают из следующего выражения:

Важно понимать, что передаточное отношение не положено считать равным отношению

В рамках одного оборота зубчатого колеса передаточное отношение варьируется. По этой причине рассуждают о среднем значении скорости вращения.

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Цепная передача в автомобилестроении

Цепная передача – это передача механической энергии между параллельными валами, осуществляемая с помощью двух колес — звездочек и охватывающей их цепи. Цепная передача, как и ременная передача, принадлежит к числу передач с гибкой связью. Здесь гибким звеном является цепь, входящая в зацепление с зубьями звездочек. Вот о том, какой бывает цепная передача, мы и поговорим в этой статье.

Для управления клапанами механизма газораспределения служат распределительные валы. Они открывают и закрывают клапаны через толкатели или коромысла. На современных двигателях с верхним расположением клапанов и расположением распределительных валов в головке цилиндров привод распределительных валов осуществляется при помощи ременной или цепной передачи, в то время как распределительные валы нижнего расположения (в блоке цилиндров) соединяются с ведущей шестерней коленчатого вала посредством зубчатой передачи.

Наиболее важными критериями выбора типа привода являются стоимость, занимаемое пространство, легкость технического обслуживания, срок службы и уровень шума. Цепная передача имеет большое преимущество по сравнению с ременными передачами. Оно заключается в том, что цепная передача не требуют технического обслуживания на протяжении всего срока службы двигателя. Зубчатые ремни требуют периодической регулировки натяжения или замены.

На современных двигателях привод распределительного вала часто служит также для привода других устройств. Такими устройствами являются масляный насос и топливный насос (см. рис. «Цепной привод механизма газораспределения» ). Поскольку как коленчатый, так и распределительный валы вращаются неравномерно и подвержены крутильным колебаниям, привод испытывает крайне сложные динамические напряжения. Кроме того, момент сопротивления топливного насоса высокого давления испытывает очень большие периодические колебания. Это создает дополнительные возмущения, воздействующие на цепную передачу привода механизма газораспределения.

Конструкции цепей

В качестве стандартных цепей, цепная передача использует роликовые и втулочные цепи. Также существуют однорядные и двухрядные цепи. Специальным типом цепи является цепь зубчатого типа.

Роликовая цепь

Вращающиеся ролики роликовой цепи (рис. а, «Конструкции цепей» ), надетые на втулки, прокатываются с низким трением по боковым поверхностям зубьев звездочки таким образом, что контакт всегда имеет место в различных точках окружности. Смазка между роликами и втулками помогает снизить уровень шума и демпфировать удары.

Втулочная цепь

В случае втулочной цепи (рис. «Конструкции цепей», b) боковые поверхности зубьев звездочки постоянно контактируют с зафиксированными втулками в одной и той же точке, в связи с чем втулки подвергаются дополнительной нагрузке. Поэтому для таких цепей особенно важна хорошая смазка.

При одинаковом шаге и разрывном усилии втулочные цепи имеют большую поверхность соприкосновения, чем соответствующие роликовые цепи, поскольку отсутствие роликов означает, что диаметр пальца может быть увеличен. Большая поверхность соприкосновения дает снижение поверхностного давления и, соответственно, снижение износа в соединениях.

Втулочные цепи продемонстрировали высокие рабочие характеристики в приводах распределительных валов на дизельных двигателях, где вследствие повышенного проникновения сажи в моторное масло требуется высокая износостойкость.

Зубчатая цепь

На зубчатой цепи (рис. «Конструкции цепей», с) соединительные звенья расположены таким образом, что они могут передавать усилия между цепью и звездочкой, в то время как в случае роликовой или втулочной цепи соединение со звездочкой осуществляется при помощи роликов или втулок.

Зубчатые цепи могут быть изготовлены буквально любой желаемой ширины без необходимости в серьезных конструктивных изменениях. Направляющие звенья, расположенные либо посередине, либо сбоку (на обеих сторонах), служат для предотвращения спадания цепи со звездочки. Еще одним вариантом зубчатой цепи является цепь с зубьями на обеих сторонах, позволяющая также реализовать отрицательный обхват (как на роликовых и втулочных цепях).

Выбор типа цепи

При выборе типа цепи (конструкции и шага) важно, придерживаясь максимального диаметра звездочки, стремиться к тому, чтобы число зубьев было более 18, с тем чтобы уменьшить динамические воздействия, вызываемые эффектом излома. Если это не может быть реализовано конструктивно, рекомендуется перейти на двухрядную цепь с меньшим шагом.

Многолетний опыт продемонстрировал, что некоторые размеры роликовых, втулочных и зубчатых цепей особенно хорошо подходят для приводов механизмов газораспределения.

Требования, предъявляемые к цепям

Имеются четыре важных фактора, определяющих рабочие характеристики цепей для приводов механизмов газораспределения:

Предел прочности при растяжении;
Предел усталости;
Износостойкость;
Акустические свойства.

Превышение допустимой статической или динамической разрывной нагрузки может вызвать разрыв цепи. В случае приводов механизмов газораспределения нагрузка является неравномерной, поэтому характеристикой, ограничивающей прочность, является предел усталости. Цепь испытывает динамические нагрузки вследствие пульсаций крутящего момента распределительного вала (валов), топливного насоса и неравномерности вращения коленчатого вала и пульсаций осевого Усилия, воздействующего на цепь, вызванных эффектом излома. При этом не должен быть превышен предел усталости цепи, поскольку количество таких изменений нагрузки на протяжении всего срока службы двигателя превышает 10 8 (см. рис. «Предел усталости втулочных и роликовых цепей» ).

На современных двигателях с точной синхронизацией и минимальными зазорами между поршнями и клапанами можно достигнуть минимального удлинения цепи вследствие износа. Оптимизация трибо-соединения пальцев и втулок цепи позволяет уменьшить удлинение цепи до всего лишь 0,2-0,5 % ее длины после пробега до 350 000 км.

Надлежащая работа цепного привода механизма газораспределения определяется массой и жесткостью цепи, а также демпфированием колебательной системы с несколькими степенями свободы. Под действием возмущений со стороны распределительного вала, коленчатого вала, топливного насоса и т.д., в результате различных сложных взаимодействий в системе могут возникнуть резонансные эффекты, вызывающие очень высокие нагрузки на компоненты привода.

За счет различных мер оптимизации (например, увеличения жесткости цепи при сохранении удельной массы, применения звездочек специальной геометрии, оптимизации гидравлического натяжителя цепи в отношении демпфирования и жесткости) можно сдвинуть точки резонанса в область более высоких оборотов двигателя (или даже за пределы реального диапазона оборотов (см. рис. «Характеристические значения цепей: жесткость и масса» ).

Звездочки

Для роликовых, втулочных и зубчатых цепей форма зубьев звездочек стандартизована:

DIN 8187-1 для роликовых цепей европейского типа;
DIN 8188-1 для роликовых цепей американского типа;
DIN 8154 для втулочных цепей со сплошными пальцами;
DIN 8190 для зубчатых цепей. Оптимизированная конфигурация формы зубьев столь же важна для безопасной работы привода механизма газораспределения, как, например, износостойкость или усталостная прочность самой цепи.

Стандарт DIN допускает значительную свободу в отношении прецизионной конфигурации зубьев звездочки. Как правило, применяются звездочки с максимальным пространством между зубьями. Благодаря низкой высоте головки зуба и большому пространству между зубьями эта конструкция позволяет цепи без возмущений находить на звездочку и сходить с нее даже при высоких скоростях движения цепи.

В зависимости от доступного свободного пространства применяются дисковые колеса или звездочки с односторонними или двусторонними ступицами, а также звездочки пластинчатого типа. Выбор материала зависит от доступного пространства, условий работы и величины мощности, которую передает цепная передача (см. рис. «Звездочки» ).

Применяются звездочки, изготовленные из углеродистой и легированной, стали и колеса, изготовленные из керамических материалов. Также применяются колеса, изготавливаемые посредством прецизионной штамповки или механической обработки с последующей термообработкой, зависящей от используемого материала. Решающую роль в выборе материала играют доступное пространство и последовательность сборки.

Натяжители и успокоители цепей

Применение постоянно действующих натяжителей и успокоителей (см. рис. «Цепной привод механизма газораспределения» ), точно согласованных с конкретным двигателем, позволяет оптимизировать цепную передачу таким образом, что срок ее службы будет соответствовать сроку службы двигателя.

Натяжитель цепи

Натяжитель цепи (гидравлический) выполняет в приводе механизма газораспределения ряд задач. С одной стороны, цепь при любых условиях работы должна иметь надлежащее натяжение ведомой ветви при определенной нагрузке, даже в случае удлинения вследствие износа, возникающего в процессе эксплуатации. Снижение вибрации до приемлемого уровня осуществляется фрикционным или вязкостным демпфирующим элементом.

В приводах масляных насосов, работающих в условиях низких нагрузок, как правило, применяются механические натяжители цепи без дополнительного гидравлического демпфирования. В особых случаях эти механические натяжители цепи могут отсутствовать.

Успокоитель цепи

Иногда в качестве натяжных и направляющих элементов используются простые успокоители. Они изготавливаются из пластмассы или металла (алюминия или листовой стали). По форме успокоители цепи бывают плоскими или изогнутыми, в зависимости от трассы цепи. В последнее время применяются недорогие, литые под давлением, пластмассовые успокоители двухкомпонентной конструкции (основа и фрикционная накладка).

В случае натяжных успокоителей фрикционный слой не содержащего стекловолокна полиамида напыляется или наклепывается на основу из термостойкого полиамида с содержанием стекловолокна от 30 до 50%. Для направления цепи используются однокомпонентные пластмассовые направляющие скольжения.

Цепные передачи

В подразделе помещены сведения о приводных и тяговых цепях. Приводные цепи применяют для передачи механической энергии на средние расстояния между параллельными валами. По сравнению с ременными передачами цепные имеют меньшие габариты и обеспечивают постоянное передаточное отношение, так как работают без скольжения. Для облегчения подбора приводных роликовых цепей в таблицу основных параметров включены площади проекций опорных поверхностей шарниров. Тяговые цепи применяют в качестве тягового элемента в различных конвейерах.

Описание цепной передачи

Цепной называется передача, состоящая из двух колес-звездочек, соединенных цепью (рис. 13). Вращение ведущей звездочки преобразуется во вращение ведомой благодаря сцеплению цепи с зубьями звездочек. Может иметь как постоянное, так и переменное передаточное число (например, цепной вариатор).

Рис. 1 — Устройство цепной передачи

Цепь состоит из подвижных звеньев. В замкнутое кольцо для передачи непрерывного вращательного движения концы цепи соединяются с помощью специального разборного звена.

Как правило, число зубьев на звёздочках и число звеньев цепи стараются делать взаимно простыми, что обеспечивает равномерность износа: каждый зуб звёздочки поочерёдно работает со всеми звеньями цепи.

Характеристики

Цепные передачи универсальны, просты и экономичны. По сравнению с зубчатыми передачами они менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам, допускают практически неограниченные межцентровые расстояния, обеспечивают более простую компоновку, большую подвижность валов друг относительно друга. Цепная передача может быть сделана почти бесшумной в работе, при гораздо большей технологической простоте по сравнению с бесшумными косозубыми шестернями.

Достоинства цепных передач

В сравнении с ремёнными передачами они характеризуются следующими достоинствами:

отсутствие проскальзывания;
компактность (занимают значительно меньше места по ширине);
постоянство среднего передаточного отношения;
отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники;
передача большой мощности как при высоких, так и при низких скоростях;
сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах;
приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.
возможность передачи движения одной цепью нескольким звездочкам;
по сравнению с зубчатыми передачами — возможность передачи вращательного движения на большие расстояния (до 7 м);
сравнительно высокий КПД (> 0,9 ÷ 0,98);
возможность легкой замены цепи.

Недостатки цепных передач

удлинение цепи вследствие износа ее шарниров и растяжения пластин;
сравнительно высокая стоимость цепей;
невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;
передачи требуют установки на картерах;
затруднен подвод смазки к шарнирам цепи, что сокращает срок службы передачи.
скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения.
цепь состоит из отдельных звеньев и располагается на звездочке не по окружности, а по многограннику, что вызывает шум дополнительные динамические нагрузки;

Классификация цепей

По назначению:

приводные цепи
тяговые цепи
грузовые цепи.

В некоторых механизмах грузоподъёмные цепи, например, цепная таль с ручным приводом, играют роль приводных цепей.

По конструкции различают приводные цепи:

роликовые,
втулочные,
зубчатые,
фасоннозвенные.

Роликовые приводные цепи

Зацепление цепи со звездочкой происходит через свободно вращающийся закаленный ролик, который, поворачиваясь на втулке, перекатывается по зубу звездочки, образуя шарнир скольжения. Такая конструкция позволяет выровнять давление зуба на втулку и уменьшить изнашивание как втулки, так и зуба.

Пластины очерчены контуром, напоминающим цифру 8 и обеспечивающим равную прочность пластины во всех сечениях.
Роликовые цепи имеют широкое распространение. Их применяют при скоростях v ≤ 15 м/сек.

Приводные роликовые цепи выпускают по ГОСТ 13568-75. Различают:

однорядные нормальные (ПР),
однорядные длиннозвенные облегченные (ПРД),
однорядные усиленные (ПРУ),
двухрядные (2ПР),
трехрядные (ЗПР),
четырехрядные (4ПР),
с изогнутыми пластинками (ПРИ).

Из роликовых однорядных цепей наиболее распространены нормальные ПР. Длиннозвенные облегченные цепи ПРД изготовляют с пониженной разрушающей нагрузкой; допускаемая скорость для них до 3 м/сек.
Усиленные цепи ПРУ изготовляют повышенной прочности и точности; их применяют при больших и переменных нагрузках, а также при высоких скоростях.

Многорядные цепи позволяют увеличивать нагрузку пропорционально числу рядов, поэтому их применяют при передаче больших мощностей. Роликовые цепи с изогнутыми пластинами повышенной податливости применяют при динамических нагрузках (ударах, частых реверсах и т. д.) .

Рис. 2 — Однорядные и двухрядные роликовые цепи

Втулочные приводные цепи

Втулочные приводные цепи по конструкции подобны роликовым, но не имеют роликов, что удешевляет цепь, уменьшает ее массу, но существенно увеличивает износ втулок цепи и зубьев звездочек.

Втулочная однорядная цепь (см. рис. 3) состоит из внутренних пластин, напрессованных на втулки, свободно вращающиеся на валиках, на которых напрессованы наружные пластины.
В зависимости от передаваемой мощности приводные втулочные цепи изготовляют однорядными (ПВ) и двухрядными (2ПВ).
Эти цепи просты по конструкции, имеют небольшую массу и наиболее дешевы, но менее износоустойчивы, поэтому применение их ограничивают небольшими скоростями, обычно до 10 м/сек.

Втулочные и роликовые цепи изготовляют однорядными и многорядными с числом рядов 2, 3, 4 и более. Многорядная цепь с меньшим шагом t позволяет заменить однорядную с большим шагом и тем самым уменьшить диаметры звездочек, снизить динамические нагрузки в передаче.
Многорядные цепи могут работать при существенно больших скоростях движения цепи. Нагрузочная способность цепи возрастает почти прямо пропорционально числу рядов.

Соединение концов цепи при четном числе ее звеньев производят соединительным звеном, при нечетном – менее прочным переходным звеном с изогнутыми пластинами. Поэтому применяют цепи с четным числом звеньев.

Однорядные и двухрядные втулочные цепи типа ПВ выпускают по ГОСТ 13568-75.

Рис. 3 — Однорядные и двухрядные втулочные цепи типа ПВ

Тяговые пластинчатые цепи

Тяговые пластинчатые цепи (втулочные и роликовые) выпускают по ГОСТ 588-81; этот ГОСТ распространяется на тяговые пластинчатые втулочные, роликовые и катковые цепи (с гладкими катками и подшипниками скольжения), применяемые в подъемно-транспортных машинах и других механизмах.

Приводные зубчатые цепи

Приводные зубчатые цепи выпускают по ГОСТ 13552-81. Эти цепи работают плавно, с небольшим шумом, обеспечивают высокую кинематическую точность передачи вследствие равномерного изменения шага в процессе работы, обладают повышенной надежностью. Зубчатые цепи состоят из набора пластин зубообразной формы, шарнирно соединенных между собой. Число пластин определяет ширина цепи, которая зависит от передаваемой мощности. Рабочими гранями пластин являются плоскости зубьев, расположенные под углом 60°, которыми каждое звено цепи садится на два зуба звездочки. Благодаря этой особенности зубчатые цепи обладают минимально возможным шагом и поэтому допускают более высокие скорости.
Для устранения бокового спадания цепи со звездочки применяют направляющие пластины, расположенные по середине цепи или по бокам ее. Зубчатые цепи по сравнению с другими работают более плавно, с меньшим шумом, лучше воспринимают ударную нагрузку, но тяжелее и дороже.

Рис. 4 — Зубчатая цепь

Фасоннозвенные цепи

Фасоннозвенные цепи различают двух типов:

крючковые;
штыревые.

Крючковая цепь состоит из звеньев одинаковой формы, отлитых из ковкого чугуна или штампованных из полосовой стали 30Г без дополнительных деталей.
Сборку и разборку этой цепи осуществляют путем взаимного наклона звеньев на угол 60°.

В штыревой цепи литые звенья из ковкого чугуна соединяются зашплинтованными стальными (из стали Ст3) штырями.

Фасоннозвенные цепи применяют при передаче небольших мощностей, при малых скоростях (крючковая — до 3 м/сек, штыревая — до 4 м/сек) , обычно в условиях несовершенной смазки и защиты.
Звенья фасоннозвенных цепей не обрабатывают. Благодаря небольшой стоимости и легкости ремонта фасоннозвенные цепи широко применяют в сельскохозяйственных машинах.

Область применения цепных передач

Цепные передачи находят широкое применение во многих областях машиностроения, конструкциях сельскохозяйственных и дорожных машин, станкостроении и т. д.
Их применяют в станках, мотоциклах, велосипедах, автомобилях, промышленных роботах, буровом оборудовании, подъемно-транспортных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, полиграфических и других машинах, в нефтяном оборудовании для передачи движения между параллельными валами на значительные расстояния, когда применение зубчатых передач нецелесообразно, а ременных невозможно. Цепные передачи применяют при сравнительно больших межосевых расстояниях, когда зубчатые передачи невозможно использовать вследствие их громоздкости, а ременные передачи в связи с требованиями компактности или постоянства передаточного отношения. Преимущественное распространение имеют открытые цепные передачи, работающие без смазки, или с периодической ручной смазкой, с однорядными втулочно-роликовыми цепями, непосредственно встроенные в машины.

Цепные передачи наибольшее применение получили для передачи мощностей до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/сек.

Звездочки

Работа цепной передачи во многом зависит от качества звездочек: точности их изготовления, качества поверхности зубьев, материала и термообработки.

Конструктивные размеры и форма звездочек зависят от параметров выбранной цепи и передаточного отношения, определяющего число зубьев меньшей ведущей звездочки. Параметры и качественные характеристики звездочек установлены ГОСТ 13576-81. Звездочки приводных роликовых и втулочных выполняют по ГОСТ 591-69, звездочки для пластинчатых цепей по ГОСТ 592-81, звездочки для зубчатых цепей по ГОСТ 13576-81.

Рабочий профиль зуба звездочки для роликовых и втулочных цепей очерчен дугой, соответствующей окружности. Для зубчатых цепей рабочие профили зубьев звездочек прямолинейны. В поперечном сечении профиль звездочки зависит от числа рядов цепи.

Материал звездочек должен быть износостойким, способным сопротивляться ударным нагрузкам. Звездочки изготовляют из сталей 40, 45, 40Х и других с закалкой до твердости HRC 40…50 или цементируемой стали 15, 20, 20Х и других с закалкой до твердости HRC 50.. .60. Для звездочек тихоходных передач применяют серый или модифицированный чугун СЧ 15, СЧ 20 и др.

В последнее время применяют звездочки с зубчатым венцом из пластмасс. Для таких звездочек характерны пониженный износ цепи и малый шум при работе передачи.

Цепная передача.

Состоит из ведущей и ведомой звездочки и цепи. Цепь состоит из подвижных звеньев. В замкнутое кольцо для передачи непрерывного вращательного движения концы цепи соединяются с помощью специального разборного звена.

Обычно число зубьев на звёздочках и число звеньев цепи стремятся делать взаимно простыми, что обеспечивает равномерность износа: каждый зуб звёздочки будет поочерёдно работать со всеми звеньями цепи.

Характеристики цепной передачи.

Цепная передача может быть сделана почти бесшумной в работе, при гораздо большей технологической простоте по сравнению с бесшумными косозубыми шестернями, из-за чего на заре автомобилизма нередко применялась в коробках передач дорогих автомобилей.

Достоинства цепной передачи:

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);
сравнительно высокий КПД (> 0,9 ÷ 0,98);
отсутствие скольжения;
малые силы, действующие на валы, так как нет необходимости в большом начальном натяжении;
возможность легкой замены цепи.

Недостатки цепной передачи:

удлинение цепи с износом;
сравнительно высокая стоимость цепей;
невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;
передачи требуют установки на картерах;
сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи;
скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения.

Сравнение цепной передачи с зубчатой передачей и ременными передачами.

По сравнению с зубчатыми передачами они менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам, допускают практически неограниченные межцентровые расстояния, обеспечивают более простую компоновку, большую подвижность валов друг относительно друга.

Цепная передача, как и ременная, принадлежит к числу передач с гибкой связью. Гибким звеном в этом случае является цепь, входящая в зацепление с зубьями звездочек. Цепь состоит из соединенных шарнирами звеньев, которые обеспечивают подвижность или «гибкость» цепи. Зацепление обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с ременной передачей.

В сравнении с ременными передачами цепные передачи характеризуются следующими достоинствами:
отсутствие проскальзывания и постоянство среднего передаточного отношения;
отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники;
передача большой мощности как при высоких, так и при низких скоростях;
сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах;
приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.

Классификация цепей по назначению:

тяговые цепи , применяемые для транспортировки грузов (транспортеры, элеваторы, бревнотаски, приводные рольганги, эскалаторы) при небольших скоростях – до 2…4 м/с. Состоят из пластин простой формы и осей со втулками или без них. Эти цепи имеют большие шаги, т. к. общая длина цепи значительна и их зубья взаимодействуют со звездочками, габариты которых нежестко ограничены.

грузовые цепи, применяемые для подвески, подъема и опускания груза в различных подъемно-транспортных механизмах при скоростях, не превышающих 0,25. 0,5 м/с и больших нагрузках, их выполняют круглозвенными или простыми пластинчатыми.

Разделение цепных передач по основным признакам:

По числу рядов роликовые цепи делят на однорядные и многорядные (например, двухрядные и т.д.).

По числу ведомых звездочек: нормальные двухзвенные ; специальные — многозвенные.

По расположению звездочек: горизонтальные ; наклонные ; вертикальные (требуется систематическое регулирование межосевого расстояния).

По способу регулирования провисания цепи: с натяжным устройством ; с натяжной звездочкой (роликом).

По конструктивному исполнению: открытые, закрытые .

По характеру изменения частоты вращения ведомого вала – понижающие и повышающие.

По количеству ведомых звездочек – нормальные (одна ведомая звездочка) и специальные (несколько ведомых звездочек).

Область применения цепных передач

Цепная передача применяются в сельскохозяйственных машинах, велосипедах, мотоциклах, автомобилях, строительно-дорожных машинах, в нефтяном оборудовании и т. д. Преимущественное распространение имеют открытые цепные передачи, работающие без смазки, или с периодической ручной смазкой, с однорядными втулочно-роликовыми цепями, непосредственно встроенные в машины.

Современные цепные передачи могут передавать большие мощности (до 5 тыс. кВт) при сравнительно высоких скоростях (до 25—30 м/с). Цепные передачи применяют:
а) при средних межосевых расстояниях, при которых зубчатые передачи требуют промежуточных ступеней или паразитных зубчатых колес, не вызываемых необходимостью получения нужного передаточного отношения;
б) при жестких требованиях к габаритам ;
в) при необходимости работы без проскальзывания (препятствующего применению клиноременных передач).

Цепные передачи широко распространены в транспортирующих устройствах (конвейерах, элеваторах, мотоциклах, велосипедах), в приводах станков и сельскохозяйственных машин, в химическом, горнорудном и нефтепромысловом машиностроении.

Кроме цепных приводов, в машиностроении применяют цепные устройства, т.е. цепные передачи с рабочими органами (ковшами, скребками) в транспортерах, элеваторах, экскаваторах и других машинах.

Ответственные цепные передачи выполняют закрытыми, заключенными в жесткий корпус, который служит масляной ванной.

Наибольшее применение получили цепные передачи мощностью до 120 кВт при окружных скоростях до 15 м/с.

Цепная передача

Цепная передача — это передача механической энергии при помощи гибкого элемента — цепи, за счёт сил зацепления. Может иметь как постоянное так и переменное передаточное число (напр. цепной вариатор).

Содержание

Характеристики

Ц. п. универсальны, просты и экономичны. По сравнению с зубчатыми передачами (См. Зубчатая передача) они менее чувствительны к неточностям расположения валов, ударным нагрузкам, допускают практически неограниченные межцентровые расстояния, обеспечивают более простую компоновку, большую подвижность валов друг относительно друга. В сравнении с ремёнными передачами (См. Ремённая передача) они характеризуются следующими достоинствами: отсутствие проскальзывания и постоянство среднего передаточного отношения; отсутствие предварительного натяжения и связанных с ним дополнительных нагрузок на валы и подшипники; передача большой мощности как при высоких, так и при низких скоростях; сохранение удовлетворительной работоспособности при высоких и низких температурах; приспособление к любым изменениям конструкции удалением или добавлением звеньев.

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);
сравнительно высокий КПД (>> 0,9 ÷ 0,98);
отсутствие скольжения;
малые силы, действующие на валы, так как нет необходимости в большом начальном натяжении;
возможность легкой замены цепи.

растяжение цепи со временем;
сравнительно высокая стоимость цепей;
невозможность использования передачи при реверсировании без остановки;
передачи требуют установки на картерах;
сложность подвода смазочного материала к шарнирам цепи;
скорость движения цепи, особенно при малых числах зубьев звездочек, не постоянна, что вызывает колебания передаточного отношения.

Ц. п. применяются в с.-х. машинах, велосипедах, мотоциклах, автомобилях, строительно-дорожных машинах, в нефтяном оборудовании и т. д. Преимущественное распространение имеют открытые Ц. п., работающие без смазки, или с периодической ручной смазкой, с однорядными втулочно-роликовыми цепями, непосредственно встроенные в машины.

Классификация цепей

По назначению:
- приводные цепи
- тяговые цепи
- грузовые цепи.

В некоторых механизмах грузоподъёмные цепи, например цепная таль с ручным приводом, выполняют роль приводных цепей.

Цепные передачи – описание, виды, плюсы и минусы

Широкое применение цепных передач в самых различных машинах и механизмах обусловлено набором предоставляемых ими характеристик. Главными достоинствами подобного способа передачи энергии выступает универсальность, простота и экономичность.

Под цепной передачей понимается передача вращательного движения, которая осуществляется между расположенными параллельно друг к другу валами при помощи бесконечной цепи, соединяющей размещенные на них звездочки. Как ременная, цепная передача относится к передачам с гибкой связью. Однако, она способна изгибаться исключительно в одной плоскости, поэтому может быть эффективно использована только для расположенных параллельно валов.

Особенности цепной передачи и ее отличия от ременной

Первое серьезное отличие двух самых широко распространенных видов передач – цепной и ременной – было указано выше. Оно заключается в возможности изгиба цепи только в одной плоскости и, как следствие, использование исключительно для валов, расположенных параллельно друг другу.

Другим немаловажным отличием выступает отсутствие в цепной передаче ключевого значения такого важного параметра, как угол обхвата цепью звездочки. В отличие от ременной передачи он не играет настолько серьезной роли в обеспечиваемых при передаче энергии характеристиках.

В качестве существенного фактора, являющегося плюсом цепной передачи, можно назвать отсутствие необходимости предварительно натягивать цепь, так как действие механизма обеспечивается зацеплением звеньев цепи с зубьями звездочек.

Важной особенностью цепной передачи выступает возможность эффективного использования практически для любых межосевых расстояний – как для малых, так и для больших. Она дополняется способностью передачи мощности от одного вала сразу нескольким. Кроме того, цепная передача может быть как понижающей, так и повышающей, что также является характерной отличительной чертой этого способа передачи энергии.

Классификация цепных передач

При классификации цепных передач применяется несколько признаков. Например, по функциональному назначению и способу использования в машиностроении и других отраслях промышленности различают три вида цепей:

грузовые. Основной целью использования этого типа выступает подвеска и перемещение различных грузов. В подобной ситуации механизм, как правило, является частью какого-либо грузоподъемного оборудования или устройства, а скорость перемещения, главным образом, по вертикали составляет не более 0,5 м/с;

тяговые. В этом случае цепь также используется для перемещения грузов, но с более высокой скоростью, достигающей 2-4 м/с. Это объясняется тем, что движение осуществляется в значительной степени по горизонтали с применением таких механизмов, как элеваторы, транспортеры, эскалаторы и т.д.;

приводные. Наиболее распространенный вариант цепей, обычно используемый с малым шагом, что позволяет снизить нагрузки и увеличить срок службы изделия. Целью его использования выступает передача энергии в крайне обширном интервале скоростей, причем показатель передаточного отношения является величиной постоянной.

Именно последний вид цепей применяется в цепных передачах. Более того, слово приводные при их описании часто опускается, а в большей части технической и справочной литературы понятия «приводная цепь» и «цепь в цепной передаче» в значительной степени тождественны.

Другими классифицирующим параметрами цепных передач выступают:

тип цепи – роликовые, зубчатые или втулочные;

число рядов – одно- и многорядные;

количество ведомых валов/звездочек – двух- и многозвенные;

расположение звездочек – горизонтальные, вертикальные или наклонные;

вариант регулировки степени провисания цепи – с натяжной звездочкой или специальным натяжным устройством;

конструкция – открытые и закрытые;

влияние на частоту вращения валов – повышающие и понижающие.

Достоинства цепной передачи

Большая часть преимуществ цепной передачи обычно рассматривается по сравнению с ременной. Это вполне логично, так именно эти два способа передачи вращательной энергии используются наиболее широко. Некоторые достоинства цепной передачи наглядно проявляются по отношению к зубчатой, которая также применяется на практике достаточно часто.

Основными плюсами использования цепной передачи выступают такие:

высокий уровень прочностных характеристик, который допускает намного более серьезные нагрузки. В результате при компактных размерах обеспечивается большая эффективность;

возможность использования в одном механизме сразу нескольких ведомых звездочек;

возможность передачи энергии на крайне серьезные расстояния, доходящие до 8 м;

относительно небольшой (по сравнению с ременной передачей – меньше в 2 раза) уровень радиальной нагрузки на валы;

высокая эффективность. КПД цепной передачи находится на уровне 90%-98%;

серьезная мощность передаваемой энергии, параметры которой достигают нескольких тысяч кВт;

впечатляющие показатели скорости движения цепи и значения передаточного числа, составляющие, соответственно, до 35 м/с и 10;

отсутствие такого негативного фактора, характерного для ременной передачи, как скольжение;

простая и удобная замена цепи, которая дополняется отсутствием необходимости серьезного начального натяжения.

Недостатки цепной передачи

Количество очевидных минусов рассматриваемого способа передачи энергии существенно меньше числа достоинств, перечисленных выше. Тем не менее, недостатки присутствуют и к их числу относятся:

достаточно высокая цена изготовления механизма и главной его расходной части – самой цепи;

отсутствие возможности применять передачу при реверсировании без ее полной остановки;

использование цепной передачи предусматривает практически обязательное применение картеров;

далеко не всегда конструкция механизма позволяет обеспечить удобную подачу смазки к шарнирам и звеньям цепи;

при небольшом количестве зубьев наблюдается непостоянство скорости движения цепи, что становится причиной колебания такого важного параметра как передаточное отношение;

высокий уровень шума, сопровождающего эксплуатацию устройства;

серьезные требования к правильному расположению валов;

необходимость в постоянном контроле над работой механизма и его обслуживании, отсутствие которых могут привести к быстрому износу.

Сравнение недостатков и достоинств показывает, что при грамотном использовании цепная передача позволяет добиться высокого КПД при разумном уровне затрат. Главное при этом – грамотно воспользоваться очевидными преимуществами этого механизма, минимизировав его минусы.