Цепи ANSI B29.1M
Цепи ANSI B29.1M: Полный технический обзор стандарта для приводных роликовых цепей
Стандарт ANSI B29.1M, официально именуемый «American National Standard for Roller Chain, Attachments, and Sprockets», является фундаментальным документом, регламентирующим размеры, допуски, пределы прочности и методы измерения для приводных роликовых цепей и соответствующих звездочек. Его актуальная редакция, ANSI B29.1M-2011 (R2020), представляет собой метрическую версию, пришедшую на смену дюймовому стандарту ANSI B29.1. Этот стандарт является основой для проектирования, производства и закупки цепных передач в Северной Америке и многих других регионах мира, обеспечивая полную взаимозаменяемость продукции от различных производителей.
Структура и система обозначений цепей по ANSI B29.1M
Цепи стандарта ANSI B29.1M имеют четкую систему обозначений, которая кодирует их основные геометрические параметры. Обозначение состоит из двух цифр, за которыми может следовать буквенный суффикс. Например, цепь 40, 60, 80 или 120.
- Первая цифра (или две цифры для цепей с номером 100 и выше) указывает на шаг цепи в восьмых долях дюйма. Для метрической версии B29.1M это значение является условным номером, но соответствует определенному метрическому шагу.
- Вторая цифра (0 или 5) указывает на тип цепи: «0» — стандартная роликовая цепь общего назначения, «5» — цепь с усиленным роликом (для повышенных нагрузок или износостойкости).
- Буквенный суффикс обозначает тип или конструкцию: «H» — тяжелая серия (Heavy), «HP» — для высокопроизводительных приводов (High Performance), «SS» — из нержавеющей стали (Stainless Steel), «A» — с упрочненными шарнирами, «C» — с коррозионностойким покрытием.
- Шаг (Pitch, p): Расстояние между центрами соседних штифтов. Основной размер цепи.
- Ширина внутреннего звена (Inner Link Width, b1): Внутренняя ширина цепи, определяющая совместимость со звездочкой.
- Диаметр ролика (Roller Diameter, d1): Наружный диаметр ролика.
- Диаметр штифта (Pin Diameter, d2) и Длина штифта (Pin Length, L).
- Предел прочности на растяжение (Minimum Ultimate Tensile Strength, UTS): Минимальная нагрузка, при которой цепь должна разрушиться при статическом растяжении.
- Пластины: Изготавливаются из средне- или высокоуглеродистой стали (например, 1045, 1060, 4140) с последующей закалкой и отпуском для достижения высокой прочности и усталостной выносливости.
- Ролики и втулки: Производятся из цементируемых сталей (например, 1018, 1022). Ролики часто подвергаются сквозной закалке, а втулки — цементации для получения твердой износостойкой поверхности и вязкой сердцевины.
- Штифты: Наиболее нагруженный элемент. Изготавливаются из высокопрочных сталей (например, 5060, 8660) с цементацией и закалкой до высокой поверхностной твердости (HRC 58-65).
- Определение расчетной мощности: Номинальная мощность двигателя умножается на коэффициент обслуживания (зависит от типа привода, нагрузки, продолжительности работы).
- Выбор типоразмера цепи: По таблицам мощности (Power Ratings), предоставляемым производителями. В таблицах указана передаваемая мощность в кВт/л.с. в зависимости от скорости вращения малой звездочки и числа ее зубьев. Выбирается цепь, чья табличная мощность с учетом поправок превышает расчетную.
- Определение длины цепи и межосевого расстояния.
- Проверка на износ и ударную нагрузку для тихоходных передач.
- Приводы вспомогательного оборудования электростанций: Дымососы, вентиляторы, насосы системы водоподготовки, конвейеры для топлива (уголь, биомасса).
- Конвейерные системы в распределительных и логистических центрах, на складах топлива.
- Механизмы регулирования (заслонки, клапаны) с цепным приводом.
- Приводы дробилок, грохотов, мельниц в горнодобывающей и перерабатывающей промышленности.
- Станки и промышленные роботы, где требуется точная синхронизация.
Ключевые параметры цепи, определяемые стандартом:
Основные размеры и характеристики популярных типоразмеров цепей ANSI B29.1M
В таблице ниже представлены ключевые параметры для наиболее распространенных типоразмеров стандартных роликовых цепей (серии без суффикса).
| Обозначение цепи (ANSI) | Шаг (p), мм | Ширина внутр. звена (b1), мм | Диаметр ролика (d1), мм | Диаметр штифта (d2), мм | Мин. предел прочности (UTS), кН |
|---|---|---|---|---|---|
| 25 | 6.35 | 3.30 | 3.30 | 1.75 | 3.40 |
| 35 | 9.525 | 4.88 | 5.08 | 2.38 | 7.80 |
| 40 | 12.70 | 7.95 | 7.95 | 3.58 | 13.50 |
| 50 | 15.875 | 9.53 | 10.16 | 4.45 | 20.00 |
| 60 | 19.05 | 12.70 | 11.91 | 5.09 | 27.00 |
| 80 | 25.40 | 15.88 | 15.88 | 6.35 | 48.50 |
| 100 | 31.75 | 19.05 | 19.05 | 7.94 | 76.00 |
| 120 | 38.10 | 25.40 | 22.23 | 9.53 | 106.00 |
| 140 | 44.45 | 25.40 | 25.40 | 11.10 | 135.00 |
| 160 | 50.80 | 31.75 | 28.58 | 12.70 | 170.00 |
Конструктивные особенности и материалы
Стандартная роликовая цепь ANSI состоит из чередующихся внутренних и внешних звеньев. Внутреннее звено включает две внутренние пластины, запрессованные на две втулки, по которым вращаются ролики. Внешнее звено состоит из двух внешних пластин, скрепленных штифтами, проходящими через втулки внутренних звеньев. Такая конструкция обеспечивает гибкость и высокий КПД передачи.
Стандарт предъявляет жесткие требования к материалам и термообработке для обеспечения заявленной прочности и износостойкости:
Сопряженные элементы: звездочки и приспособления (Attachments)
ANSI B29.1M детально описывает профиль зуба звездочки, его размеры и допуски. Правильно спроектированная звездочка обеспечивает плавный зацепление, минимальный шум и износ. Ключевые параметры звездочки: число зубьев, шаговый диаметр, диаметр окружности впадин, профиль зуба. Стандарт также определяет допуски на биение, соосность и качество обработки.
Отдельный раздел стандарта посвящен приспособлениям (Attachments) — модифицированным пластинам, которые позволяют крепить к цепи дополнительные элементы (ковши, скребки, держатели). Приспособления имеют свою систему обозначений (например, A, B, D-образное) и стандартизированные размеры для каждого типоразмера цепи.
Расчет и выбор цепи по ANSI B29.1M
Выбор цепи для привода осуществляется на основе расчета по мощности. Основные этапы:
Области применения в энергетике и промышленности
Монтаж, обслуживание и безопасность
Правильный монтаж включает контроль параллельности валов, соосности звездочек, правильного натяжения (прогиб на определенный угол) и смазки. Смазка — критический фактор для срока службы. Стандарт рекомендует метод смазки в зависимости от скорости: ручная, капельная, ванночная или принудительная циркуляционная. Необходим регулярный осмотр на предмет износа (удлинение цепи более 3% от первоначальной длины), износа зубьев звездочки, наличия поврежденных или заклиненных роликов.
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
В чем принципиальная разница между ANSI B29.1 и ANSI B29.1M?
ANSI B29.1 — устаревший стандарт, использующий дюймовую систему измерений. ANSI B29.1M — его современная метрическая версия. Хотя основные номера цепей (40, 60, 80 и т.д.) сохранились, все критические размеры, допуски и пределы прочности в B29.1M выражены в миллиметрах и килоньютонах, что обеспечивает лучшую совместимость в глобальном контексте и упрощает расчеты в метрической системе.
Цепи ANSI и ISO взаимозаменяемы?
Цепи ANSI B29.1M и цепи по стандарту ISO 606 (европейский стандарт) очень близки по геометрии для аналогичных номеров (например, ANSI 40 и ISO 08B, ANSI 80 и ISO 16B). Однако полной взаимозаменяемости может не быть из-за небольших различий в допусках на ширину внутреннего звена или диаметр ролика. В большинстве некритичных случаев они взаимозаменяемы, но для ответственных приводов рекомендуется использовать цепь и звездочки, соответствующие одному стандарту.
Как определить износ цепи без специального инструмента?
Наиболее практичный метод — измерение длины 100 звеньев в натянутом состоянии. Удлинение на 1.5-2% свидетельствует о значительном износе шарниров, требующем замены. Удлинение более 3% является критическим и приводит к неправильному зацеплению со звездочкой, ускоренному износу последней и риску обрыва. Также визуальными признаками износа являются выступание штифтов за плоскость пластины и затрудненное вращение роликов.
Что означает суффикс «H» в обозначении цепи (например, 80H)?
Суффикс «H» обозначает цепь тяжелой серии (Heavy Series). Такие цепи имеют те же шаг и ширину, что и стандартные, но оснащены пластинами увеличенной толщины и, как следствие, более крупными штифтами и втулками. Это обеспечивает повышенный предел прочности на растяжение (на 20-30% выше) и увеличенный ресурс в условиях ударных нагрузок или при работе с загрязнениями. Однако они требуют звездочек с увеличенным диаметром впадин.
Как правильно выбрать смазку для цепи ANSI?
Идеальная смазка должна обладать хорошей проникающей способностью (для попадания в зазор штифт-втулка), адгезией к металлу и стойкостью к смыванию. Для большинства промышленных применений рекомендуются специальные цепные масла или пластичные смазки с противозадирными (EP) и антиокислительными присадками. В условиях высоких температур применяются синтетические масла, в условиях влажности — смазки с ингибиторами коррозии. Категорически не рекомендуется использовать отработанное масло или вязкие графитовые смазки, не проникающие в шарниры.
Каков порядок расчета межосевого расстояния для цепной передачи?
Предварительное межосевое расстояние рекомендуется выбирать в пределах 30-50 шагов цепи. Точная длина цепи в шагах вычисляется по формуле, учитывающей число зубьев ведущей и ведомой звездочек и выбранное межосевое расстояние. Полученное значение округляется до ближайшего целого четного числа (для избежания использования соединительного звена, которое является слабым местом). После этого выполняется уточненный расчет фактического межосевого расстояния. Необходимо предусмотреть регулировку этого расстояния (обычно за счет перемещения двигателя или регулировочных плит) для компенсации монтажных погрешностей и вытяжки цепи в процессе эксплуатации.