Характеристики цепных передач
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ (3)
Мощность
и КПД. Цепные передачи обеспечивают
передачу мощности в широком диапазоне —
от долей до 5000 кВт (высокоскоростные
передачи с параллельными контурами
многорядных цепей). В передачах общего
назначения мощность редко достигает 25-50
кВт.
Мощность (кВт) цепной
передачи
где F — передаваемая окружная сила,
Н; v — скорость цепи; ŋ— КПД
передачи.
КПД цепной
передачи зависит от силы, передаваемой
цепью, и способа смазывания.
Для передач, работающих с номинальной
нагрузкой (F > 0,1 QB где QB
— разрушающая нагрузка цепи), ŋ= 0,95÷0,97
— при постоянном обильном смазывании (масляная
ванна, 1 циркуляционное смазывание,
масляный туман); ŋ = 0,92÷0,94 — при
нерегулярном периодическом смазывании;
ŋ = 0,9÷0,92 — при работе без смазки.
Натяжение
цепи, динамические нагрузки и давление на
опоры. Расчетная сила натяжения (Н)
ведущей ветви цепи
Fp=F + F1 + Fдин ,
(2)
где F—
полезная (окружная) сила, передаваемая
цепью, Н; F1 =Fo+Fu— сила натяжения
ведомой ветви цепи;
Fo— сила натяжения от
собственной силы тяжести холостой ветви; Fu
— сила натяжения от действия
центробежных сил; Fдин —
динамическая нагрузка.
При
известной передаваемой мощности
Натяжение от силы тяжести (Н) при горизонтальном (и близком к нему) положении линии, соединяющей оси звездочек,
где
m — масса 1 м цепи, кг; g= 9,81 м/с2 —
ускорение свободного падения; a —
межосевое расстояние, м;
f — стрела
провисания ветви.
При
вертикальном (и близком к нему) положении
линии центров звездочек
F0 = mga .
(5)
Натяжение
цепи от действия центробежных сил
Fц=mv2 .
(6)
Расчетная
динамическая нагрузка, обусловленная
неравномерностью движения,
где
F 'дин = λn21J
/ 90 —
динамическая нагрузка
от неравномерности движения ведомой
звездочки и приведенных к ней масс;
F
''дин = m1n21t
/180 — динамическая нагрузка
от неравномерности движения цепи;
λ=
π /
z2
— коэффициент, учитывающий влияние
числа зубьев ведомой звездочки;
n1—
частота вращения ведущей звездочки;
J —
момент инерции ведомой звездочки и всех
сопряженных вращающихся деталей на ее
валу;
m1
=
am— масса ведущей ветви;
t
— шаг цепи;
∆y
— коэффициент, учитывающий влияние
упругости и провисания цепи
(∆y=0,5 при a=30t
; ∆y=0,75 при а=80t).
Центробежная
сила на валы и опоры не передается.
Нагрузку на них от полезного натяжения и
собственной силы тяжести цепи условно
принимают равной 1,15 F для
горизонтальных передач и 1,05 F — для вертикальных.
Скоростные
параметры передачи и выбор шага цепи. Скорость
цепи и частоты вращения звездочек
ограничиваются износом и прочностью
тонкостенных деталей шарниров цепи. С
увеличением скорости возрастает
суммарный путь трения в единицу времени,
а также сила удара шарниров цепи о зубья
звездочек, усиливается шум передачи.
Допускаемая
скорость цепи зависит от многих факторов,
в наибольшей степени от точности цепи,
шага ее звеньев, числа зубьев z1 ведущей
звездочки, способа смазки.
Скорость
цепи обычно принимают не более 15 м/с. При
особо благоприятных условиях (высокая
точность, малый шаг, большое число зубьев
ведущей звездочки, небольшая нагрузка)
скорость цепи может достигать 30—35 м/с.
При
конструировании передач задают частоту
вращения ведущей звездочки, n1 и
выбирают число зубьев малой (обычно
ведущей) звездочки, после чего,
руководствуясь известными зависимостями
предельно допустимой частоты вращения от
числа зубьев звездочки и шага цепи (рис. 1,
табл. 52), выбирают значение последнего. По
этим трем параметрам вычисляют скорость
цепи (м/с)
где z1
— число зубьев малой (ведущей)
звездочки; n1
— частота ее вращения, мин-1.
По
найденному значению скорости и шагу цепи
выбирают способ смазки цепи (табл. 53).
Передаточное отношение и неравномерность вращения ведомой звездочки. При постоянной угловой скорости вращения ведущей звездочки w1 скорость цепи υ, угловая скорость вращения ведомой звездочки w2 и передаточное отношение u = w1/ w2 не остаются постоянными. Это обстоятельство учитывают при расчете передач, к которым предъявляют требования по кинематической точности вращения ведомого вала.
Рис.
1. Зависимости предельно допустимой
частоты
вращения звездочки от числа
ее
зубьев и шага цепи
При
допущении прямолинейности ведущей ветви
цепи (рис .2) скорость цепи
u=w1Rcosa,
где
а — текущий угол поворота ведущей
звездочки относительно перпендикуляра к
ведущей ветви.
Так
как угол а изменяется в пределах 0 — π/z1,
то скорость u при повороте на один
угловой шаг колеблется в пределах от umax=
w1R1 до umin=
w1R1 cos(π/z1).
52.
Наибольшие рекомендуемые nр и предельные
nпр частоты вращения
малой
звездочки передач с роликовыми и
втулочными цепями
Частота вращения, мин-1 |
Шаг цепи, мм | |||||||||||
8 | 9,52 | 12,7 | 15,875 | 19,05 | 25,4 | 31,75 | 38,1 | 44,45 | 50,8 | 63,5 | 78,1 | |
nр | 3000 | 2500 | 1250 | 100 | 900 | 800 | 630 | 500 | 400 | 300 | 200 | 150 |
nпр | 6000 | 5000 | 3100 | 2300 | 1800 | 1200 | 1000 | 900 | 600 | 450 | 300 | 210 |
Примечания:1. При частоте
вращения nр
число зубьев малой
звездочки должно быть |
53. Способы
смазывания цепных передач
Параметры передачи | Смазка | |
Скорость цепи v, м/с | Шаг цепи t, мм | |
1,5 1,0 0,5 |
19,05 25,4-38,1 44,45-50,8 |
Ручная через 8-10ч |
1 | 38,1-50,8 | Внутришарнирная |
4 3 1,6 |
15,875 19,05-31,75 38,1-50,8 |
Капельная |
8 6 4 |
15,875 19,05-31,75 38,1-50,8 |
Масляная ванна |
12 10 7 |
15,875 19,05-31,75 38,1-50,8 |
Струйная |
15 12 8 |
15,875 19,05-31,75 38,1-50,8 |
Разбрызгиванием |
12 8 |
31,75 38,1-50,8 |
Распылением (масляный туман) |
Мгновенная угловая скорость ведомой звездочки
где угол ß меняется в пределах от 0 до
π/z2
Коэффициент
неравномерности вращения ведомой
звездочки при равномерном вращении
ведущей звездочки
Среднее передаточное число из условия равенства средней скорости цепи на звездочках z1n1t= z2 n2 t
Максимальное
значение передаточного числа
ограничивается дугой обхвата цепью малой
(ведущей) звездочки и числом шарниров,
находящихся на этой дуге. Рекомендуется
угол обхвата принимать не менее 120°, а
число шарниров на дуге обхвата — не менее
пяти-шести. Это условие выполняется при
любых межосевых расстояниях а, если u
< 3,5, а при u > 7 величина а выходит
за пределы оптимальных. Поэтому обычно
принимают u ≤ 6 и лишь в
исключительных случаях u = 7 ... 10.
Рис. 2.
Кинематическая схема цепной передачи (a)
и график скорости цепи (б)
Параметры
исходного цепного контура. Предпочтительны
двухзвездные передачи с горизонтальным
или близким к нему расположением линии,
соединяющей оси звездочек. Рекомендуется
избегать вертикального расположения
ведомой ветви, так как при этом
уменьшается ее натяжение от силы тяжести
[см. (4) и (5)] и ухудшается зацепление.
Ведущей
может быть как верхняя, так и нижняя ветвь.
Однако в передачах с малым расстоянием
между осями звездочек (а < 30t при u
> 2, во избежание захлестывания
ведомой ветви, а также в горизонтальных
передачах с а > 60t и малым числом
зубьев звездочек, во избежание
соприкосновения ветвей, ведущей должна
быть верхняя ветвь. При малых расстояниях
между цепью и стенками картера, наоборот,
ведущей целесообразно делать нижнюю
ветвь.
Число
зубьев звездочек. С уменьшением числа
зубьев возрастают нагрузки в шарнирах и
путь трения при их повороте,
увеличивается неравномерность движения
и скорость удара шарниров о зубья
звездочек, снижается долговечность
передачи, усиливается шум. Поэтому
предельно допустимые минимальные
значения чисел зубьев zmin=7
нежелательны даже для тихоходных и
малонагруженных передач.
Для
силовых передач общего назначения
минимальное число зубьев
z1=zmin= 29-2u≥13. (14)
Для
обеспечения равномерного износа зубьев
звездочки и самой цепи при обычно
принимаемом четном числе звеньев в
контуре значение z1, вычисляемое по
этой зависимости, округляют до
ближайшего большего из ряда: 13, 15, 17, 21, 23, 25;
при этом предпочтение отдают простым
числам (13, 17, 23 и т.д.).
Для
высокоскоростных передач с v > 20 м/с
принимают zmin
≥ 35. Максимальное число
зубьев большой (обычно ведомой) звездочки
может достигать z2=
120 и более.
Максимальное число зубьев звездочки
лимитирует предельно допустимое
увеличение шага цепи по зацеплению ∆y %.
При заданном значении ∆y
% наибольшее
число зубьев большой (обычно ведомой)
звездочки
где D
— диаметр ролика цепи (для втулочных
цепей — диаметр втулки).
Расстояние
между осями (центрами)
звездочек. Минимальное расстояние между
осями звездочек, мм: при u ≤
3
amin= R1е+ R2е+(30...50);
(16)
при u
> 3 (из условия обеспечения угла
обхвата цепью малой звездочки ≥ 120°)
Оптимальное
межосевое расстояние
а = (30 ... 50) t.
(18)
Значение
а рекомендуется принимать в пределах
amin
≤ а <
80t
(19)
Число
звеньев в контуре двухзвездной передачи
где a0 — предварительно выбранное
расстояние между осями звездочек.
Значение,
вычисленное по (20), округляют до
ближайшего большего четного числа W, имеющего
с числами зубьев звездочек z1 и z2
меньшие
общие делители (например, 2). Четное число
звеньев в контуре позволяет избежать
применения переходных звеньев. После
уточнения числа звеньев в контуре
уточняют требуемое расстояние между
центрами звездочек:
и определяют длину
контура W t.
Дополнительные
источники
1.
Готовцев А.А., Котенок И.П. Проектирование
цепных передач. Справочник. М.:
Машиностроение, 1982.
2.
Справочник по расчету и
конструированию втулочных и втулочно-роликовых
цепных передач / Г.А. Романовский, М.В.
Окунев, М. Б. Блонский и др. М.:
Машиностроение, 1966.
3.
Машиностроение. Энциклопедия в 40 томах.
Т. IV-1. Детали машин. Конструкционная
прочность. Трение, износ, смазка. Под ред.
Решетова Д.Н. М.: Машиностроение, 1995.