Конструкции цепей и критерии работоспособности

Конструктивные решения и материалы.

Современные приводные цепи в основном бывают шарнирные, роликовые, втулочные и зубчатые. Все цепи стандартизованы и характеризуются размерами звеньев цепи, возможной номинальной нагрузкой и разрушающим усилием.

Роликовая (или втулочная) однорядная цепь (рис. 8.3,а) состоит из валиков 3, запрессованных в отверстия внешних звеньев 2, а втулки 4 аналогично закреплены в отверстиях внутренних звеньев /. Втулка на валиках и ролики 5на втулках могут свободно проворачиваться. Размеры звеньев (в том числе шага цепи /г_и) втулочно-роликовых цепей приводятся в соответствующих справочниках, но в основном они определяются в соответствии с диаметром dвалика. В среднем можно считать, что наружный размер втулки d" = (1,45…1,55)</, диаметр ролика d^ * «(2,0…2,1)</, толщина соединительных пластин равна (0,45…0,5)</, ширина пластин соединительных звеньев равна 2d.

Зацепления цепи со звездочками осуществляются через ролики. За счет проворачивания втулок на валиках и роликов относительно валиков обеспечивается равномерность распределения нагрузок в шарнирах, лучшее проникновение смазки и уменьшение износа. Перекатывание роликов по зубьям звездочек также снижает износ последних.

Рис. 8.3. Роликовые и втулочные одно- (а) и двухрядные (б) приводные цепи.

Такие роликовые цепи используются с окружными скоростями до 20 м/с.

Двухрядные (рис. 8.3,6) и вообще многорядные цепи позволяют увеличить передаваемую нагрузку почти пропорционально числу рядов.

Втулочные цепи отличаются лишь отсутствием ролика 5 (см. рис. 8.3, а). Их шарниры более компактные, они несколько дешевле, но имеют меньшую износостойкость и упрощенное взаимодействие со звездочками без перекатывания. Эти цепи обычно используются в более дешевых передачах и допускают меньше (в 1,5… 1,8 раза) окружные скорости.

Зубчатые цепи (рис. 8.4) представляют собой набор пластин с двумя зубообразными выступами, имеющими стандартный угол вклинивания р = 60°. Ввиду возможного сравнительно большого набора параллельно работающих пластин эти цепи могут передавать большие нагрузки и со сравнительно высокими скоростями — до 35 м/с.

Рис. 8.5. Шарниры цепей с вкладышами

Рис. 8.4. Зубчатая пластинчатая приводная цепь

Основным критерием работоспособности цепных передач оказывается износостойкость шарниров цепи и зубьев звездочки. Для уменьшения трения в шарнирах иногда используются специальные вкладыши 1 (рис. 8.5, а)у улучшающие подвод смазки или частично заменяющие скольжение перекатыванием выпуклых поверхностей 2 (рис. 8.5,6).

Перспективной для мощных цепей со скоростями перематывания до 20 м/с является возможность использования резинометаллических шарниров. Эти шарниры представляют собой так называемые сайлснт-блоки, обеспечивающие взаимный поворот соседних звеньев цепи за счет концентрического кручения резиновых втулок.

Втулки обычно приклеиваются к соединительным валикам-пальцам, а наружной поверхностью запрессовываются с соответствующим натягом в проушины звеньев. Такие шарниры хорошо зарекомендовали себя при работе в сильно загрязненных условиях, так как их работа не требует смазывания.

Рис. 8.6. Резинометаллические шарниры в цепном обводе

Возможный угол поворота звеньев фактически ограничивается допустимой деформацией резиновых втулок. Поэтому, чем толще резиновый слой, тем больший угол поворота возможен, что в свою очередь приводит к увеличению размеров и массы цепи. Для уменьшения угла поворота резинового массива практически вдвое по сравнению с взаимным поворотом звеньев цепи используется конструкция с «последовательной» работой резины в проушинах двух соседних звеньев. При этом вдвое уменьшается длина втулок в каждом звене, а значит повышаются напряжения смятия сайлент-блоков.

Резиновые втулки сайлент-блоков при передаче расчетной силы S_p испытывают напряжения смятия (рис. 8.6).

где г, и г₂ — соответственно внутренний и наружный радиусы втулки; b — ширина втулки.

Однако причинами выхода из строя этих втулок являются усталостные явления, вызываемые касательными напряжениями концентрического кручения. Эти касательные напряжения определяются углом поворота 0.

Выделив в резиновой втулке элементарный слой dp на расстоянии р, запишем выражение для определения напряжения сдвига.

где М — крутящий момент, приложенный к втулке.

Наибольшее напряжение действует на внутреннем слое:

Линейная деформация элементарного слоя (см. рис. 8.6) а кроме того из условий упругой деформации согласно закону Гука.

Здесь G— модуль упругости второго рода для резины; G~ 0,8…1,1 МПа. Приравняв оба выражения и интегрируя.

получаем значение угла кручения.

Тогда момент кручения или максимально возможный угол.

Считая получаем возможный угол закрутки.

Звездочки приводных цепей напоминают профилировкой зубьев зубчатые колеса. Это в особенности относится к многошаговому зацеплению, звездочки которого имеют практически близкую к эвольвентной профилировку рабочих поверхностей.

В большинстве случаев для всех приводных роликовых и втулочных цепей делительная окружность диаметром d звездочки проходит через центры шарниров цепи (рис. 8.7). Для зубчатых цепей (см. рис. 8.4) делительный диаметр d получается больше наружного диаметра зубьев звездочки.

Для роликовых цепей и цепей с сайлент-блоками возможна профилировка (с соответствующими радиусами) зубьев с выпуклым (рис. 8.8,а), прямолинейным (рис. 8.8,6) и вогнутыми (рис. 8.8,в) зубьями. Угол профиля у влияет на износостойкость: с увеличением его несколько понижается износ, но усиливаются ударные явления. Для выпуклого и вогнутого профилей этот угол переменный.

Рис. 8.7. Взаимное положение шарниров цепи на звездочке

Рис. 8.8. Различные виды профилировки зубьев звездочки

Материалами для цепей и звездочек обычно служат углеродистые и легированные стали с последующей термообработкой (улучшение, закалка) для получения соответствующей твердости. Детали шарниров цепи, как правило, цементируются. В некоторых конструкциях возможно использование пластмасс, позволяющих снизить динамическую нагруженность и шум передачи.