Цепи приводные втулочно роликовые
Цепи приводные втулочно-роликовые: конструкция, стандарты, применение и подбор
Цепь приводная втулочно-роликовая (ПР) является наиболее распространенным типом тягового органа в цепных передачах. Ее основная функция – передача механической энергии между двумя или более валами, расположенными на значительном расстоянии друг от друга, с постоянным передаточным отношением. Конструкция цепи обеспечивает надежное зацепление с зубьями звездочек, что минимизирует проскальзывание и позволяет использовать передачу в условиях высоких нагрузок и скоростей.
Конструкция и составные элементы
Базовая конструкция втулочно-роликовой цепи сборная и состоит из последовательно соединенных одинаковых звеньев. Основные элементы цепи:
- Внешние пластины: Соединены прессовой посадкой с валиками, которые проходят через втулки внутреннего звена. Формируют внешний контур цепи.
- Внутренние пластины: Напрессованы на концы втулок, образуя внутреннее звено.
- Втулка: Полая закаленная деталь, запрессованная во внутренние пластины. Служит подшипником скольжения для валика и опорой для ролика.
- Валик: Служит осью вращения и соединения звеньев. Проходит через втулку внутреннего звена и удерживается во внешних пластинах.
- Ролик: Надет на втулку свободно. При вхождении цепи в зацепление со звездочкой ролик перекатывается по зубу, уменьшая трение и износ как зуба, так и самой цепи. Именно наличие ролика отличает ПР-цепь от более простой втулочной.
- ПР – тип цепи (приводная роликовая).
- 19,05 – шаг цепи в мм.
- 31,8 – разрушающая нагрузка в кН (килоньютонах).
- Многорядные (2Р, 3Р, 4Р и т.д.): Состоят из нескольких параллельных рядов пластин. Позволяют пропорционально увеличить нагрузочную способность без изменения шага и динамики.
- Усиленные (ПРУ): Имеют увеличенную толщину пластин и диаметр валиков, изготовлены из более качественных сталей. Обозначаются, например, ПР-38,1-100 (усиленная).
- С полыми валиками: Предназначены для установки дополнительных приспособлений, скребков, ковшей (цепи элеваторные).
- С износостойкими валиками и втулками: С покрытием или изготовленные из специальных сплавов для работы в абразивных средах.
- С защитным покрытием или из нержавеющей стали: Для коррозионно-активных сред (пищевая, химическая промышленность).
- Цепи с присоединительным звеном: Для удобства монтажа и демонтажа.
- Определение передаваемой мощности (P) и частот вращения ведущей (n1) и ведомой (n2) звездочек.
- Предварительный выбор шага цепи. Меньший шаг обеспечивает более плавный ход, меньший шум, но меньшую нагрузочную способность. Ориентировочно шаг выбирают по частоте вращения малой звездочки (см. таблицу).
- Определение числа зубьев звездочек. Минимальное число зубьев малой звездочки (z1) зависит от передаточного числа (i). Рекомендуется z1_min = 29 — 2*i, но не менее 13-17 для нормальных скоростей. Большое число зубьев улучшает динамику, но увеличивает габариты.
- Расчет коэффициента эксплуатации (Kэ): Kэ = K1 K2 K3 K4 K5
- K6, где:
- K1 – коэффициент динамичности нагрузки (спокойная, ударная).
- K2 – коэффициент, учитывающий межосевое расстояние.
- K3 – коэффициент, учитывающий способ смазки.
- K4 – коэффициент режима работы (смена, количество часов в сутки).
- K5 – коэффициент, учитывающий наклон линии центров.
- K6 – коэффициент способа регулирования натяжения.
- Расчет расчетной мощности (Pр): Pр = P
- Kэ.
- Выбор типа цепи по таблицам номинальной мощности из каталогов производителя. Условие: допускаемая мощность [P] для выбранной цепи при скорости n1 должна быть ≥ Pр.
- Проверка числа ударов и давления в шарнире. Особенно важна для высокоскоростных передач.
- Выравнивание валов: Непараллельность и перекос звездочек приводят к ускоренному износу цепи и боковому спаданию цепи со звездочек.
- Натяжение: Цепь не должна быть перетянута или иметь чрезмерный провес. Рекомендуется провисание 2-4% от межосевого расстояния. Регулировка осуществляется перемещением одного из валов или натяжным роликом.
- Смазка: Наиболее важный фактор. Смазка снижает износ шарниров, отводит тепло, защищает от коррозии. Предпочтительны непрерывные методы: капельная, струйная, картерная (ванна). Тип масла – индустриальное, соответствующее скорости и нагрузке.
- Защита: Установка защитных кожухов повышает безопасность и защищает передачу от пыли, абразива и несанкционированного вмешательства.
- Износ шарниров (валик-втулка): Естественный процесс, приводящий к удлинению цепи. Нормативное удлинение для замены – 3% от первоначальной длины. Превышение приводит к нарушению зацепления, шуму, ударам по зубьям.
- Усталостное разрушение пластин: Возникает при циклических нагрузках, превышающих предел выносливости материала.
- Износ роликов и зубьев звездочек: Часто следствие недостаточной смазки или попадания абразива.
- Коррозия: Точечная коррозия создает очаги напряжения, снижая общую прочность.
- Перегрузка: Приводят к пластической деформации или прямому разрыву деталей цепи.
- 100%. Замену рекомендуется производить при достижении 3% удлинения. Также признаком износа является увеличение межосевого расстояния при постоянном натяжении.
- V < 1 м/с: Периодическая ручная смазка (раз в 6-8 часов).
- V = 1 — 7 м/с: Капельная или струйная непрерывная смазка.
- V > 7 м/с: Принудительная циркуляционная смазка с охлаждением масла или картерная (ванна).
Материалы для изготовления – высокоуглеродистые или легированные стали (например, 50, 40Х, 45ХН). Пластины подвергаются закалке, детали трения (валики, втулки, ролики) часто проходят цементацию или упрочняющую термообработку для повышения износостойкости.
Стандарты и основные параметры
Подавляющее большинство цепей ПР производится в соответствии с международным стандартом ISO 606 (в Европе – DIN 8187, в США – ANSI B29.1). Стандарт определяет геометрию, размеры и предельные нагрузки. Основной параметр – шаг цепи (p) – расстояние между центрами соседних валиков. Стандартные ряды шагов: 6, 8, 9.525, 12.7, 15.875, 19.05, 25.4, 31.75, 38.1, 44.45, 50.8, 63.5 мм и далее.
Обозначение цепи: например, ПР-19,05-31,8, где:
В международном обозначении эта же цепь будет 12B-1 (по ANSI) или просто с указанием шага и типа.
Классификация и виды
Помимо стандартных однорядных цепей, существуют модификации для различных условий работы:
Расчет и подбор приводной цепи
Выбор цепи – инженерная задача, учитывающая множество факторов. Упрощенный алгоритм включает следующие шаги:
Таблица 1: Ориентировочный выбор шага цепи в зависимости от частоты вращения малой звездочки
| Частота вращения малой звездочки, n1 (об/мин) | Рекомендуемый максимальный шаг цепи, p (мм) |
|---|---|
| До 50 | 38,1 — 50,8 и более |
| 50 — 200 | 25,4 — 31,75 |
| 200 — 500 | 19,05 — 25,4 |
| 500 — 1000 | 12,7 — 19,05 |
| Более 1000 | 9,525 — 12,7 |
Таблица 2: Коэффициент эксплуатации Kэ (упрощенный вид)
| Фактор | Условия работы | Коэффициент |
|---|---|---|
| Характер нагрузки (K1) | Спокойная, равномерная | 1.0 |
| Умеренные толчки, переменная | 1.2 — 1.5 | |
| Способ смазки (K3) | Непрерывная картерная (ванна) | 0.8 |
| Капельная, периодическая | 1.0 | |
| Периодическая ручная | 1.5 | |
| Режим работы (K4) | Одна смена | 1.0 |
| Непрерывная работа (24/7) | 1.2 — 1.3 |
Монтаж, эксплуатация и обслуживание
Правильный монтаж и уход критически важны для долговечности цепной передачи.
Основные причины выхода из строя и диагностика
Регулярный контроль включает измерение длины цепи на фиксированном количестве звеньев, визуальный осмотр на наличие трещин, деформаций и проверку состояния звездочек.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Чем отличается втулочно-роликовая цепь от втулочной?
Втулочная цепь (ПВ) не имеет ролика. В ней втулка непосредственно контактирует с зубом звездочки, что приводит к повышенному трению и износу. Такие цепи применяются при низких скоростях и в качестве тяговых. Ролик в ПР-цепи служит подшипником качения, уменьшая трение и износ при зацеплении.
Как правильно определить износ цепи?
Наиболее точный метод – измерение общего удлинения на контрольном участке (обычно 10 или 20 звеньев). Новую цепь укладывают на ровную поверхность и измеряют длину L0 между двумя валиками, отстоящими на N звеньев. В эксплуатации измеряют длину L1 под той же нагрузкой. Износ в процентах = ((L1 — L0) / L0)
Можно ли соединять цепи разных производителей?
Категорически не рекомендуется. Несмотря на соблюдение стандарта ISO, допуски на геометрию и твердость деталей у разных производителей могут незначительно отличаться. Это приводит к неравномерному распределению нагрузки в шарнирах, ускоренному износу и риску разрушения. Цепь на одном приводе должна быть от одного производителя и из одной партии.
Как выбрать способ смазки?
Способ смазки зависит от скорости цепи (окружная скорость V, м/с).
При работе в запыленных условиях необходимо использовать защитные кожухи и более частую очистку и смазку.
Почему цепь «спадает» со звездочек?
Основные причины: 1) Перекос валов и звездочек – требует проверки соосности. 2) Чрезмерный износ цепи и/или звездочек – зацепление нарушается. 3) Недостаточное натяжение – приводит к колебаниям и соскакиванию. 4) Неправильный подбор цепи (несоответствие шага цепи и звездочки). 5) Деформация вала или ослабление его крепления.
Что важнее при выборе: разрушающая нагрузка или мощность?
Оба параметра критичны, но на разных этапах. По разрушающей нагрузке проверяется статическая прочность (пиковые, пусковые нагрузки). По допускаемой мощности – динамическая выносливость и износостойкость при длительной работе. Сначала цепь подбирается по мощности с учетом коэффициента эксплуатации, а затем выполняется проверка на статическую прочность по разрушающей нагрузке с коэффициентом запаса не менее 5-7 для приводных цепей.