Цепь зубчатая приводная многорядная

Цепь зубчатая приводная многорядная: конструкция, стандарты, применение и расчет

Цепь зубчатая приводная многорядная (также известная как роликовая приводная цепь с зубчатыми звездочками, или просто приводная цепь) является ключевым элементом в передаче механической энергии между параллельными валами. В отличие от зубчатых ремней, передача усилия осуществляется не за счет трения, а за счет зацепления жестких звеньев цепи с зубьями звездочки. Многорядное исполнение подразумевает параллельное расположение двух и более однорядных цепей на общих валах, соединенных общими валиками, что позволяет пропорционально увеличить передаваемую мощность и нагрузочную способность без существенного увеличения габаритов передачи.

Конструкция и основные элементы

Базовая конструкция многорядной приводной цепи идентична однорядной, но состоит из нескольких параллельных полотен. Основные элементы:

• Внутренние пластины: Пресcуются на втулки и формируют внутреннее звено. В многорядных цепях внутренние пластины каждого ряда соединены общими сквозными валиками.
• Внешние пластины: Пресcуются на валики и формируют внешнее звено. Соединяют внутренние звенья между собой.
• Валик (Pin): Стальной цилиндр, проходящий через втулки всех рядов цепи. Служит осью вращения и соединяет пластины.
• Втулка (Bush): Стальная закаленная гильза, запрессованная во внутренние пластины. Обеспечивает опорную поверхность для ролика и место вращения валика.
• Ролик (Roller): Надет на втулку и свободно вращается на ней. Непосредственно контактирует с зубом звездочки в момент зацепления, уменьшая трение и износ.
• Прилегающие пластины: В многорядных цепях крайние ряды могут иметь усиленные (прилегающие) пластины для равномерного распределения нагрузки.

Соединение рядов общими валиками обеспечивает синхронную работу всех полотен, но предъявляет высокие требования к соосности звездочек и параллельности валов.

Стандарты и маркировка

Наиболее распространенным мировым стандартом для приводных роликовых цепей является ANSI B29.1 (американский), а его международным аналогом – ISO 606 (DIN 8187, ГОСТ 13568-97). Стандарт определяет шаг цепи (P), диаметр ролика (d1), ширину внутреннего звена (b1) и другие ключевые размеры.

Маркировка многорядной цепи включает в себя:

• Обозначение шага и типа: Например, «40» – цепь с шагом 1/2 дюйма (12.7 мм).
• Обозначение ряда: «2» – двухрядная, «3» – трехрядная и т.д. Отсутствие цифры означает однорядное исполнение.
• Стандарт: Указание на ANSI или ISO.
• Дополнительные исполнения: Например, «H» – усиленная (Heavy series), «SS» – нержавеющая сталь.

Пример: Цепь 40-2 ANSI – двухрядная роликовая цепь с шагом 12.7 мм по стандарту ANSI.

Основные параметры некоторых стандартных многорядных цепей (ANSI/ISO)

Обозначение цепи	Шаг (P), мм	Ширина внутреннего звена (b1), мм	Диаметр ролика (d1), мм	Средняя разрушающая нагрузка (мин.), кН (для 2-х рядов)	Масса 1м, кг (приблизительно, для 2-х рядов)
25-2	6.35	7.85	3.30	11.1	0.37
40-2	12.70	12.57	7.95	44.5	1.32
60-2	19.05	17.75	11.91	100.1	2.70
80-3	25.40	23.80	15.88	222.4	6.60
120-3	38.10	35.76	22.23	500.4	14.90

Материалы и покрытия

Для обеспечения высокой прочности и износостойкости элементы цепей изготавливаются из специальных сталей с последующей термообработкой.

• Пластины: Изготавливаются из средне- или высокоуглеродистой стали (например, сталь 50, 50Mn, C1045). Проходят закалку и отпуск для достижения высокой прочности и усталостной выносливости.
• Валики, втулки, ролики: Производятся из цементируемых сталей (например, сталь 20, 20Mn). Поверхностная закалка (цементация) обеспечивает твердую износостойкую поверхность при сохранении вязкой сердцевины, устойчивой к ударным нагрузкам.
• Покрытия: Для работы в агрессивных средах применяются защитные покрытия:
  • Оцинковка: Наиболее распространенный вариант для защиты от атмосферной коррозии.
  • Никелирование: Повышает коррозионную стойкость и обеспечивает декоративный вид.
  • Химическое оксидирование (чернение): Создает тонкий защитный слой и уменьшает блики.
  • Покрытие из нержавеющей стали (серия SS): Для пищевой, химической промышленности и условий постоянной влажности.

Области применения и преимущества

Многорядные зубчатые цепи применяются в приводах, требующих передачи высокой мощности и значительных тяговых усилий при ограниченных габаритах и средних скоростях (обычно до 15-20 м/с).

• Промышленное оборудование: Конвейеры, элеваторы, питатели, дробилки, мельницы, прессы, лесопильные рамы.
• Сельскохозяйственная техника: Комбайны, косилки, транспортеры.
• Нефтегазовое оборудование: Приводы буровых установок, насосных агрегатов.
• Дорожно-строительная техника: Асфальтоукладчики, грейдеры.

Преимущества по сравнению с однорядными цепями и другими типами передач:

• Высокая нагрузочная способность: Увеличение числа рядов прямо пропорционально увеличивает допустимую нагрузку.
• Компактность: Передача высокой мощности в узком пространстве по ширине.
• Высокий КПД: Может достигать 98% при правильной смазке.
• Отсутствие проскальзывания: Постоянное передаточное отношение (синхронная передача).
• Работа в тяжелых условиях: Устойчивость к высоким температурам, запыленности, влажности.
• Долгий срок службы: При правильном монтаже и обслуживании.

Недостатки: Повышенная требовательность к соосности валов и параллельности звездочек; более высокая стоимость; необходимость регулярной смазки; повышенный шум и вибрации по сравнению с ременными передачами.

Расчет и подбор приводной цепи

Расчет цепной передачи является комплексной инженерной задачей. Упрощенный алгоритм включает следующие шаги:

1. Определение исходных данных: Передаваемая мощность (P, кВт), частота вращения ведущей звездочки (n1, об/мин), передаточное число (i), условия работы (нагрузка, расположение, смазка).
2. Выбор числа зубьев звездочек: Для ведущей звездочки рекомендуется z1 ≥ 17-19 зубьев (для высоких скоростей – до 25-30). Число зубьев ведомой звездочки: z2 = z1
3. i. Следует избегать четного числа зубьев на обеих звездочках в сочетании с нечетным числом звеньев цепи для равномерного износа.
4. Определение расчетной мощности: Pрасч = P
5. Kэ, где Kэ – коэффициент эксплуатации, учитывающий характер нагрузки, способ смазки, продолжительность работы в сутки и т.д. (определяется по таблицам справочников).
6. Выбор шага цепи: По таблицам номограмм производителя или стандарта, исходя из Pрасч и n1. Меньший шаг обеспечивает более плавный ход и меньший шум, но для передачи той же мощности потребуется многорядная или более широкая цепь. Критерием часто является допустимая частота вращения малой звездочки для выбранного шага.
7. Определение числа рядов: Если мощность не укладывается в однорядное исполнение, переходят к многорядной цепи. Коэффициент многорядности (Kряд): для 2-х рядов – 1.7, для 3-х – 2.5, для 4-х – 3.3. Необходимо выполнение условия: Pрасч ≤ [P]
8. Kряд, где [P] – допускаемая мощность для однорядной цепи по каталогу.
9. Геометрический расчет: Определение межосевого расстояния (a, оптимально a = (30…50)P), длины цепи в шагах (Lp), уточнение межосевого расстояния.
10. Проверочные расчеты: Проверка на износостойкость (по удельному давлению в шарнирах), на прочность (по коэффициенту запаса прочности), на частоту ударов.
11. Выбор системы смазки: В зависимости от скорости цепи.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Правильный монтаж и обслуживание критически важны для долговечности многорядной цепной передачи.

• Монтаж: Обеспечить строгую параллельность валов и соосность звездочек. Проверить радиальное и торцевое биение. Цепь следует собирать на валах, используя соединительное звено (замок). Натяжение должно обеспечивать провисание 2-4% от межосевого расстояния.
• Смазка: Наиболее важный фактор. Рекомендуется непрерывная подача масла в зону зацепления. Для многорядных цепей внутренние поверхности между рядами особенно критичны. Методы: ручная (периодическая), капельная, ванная, струйная (наиболее эффективна для высокоскоростных и нагруженных передач).
• Контроль и замена: Регулярно проверять степень вытяжки цепи. Критическим считается удлинение на 3% от первоначальной длины. Изношенная цепь ускоряет износ звездочек. Замену цепи и звездочек рекомендуется производить комплектом.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем многорядная цепь принципиально отличается от набора нескольких параллельных однорядных цепей?

Многорядная цепь имеет общие валики, проходящие через все ряды, что обеспечивает абсолютную синхронность работы полотен и равномерное распределение нагрузки. Несколько отдельных однорядных цепей, установленных на общие звездочки, не могут гарантировать такого распределения из-за неизбежных производственных допусков, что ведет к перегрузке одной из цепей и ее ускоренному выходу из строя.

Как правильно определить степень износа (вытяжки) цепи?

Измерьте длину N звеньев (например, 10 или 20) в натянутом состоянии. Сравните с номинальной длиной (N шаг P). Процент вытяжки = ((Lизм — Lном) / Lном) 100%. Также косвенным признаком является подъем цепи по профилю зуба звездочки при ее натяжении на ведущей звездочке.

Можно ли использовать звездочку, рассчитанную на однорядную цепь, с многорядной?

Нет, нельзя. Ширина зубчатого венца звездочки для многорядной цепи соответствует общей ширине многорядной цепи и строго стандартизирована. Использование узкой звездочки приведет к заклиниванию цепи, а широкой – к перекосу и повышенному износу боковых пластин.

Каковы основные причины преждевременного выхода из строя многорядных цепей?

• Недостаточная или неправильная смазка: Приводит к заеданию и абразивному износу шарниров.
• Несоосность валов и звездочек: Вызывает неравномерную нагрузку на ряды, износ боковых пластин и поломку.
• Чрезмерное натяжение: Повышает нагрузку на валы и подшипники, увеличивает износ.
• Недостаточное натяжение (провисание): Приводит к сбою зацепления, ударам и прыжкам цепи по зубьям.
• Работа в условиях абразивного загрязнения: Абразивные частицы попадают в шарниры, действуя как притирочная паста.

Как выбрать между роликовой цепью и зубчатым ремнем для передачи высокой мощности?

Роликовая цепь предпочтительна при: необходимости абсолютно синхронной передачи; работе в условиях высоких температур, загрязнений; требовании к компактности поперечного сечения; ограниченном радиальном пространстве. Зубчатый ремень предпочтителен при: высоких скоростях (свыше 30-40 м/с); требовании к низкому уровню шума и вибраций; отсутствии необходимости в жесткой смазочной системе; работе в средах, где масло недопустимо.

Существуют ли специальные исполнения многорядных цепей для особых условий?

Да, производители предлагают:

• С полыми валиками: Для подачи смазки непосредственно в шарниры под давлением.
• С твердым смазочным покрытием: Для работы в условиях, где жидкая смазка невозможна (пищевая промышленность, вакуум).
• С увеличенным зазором в шарнирах (O-Ring цепи): Не являются многорядными в классическом понимании, но имеют аналогичную конструкцию с уплотнительными кольцами для удержания смазки внутри шарнира и защиты от абразива.